• 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:

  • VNWA-Fenstergröße

    Möchte man seine VNWA Messungen für einen größeren Bericht immer im gleichen Fenster darstellen, hat man Schwierigkeiten das Windows-Fenster vom VNWA-Programm auf die gleiche Größe einzustellen. Hier hilft dieses Programm. Es passt die Größe vom VNWA-Fenster nach Vorgaben an.

    Das Programm muss im gleichen Verzeichnis liegen, die die VNWA.exe und es funktioniert nur solange, wie Thomas nicht den Namen des Fensters ändert. Es wurde auf zwei Windows 7 Systemen fehlerfrei getestet. Auf Rechner von befreundeten OM, die mit XP arbeiten funktioniert es leider nicht. Da das Programm nur für meine Dokumentationen geschrieben wurde, fand keine weitere Analyse statt. Vielleicht hilft es euch bei eurer Arbeit mit dem VNWA.

    Dieses Programm wird nicht mehr weiterentwickelt.
    VNWA_Fenstergroesse

  • CWtext 1.05

    Das Programm habe ich geschrieben Ende 2010, damit man beim Lernen von CW nicht immer die langweiligen 5erGruppen arbeiten muss. Es ist eigentlich aus meiner Unzufriedenheut heraus entstanden. Ich hatte mich gewundert, warum "alle" Programme die Buchstaben über diese 5er Gruppen lehren. An diesen langweiligen 5er Gruppen bin ich im Anfang 2010 gescheitert. "Unsinn" kann ich nur schwer lernen. Der Spaßfaktor ist damals zu kurz gekommen und die Abwechslung fehlte ;-( Dieses Dilemma habe ich gelöst, indem ich ein Programm geschrieben habe, welches mir eine Liste mit Wörtern liefert, die nur aus den Buchstaben bestehen, die ich schon beherrsche.

    Aus einem gegeben Grundwortschatz werden nur die Wörter der deutschen oder englischen Sprache ausgewählt, die aus von euch ausgewählten Buchstaben bestehen. Bei der Auswahl sind viele Vorgaben möglich. Diese Auswahl wird dann als Audiodatei ausgegeben und zusätzlich ein PDF mit den Lösungen erzeugt.
    Ich hoffe, dass die Programmoberfläche sich weitestgehend selbst erklärt ;-)

    Dieses Programm wird im QRP-Forum diskutiert:
    http://www.qrpforum.de/index.php?page=Thread&postID=37814#post37814

    Anregungsvorschläge von euch sind willkommen. Das Programm wurde mit Purebasic geschrieben und alle Progammierfiles sind in dem Download-File mit enthalten.

    CWtext 1.05

  • Diplexer berechnen

    Hier findet ihr ein Excel-File, mit dem ihr einen Diplexer berechnen könnt.

  • Eagle-Tutorial: Layout kopieren

    Bei älteren Eagle Versionen habe ich immer die Fähigkeit vermisst ein schon fertiges Layout zu in ein neues Layout kopieren zu können. Ein lästiges erneutes routen ist nun nicht mehr notwendig. Ab der Version 6.3. geht es sehr einfach.

    Hier findet ihr hierzu ein kleines Miniturorial zul laden:
    Version 001 (04.2013)

  • Übertrager mit Doppellochkernen

    Dieses kleine Excel-File hilft bei der Berechnung von Übertragern. Ich bevorzuge Doppellochkerne wegen der engen Kopplung und der geringen Streuung.

  • IP3 Messungen

    Im Rahmen von meinem TRX2012 Projekt habe ich mich mit Messungen der Intermodulation beschäftigt und mir einen Messplatz aufgebaut. Mitglieder meiner Bastelrunde erweitern nun auch ihren Messpark und viele Emails werden ausgetauscht.

    Um unsere Kommunikation zu erleichtern habe ich begonnen alles in diesem Dokument zusammen zu sammeln.
    Version: 007 (24.01.2016)

    Hier findet ihr ein Hilfsprogramm zum Berechnen der IP3-Werte

  • IP3 Berechnungen

    Hier findet ihr ein kleines Excel-Sheet, welches euch bei IP3-Messungen und der Berechung der einzelnen Frequenzen helfen kann.

    IP3 Berechnungen

  • RFSIM99 unter Windows 7 installieren - Lösungsweg

    Unter Windows 7 64bit Home lässt sich RFSim99 nicht installieren, da das Installationsprogramm nicht mehr starten will (Stand Januar 2010). Das Problem ist hierbei nur die Installationsroutine nicht das Programm RFSim99.
    Lösungsweg:
    Auf einem Win XP - System RFSim99 installieren. Anschließend muss nur noch das Programmverzeichnis kopiert und auf das Win 7 System überspielt werden. Jetzt kann auch unter Win7 wieder mit RFSim99 gearbeitet werden.
    Viel Spaß Jörn

  • Online-Rechner

    Hier findet ihr einige Online-Rechner die ich gerne verwende:

    Pi-Gleider: http://www.dl8kdl.de/projekte/elektronik/daempfungsglieder

    LC-Impedanzanpassung: http://www.qrp4fun.de/de/s5i.htm