Phasenschieber 1 GHz

[M. Н. (Gast)]

Hallo,

ich stehe vor einem kleinen Schönheitsproblem:

Ich habe eine Oszillatorschaltung, welche aus integrierten HF Verstärker 
ICs besteht (MMICs) und einer Kavität als Resonator. Das Ganze ist, um 
zu oszillieren, im Kreis geschaltet. Die Zielfrequenz beträgt 1 GHz.

Um den Oszillator zum Oszillieren zu bringen, muss ich die Phase des 
gesamten Kreises auf 0! bzw. n * 360° einstellen. Die Verstärker ICs 
habe ich für die Auslegung bereits charakterisiert. Die 
Phasenverschiebung der Kavität kommt aus der FEM Simulation. Leitungen 
werden entsprechend ihres CPWG-Modells dimensioniert und bemessen.

Das ist nicht das erste mal, dass ich einen solchen Oszillator 
entwickele. Deshalb weiß ich, dass es Wunschdenken ist, die Phase genau 
zu treffen. Bisher habe ich immer eine Posaune auf der Platine 
vorgesehen, auf der ich mittels einer Lötbrücke die Leitungslänge noch 
etwas tunen konnte. Für gewöhnlich reichen da +- 30° Spielraum aus.

Aus reinen Kosmetikgründen, würde ich gerne den Phasenschieber (auch 
wegen der Länge) durch eine elektronisch einstellbare Schaltung 
ersetzen.

Ich kenne mich zu wenig aus mit der verfügbaren Menge an Bauteilen in 
diesem Frequenzbereich. Vielleicht gibt es soetwas fertig als IC.

Es gibt auch noch die Möglichkeit, den Schieber über einen 
Richtkoppler+Kapazitätsdioden zu realisieren. Dazu habe ich folgende 
Frage:
Ich nuttze das 4 Layer Board von OSH Park mit dem HF-Substrat 
(https://docs.oshpark.com/services/four-layer/). Ohne das ganze jetzt 
simulierne zu wollen: Kann ich auf diesem Substrat mit einfacher 
Struktur (Lambda/4-Koppler bzw. vergleichbar) einen Koppler mit 
ausreichenden Eigenschaften entwerfen? Hat da jemand schon Erfahrungen, 
was geht? Wenn es geht, meine nächste Frage: Was wären geeignete Dioden 
für die Kapazitäten in diesem Frequenzbereich?

Oder hat jemand noch einen ganz anderen Ansatz? Die gesamte Platine ist 
100x50 mm^2 groß. Circa die Hälfte 50x50 mm^2 wird von den Verstärkern 
und anderen Schaltungselementen belegt. Es wäre schön, wenn die Lösung 
somit noch  unterzubringen wäre.

[Christoph db1uq K. (christoph_kessler)]

Ein Kollege hat mal vor vielen Jahren mit einem großen Hohlraumresonator 
und einem Faltenbalg mit Hitzdrahteinstellung experimentiert. Das lag 
etwas über 1 GHz, also eine Dose von >20cm Durchmesser. Schließlich 
wurde ein SAW-Resonator genommen, das war deutlich kompakter.

[M. Н. (Gast)]

Christoph db1uq K. schrieb:
> und einem Faltenbalg mit Hitzdrahteinstellung experimentiert

Das ist in der tat einfallsreich. Aber bevor ich das mache, nehme ich 
lieber die Posaune.

Christoph db1uq K. schrieb:
> Schließlich
> wurde ein SAW-Resonator genommen, das war deutlich kompakter.

Es hängt immer davon ab, wie man seinen Resonator baut. Klar bei einer 
rei zylinderförmigen Dose, wird 1 GHz ziemlich groß. Man kann das Ganze 
aber auch deutlich kompakter bauen, in dem man z.B einen Stift in die 
Mitte der Dose setzt (wie im Anhang dargestellt). Natürlich zum Preis 
einer schlechteren Güte.

[Tobias P. (hubertus)]

Hi bambel

ich habe auch mal so einen Cavity Oszi gebaut.

https://hb9fsx.ch/wordpress/wp-content/uploads/2018/01/complete_cavity_osci.jpg

https://hb9fsx.ch/wordpress/wp-content/uploads/2018/02/cavityosci_mech.png

Hier für 2.5GHz. Verwendest du auch einen einfachen Verstärker, der über 
die Cavity rückgekoppelt wird? wie machst du deine Ankopplung an die 
Cavity? bei mir waren das einfach 2 Koppeldrähte, die durch 
entsprechende Bohrungen in die Cavity ragen. Die Phase habe ich durch 
abknippsen der Drähte eingestellt. Ausgekoppelt wird mit einem 3. Draht, 
somit hat die Cavity einerseits die Funktion als Resonator und 
andererseits als Bandpass, welches Harmonische vom Verstärker 
unterdrückt.

Die Ausgangsleistung meines Oszis war um die 13 dBm. Mit der 
Feingewindeschraube in der Mitte kann die Frequenz um ca. 300MHz 
verändert werden.

Hast du bessere Ideen, wie man optimal an die Cavity ankoppelt? wie hast 
du deine Posaune implementiert?
schon lange überlege ich, ob man den Oszillator irgendwie noch mit einem 
Varactor verheiraten kann, um ihn als VCO betreiben zu können zur 
Stabilisierung mit PLL.
weisst du da was drüber?
Frequenzen >=10 GHz wären auch mal spannend.

Hast du inzwischen deinen Phasenschieber? gibt es irgendwie noch eine 
Lösung für einen mech. Phasenschieber?

Grüsse,
Tobias

[A. K. (Gast)]

Könnte man nicht auch eine PLL benutzen deren Feedback-Spannung man 
modifiziert?
Nur so....

LG

[M. Н. (Gast)]

Tobias P. schrieb:
> Hast du inzwischen deinen Phasenschieber? gibt es irgendwie noch eine
> Lösung für einen mech. Phasenschieber?

Das Projekt ist ziemlich eingeschlafen. Habe mich dann doch wieder für 
die gute alte Drahtposaune entschieden.

Im Anhang mal ein paar Bilder der Posaune, Simulation der Cavity, und 
der Ankopplung (auch von einem 2,5 GHz Oszillator) . Als Verstärker 
kommen 2 RF3376 zum Einsatz, nicht optimal, aber geht.

Tobias P. schrieb:
> Hast du bessere Ideen, wie man optimal an die Cavity ankoppelt? wie hast
> du deine Posaune implementiert?

Der Witz ist ja eigentlich, dass man nicht "optimal" ankoppeln will. Je 
schlechter man ankoppelt, desto höher wird die Schwingungsgüte.

Das Ankoppeln hängt natürlich von der gewünschten Mode im Resonator ab.
In der Regel führe ich meine Microstrip nur über ein Loch in der 
Massefläche.
Dadurch streut es dann magnetisch in den Resonator ein.

Tobias P. schrieb:
> Frequenzen >=10 GHz wären auch mal spannend.

In der Tat :) Jedoch fehlt mir da Hobbymäßig das Equipment für. Ich habe 
einige Zeit HF Asics entwickelt (100- 600 GHz). Das war durchaus cool, 
da entdeckt man noch so einige komische Effekte.

Tobias P. schrieb:
> somit hat die Cavity einerseits die Funktion als Resonator und
> andererseits als Bandpass, welches Harmonische vom Verstärker
> unterdrückt.

Das ist in der Tat eine nette Idee. Ich habe bei meinem 2,5 GHz Oszi das 
ganze nach dem Verstärker über einen lambda-viertel-Koppler 
ausgekoppelt.

[Tobias P. (hubertus)]

M. H. schrieb:
> Tobias P. schrieb:
>> Hast du inzwischen deinen Phasenschieber? gibt es irgendwie noch eine
>> Lösung für einen mech. Phasenschieber?
>
> Das Projekt ist ziemlich eingeschlafen. Habe mich dann doch wieder für
> die gute alte Drahtposaune entschieden.
>
> Im Anhang mal ein paar Bilder der Posaune, Simulation der Cavity, und
> der Ankopplung (auch von einem 2,5 GHz Oszillator) . Als Verstärker
> kommen 2 RF3376 zum Einsatz, nicht optimal, aber geht.
>
> Tobias P. schrieb:
>> Hast du bessere Ideen, wie man optimal an die Cavity ankoppelt? wie hast
>> du deine Posaune implementiert?
>
> Der Witz ist ja eigentlich, dass man nicht "optimal" ankoppeln will. Je
> schlechter man ankoppelt, desto höher wird die Schwingungsgüte.
>
> Das Ankoppeln hängt natürlich von der gewünschten Mode im Resonator ab.
> In der Regel führe ich meine Microstrip nur über ein Loch in der
> Massefläche.
> Dadurch streut es dann magnetisch in den Resonator ein.
>
> Tobias P. schrieb:
>> Frequenzen >=10 GHz wären auch mal spannend.
>
> In der Tat :) Jedoch fehlt mir da Hobbymäßig das Equipment für. Ich habe
> einige Zeit HF Asics entwickelt (100- 600 GHz). Das war durchaus cool,
> da entdeckt man noch so einige komische Effekte.
>
> Tobias P. schrieb:
>> somit hat die Cavity einerseits die Funktion als Resonator und
>> andererseits als Bandpass, welches Harmonische vom Verstärker
>> unterdrückt.
>
> Das ist in der Tat eine nette Idee. Ich habe bei meinem 2,5 GHz Oszi das
> ganze nach dem Verstärker über einen lambda-viertel-Koppler
> ausgekoppelt.


sieht gut aus. Wie bestückst du die Posaune? und wie wird der PCB auf 
der Kavität montiert? ich habe es bei mir damals so gelöst, dass ich den 
PCB auf den Deckel der Kavität drauf schraubte und mit Schrauben 
anpresste. Sicherlich nicht optimal, daher interessant zu wissen, wie 
andere das machen.

Optimal ankoppeln: JA man will eine schwache Kopplung, um den Resonator 
wenig zu verstimmen! gleichzeitig will man aber eine starke Kopplung, 
damit man viel Signal hat. Ich hatte mal in einem Paper gelesen, dass 
man am besten kritisch ankoppelt, d.h. S21 ist -3dB (S11 dementsprechend 
auch). Das ist der optimale Kompromiss zwischen grossem Pegel und 
geringer verschlechterung der Güte.

Wie wählst du die Grösse der Koppellöcher, und in welchem Mode betreibst 
du die Kavität? (btw was ist es für eine Kavität?)

M. H. schrieb:
> Ich habe einige Zeit HF Asics entwickelt (100- 600 GHz).

Sowas kann ich leider nicht, weil es hier nirgends Firmen gibt, die 
sowas machen. immerhin bin ich jetzt Anwender von 600GHz Modulen. Habe 
auch erst kürzlich einen Resonator damit gebaut ;-) da das aber Free 
Space war, durfte der Resonator durchaus gross sein - was auch gut ist, 
da so das Q immer grösser wird und bei ca. 150e3 lag in diesem Fall. Die 
Networkanalyzer für den Frequenzbereich sind auch durchaus interessant.