ich möchte euch ein HF-Projekt vorstellen, das mich über einen längeren Zeitraum begleitet hat.
Ausgangspunkt war ursprünglich eine passive YouLoop. Mit ihr war ich zwar grundsätzlich zufrieden, allerdings hätte ich mir ein noch besseren Empfang und etwas mehr Signalpegel gewünscht. Gleichzeitig wollte ich eine möglichst kompakte, netzunabhängige Lösung behalten.
Da ich damals keine für meine Anforderungen passende Elektronik gefunden habe, entstand schließlich eine eigene Entwicklung.
Die Eingangsstufe basiert auf dem bewährten LZ1AQ-Konzept mit einem matchenden Bipolartransistorpaar in Basisschaltung. Die nachfolgende Signalstufe wurde von mir mit einem Video-Differenzverstärker realisiert. Ziel war dabei vor allem eine geringere Verlustleistung bei gleichzeitig breitbandigem Betrieb.
Im Mittelpunkt dieses Beitrags soll aber weniger die eigentliche Verstärkerschaltung stehen, sondern vielmehr der mechanische und HF-gerechte Aufbau.
Da das Gerät aus einem integrierten Li-Ionen-Akku betrieben wird, musste aus den 3,7 V Batteriespannung eine Versorgungsspannung von 9V erzeugt werden. Dafür kommt ein DC/DC-Wandler zum Einsatz. Genau dieser Punkt hat mich bei der Entwicklung am meisten beschäftigt, denn Schaltnetzteile und empfindliche HF-Verstärker in einem gemeinsamen Gehäuse sind bekanntlich keine ideale Kombination.
Um gegenseitige Beeinflussungen möglichst auszuschließen, habe ich den Aufbau konsequent in zwei Bereiche aufgeteilt:
eine “dirty”-Kammer für die DC/DC-Wandler-Schaltung,
eine “clean”-Kammer für den eigentlichen HF-Verstärker.
Beide Bereiche sind mechanisch voneinander getrennt und abgeschirmt. Zusätzlich wurde die Versorgung mehrfach gefiltert. Die Leiterplatte entstand als 4-Lagen-Design mit durchgehenden Masseflächen, um sowohl die HF-Eigenschaften als auch die Schirmwirkung zu verbessern.
Als Antenne verwende ich eine Möbius-Loop aus einem Koaxkabel. Der Ausgang des Verstärkers wird über einen selbst gewickelten Breitbandübertrager (Balun auf Ferritring) angepasst. Den Balun habe ich mit einem nanoVNA messtechnisch überprüft.
Für eine vollständige Charakterisierung des gesamten Verstärkers (z. B. Frequenzgang, Rauschzahl oder Großsignalfestigkeit) fehlen mir jedoch professionelle HF-Messmittel. Deshalb möchte ich bewusst nur Aussagen treffen, die ich selbst nachvollziehen und belegen kann.
Mit dem praktischen Empfangsergebnis bin ich sehr zufrieden. Neben einem generell höheren Pegel beobachte ich einen 10dB größeren Abstand von Signalen zum Rauschen. Inzwischen nutze ich zwei dieser Geräte regelmäßig zusammen mit meinem SDR „Airspy HF+ Discovery“.
Der Beitrag soll keine Bauanleitung sein, sondern lediglich einen Einblick in das Projekt geben. Vielleicht ist der mechanische Aufbau oder die eine oder andere konstruktive Entscheidung ja auch für andere interessant.
Über Fragen und einen fachlichen Austausch zum Aufbau freue ich mich natürlich.
Bilder
1
Bild 1: Gesamtansicht des Gerätes von vorn und hinten
2
Bild 2: Prinzip der verwendete Möbius-Loop
3
Bild 3: Empfangsbeispiel am SDR (41-m-Band)
4
Bild 4: 4-Lagen-Leiterplatte
5
Bild 5: Innenaufbau mit getrennter “dirty”- und “clean”-Kammer
6
Bild 6: Baugruppe mit angeschlossenem Akku
Hinweis
Bei der Fertigung für den Eigenbedarf sind aufgrund von Mindestbestellmengen einige vollständig aufgebaute Geräte übrig geblieben. Wer sich dafür interessiert, findet im Marktbereich einen entsprechenden Beitrag.
Mir kommt das eher wie Schleichwerbung vir. Alle paar Jahre diskutiert jemand ziemlich lustlos über einen Nachbau und verkauft danach "zufällig" übrig gebliebene Produkte. Gerät dieses Wunderwerk sonst völlig in Vergessenheit?
Wer sich dafür interessiert, findet im
Marktbereich einen entsprechenden Beitrag.
War es zu anstrengend, auf den Beitrag zu verlinken?
Schaltnetzteile und empfindliche HF-Verstärker in einem
gemeinsamen Gehäuse sind bekanntlich
keine ideale Kombination.
Klingt plausibel. Ich finde seltsam, dass trotzdem ein Schaltwandler verbaut wurde. Warum nicht ein externes Netzteil oder eine Batterie, die direkt passt?
Noch ein Punkt:
Ziel war dabei vor allem eine geringere
Verlustleistung bei gleichzeitig
breitbandigem Betrieb.
Macht das technisch überhaupt Sinn? Das widerspricht total meiner Ausbildung. Man will ja (wenn schon) nur das Nutzsignal verstärken, nicht die Störungen. Beides gleich zu verstärken ist sinnlos, weil es das SNR nicht verbessert. Im Gegenteil, der Verstärker fügt sein eigenes Rauschen hinzu. Ich bin kein HF Experte. Korrigiere mich bitte, wenn ich falsch liege.
Hallo Frank!
Ich verstehe auch nicht, wie man in so einem Projekt mit einem Schaltregler arbeiten kann. Der LZ1AQ Verstärker setzt auch auf ein einigermaßen symmetrisches Layout, nur so ist er genug rauscharm und hat eine ausreichende Gleichtaktunterdrückung. 10mm in der Länge wären jetzt kein Problem, aber das Maximum damit die Phasenverschiebung im Bereich von 1% bleibt.
Um den Pegel der Youloop anzuheben gäbe es günstige Fertigware. Mit dem Pegel steigt allerdings auch das Rauschen an.Ob daraus ein besseres SN resultiert,???
Ich verstehe auch nicht, wie man in so einem Projekt mit einem
Schaltregler arbeiten kann.
Wenn man es kann, spricht nichts dagegen.
So ist es.
DC-DC Wandler sind weit weniger problematisch als ein primärgetaktetes Netzteil. Mit der entsprechenden Erfahrung beim Layout und den richtigen Filterelementen muss ein DC-DC Wandler nicht zwangsläufig stören.
Ich habe auf Grund der "Schleichwerbung" und nach einem persönlichen Gespräch einen der Verstärker erworben. Leider habe ich noch keine Zeit für ausführliche Tests finden können. Im heimischen shack ist der Störnebel auf LW, MW und KW so groß, dass ein Test im Freien unumgänglich ist. Immerhin kommt 147 kHz knüppeldick durch den Rauschteppich.
Ich habe bei meinem Pico-SDR den internen Schaltregler des Picos abgeschaltet und versorge das Ganze mit 3,3V über einen Low Drop Linearregler. Den internen Schaltegler hört man im RX. Man möchte meinen die Industrie könnte das verhindern, offenbar können sie es nicht...
Ja, denn das ist das so gewünscht. Eine breitbandige Loop als RX-Antenne für eine möglichst großen Frequenzbereich von VLF bis über 30 MHz.
Viel geiler wäre natürlich eine mitlaufende Vorselektion :-)
Mit der entsprechenden Erfahrung beim Layout und den richtigen
Filterelementen muss ein DC-DC Wandler nicht zwangsläufig stören.
Das gilt für Spezialisten mit Erfahrung in dem Gebiet, aber nicht für den durchschnittlichen Hobbyisten. Der Zeitaufwand ist nicht unerheblich, deshalb würde ich andere DC Lösungen mit Akku und Linearregler bevorzugen. Geht auch schneller....
Mich würde interessieren, bei wem du die
Platine fertigen gelassen hast
Hallo Finn,
PCB und SMD-Bestückung hat JLCPCB gemacht. Zur vollsten Zufriedenheit. In ihrem Bestückungsplan war ursprünglich ein Bauteil 180° verdreht, was sie nach meiner Rückmeldung sofort korrigiert haben. Die Bestückung war dann 100% i.O.
Die edge-montierten SMA-Buchsen, den Schiebeschalter, die Deckel der Kammern und der selbstgewickelte Ferritring sind von mir.
Ach so, keine Platine ohne Fehler: Ich habe drei 0603-Widerstände nachträglich aufgebracht. Cu-Bahnen fachgerecht aufgetrennt, Bauteile aufgelötet, lokal mit Conformal Coating versiegelt und stabilisiert.
Ok, vielen Dank.Beachtlich! Hast du bei der Umsetzung Teile vorab simuliert,weil das so gut auf Anhieb funktioniert? Aufbau per Steckbrett ist im HF Umfeld ja nicht sinnvoll..
Der LZ1AQ Verstärker setzt auch auf ein
einigermaßen symmetrisches Layout
Das kann ich so bestätigen. Die beiden Transistorstufen müssen so identisch sein wie nur möglich, um Gleichtaktstörungen (aus dem elektrischen Feld) so gut wie möglich zu unterdrücken.
Ich habe 2 matchende Transistoren in einem Gehäuse und vermutlich auf einem Die verwendet. Die Widerstände dieser Transistorstufen haben 0.1% Toleranz. Und das Layout ist auch symmetrisch. Ich schätze mal, dass wir bei den Transistorstufen im 1mm-Bereich mit der Längenabweichung liegen. (Hinter dem Differnzverstärker mögen es einige wenige mm mehr sein.)
In meiner SDR-App SDR++ sehe ich ein besseres Signal verglichen mit Youloop. (Youloop verwendet lediglich einen 1:1-Spannungsbalun. Super minimalistisch. Große Bandbreite. Eigentlich genial.)
Beispiel: The Buzzer auf 4,625MHz
1
Youloop:Rauschen-110dBfs,Signal-100dBfs
2
MeinVerstärker:Rauschen-100dBfs,Signal-80dBfs
(Werte ungefähr. Situation zu einem bestimmten Zeitpunkt.)
-> Bei Youloop überragt Signal um 10dB das Ruschen, mit dem Verstärker 20dB.
Ich verstehe auch nicht, wie man in so einem Projekt mit einem
Schaltregler arbeiten kann.
Naja, bei einem batteriebetriebenen Gerät muss man sich nicht mehr um die Powerversorgung kümmern. Alles ist schon an Bord. Ich denke, für mobilen Einsatz kann das von Vorteil sein.
Vorteilhaft war auch, dass ich durch die Integration des Up-Converters alles in der Hand hatte, um den "Giftzwerg" im Zaum zu halten. Ich habe sowohl am Eingang des DCDC-Wandlers als auch an seinem Ausgang ordenlich getiefpasst, um zu verhindern, dass auf der Spannungsversorgung des Versträrkers Störungen weitergeleitet werden, als auch, dass "rückwärts" über die Batterieleitung Störungen ins System kommen.
Dann noch ein rauscharmer LDO als zusätzliche Glättung und ein Ferrit im Powerpfad zum Verstärker.
Die LTSpice-Simulation hat keine Störungen mehr gesehen und ich mit dem SDR auch nicht.
On top ist der "Giftzwerg" in seiner Kammer gefangen, so dass auch feldmäßig Ruhe ist.
Ich habe 2 matchende Transistoren in einem Gehäuse und vermutlich auf
einem Die verwendet.
Wenn die auf einem Die wären, dann wüßtest Du es, schon wegen des schmerzhaften Preises. Wenn das Datenblatt dazu schweigt, sind sie auf getrennten Dies. Was hast du denn da verbaut?
Die Entwickler des Pico wussten das nicht oder wollten nicht. Sein Schaltregler ist ziemlich dominant. Gut, er wurde nicht explizit für HF-RX Konzepte entwickelt. Man hätte sich aber mehr Mühe geben können.
Im übrigen vermeidet man als Funkamateur Schaltnetzteile wie der Teufel das Weihwasser.
Ich hatte vor Jahren mal einen Störer der mir die komplette Kurzwelle bis rauf in das 2m Band brutal verseucht hat. Der Funkmessdienst hat leider am Meßtag nichts gefunden. Als das wieder los ging habe ich die HB9-CV an mein Handy gemacht und habe nach dem Störsignal gesucht. In der Wohnanlage bin ich dann fündig geworden. Ein Fernseher... klar, der störte nur wenn er lief. Er wurde dann im Austausch gegen einen anderen aufs Land verfrachtet weit weg von Menschen.
Wenn die auf einem Die wären, dann wüßtest Du es, schon wegen des
schmerzhaften Preises.
Okay, Punkt für dich. Ich habe noch mal nachgeschaut. Hersteller schreibt, dass "nur" 2 benachbarte Dies vom Wafer in einem Package sind.
Allerdings garantiert der Hersteller ein Matching. Siehe Auszug aus dem Datenblatt.
Durch die getrennten Dies könnten sich beide Dies theoretisch unterschiedlich erwärmen und dann doch unterschiedlich sein. Da durch beide aber der gleiche Strom fließt, ist das weniger wahrscheinlich. Und eine gewisse thermische Verbindung ist ja auch noch da.
Durch die getrennten Dies könnten sich beide Dies theoretisch
unterschiedlich erwärmen und dann doch unterschiedlich sein. Da durch
beide aber der gleiche Strom fließt, ist das weniger wahrscheinlich. Und
eine gewisse thermische Verbindung ist ja auch noch da.
Wenn man insgesamt nicht mehr als ca.1% Phasenfehler hat, dann ist das bei 30Mhz wurscht. Wenn man Aufbauten im Ugly Style sieht , die trotzdem gut funktionieren, dann muss man keine Doktorarbeit abliefern. Wäre schon fatal , wenn ein sauberer Aufbau mit ausgemessen Widerständen und hfe bei den Transistoren schlechter gehen würden.
MfG
Die Eingangsstufe basiert auf dem bewährten LZ1AQ-Konzept mit einem
matchenden Bipolartransistorpaar in Basisschaltung. Die nachfolgende
Signalstufe wurde von mir mit einem Video-Differenzverstärker
realisiert.
Ich jammere nicht, ich finde es nur seltsam, dass man mit derartiger Überzeugung sein Produkt anpreist, aber einen Schaltplan verheimlicht. Der Punkt auf dem i war dann der Ausschnitt aus dem Datenblatt des geheimen Transistorpaars.
Ich jammere nicht, ich finde es nur seltsam, dass man mit derartiger
Überzeugung sein Produkt anpreist, aber einen Schaltplan verheimlicht.
Der Punkt auf dem i war dann der Ausschnitt aus dem Datenblatt des
geheimen Transistorpaars.
Wenn du eine Eigenentwicklung die Zeit und Arbeit gekostet hat vermarkten willst, dann gibt es auch von dir keinen Schaltplan. ;-))
Die Entwickler des Pico wussten das nicht oder wollten nicht. Sein
Schaltregler ist ziemlich dominant. Gut, er wurde nicht explizit für
HF-RX Konzepte entwickelt. Man hätte sich aber mehr Mühe geben können.
Ist jetzt ein bisschen OT, dennoch ein Kommentar: Der Pico, also der RP2040 / RP2350 ist erstmal nur ein Microcontroller und hat nichts mit Schaltreglern am Hut. Der hat nur einen programmierbaren LDO für den Kern.
Der Schaltregler von dem du sprichst sitzt auf einem bestimmten Modul. Du hättest genausogut ein Modul ohne Schaltregler für das SDR nehmen können.
Ich wählte eines von Solder Party, mit LDO.
Oder man nimmt gar kein Modul und lötet den Pico und die Peripherie direkt auf die PCB.
Oder man nimmt gar kein Modul und lötet den Pico und die Peripherie
direkt auf die PCB.
Da bist du mir etwas voraus. Ich kennen nicht alle Varianten mit allen Details. Ich habe gesockelte RP2040, was ich praktisch finde und kann jetzt ohne viel löten auf den RP2350 umsteigen. Die neuen Platinen haben jetzt die beiden neuen Tiefpässe und rund um den Pico mehr Platz um die Anschlüsse für das Große TFT mit Wasserfall sauber hinzubekommen.
Den Schaltregler außer Betrieb zu nehmen ist keine große Sache.
MfG
Den Schaltregler außer Betrieb zu nehmen ist keine große Sache.
Klar, es führen immer mehrere Wege nach Rom.
Bei meinem nächsten Testaufbau werde ich den RP2350 direkt auflöten. Möchte es einfach mal probieren. Bei kleinen AVR klappt das gut und der Pico kostet auch nicht mehr (60ct/stk).
Hab ich da jetzt was missverstanden? Ihr wollt alle einen LDO einsetzen, aber der Regler, der hier als DC/DC kommentiert wird, ist ein BOOST Wandler, da der Akku nur 3.7V liefert aber 9V gebraucht werden.
Also noch mal von vorn, wer hat einen 3V->9V LDO in der Tasche?
Da die Platinen, vermutlich sogar fertig bestückt?, in China bestellt und hier mit Bildern ausführlich genug beschrieben wurden, gönne ich dem Frank sein Geld für die nächsten 50 verkauften Platinen. Danach wird er seine eigene Entwicklung ohnehin fertig auf Aliexpress für unter 30€ kaufen können.
Ich finde es völlig in Ordnung, wenn man für seine Zeit und Arbeit auch im Hobby ein wenig entschädigt wird und in der Lage ist, seine Partnerin / seinen Partner für die verpasste Zeit auch mal zum Ausgehen einladen zu können. So viel muss eine Hobby Entwicklung, wenn sie gut gemacht ist, immer abwerfen.
Ich habe auf Grund der "Schleichwerbung" und nach einem persönlichen
Gespräch einen der Verstärker erworben. Leider habe ich noch keine Zeit
für ausführliche Tests finden können.
Hast du schon weitere Erfahrungen gemacht? Mich interessiert, ob der DC-DC-Wandler Störungen verursacht.
Wie ist der Empfang zwischen 10 und 100 kHz? Es gibt ja genug Aussendungen, die den ganzen Tag über zu hören sind (RDL, GBZ, DHO38 usw.). Wie ist der Empfang zwischen 15 und 30 MHz?
Hab ich da jetzt was missverstanden? Ihr wollt alle einen LDO einsetzen,
aber der Regler, der hier als DC/DC kommentiert wird, ist ein BOOST
Wandler, da der Akku nur 3.7V liefert
Ist es nicht naheliegender, einen direkt passenden Akku zu verwenden?
Das sind dBfs. Bei 0dBfs wäre der ADC des SDR voll ausgesteuert.
Mit dem SDR kann ich leider keine dBuV oder S-Pegel liefern.
Man kann einzig sehen, um wie viele dB (Differenz ohne fs) das Signal über dem Rauschen liegt.
Ist es nicht naheliegender, einen direkt passenden Akku zu verwenden?
Du meinst vielleicht so ein NiMH-Akku, oder?
Da gibt es z. B. solche 9V-Blöcke.
So ein 9V-Block würde nur 1..2 Stunden durchhalten.
Das verbaute Li-Ionen-Akku hält vielleicht 10x so lange.
Mir persönlich gefällt an der Upconverter-Lösung, dass unabhängig vom Ladezustand des Akkus genau 9V geliefert werden. Das Akku kann sich allmählich von 4,2V bis runter nach 3V entladen. Die Transistoren bleiben unverändert im gleichen Arbeitspunkt.
Man kann auch drei einzelne Zellen in Reihe Schalten.
Bei 3S hat man zwingend ein BMS im Antennenverstärker, also einen Mikrocontroller. EMV-technisch herausfordernd. Und der Preis! Die Batteriezelle ist schon teuer. Du willst gleich 3 verbauen. Dann ein BMS.
Nein, das ist keine Option.
Man kann durchaus drei einzelne LiIon-Akkus in reihe geschaltet ohne BMS zum Betrieb einer Schaltung verwenden. Wenn ein Akku frühzeitiger leer ist als die anderen, sinkt die Spannung des Packs ja so rapite ab, dass da dann auch ein 9V-LDO keine 9V mehr ausregeln kann und im besten Fall dann komplett wegen Unterspannung abschaltet. BMS brauch da nur die Ladeschaltung.
Ich habe Norbert G. gefragt, weil ich eine unabhängige Meinung hören möchte. Auch deswegen, weil du nicht gerade viel bzw. aussagekräftiges zu den RX-Eigenschaften demonstrierst. Ich bin experimentier- und kauffreudig, aber die Bilder von den Rundfunkbändern und DCF77 überzeugen mich nicht; die sind keine Herausforderung. Wer will schon die Katze im Sack kaufen. :-)
Ich wünsche mir eine klare Aussage darüber, ob und ggf. wo der DC-DC-Wandler Störungen verursacht. Denn umtauschen würde in deinem Fall nicht funktionieren.
Übrigens ich hatte die Chinakracher MLA30+ und GA800 auf dem Tisch. Beide mit Schaltwandler. Beide Schrott.
Mit dem SDR kann ich leider keine dBuV oder S-Pegel liefern.
Mit dem HF+ Discovery geht das natürlich schon, aber nicht mit SDR++, weil das ja auf SDR# basiert. Der Airspy-Schnösel (Youssef Touil) will das nicht implementieren, weil er das bei einem SDR für unnötig hält.
Hier noch zwei Vergleichsbilder zu deinem gestrigen Empfang mit einer 36 cm Kreuzloop. Natürlich, ein anderer Tag und ein anderer Ort (Großstadt mitten im Ruhrpott, Dachgeschoß in der 2. Etage).
Ich habe auf Grund der "Schleichwerbung" und nach einem persönlichen
Gespräch einen der Verstärker erworben. Leider habe ich noch keine Zeit
für ausführliche Tests finden können.
Hast du schon weitere Erfahrungen gemacht? Mich interessiert, ob der
DC-DC-Wandler Störungen verursacht.
Wie ist der Empfang zwischen 10 und 100 kHz? Es gibt ja genug
Aussendungen, die den ganzen Tag über zu hören sind (RDL, GBZ, DHO38
usw.). Wie ist der Empfang zwischen 15 und 30 MHz?
Hi Stephan,
ich habe immer noch keine Zeit für Tests außerhalb meiner Funkbude gefunden (Arbeit, Wacken Open Air). Ich weiß auch nicht, ob ich es noch im August schaffen werde.
Heute hatte ich mal Zeit und mir den FSW geschnappt.
Die Antwort ist kurz und knapp: Ich konnte keinen einzigen spike im Bereich von 50 Hz bis 100 MHz erkennen!
Für die Farbe muss ich mich entschuldigen :-)
Mit eingeschaltetem Preamp im FSW war der Rauschanstieg durch den Loop Amp ca. 3-5 dB. Für eine genaue Messung war ich zu faul.
sorry für die späte Rückmeldung und danke für deine Messungen. Das sieht doch wirklich gut
aus. Ich verstehe nicht, weshalb Frank so ein Geheimnis aus dem Schaltwandler macht bzw. nichts weiter dazu schreibt.
Jetzt würden mich noch Empfangsversuche zwischen 10 und 50 kHz interessieren. Ebenso zwischen 15 und 30 MHz. Aber das hat sich wohl erledigt, denn von Frank ist ja nichts mehr zu hören. Er hat wohl alle verkauft und macht jetzt Karibikurlaub. :-)
sorry für die späte Rückmeldung und danke für deine Messungen. Das sieht
doch wirklich gut aus.
Eben! Ich habe selbst genug anderes Zeug, wo jegliche Filterung vor und hinter den Schaltwandlern fehlt und das entsprechend im SDR sichtbar wird.
Ich verstehe nicht, weshalb Frank so ein Geheimnis aus dem
Schaltwandler macht bzw. nichts weiter dazu schreibt.
Vermutungen:
Die dämlichen Kommentare einiger Menschen hier.
Warum etwas öffentlich machen, nur damit der Kopierchinese damit den Reibach machen kann.
Ich habe die Schaltung gesehen und es ist wirklich nichts Geheimnisvolles enthalten. Vernünftige Filter an Ein- und Ausgang des Upconverters und etwas Blech drumherum.
Jetzt würden mich noch Empfangsversuche zwischen 10 und 50 kHz
interessieren. Ebenso zwischen 15 und 30 MHz.
Ich habe sooooo viele andere Dinge zu tun und bin außerdem faul by nature. Ich möchte den direkten Vergleich mit dem Youloop-setup (OpenWebSDR) vom Nachbarn machen. Der ist aber gerade im Urlaub. Der preamp kommt mit Koax-Loop und RX ins Urlaubsgepäck (September).
Er hat wohl alle verkauft und macht jetzt Karibikurlaub. :-)
Heute hatte ich mal Zeit und mir den FSW geschnappt.
Die Antwort ist kurz und knapp: Ich konnte keinen einzigen spike im
Bereich von 50 Hz bis 100 MHz erkennen!
Danke Norbert!
Ich habe in deinem 1. Screenshot gezielt nach dem DCDC-Wandler gesucht.
Er läuft ja auf 1.2MHz. Dort und bei den Harmonischen habe ich grob abgelesen:
1
1.Harmonische1.2MHz-115dBm
2
2.Harmonische2.4MHz-118dBm
3
3.Harmonische3.6MHz-118.8dBm
4
4.Harmonische4.8MHz-119dBm
5
5.Harmonische6.0MHz-120.4dBm
6
6.Harmonische7.2MHz-119.5dBm
7
7.Harmonische8.4MHz-119.8dBm
8
8.Harmonische9.6MHz-120dBm
Der DCDC-Wandler koppelt folglich maximal mit -115dBm bzw. -8dBµV ein.
Hallo zusammen,
ich habe mir heute den nanoVNA geschnappt und versucht, das Übertragungsverhalten des Verstärkers aufzunehmen.
Auf dem ersten Bild sieht man, was herausgekommen ist. Man sieht den Ausgangspegel in dBµV in Abhängigkeit von der Frequenz und der Größe (in µA) des Eingangssignals.
Das zwischengeschaltete T-Glied hat einerseits die Aufgabe, dem Port 1 des nanoVNA eine 50Ohm-Last zu bieten und andererseits aus dem nanoVNA-Signal ein Eingangssignal für den Antennenverstärker mit einstellbarer Stromstärke zu liefern. Die Schaltung des T-Glieds ist in Bild 3 dargestellt. Zwischen MP1 und MP2 musste ich jeweils den Widerstand einstellen, um den gewünschten Strom zu erhalten:
1
RIWunsch
2
241.7R100µA
3
494R50µA
4
1264R20µA
5
2544R10µA
6
50885µA
Die Daten habe ich mit NanoVNA Saver (Siehe Screenshot.) aufgenommen und in Excel in dBµV umgerechnet.
Hallo zusammen,
heute schaue ich mir die gestrigen Messergebnisse an.
Dazu möchte ich meine Gedanken teilen...
Mir fallen drei Dinge besonders bei der 5µA-Kurve auf:
Es gibt (1) einen Knick bei ca. 65MHz, (2) ab ca. 8MHz steigt die Kurve unerwartet an, (3) die Kurve ist verrauscht. Teilweise sind die Effekt auch bei den Kurven darüber sichbar, jedoch im geringerem Maße.
(Siehe angehängtes PNG.)
Phänomen #1 "Kurvenknick" bei 65MHz.
Es fällt auf, dass der Effekt für die 5µA-Messreihe am größten ist.
Im Phänomen #2 wird es noch um die parasitäre Kapazität des Trimmwiderstandes gehen.
Es hat sich gezeigt, dass sein Einfluss um so größer ist, je größer der eingestellte Trimmwert ist.
Mehr dazu später. Es sieht so aus, dass bei diesem Phänomen hier auch das externe T-Glied bzw. seine Kapazität des Trimmwiderstandes eine Rolle spielt. Möglicherweise bildet sich eine L/C-Resonanz zusammen mit der parasitären Induktivität der Einkoppelkondensatoren im Verstärker aus. Das ist natürlich nur Spekulation, aber meiner Meinung nach ist dieses Phänomen harmlos und tut der Funktionalität keinem Abbruch.
Phänomen #2: Unerwarteter Kurvenanstieg der 5µA-Kurve ab ca. 8MHz.
Ich habe mit meinem LCR-Meter den rechten Schenkel des T-Glieds, also Trimmer und Fixwiderstand, durchgemessen und tatsächlich eine nennenswerte parasitäre Kapazität in Abhängigkeit des eingestellten Widerstandes gefunden.
Siehe angehängtes Bild.
[Zu meiner Ehrenrettung muss ich sagen, dass ich ursprünglich alles mit 0603-Festwiderständen aufbauen wollte, dafür aber nicht der Platz auf dem Board vorhanden war. Das PCB-Lochraster ist weitgehend im Layout verbunden.]
CBYP überbrückt für hohe Frequenzen den ohmschen Widerstand des Trimm-Widerstandes.
Bei den Messreihen für die hohen Ströme ist der Trimmwiderstand sehr weit runtergedreht. CBYP kann also nur einen kleinen Teil des R2-Widerstandes überbrücken. R2 ergibt sich wesentlich aus dem Festwiderstand 220R.
CBYP verringert sich zwar für höhere Widerstandswerte, dafür überbrückt er aber auch mehr vom R2-Gesamtwiderstand.
Man sieht dass die Stromkurven jeweils immer flacher werden und die 5µA-Kurve steigt dann sogar an.
Ich denke, dieses Phänomen ist komplett auf den unperfekten Messaufbau mit dem Bastel-T-Glied zurückzuführen.
Phänomen #3
Rauschen im Bereich 0 bis 40MHz, je kleiner das Nutzsignal, um so größer ist es.
Hier könnte der erste Gedanke sein, dass wir mit dem Signal in den Bereich des Eigenrauschens kommen und dass hier das "Ende" des Verstärkers erreicht ist. Dagegen spricht Norberts Messung mit -115dBm (RBW=200Hz). Diese Messung hat gezeigt, dass das Eigenrauschen meilenweit weg liegt von unserem Signal, selbst bei 5µA Eingangsstrom.
Der nächste Einwand ist die Mittelung der Messwerte. Von jedem Punkt wurde 5 Messwerte aufgenommen, 2 davon wurden verworfen, die restlichen 3 Werte wurden gemittelt. Ich kann berichten, dass diese Art der Mittelung nahezu überhaupt keinen Einfluss auf die Kurvenform hatte, verglichen mit einer Einfachmessung. Zu erwarten wäre, dass sich weißes Rauschen deutlich "wegmittelt". Das war hier nicht der Fall.
Der 3. Einwand ist, dass es feste Frequenzen zu geben scheint, an denen Störungen auftreten. Ich sehe Spikes in mehreren Kurven bei gleichen Frequenzen. Siehe Bild. [Keine davon bei der Frequenz des DCDC-Wandlers.]
Wegen dieser Gründe möchte ich ausschließen, dass wir hier "das Ende" des Verstärkers sehen.
Ich vermute den unidealen Messaufbau als Ursache dieses Phänomens.
Ich würde daher inzwischen sprachlich auch gar nicht mehr von „Rauschen“ sprechen, sondern von frequenzselektiven Störungen auf einer ansonsten zunehmend empfindlichen Messkurve.
Ich denke, hier spielt mir der Low-Cost-Aufbau einen Streich. Der 35€-nanoVNA, miese Koax-Kabel, wo mir bei der Messung 2 SMA-Stecker abgefallen bzw. kaputt gegangen sind, irgendwelche Störer am Arbeitsplatz, Masseführung, ...
Ich habe in deinem 1. Screenshot gezielt nach dem DCDC-Wandler gesucht.
Er läuft ja auf 1.2MHz. Dort und bei den Harmonischen habe ich grob
abgelesen:
...
Der DCDC-Wandler koppelt folglich maximal mit -115dBm bzw. -8dBµV ein.
Ich hatte die Wandlerfrequenz zum Messzeitpunkt nicht im Kopf und werde das Spektrum von 10 kHz bis 5 MHz noch einmal aufnehmen und den Referenzpegel dabei anpassen.
Gestern habe ich mal einen billigen preamp von Aliexpress (TQP3M9037-LNA) mit einem Mini-Circuits ZJL-4HG verglichen. Das Gehäuse des TQP3M9037 ist vermutlich nicht so doll und auch über den USB-Anschluss dürfte so einiges an Störsignalen die Noise-Figure-Messung stören. Bei Interesse mache in einen neuen Faden auf.
Gestern habe ich mal einen billigen preamp von Aliexpress
(TQP3M9037-LNA) mit einem Mini-Circuits ZJL-4HG verglichen. Das Gehäuse
des TQP3M9037 ist vermutlich nicht so doll und auch über den
USB-Anschluss dürfte so einiges an Störsignalen die Noise-Figure-Messung
stören. Bei Interesse mache in einen neuen Faden auf.
Hallo Norbert,
finde ich sehr Interessant und weitere Messungen würde ich gern sehen.
FSW ist warm, self-calibration laufen lassen, interner Preamp on, DC Blocker aus, Screen-Shot-Farbe geändert, Wasserfalldarstellung angepasst.
Bild 1: 0-5 MHz - Da ist nur der kleine Piepser bei ca. 1080 kHz. Das Signal bei bei 581 kHz ist auch bei abgeschaltetem DUT noch da und verschwindet ganz, wenn ich das Kabel vom Analysator abziehe.
Bild 2: Reingezoomt auf die ca. 1080 kHz.
Ich kann mir den Piepser nur so erklären, dass der Verstärker den Piepser am Eingang empfängt. Waren beide SMA-Eingangs-Buchsen offen?
Oder per Koaxkabel verbunden (= Differenzeingang kurzgeschlossen.)?
However, wir sind mit den Werten so oder so klasse, oder?
Die Eingänge habe ich offen gelassen. Ich habe hier keine passenden Abschlüsse in Reichweite.
Der geringe Aufwand für Filterung und Abschirmung hat sich bezahlt gemacht.
