Stabil 25 MHz LO til LNB

Hits: 2476

Efter ombygning af LNB’en, hvor krystallet fjernes og LNB skal have tilført 25 MHz fra en ekstern generator, kommer opgaven med at ”skaffe” et godt 25 MHz signal.
Jeg vil her beskrive hvordan man kan bygge en spændingsstyret 25 MHz oscillator med det krystal, der blev fjernet fra LNB’en. Oscillatoren låses til en 10 MHz referencefrekvens.
Referencen kan være en målesender, en GPS frekvensreference, en rubidium standard, en
OCXO eller en TCXO.

Frekvensreference:

Kvaliteten/renheden af referencesignalet har stor betydning for det færdige resultat. Det skyldes at ”urenheder” på 10 MHz referencesignalet og fra 25 MHz krystaloscillatoren bliver forstærket op, når de bruges til låse et 9,75 GHz signal i LNB’ens VCO.

De færreste målesendere har et signal , der er rent nok til at blive brugt direkte som 25 MHz LO – og det samme vil gælde, når det bruges som 10 MHz referencefrekvens. Man kan sagtens låse LNB’ens VCO til et signal fra en målesender – og undersøg om LNB’en vil låse med andre LO frekvenser (f.eks. for at få 432 MHz som IF frekvens) – men til modtagning duer det ikke, da fasestøjen i de fleste tilfælde er for høj.

GPS styrede referenceoscillatorer GPSDO – GPS Diciplined Oscillator – er gode, men koster så også noget. Timing signalet fra GPS’en er ekstremt nøjagtigt og bruges til at styre – diciplinere – en 10 MHz krystaloscillator. Man kombinerer således renheden af en krystaloscillator – korttidsstabilitet – med GPS’ens nøjagtighed – langtidsstabilitet. Dog skal man være opmærksom på GPS frekvensnormaler, hvor referencesignalet kommer direkte fra GPS modtagerens egen chip – uden brug af en krystaloscillator til at ”rense op”. Her kan jitter på timingpulser fra GPS chippen have samme forstyrrende virkning som fasetøj fra en ”almindelig” målesender.

Man kan bruge en 10 MHz TCXO – Temperature Compensated XO – eller en OCXO – Oven Controlled XO – som frekvensreference. Begge er baseret på krystaloscillatorer, der i det ene tilfælde er kompenseret overfor frekvensvariationer – til en vis grad – og i OCXO’ens tilfælde anbragt i en temperaturstyret miniovn. 

Renheden af oscillatorsignalet fra begge typer er tilstrækkeligt til formålet. Men selv en god TCXO, med en frekvensvariation på 0,5 ppm, kan give en stor frekvensvariation på +-5kHz på 10 GHz downlink. En god OCXO har 10 – 50 gange bedre stabilitet – når den først har været varmet op!

OCXO som jeg benytter som reference

Rubidium standard kan også bruges. Fordelen her er meget høj frekvensnøjagtighed, typisk i størrelsesordenen få Hz ved 10 GHz (ikke helt på højde med en GPS, men fint til amatørbrug). Ulempen er prisen og begrænset levetid, hvis den er tændt konstant.

Diagram:

Diagram – 25 MHz xtal oscillator med reference låsning.

Oscillatoren en en Colpitts type med et 25 MHz krystal. En trimmekondensator og en kapacitetsdiode sørger for at man dels kan justere frekvensen til 25,0000 MHz og dels kan variere frekvensen ca +- 500 Hz ved at ændre på DC spændingen dioden. Man kan bruge mange forskellige typer kapacitetsdioder, jeg havde nogle BB222 i skuffen.

Oscillatortransistor – og buffe – er BFX89, men HF typer med Ft over ca. 500 MHz virker fint.

Drosselspolen på 68 uH er ukritisk, og kan have andre værdier – dog ikke for lille.

Signalet på 25 MHz deles med fem til 5 MHz og referencen på 10 MHz deles med to –  også til 5 MHz. En 74LS90 indeholder netop en 5-deler og en 2-deler! I opstillingen har jeg dog brugt en 74HC390, der blot svarer til 2 stk 74LS90 i ét hus. Fasedetektoren er en ExclusiveOR gate 74LS86. En XOR gate skifter tilstand hver gang den ser en positiv gående flanke på én af indgangene. På den måde dannes et pulstog på udgangen, hvis middelværdi afhænger af faseforskellen imellem de to 5 MHz signaler på indgangen.

Referencesignalet går direkte til 2-deleren og skal derfor være stort nok til udstyring. Evt. kan man forsyne referenceindgangen med en forstærker magen til oscillator bufferen. Er ens reference på 5 MHz, kan man springe 2-deleren over og gå direkte til XOR gaten.

Oscilloscopbilledet nedenfor viser øverst udgangen af XOR gate – pin 3. Signalet nedenunder er 5 MHz fra reference 2-deler, målt på pin 2 på XOR.

XOR udgang og 5 MHz reference signal.

På udgangen af XOR gate er et simpelt loopfilter bestående af 22 kohm og 0,1 uF. Her udglattes pulserne til en DC spænding, der kan variere imellem ca 1,6V til 3,5V. Spændingen styrer kapacitetsdioden.

Der er to spændingsregulatorer, +8 V til oscillator og buffer og +5 V til de to digitale kredse.

Opbygning

Komponenterne er loddet direkte på printplader, der fungerer som stelplan. IC’erne er lagt på ryggen og forbindelserne lavet med ø0,3 mm lakisoleret tråd. Det hele er bygget i en hvidblikkasse med gennemføringskondensator til +12 V og coaxconnector til 25 MHz output og reference input.

Afprøvning:

Når komponenterne er monteret – og inden referencen tilsluttes – kan opstillingen afprøves. Output på 25 MHz er ca. 5 mW målt over 50 ohm belastning. Med et oscilloscop kan man se, om output fra oscillatorbuffer er stort nok, således der kommer 5 MHz firkanter ud af 5-deleren. Tilslut 2,5 V DC fra en strømforsyning imellem loopfilterets 22 kohm og drosselspolen på 68 uH og juster trimmekondensatoren til 25,000MHz +- 100 Hz. Ved at variere DC spændingen imellem 1 V og 3,5 V konstateres at frekvensen ændrer sig mindst +- 500 Hz på hver side af 25,000 MHz. Strømforsyningen fjernes, referencen tilsluttes og oscillatoren skal låse, således der på udgangen af XOR er et stabilt pulstog. Evt. kan trimmekondensatoren justeres, så der kommer ca. 2,5 V DC spænding til kapacitetsdioden i låst tilstand.

Den bedste måde at teste LO på, er at modtage QO100 CW beacon på en SDR modtager med ”waterfall”. Stabile signaler vil fremstår som lodrette linier. Man kan dog ikke bruge et skærmbillede, der dækker alle transponderens 250 kHz, for her vil alle linier se rette ud. Istedet skal frekvensaksen ”bredes ud” så kun 1 – 2 kHz betragtes. Så kan man se om frekvensen driver – linien ikke lodret – eller er ustabil – linien ”ryster”. Bedst er det at betragte de to 5 sek streger, som beacon sender efter kaldesignalet.

Modtagelse af CW beacon med simpel 25 MHz ref låsning.

25 marts 2019 / OZ2OE

 

 

Print Friendly, PDF & Email

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *

*

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.