TimeNuts

  • 10 MHz Frequenznormal

    Nachträglicher Hinweis: Aufgrund der geringen Integrationszeit ist das hier vorgestellte Verfahren in seiner Genauigkeit begrenzt. Ob die in den externen Links veröffentlichten Werte wirklich erzielt werden könne ist auch fraglich. Dies möchte ich an dieser Stelle aber nicht diskutieren.

    Vor einiger Zeit hatte ich mir ein GPS-Frequenznormal gebaut. Es baut auf einem GPS-Empfänger auf, welcher ein 10 kHz Signal ausgibt. Dieses Signal wird mit mit einem 10 MHz OCXO syncronisiert. Da die Firmware von meinem Empfänger recht alt ist, ist das 10kHz Signal stark verjittert. Die Folge ist eine begrenzte Genauigkeit. Auch die Antenne liegt auf einer Fensterbank auf und keine 360°-Rundumsicht.

    Wichtige Links zu diesem Projekt findet ihr hier:
    10 MHz Simple GPSDO: http://www.jrmiller.demon.co.uk/projects/ministd/manual.pdf

    Andere Projekte mit einem anderen Ansatz :
    A GPS-Based Frequency Standard: QST July 1998 p.37-44
    GPS-synchronisiertes 10 MHz Frequenznormal: FA 3/11 p.266-268

    Hier noch eine Messung mit diesem GPS-Normal an meinem Racal Dana 1998 mit der 4B Option. Zu bedenken ist, dass der OCXO anfang 2012 repariert werden musste.
    Für die folgende Messung wurden 40 Stunden lang alle 20s Messwerte automatisch aufgezeichnet. Es zeigt sich, dass die Schwankungen im Bereich von deutlich besser 10^-8 liegen. Mehr ist von diesem sehr einfachen GPS-Normal auch nicht zu erwarten. Auf der anderen Seite ist die Schaltung sehr einfach und ein größere Genauigkeit bei mir auch nicht notwendig.

    10 MHz Frequenznormal

    Wenn etwas mehr Genauigkeit benötige, kann auch den etwas modernen Ansatz von VE2ZAZ nachbauen. Momentan finde ich aber andere Projekte interessanter:
    http://ve2zaz.net/GPS_Std/GPS_Std.htm

    Nachträglicher Hinweis: Man darf sicht nichts vormachen. Selbstbauprojekte sind auf diesem Gebiet immer schlaechter als kommerzielle Gebrauchtgeräte - außer ihr seid echte Profis und macht soetwas beruflich ;-)

  • Frequenzmessung mit dem VNWA - Allan Deviation

    Mit dem VNWA kann man sehr genau Frequenzen messen und Stabilitätstest an Oszillatoren durchführen, da extrem genau die Phase gemessen werden kann. Thomas Baier DG8SAQ hat hierzu in der Zeitschrift FUNKAMATEUR 5/2013 p.506-508 einen interessanten Artikel geschrieben. Es ist aber nicht ganz einfach das Optimum aus dem VNWA herauszuholen. Auf der Suche nach den besten Einstellungen haben Kurt Poulsen OZ7OU und ich viele Einstellungen ausprobiert. Aus dieser Zusammenarbeit ist ein Basteltagebuch heraus entstanden. Wie andere Basteltagebücher auf dieser Seite wird auch dieses Dokument wachsen und unsere Erfahrungen dokumentiert. Es ist also kein Anleitung, sondern in vielen Teilen chronologisch geordnet. Das Dokument ist teilweise auf englisch und deutsch verfasst, da Kurt und ich uns so am besten verständigen können. So funktioniert die europäsche Zusammenarbeit hervorragend ;-).

    Wenn man sich die Allan Deviation berechnen lässt, liegt bei richtiger Beschaltung der Rauschfloor des VNWA bei 6*10^-13 für 1 Sekunde. Das ist ein ausgezeichneter Wert. Vermutlich kann die Rauschgrenze noch etwas gesenkt werden.

  • Frequenzmessung mit dem VNWA - Allan Deviation

    Mit dem VNWA kann man sehr genau Frequenzen messen und Stabilitätstest an Oszillatoren durchführen, da extrem genau die Phase gemessen werden kann. Thomas Baier DG8SAQ hat hierzu in der Zeitschrift FUNKAMATEUR 5/2013 p.506-508 einen interessanten Artikel geschrieben. Es ist aber nicht ganz einfach das Optimum aus dem VNWA herauszuholen. Auf der Suche nach den besten Einstellungen haben Kurt Poulsen OZ7OU und ich viele Einstellungen ausprobiert. Aus dieser Zusammenarbeit ist ein Basteltagebuch heraus entstanden. Wie andere Basteltagebücher auf dieser Seite wird auch dieses Dokument wachsen und unsere Erfahrungen dokumentiert. Es ist also kein Anleitung, sondern in vielen Teilen chronologisch geordnet. Das Dokument ist teilweise auf englisch und deutsch verfasst, da Kurt und ich uns so am besten verständigen können. So funktioniert die europäsche Zusammenarbeit hervorragend ;-).

    Wenn man sich die Allan Deviation berechnen lässt, liegt bei richtiger Beschaltung der Rauschfloor des VNWA bei 6*10^-13 für 1 Sekunde. Das ist ein ausgezeichneter Wert. Vermutlich kann die Rauschgrenze noch etwas gesenkt werden.

    Frequenzmessung mit dem VNWA - Allan Deviation

  • GPS Frequenznormal 10 MHz

    Hier möchte ich euch mein abgebrochenen Projekt über ein GPS diszipliniertes 10MHz Frequenznormal berichten. Vielleicht könnt ihr trotzdem etwas damit anfangen.
    (Version: 21.10.2014)

  • Kurzwellen-Oszillatoren - phasenrauscharm

    Dieses Basteltagebuch beschreibt, meine Experimente mit Quarz-Oszillatoren im Kurzwellenbereich. Herausgekommen ist ein Oszillator, der einfach aufzubauen ist, jeden Grundwellenquarz verkraftet, abstimmbar ist und gleichzeitig ein gutes Phasenrauschen aufweist. Die Pegel sind gut und eine Rückwirkung ist fast nicht zu beobachten. Fehlabschlüsse werden auch verkraftet. Später hat sich auch gezeigt, dass er auch sehr gut als Sinus-/ Recheckwandler für Präzisionsfrequenzmessungen eingesetzt werden kann. Das ganze Projekt hat mit einem Emailaustausch mit Reinhold (Kubik) im Frühjahr 2014 begonnen.
    Die Baunmappe zum Sinus-/ Recheckwandler findet ihr hier:
    Die Baumappe zur Frequenzmessung findet ihr hier: http://www.bartelsos.de/dk7jb.php/frequenzmessung-vnwa

  • Phasenrauschen von Oszillatoren messen

    In diesem Beitrag möchte ich euch von meinem selbstgebauten Phasenrauschmessplatz berichten, der in der Lage ist relativ trägernah schon gute Oszillatoren zu vermessen. Weiter unten auf dieser Seite findet ihr meine Basteltagebücher. Zuerst möchte ich aber etwas ausholen.

    Das Messen des Phasenrauschens eines Oszillators ist ein spannendes Gebiet. 1880 haben die Brüdern Jacques und Pierre Curie entdeckt, dass bei mechanischer Verformung von Kristallen auf der Kristalloberfläche elektrische Ladungen beobachtet werden können ? auch Piezoelektrischer Effekt genannt. Die ersten Oszillatoren mit Schwingquarzen wurden zwar schon um 1918 gebaut - bis zu den heutigen Quarzen war es aber noch ein weiter Weg.

    Ein Oszillator schwingt niemals absolut rein, sondern zeigt immer statistisch verteilte Abweichungen z.B. von Amplitude und Phase ? hier vereinfacht als Rauschen bezeichnet. Auch als Amateur kann man heute Quarzoszillatoren aufbauen, deren Rauschfuß um fast 170 dBc schwächer ist.
    In einem zentralen Artikel von Bernd Kaa (siehe weiter unten) und meinen Basteltagebüchern wird ein Messgerät zur Phasenrauschmessung beschrieben, dessen Dynamikbereich sich in der Region von fast 170 dBc bewegt ? und das mit Amateurmitteln.
    Was kann man sich unter -170 dBc vorstellen? Das ist so, als wollten wir in der direkten Nähe von einem 100W Sender nach Restschwingungen im Femto-Watt-Bereich (1fW) suchen. Das ist ein Leistungsabfall von 10-17 ! Astronomische Entfernungen machen es noch deutlicher: Das ist so, als wollte man feststellen, ob sich der Abstand zwischen der Sonne und der Erde um 0,02 mm geändert hat.
    Solch riesige Dimensionen faszinieren mich und lassen mich jedes gerade aktuell laufende Projekt unterbrechen J.

    Wie fing es mit dem Projekt an?
    In der Zeitschrift FUNKAMATEUR erschien 2009 eine Artikelserie zum FA-IQ-DDS Generator. Andreas, Eric und ich waren von dem 100 MHz Mutteroszillator sofort sehr angetan und haben ihn erfolgreich nachgebaut. Leider konnten wir damals das Phasenrauschen des Oszillators nicht messen und die hierfür notwendigen Messgeräte kosteten ca. 100000?. Wir waren schon froh, dass wir das Spektrum, den Pegel und die Frequenz messen konnten.

    2011 bin ich auf die Diplomarbeit von Stefanie Hofmann DG2MEU gestoßen (www.stefanie-engelhard.de). Sie hat ein Messsystem zur Ermittlung des trägernahen Phasenrauschens von spannungsgesteuerten Quarzoszillatoren entwickelt. Eric und ich hatten uns schon die für einen Nachbau notwendigen Bauteile besorgt, als Eric während der UKW-Tagung 2011 den Kontakt mit Bernd Kaa DG4RBF hergestellt hat. Bernd war gerade dabei sich einen Phasenrausch-Messplatz für 100 MHz Oszillatoren zu entwickeln. Nach einem intensiven Informationsaustausch mit Bernd haben Eric und ich den Nachbau von Steffis Schaltung auf Eis gelegt und Eric ist Beta-Builder von dem Entwurf von Bernd geworden. In der Zeit habe ich mein TRX2012-Projekt begonnen um einen Transceiver von Grund auf zu entwickeln. Die Zeit haben Eric und ich auch genutzt um unseren Selbstbau-Messgerätepark um IP3-Werte und das Rauschmaß von HF-Schaltungen zu erweitern. Für uns ist das Messen von physikalischen Größen absolut faszinierend.

    Wie schon geschrieben ist beim Phasenrauschen von Oszillatoren der unglaublich große Dynamikumfang von etwa 170dB eine große Herausforderung. Mit der Schaltung von Bernd, können wir schon 10Hz entfernt von einem 100MHz Signal dessen Phasenrauschen messen. Normalerweise braucht man hierfür Messgeräte, die so viel wie ein ganzes Haus kosten.
    Da der riesige Dynamikumfang kein Kinderspiel ist, ist nicht weiter verwunderlich, dass Bernd erst zwei Jahre später seinen ersten Vortrag auf der UKW-Tagung 2013 zu diesem Thema gehalten hat. Im Vorlauf zu dieser Tagung hat Eric auch sein Gerät fertig gestellt. Der Vortrag von Bernd ist auch im zugehörigen Tagungsband erschienen. Direkt im Anschluss an diese Tagung habe ich mein TRX2012-Projekt unterbrochen und selbst mit dem Nachbau der Schaltung von Bernd begonnen. Letztlich hat es mehrere Momate gedauert, bis ich mit meinem Aufbau zufrieden war.

    Nachdem ich nun das Phasenrauschen von Oszillatoren messen kann, ist für mich nun die logische Fortsetzung meinen Messpark was die genaue Frequenzmessung betrifft zu erweitern. Wenn die Zeit hierfür reif ist, werde ich in einem weiteren Beitrag hierüber berichten.

    Geplante und schon erschienenen Veröffentlichungen und interessante Links

    Stefanie Hoffmann DG2MEU; Diplomarbiet zu Thema "Entwicklung eines Messsystems zur Ermittlung des trägernahen Phasenrauschens von spannungsgesteuerten Quarzoszillatoren"; 2008 Georg Simon Ohm Hochschule Nürnberg; http://www.steffi-hofmann.de und http://www.steffi-hofmann.de (Solltet ihr eine funktionierende Emailadresse vonb Steffi habem, bitte ich um Nachricht)

    Bernd Kaa, DG4RBF, Tagungband zur UKW-Tagung 2013 in Weinheim: Ein Phasenrauschmessplatz im Eigenbau (Phase Noise Test Set), erhältlich beim Verlag FUNKAMATEUR

    Weitere Links

    Charles Wenzel: A Low Noise Amplifier for Phase Noise Measurements; http://www.wenzel.com/wp-content/uploads/lowamp.pdf

    Weitere interessante Artikel von Charles Wenzel: http://www.wenzel.com/documents/circuits1.htm
    Charles Wenzel hat auch die Grundlagen beschrieben, auf denen unser Messplatz beruht.

    Vojtěch Janásek: Design of ultra low noise amplifiers; http://www.janascard.cz/PDF/Design%20of%20ultra%20low%20noise%20amplifiers.pdf

    http://www.wenzel.com/documents/hints.htm
    http://www.wenzel.com/documents/measuringphasen
    http://www.axtal.com/data/publ/ukw1979_d.pdf
    http://www.ve1zac.com/Part%202%20IMDR.htm
    http://www.wenzel.com/pdffiles1/pdfs/xtalosc.pdf
    http://martein.home.xs4all.nl/pa3ake/hmode/dds_pmn
    http://www.edn.com/Pdf/ViewPdf?contentItemId=442
    http://www.neazoi.gr/refosc/index.htm
    http://www.wenzel.com/documents/vibration.html

    Basteltagebücher von mir

    In mehreren Basteltagebüchern habe ich die Erfahrungen aus der Beta-Phase von Eric und mir zusammengefasst. Mit der Veröffentlichung auf meiner Homepage warte ich, bis alle Veröffenltichungen von Bernd DG4RBF erschienen ist.
    Hier findet ihr unsere Erfahrungen . Für einen Aufbau empfehle ich dringend den Tagungsband der UKW-TAgung 2013 mit dem Artikel von Bernd Kaa. Vielleicht ist es aber auch besser auf die noch kommenden Veröffentlichungen von Bernd zu warten, dass sich das gesamte System noch weiterentwickelt hat.

    Diese Bände sind im Rahmen von diesem Projekt entstanden. Es können hier zu diesem Zeitpunkt nur Ausschnitte veröffentlicht werden, da in den nächsten Monaten noch einige Veröffentlichungen in Arbeit sind.

    Phasenrauschen Bd 1 - Grundlagen.pdf (wartet noch auf die Veröffentlichung)
    Die anderen Basteltagebücher findet ihr hier:

  • TimeNuts - genaue Frequenzmessung - Artikel und Programme von Ulrich Bangert DF6JB †

    In diesem Beitrag werde ich mich mit der genauen Messung der Frequenz beschäftigen. In den nächsten Monaten wird hierzu auch eine Baumappe entstehen.

    Ulrich Bangert DF6JB (verstorben 2014) hat einen für mich wegweisenden und spannenden Artikel und einige sehr nützliche Programme geschrieben. Ich bedanke mich, dass ich sie hier zum Download bereitstellen darf.

    Über die Stabilität von Oszillatoren und Frequenznormalen

    In diesem Artikel beschäftigt sich Ulrich mit der Stabilität von Oszillatoren. Geschrieben wurde der Artikel für das AMSAT Jounal. Am Beispiel einer AMSAT-Mars-Mission erläutert geht er auf Genauigkeit und Stabilität von Oszillatoren und deren Messung ein und erklärt auch die Auswertung über die Allan Deviation.
    An Ende dieser Seite findet ihr den Downloadlink zu: "AMSAT-Journal.pdf"

    Programm zur Analyse von GPS-Frequenznomalen Z38XX

    Diese Version Z38XX arbeitet mit den GPS-Frequenznormalen Z3801/5/15/16, JACKSON LABS und GCRU-D zusammen.
    Diese Spezialversion Z3811 arbeitet auch mit dem GPS-Frequenznormal KS-24361 (Z3809A, Z3810A, Z3811A und Z3812A) zusammen.
    An Ende dieser Seite findet ihr den Downloadlink zu: "Z38XX_and_3811.zip"

    Wichtige Informationen zu dem KS-24361 findet ihr übrigens hier: http://www.prc68.com/I/KS-24361.html

    Einfaches Tool zur Auswertung über GPIB EZGPIB 2012-12-17

    Das Programm EZGPIB ist ein sehr einfach gehaltenes Tool für schnelle Auswertung von Messwerten über GPIB, TCP oder seriell basierten Datenströmen in Verbindung mit einem Prologix GPIB zu USB Interface. Es arbeitet mit USB-Wandlern, wie auch mit DLL basierten Computercarten zusammen. Das Programm arbeitet unter Windows XP und Windows 7. Andere Betriebssysteme müsst ihr selbst ausprobieren.
    Bei mir arbeitet das Programm am besten, wenn es in einem eigenen Ordner im Wurzelverzeichnis der C-Festplatte liegt.
    An Ende dieser Seite findet ihr den Downloadlink zu: "EZGPIB.zip". Das ist die letzte Version von Ulrich Bangert
    An Ende dieser Seite findet ihr den Downloadlink zu: "EZGPIB_ProfiLab.zip". Das ist ein kleines Video von Ulrich Bangert

    Für meine Zähler RacalDana 1998 habe ich mir das Config-File programmiert und andere Config-Files, die mich verwirren würden entfernt. Diese spezielle Version findet ihr am Ende von dieser Seite: "EZGPIB fuer den Zaehler Racal Dana 1998.zip"

    Plotter-Programm zur graphischen Darstellung von Messwerten "DJ6JB's Plotter 2010-03-08"

    DF6JB?s Plotter 2010-03-08 Plotter is a utility to graphically display and edit numerical data. Above of that it compute self- and cross correlations of data series and statistical measures like the Allan Deviation and more. Now includes an All-Tau option for stability statistics.
    An Ende dieser Seite findet ihr den Downloadlink zu: "Plotter.zip". Das ist die letzte Version von Ulrich Bangert

    Low Jitter Frequenzteiler ATMega-Prozessoren

    AVR PPSDIV 2008-09-06 Tom Van Baak has done it for the PIC world of microcontrollers: A single chip frequency divider called PPSDIV that will generate a low jitter set of output frequencies at 100 kHz, 10 kHz, 1 kHz, 100 Hz, 10 Hz, 1 Hz, 0.1 Hz and 0.01 Hz from a single 10 MHz reference input. Now I have translated Tom?s original code into the AVR world of microcontrollers and you can download a complete AVR Studio project AVR-PPSDIV that will enable an AVR Mega microcontroller to perform the same. Due to the shorter cycle time the 100 kHz have an almost perfect 1:1 duty cycle. Should run on any AVR that has an complete port A available since that one is used for the output. The smaller AVR chips feature only a complete port ?D?. For that reason you find a version of AVR-PPSDIV here that makes use of pord D.
    A single chip frequency divider that will generate a low jitter set of output frequencies at 100 kHz, 10 kHz, 1 kHz, 100 Hz, 10 Hz, 1 Hz, 0.1 Hz and 0.01 Hz from a single 10 MHz reference input. Letzte Version von Ulrich Bangert.
    Look for this file: "PPSDivider mit Zusatz.zip"

    Wichtige Anmerkung zur Verwendung der Software von Ulrich: Für die Anwendung der Software oder irgendwelche Schäden (z.B. durch Viren) seit natürlich nur ihr selbst verantwortlich! Es kann keine Verantwortung irgendwelcher Art übernommen werden.

    Die alte Homepage von Ulrich wird noch einige Zeit aktiv gehalten und der EMailverkehr von einem befreundeten OM übernommen. Teilweise habe ich auch seine Beschreibungen übernommen:
    http://ulrich-bangert.de und http://ulrich-bangert.de/html/downloads.html

    Ganze Geschichte »

  • Trennverstärker 1-100 MHz

    In dieser Baumappe geht es um Trennverstärker, die die Isolation erhöhen sollen, ohne das Rauschen maßgeblich zu beeinflussen.
    (Version 1 vom 16.12.2014)