Update : Ich biete Platinen und TCXOs auf ebay an https://www.ebay.de/sch/armin_graewe/m.html
Wie angekündigt hier nun ein indoor Local Oszillator für die auf externen LO umgebauten LNBs.
Achtung : Bitte bis Ende lesen ! Und NICHT die Fox TCXOs verwenden !
Ich habe mittlerweile eine neue Version (V1.1) mit Conner Winfield D75F TCXOs gebaut und getestet.
Ich habe diesen Artikel dahingehend geupdatet. Die alten Version steht aber in diesen Artikel auch noch zur Verfügung.
Wenn man standard PLL-LNBs für SSB oder CW Amateurfunkzwecke nutzen möchte, ist es erforderlich den Localoszillator zu stabilisieren.
Bei den heute üblichen LNBs wird die Mischfrequenz zur Umsetzung auf die ZF-Ebene durch eine PLL erzeugt.
Als Referenz wird hierzu ein standard-Quarz von 25 MHz (Diavolo Twin) oder 27 MHz (Octagon) verwendet.
Diese Frequenz wird in der PLL ver 390 -facht (Diavolo Twin) bzw. ver 361,1 -facht (Octagon) auf eine Frequenz von 9,75 GHz.
Daraus resultiert, dass bereits eine geringe Abweichung der Quarzfrequenz, große Abweichungen der Mischfrequenz ergibt.
Schuld daran sind hauptsächlich Temperaturschwankungen, Betriebsspannungsschwankungen, Alterung und viele mehr.
Wenn man z.B. SSB- oder CW-Betrieb über OSCAR-100 machen möchte läuft dauernd das Signal weg und man muss ständig nachstimmen.
Das geht so weit, dass der Frequenzunterschied zwischen kühlen Nächten und warmen Tagen mehrere MHz betragen kann.
Um dem entgegen zu wirken gibt es mehrere Lösungsansätze.
1. Man kann den Quarz im LNB gegen einen TCXO (Temperaturkompensierter Quarzoszillator) austauschen.
Damit ist man bei hochwertigen TCXOs bereits auf einem guten Weg, aber der kalt-warm Unterschied macht immer noch einige 10-100 kHz aus.
2. Man verlagert den Quarzoszillator in einen gleichbleibend temperierten Raum und betreibt ihn mit einer gut stabilisierten Stromversorgung.
Diese Lösung ist für SSB- und CW-Betrieb völlig ausreichend. Sie ist einfach umzusetzen und sehr kostengünstig.
Der Nachteil, es ist ein zweite Koax-Leitung zum LNB erforderlich und man muss einen LNB mit zwei Anschlüssen verwenden oder eine Anschlussbuchse nachrüsten.
3. Man macht das gleiche wie Lösung 2, bindet aber zusätzlich den TCXO als VCTCXO (Voltage-controlled temperature-compensated crystal-oslillator) über eine PLL an ein GPS-Signal an.
Das ist dann die Luxus-Lösung mit der man auch digitale schmalband-Betriebsarten mit Genauigkeiten bis herunter auf einige Hz empfangen kann.
Dieser Bericht bezieht sich auf Lösung 2, also ein frei-laufender indoor TCXO.
Die Lösung ist sowohl für Octagon, wie auch für Diavolo LNBs geeignet, der einzige Unterschied besteht in der TCXO Frequenz.
Technische Daten :
Versorgungsspannung : 6-15 V (bei Verwendung eines L4940 Regelhalbleiter)
Stromaufnahme : ca. 30-40 mA (V1.1) ca. 50-60 mA (V1.0)
Ausgangsfrequenz : 25,0 oder 27,0 MHz, je nach TCXO Typ
Ausgangsamplitude : 1 Vss an 75 Ohm
Kurvenform : reiner Sinus
Oberwellenunterdrückung : >= 60 dB bei 27 MHz, >= 50 dB bei 25 MHz
Frequenzstabilität bei -30ºC bis +85ºC : ±2.5PPM (bei konstanter Raumtemperatur wesentlich weniger)
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Update : Neue Version V1.1 mit Conner Winfield TCXO
Das Schaltbild (V1.1):
TCXOsimpel 1.1_SCH.pdf
Das Layout 1:1(V1.1):
TCXOsimpel 1.1_KU.pdf
Bestückungsplan Oberseite (V1.1):
TCXOsimpel 1.1_BO.pdf
Bestückungsplan Unterseite (TCXO)(V1.1) :
TCXOsimpel 1.1_BU.pdf
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Alte Version V1.0 mit FOX TCXO
Das Schaltbild (V1.0):
TCXOsimpel 1.0_SCH.pdf
Das Layout 1:1(V1.0):
TCXOsimpel 1.0_KU.pdf
Bestückungsplan Oberseite (V1.0):
TCXOsimpel 1.0_BO.pdf
Bestückungsplan Unterseite (TCXO)(V1.0) :
TCXOsimpel 1.0_BU.pdf
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Schaltungsbeschreibung :
Hinter einer Verpolungsschutzdiode und einem L-C Eingangsfilter wird die Betriebsspannung mittels eines Lo-Drop Regelhalbleiters auf 5,0 V stabilisiert und versorgt die Leistungsendstufe.
Ein weiterer Lo-Drop Regelahalbleiter stabilisiert die 5 V auf 3,3 V zur Versorgung des TCXO.
Diesem Regelhalbleiter folgt noch ein L-C Tiefpass um Reststörungen aus dem Regelhalbleiter zu reduzieren.
Der Ausgang des TCXO hat HCMOS-Pegel und treibt direkt den Kleinleistungs-V-MOS Fet BS170.
Eigentlich ist die Eingangskapazität des BS170 mit 24 pF zu hoch für die zugelassene Last des TCXO mit 15pF.
Das schadet aber überhaupt nicht, denn dadurch wird das Ausgangssignal des TCXO etwas sinusförmiger.
Am Drain-Ausgang des FET stehen dann solide 3,5 Vss an, die schon recht sinusförmig sind.
Ein für 75 Ohm berechnetes 3-fach L-C Pi-Filter beseitigt restliche Oberwellen mit einer Unterdrückung von über 50 dB.
Hinter diesem Pi-Filter folgt noch ein Pi-Dämfungsglied angepasst auf 75 Ohm, das die Ausgangsspannung auf 1 Vss reduziert.
Ich habe alles auf 75 Ohm optimiert, damit man als Leitung zum LNB preisgünstiges Koaxkabel und F-Stecker verwenden kann.
Nahezu alle Bauteilewerte sind relativ unkritisch.
Man kann durchaus auch mit dem leben, was eine gut-sortierte Bastelkiste hergibt.
Nur beim 3-fach Tiefpass sollte man recht dicht bei den angegebenen Werten bleiben.
Als Verpolungsschutzdiode kann man natürlich auch eine 1N4007 einsetzen und als 1. Regelhalbleiter einen 7805 verwenden.
Dann erhöht sich aber die mindest-Betriebsspannung auf ca. 9 Volt.
Alle 100 nF Kondensatoren sind Vielschichtkondensatoren und alle Elkos sind Tantal Ausführungen um ein geringes ESR zu erzielen.
Der Wert der Drain-Drossel am FET und des Auskoppelkondensators sind ebenfalls unkritisch.
So sah der erste Testaufbau aus.
Und so dann die fertige Platine.
Obwohl ich mehr und mehr dazu übergehe, meine Projekte in SMD zu realisieren, habe ich bei dieser Platine (bis auf den TCXO) bewusst darauf verzichtet, um auch ungeübten OMs den Nachbau zu ermöglichen und die Bauteilbeschaffung einfach zu halten.
Alle Bauteile (bis auf den TCXO) sind handelsüblich und z.B. bei Reichelt oder Conrad verfügbar.
Das Layout ist bewusst 1-seitig gehalten um die selbst-Herstellung zu vereinfachen.
So sieht die Platine im Berich des TCXO von unten aus.
Bei der Wahl des TCXO habe ich sehr lange nach passenden Typen gesucht.
Verfügbare TCXOs in bedrahteten standard-DIL-Gehäusen waren qualitativ wesentlich zu schlecht oder im "unbezahlbaren" Bereich.
Es gibt eine interessante Type aus Fernost, die aber nur in sehr großen Mengen zu beschaffen ist.
Komischerweise gibt es Angebote auf ebay.com, aber nicht auf ebay.de. z.B. :
https://www.ebay.com/itm/1pcs-…6a027e:g:uFgAAOSwQItUF9Lw
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Update : Mittlerweile werden die auch auf ebay.de angeboten, sowohl in 25 wie auch in 27 MHz.
Ich habe mal welche bestellt und werde die zeitnah testen.
Update : Ich habe die "goldenen" China TCXOs getestet :
Sie sind völlig unbrauchbar für unsere Zwecke !
Sie basieren auf einer PLL die sehr viel Jitter erzeugt. Dadurch werden die Empfangenen Signale breit und unsauber.
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Da ich auch professionell Elektronik entwickele und fertige, habe ich mich auf Erfahrungen aus vorherigen Projekten gestützt.
Bisher habe ich sehr gute Erfahrungen mit TCXOs von Fox Electronics gemacht und nach etwas Recherche fand ich von denen auch standard TCXOs für 25 und 27 MHz. Allerdings nur in einem Keramik SMD Gehäuse von 5,0 x 3,2 mm mit 4 Lötpads an den Aussenkanten.
Die Type ist : Fox924B
FT5HNBPK 27,0-T1 für 27 MHz
und FT5HNBPK 25,0-T1 für 25 MHz
Der Preis liegt je nach Distributor und Stückzahl bei einigen, wenigen Euro.
Ich habe eine Kleinmenge von beiden Oszillatoren beschafft und bin durchaus bereit ein paar davon ab zu geben.
Hier mal ein Auszug aus dem Datenblatt :
Temperature Range
Operating (Topr) : -30ºC ~ +85ºC
Supply Voltage (Vdd) : 3.3V ± 5%
Input Current (Idd) : 6.0mA
Initial Frequency Tolerance @ 25ºC
(after 2 reflows) : ±1.5PPM
Frequency Stability
Over Temperature Range : ±2.5PPM
Over Supply Voltage Change (3.3V ± 5%) ±0.3PPM
Output Voltage (HCMOS)
(Vol) : 0.5V
(Voh) : 80% Vdd Min
Output Load : 15pF
Aging per year : ±1.0PPM
Startup Time (Ts) : 5mS Max
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Update : Bitte nicht die FOX TCXOs verwenden.
Sie sind zwar schön stabil, aber leider digital kompensiert und machen Sprünge von 1 Hz.
Das führt nach einer Ver-390-fachung zu 390 Hz Sprüngen. Nicht angenehm für CW und SSB.
Ich habe mittlerweile eine neue Version "Indoor LO V1.1" gebaut und getestet.
Ich verwende jetzt die bekannten und verbreiteten Conner Winfield D75F TCXOs.
Diese sind sehr stabil und analog kompensiert und machen keine Sprünge.
Außerdem ist der Ausgangspegel größer und der BS170 wird kräftiger angesteuert.
Das führte erfreulicher Weise auch noch zu Reduzierung der Gesamtstromaufnahme auf ca. 30 mA
Allerdings stieg damit auch der Ausgangspegel des BS170 auf ca. 4 Vss an.
Somit musste auch das Pi-Dämpfungsglied geändert werden um wieder auf die 1 Vss Ausgangsspannung zu kommen.
Es sind jetzt 2 x 120 Ohm nach Masse und 130 Ohm in serie.
Hier ein Auszug aus den Conner-Winfield Datenblatt :
Supply Voltage (Vcc) -0.5 - 6.0 Vdc
Input Voltage -0.5 - Vcc+0.5 Vdc
Frequency Calibration @ 25 °C -1.0 - 1.0 ppm 1
Frequency Stability vs. Temperature -0.5 - 0.5 ppm 2
Frequency vs. Load Stability -0.2 - 0.2 ppm ±5%
Frequency vs. Voltage Stability -0.2 - 0.2 ppm ±5%
Static Temperature Hysteresis - - 0.4 ppm 3
Aging -1.0 - 1.0 ppm/year
Operating Temperature Range: 0 - 70 °C
Supply Voltage (Vcc) 3.135 3.3 3.465 Vdc ±5%
Supply Current (Icc) - - 6 mA
Period Jitter - 3 5 ps rms
Integrated Phase Jitter - 0.5 1.0 ps rms 4
SSB Phase Noise ( Fo = 19.44 MHz)
@ 10Hz offset - -80 - dBc/Hz
@ 100Hz offset - -110 - dBc/Hz
@ 1KHz offset - -135 - dBc/Hz
@ 10KHz offset - -150 - dBc/Hz
@ 100KHz offset - -150 - dBc/Hz
Start-up Time - - 10 ms
So sieht dann der Conner Winfield TCXO auf einer modifizierten V1.0-Platine aus
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So schlimm wie sich das mit dem SMD-Gehäuse anhört, ist die Bestückung nicht, wenn man ein paar einfache Regeln beachtet.
Dazu benötigt wird :
gutes Lötzinn, ruhig bleihaltig (ist im Privatbereich ja immer noch zulässig)
Flussmittelpaste und einen gut geregelten Lötskolben mit feiner Spitze.
Ich verwende hier für diese Arbeiten eine runde Spitze mit 1,5 mm Durchmesser.
Die Löttemperatur sollte bei dieser Arbeit bei ca. 350°C liegen. (für bleihaltiges Zinn)
Ausserdem sollte der Arbeitsplatz den üblichen Antistatik-Regeln genügen.
Es ist durchaus sinnvoll, den TCXO als erstes zu bestücken, wenn die Platine auf der Oberseite noch leer ist und flach auf dem Werktisch liegt.
Es reicht überigens den TCXO an den 3 benutzten Pads zu verlöten
Dann geht man wie folgt vor :
Die 3 benutzten Pads dünn vorverzinnen, wobei die Betonung auf dünn liegt. Eine Zinnschicht von ca. 0,2 mm ist völlig ausreichend.
Die vezinnten Pads sollten eine glatte Oberfläche haben.
Dann etwas Flussmittel auf die 3 Pads geben und den TCXO vorsichtig aus dem Gurt nehmen und auf die Platine legen.
Dann den TCXO so positionieren, dass Pin 1 (kleiner Punkt auf dem Deckel) auf dem unbenutzten Pad zu liegen kommt.
Danach den TCXO so ausrichten, dass an allen Ecken die Lötpads gleichmäßig überstehen.
Dann etwas Zinn auf die Spitze geben und die Pads nacheinander, gegenüberliegend, neben dem TCXO aufheizen bis sich das Zinn etwas unter den TCXO zieht.
Fertig.
Das ganze hört sich komplizierte an als es wirklich ist.
Danach kann man mit der konventinellen Bestückung der bedrahteten Bauteile beginnen.
Der große 5V Regelhalbleiter ist bewusst ganz an den Rand gelgt, und kann beim Einbau in ein Weissblechgehäuse mit diesem verschraubt oder verlötet werden.
Der erste Test ergab sofort ein erfreuliches Ergebnis :
27,00000 MHz an einem GPS-Synchronisieren Frequenzzähler.
Auch das Ausgangsspektrum kann sich sehen lassen.
Von 10-150 MHz kaum Oberwellen, 54 MHz ist bereits um 60 dB gedämpft.
Auch im Nahbereich wenig Störungen.
Hier ein Span von 100 kHz abgebildet.
Ich habe zwei Platinen gebaut, eine für 25 MHz und eine für 27 MHz.
Beide Versionen arbeiten an den umgebauten LNBs einwandfrei und die Frequenzstabilität ist bei Raumtemperatur sehr beeindruckend.
Auch die initiale Frequenz trifft excellent, so dass kein Abgleich erforderlich ist, allerdings auch nicht möglich
Ich warte noch auf die bestellten Weißblechgehäuse WB 1483730 mit 148 mm x 37 mm x 30 mm Gehäusemaß.
Was für die Platine genau passend ist.
Nachtrag :
Wichtig ! :
Für die endgültige Stabilität ist es esentiell wichtig die Platine in ein geschirmtes Metallgehäuse einzubauen !!!
Ausserdem sollte auch für die Betriebsspannungszufuhr ein Durchführungskondensator verwendet werden !
Einige OMs haben mittlerweile den indoor LO nachgebaut und Instabilitäten festgestellt.
Diese waren alle auf den Betrieb ohne Gehäuse zurückzuführen.
Nach Einbau in ein Metallgehäuse war alles ok.
Für die Platine genau passende Weisblechgehäuse gibt es z.B. im UKW-Berichte Shop :
https://stecker-shop.net/epage…f/de_DE/?ObjectID=3228768
Nachtrag :
Mittlerweile ist die 27 MHz Version in ein Weißblechgehäuse eingebaut.
Hier mal die entsprechenden Bilder :
Hier ist gut zu sehen, dass ich den Regelhalbleiter zur Wärmeableitung am Gehäuse angelötet habe.
Obwohl selbst bei maximaler Eingangsspannung von 15 V bei 60 mA und 5 V interner Spannung maximal 600 mW entstehen finde ich die Ableitung sinnvoll.
Ausserdem habe ich nach guter Väter Sitte zur Spannungseinführung einen Durchführungskondensator von 1 nF eingelötet und über den Lötnagel noch eine Ferritperle fallen lassen.
Es reicht völlig aus, die Platine punktuell mit ein paar Zinnklexen am Gehäuse an zu löten.
Man sollte aber darauf achten, dass unter der Platine genug Freiraum bleibt um Kurzschlüsse zu vermeiden.
Uns sie sollte gerade und verspannungsfrei eingelötet sein.
Ich hoffe mit diesem Bericht mal wieder ein paar OMs an den Lötkolben gelockt zu haben.
Wer dieses Projekt nachbauen möchte, dem helfe ich gern.
In geringen Mengen bin ich auch bereit ein paar Platine herzustellen und ein paar TCXOs habe ich auch auf Lager.
Sollte die Nachfrage sehr groß werden, würde ich auch eine Platinenserie fertigen lassen und Bausätze zusammenstellen.
In weiterer Planung und Vorbereitung ist ein Versuch mit einem VCTCXO und einer einzigen PLL die Frequenz direkt an GPS anzubinden.
Andere bereits veröffentlichte Konzepte gehen alle über eine zweite PLL mit 10 MHz.
So weit für heute
VY73
Armin DF1QE