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Forum: HF, Funk und Felder VCO diskret aufbauen? (4GHz-ca. 200 MHz Sweep)


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Autor: Daniel R. (sparker)
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Hallo,

ist es praktischerweise möglich oder überhaupt sinnvoll, einen VCO 
reproduzierbar diskret im 4 GHz (sollte ca. 200 MHz mgl. linear 
abdecken)-Bereich aufzubauen (z.B. BFP420-Transistor), oder ist man 
besser beraten, einen fertigen MMIC-Baustein zu kaufen (leider sind die 
nicht so günstig in diesem Frequenzbereich)?
(bisher habe ich mit einem Frequenzverdoppler gearbeitet, da habe ich 
aber viel Dämpfung und muss verstärken...)

Auf folgender Seite habe ich ein Design eines Push-Push-VCOs gefunden:
https://www.qsl.net/va3iul/High_Frequency_VCO_Design_and_Schematics/High_Frequency_VCO_Design_and_Schematics.htm

Einen zweiten Aufbau, den ich im Auge habe, ist ein 
negative-resistance-VCO.

Welchen Aufbau würdet ihr dann favorisieren?

Autor: DH1AKF W. (wolfgang_kiefer) Benutzerseite
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Ich würde den ADF4351 vorziehen, weil er reproduzierbare Frequenzen 
liefert. (Derzeit bin ich gerade mit so einem Baustein beschäftigt, der 
von einem STM32L4 angesteuert werden soll.)

Autor: nachtmix (Gast)
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Daniel R. schrieb:
> Auf folgender Seite habe ich ein Design eines Push-Push-VCOs gefunden:
> 
https://www.qsl.net/va3iul/High_Frequency_VCO_Design_and_Schematics/High_Frequency_VCO_Design_and_Schematics.htm

Das wird nicht funktionieren, und schon gar nicht reproduzierbar.

Bei 4GHz kannst du als Frequenz bestimmende Bauteile keine Spulen und 
Kondensatoren mehr verwenden.
Dort verwendet man offene oder kurzgeschlossene Leitungsstücke, oder 
Hohlraumresonatoren.
Damit man aber eine hohe Leerlaufgüte (=geringes Rauschen) solcher 
Resonatoren erreicht, scheidet FR4 als Basismaterial aus, sondern man 
verwendet für die Platine exotischere und deutlich teurere Materialien, 
wie die Rogers Laminate oder Keramik.

Autor: Tobias P. (hubertus)
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Da du nur einen kleinen Sweepbereich brauchst, kann ein 
Cavity-Oszillator Beitrag "Re: Zeigt her eure Kunstwerke (2017)" 
eine Lösung sein. Dieser kann einen ADF oder andere Lösungen problemlos 
in den Schatten stellen, was Phasenrauschen, Ausgangsleistung und 
spektrale Reinheit anbelangt. Der Nachteil ist, dass er im Vergleich zum 
ADF klobig und 'schwer' ist.
Der oben gezeigte Cavity Oszillator bringt ca. 13 dBm bei 2.2 GHz. Das 
gezeigte Modell hat zwar keine Varaktoren drauf, aber diese liessen sich 
nachrüsten. Jedenfalls kann der Oszillator um gut 500 MHz gezogen 
werden.

Harmonische < -60 dBc.

Da in diesem Fall die frequenzbestimmenden Resonatoren nicht auf FR4 und 
die Leitungen kurz sind, gibt es keinen Grund, warum der Aufbau nicht 
auch genau so bei 4 GHz funktionieren sollte.

Gruss
Tobias

Autor: Christoph db1uq K. (christoph_kessler)
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http://lea.hamradio.si/~s53mv/spectana/vco.html
Ich habe seinen Vortrag vor vielen Jahren in Weinheim gehört. Das 
Verfahren, Kapazitätsdioden nicht mehr als variable Kapazität sondern 
als veränderliche Leitung zu sehen scheint zu funktionieren. Ab Fig.6 
bis 4,5 GHz mit dem schon genannten Ge-Si Transistor BFP420 und Varicaps 
aus dem Satellitentunerbereich.

Autor: W.S. (Gast)
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Tobias P. schrieb:
> Da du nur einen kleinen Sweepbereich brauchst, kann ein
> Cavity-Oszillator Beitrag "Re: Zeigt her eure Kunstwerke (2017)"
> eine Lösung sein.

HF-technisch schon, aber oftmals nicht technologisch. Nicht jeder hat 
eine passend ausgerüstete Werkstatt in Reichweite - und für den 
Durchschnitts-Elektroniker ist der Griff zum ADF4350 (den ADF4351 
braucht man hierfür nicht) die weitaus bessere Lösung als gar keine oder 
eine falsch berechnete oder eine unzureichend gefertigte Kavität zu 
haben.

W.S.

Autor: Daniel R. (sparker)
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Danke für die bisherigen Antworten.

DH1AKF W. schrieb:
> Ich würde den ADF4351 vorziehen, weil er reproduzierbare
> Frequenzen
> liefert. (Derzeit bin ich gerade mit so einem Baustein beschäftigt, der
> von einem STM32L4 angesteuert werden soll.)

Ich habe mich intensiv mit dem ADF4350 auseinandergesetzt ->
ich bin zum Schluss zum Ergebnis gekommen, dass das mit diesen 
PLL+VCO-Bausteinen whschl. nicht funktionieren wird. (Warte noch auf 
eine Antwort aus der Analog Devices EngineerZone)

Ich nehme an, der ADF4351 wird nicht anders sein:
3 VCOs, mit 16 Subbändern (jeweilige Vtune-range ca. 0,5V-2,5 V - damit 
werden dann etwa 90 MHz abgedeckt bei der im Datenblatt beschriebenen 
VCO-Sensititvity von im Bestenfall 45 MHz/V, und das auch nur, wenn 
meine Center-Frequenz zufällig bei einer Vtune von 1,5V liegt und ich 
darum aussteuern kann)
und dann das Problem an sich:
Subband-Switch der Band-select-logic braucht ca. 40us + 
Registerbeschreibung dann zusammen über 100us.

Wenn mir jemand sagen/erklären kann, wie ich damit eine saubere 
Frequenzrampe ausgehend von einem definierten Center-Frequenz erzeugen 
kann (die Rampe sollte mit bis zu 1kHz erzeugt werden können), wäre ich 
demjenigen ja höchst dankbar.

Die günstigen VCO+PLL für diesen Frequenzbereich haben immer einen 
Breitband-VCO mit Selektionslogik der Bänder und sind für so etwas 
meiner Meinung nach wohl nicht zu gebrauchen.

Daher war ich dann zum Schluss gekommen, eine PLL (von AD) + externem 
(Narrowband-)VCO (und den aus Kostengründen eben als diskreten Aufbau) 
aufzubauen.

Tobias P. schrieb:
> Da du nur einen kleinen Sweepbereich brauchst, kann ein
> Cavity-Oszillator Beitrag "Re: Zeigt her eure Kunstwerke (2017)"
> eine Lösung sein. Dieser kann einen ADF oder andere Lösungen problemlos
> in den Schatten stellen, was Phasenrauschen, Ausgangsleistung und
> spektrale Reinheit anbelangt. Der Nachteil ist, dass er im Vergleich zum
> ADF klobig und 'schwer' ist.
> Der oben gezeigte Cavity Oszillator bringt ca. 13 dBm bei 2.2 GHz. Das
> gezeigte Modell hat zwar keine Varaktoren drauf, aber diese liessen sich
> nachrüsten. Jedenfalls kann der Oszillator um gut 500 MHz gezogen
> werden.
>
> Harmonische < -60 dBc.
>
> Da in diesem Fall die frequenzbestimmenden Resonatoren nicht auf FR4 und
> die Leitungen kurz sind, gibt es keinen Grund, warum der Aufbau nicht
> auch genau so bei 4 GHz funktionieren sollte.
>
> Gruss
> Tobias

Gefällt mir sehr gut, aber zu "schwer".


Christoph db1uq K. schrieb:
> http://lea.hamradio.si/~s53mv/spectana/vco.html
> Ich habe seinen Vortrag vor vielen Jahren in Weinheim gehört. Das
> Verfahren, Kapazitätsdioden nicht mehr als variable Kapazität sondern
> als veränderliche Leitung zu sehen scheint zu funktionieren. Ab Fig.6
> bis 4,5 GHz mit dem schon genannten Ge-Si Transistor BFP420 und Varicaps
> aus dem Satellitentunerbereich.

Der tolle slowenische Professor ;-) Dank ihm und seinen Messergebnissen 
habe ich mich nicht davon abbringen lassen, meinen Coupled-Line-Bandpass 
mit 4 GHz auf FR-4-Material zu fertigen :-)

Das klingt sehr interessant und überzeugend, das werde ich tatsächlich 
probieren.
Danke für den Link!

Autor: Bonzo N. (jetztnicht)
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: Bearbeitet durch User
Autor: HF Pfuscher (Gast)
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Daniel R. schrieb:
> Die günstigen VCO+PLL für diesen Frequenzbereich haben immer einen
> Breitband-VCO mit Selektionslogik der Bänder und sind für so etwas
> meiner Meinung nach wohl nicht zu gebrauchen.

Richtig, die ADFxxxx mit integriertem VCO sind etwas träge.

Daniel R. schrieb:
> Daher war ich dann zum Schluss gekommen, eine PLL (von AD) + externem
> (Narrowband-)VCO (und den aus Kostengründen eben als diskreten Aufbau)
> aufzubauen.

Da bist du auch meiner Meinung nach auf dem richtigen Weg ... denn ...

Daniel R. schrieb:
> Wenn mir jemand sagen/erklären kann, wie ich damit eine saubere
> Frequenzrampe ausgehend von einem definierten Center-Frequenz erzeugen
> kann (die Rampe sollte mit bis zu 1kHz erzeugt werden können), wäre ich
> demjenigen ja höchst dankbar.

... du musst nur noch einen Schritt weitergehen. Ein von dir
geplanter VCO in einer PLL mit festen Teilerfaktor gelockt.
Nicht diesen solltest du verstimmen sondern die Referenzfrequenz
die du ja sowieso liefern musst. Die Referenzfrequenz muss im
Teilungsfaktor der RF zur Vergleichfrequenz verstimmt werden.
Wie macht man das? Mit einem DDS! Der kann so programmiert
werden dass er einen definierten Sweep generiert.

Beispiel: RF 4000MHz, Phasendetektorfrequenz 50MHz
(ergibt Teilerfaktor 80)

RF Hub 200 MHz ---> DDS Frequenzhub 200Mhz/80 --> 2.5MHz

Dafür ist nur ein einmaliger Programmiervorgang erforderlich,
dann läuft der Sweep von alleine.

Autor: Daniel R. (sparker)
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HF Pfuscher schrieb:
>
> Daniel R. schrieb:
>> Wenn mir jemand sagen/erklären kann, wie ich damit eine saubere
>> Frequenzrampe ausgehend von einem definierten Center-Frequenz erzeugen
>> kann (die Rampe sollte mit bis zu 1kHz erzeugt werden können), wäre ich
>> demjenigen ja höchst dankbar.
>
> ... du musst nur noch einen Schritt weitergehen. Ein von dir
> geplanter VCO in einer PLL mit festen Teilerfaktor gelockt.
> Nicht diesen solltest du verstimmen sondern die Referenzfrequenz
> die du ja sowieso liefern musst. Die Referenzfrequenz muss im
> Teilungsfaktor der RF zur Vergleichfrequenz verstimmt werden.
> Wie macht man das? Mit einem DDS! Der kann so programmiert
> werden dass er einen definierten Sweep generiert.
>
> Beispiel: RF 4000MHz, Phasendetektorfrequenz 50MHz
> (ergibt Teilerfaktor 80)
>
> RF Hub 200 MHz ---> DDS Frequenzhub 200Mhz/80 --> 2.5MHz
>
> Dafür ist nur ein einmaliger Programmiervorgang erforderlich,
> dann läuft der Sweep von alleine.

Genau, dafür hatte ich schon den ADF4158 im Visier, der kann auch die 
Rampen gleich miterzeugen.

Oder kennst du einen anderen günstigen PLL-Baustein, dann würde ich noch 
einen DDS-Sweep-Generator (z.B. AD5932) dem Referenztakt spendieren?

Autor: HF Pfuscher (Gast)
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Daniel R. schrieb:
> Oder kennst du einen anderen günstigen PLL-Baustein

Für 4 GHz funktioniert z.B. der ADF4106, ADF4108 und ADF4113.

Der ADF4158 hat ja Fraktionalteiler, braucht es für deinen
Zweck eigerntlich nicht ...

Daniel R. schrieb:
> der kann auch die Rampen gleich miterzeugen.

Aber auf der Referenz-Seite haben die ADFs da nichts. Bei
Fraktional-Synthese muss man schon wissen was man tut,
Stichwort trägernahe Nebenlinien.

Autor: Daniel R. (sparker)
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HF Pfuscher schrieb:
> Daniel R. schrieb:
>> Oder kennst du einen anderen günstigen PLL-Baustein
>
> Für 4 GHz funktioniert z.B. der ADF4106, ADF4108 und ADF4113.
>
> Der ADF4158 hat ja Fraktionalteiler, braucht es für deinen
> Zweck eigerntlich nicht ...
>
> Daniel R. schrieb:
>> der kann auch die Rampen gleich miterzeugen.
>
> Aber auf der Referenz-Seite haben die ADFs da nichts. Bei
> Fraktional-Synthese muss man schon wissen was man tut,
> Stichwort trägernahe Nebenlinien.

Aus dem Datenblatt:

The ADF4158 is capable of generating four types of waveforms
in the frequency domain: single ramp burst, single sawtooth burst, 
sawtooth ramp, and triangular ramp. Figure 31 through Figure 34 show the 
types of waveforms available.

Autor: HF Pfuscher (Gast)
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Daniel R. schrieb:
> Aus dem Datenblatt:

habe es nicht gelesen, aber ich spekuliere dass diese Frequenz-
Rampen mit der Hauptschleife erledigt werden, nicht mit
Verstimmen der Referenzfrequenz.

Daher:

HF Pfuscher schrieb:
> Aber auf der Referenz-Seite haben die ADFs da nichts.

Autor: Daniel R. (sparker)
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HF Pfuscher schrieb:
> Daniel R. schrieb:
>> Aus dem Datenblatt:
>
> habe es nicht gelesen, aber ich spekuliere dass diese Frequenz-
> Rampen mit der Hauptschleife erledigt werden, nicht mit
> Verstimmen der Referenzfrequenz.
>
> Daher:
>
> HF Pfuscher schrieb:
>> Aber auf der Referenz-Seite haben die ADFs da nichts.

Achso (habs falsch verstanden), ja, damit hast du recht.

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