AM/FM-Signalgenerator: IFR 2025.

AM/FM-Signalgenerator: IFR 2025. S.Best

Zur Erzielung der hohen Frequenzgenauigkeit ist der im Blockschaltbild (Bild 2) gezeigte Aufwand für den Synthesizer nötig. Bild 3 zeigt die Bestückungsseite der gesamten Frequenzaufbereitung mit den einzelnen Funktionsbaugruppen: Herz des Synthesizers (1) ist der bei 100 MHz schwingende VCXO (2), dessen Ausgangsfrequenz mittels PLL mit Phasenkomparator bei 10 MHz an den internen (oder externen) Frequenzstandard angebunden ist. Das VCXO-Signal wird mittels 5 MHz Referenzfrequenz im Fraktional-N-Schleifen-Phasenkomparator durch 20 geteilt.

Eine weitere Fraktional-N Schleife (2) kommt zum Einsatz, um den rauscharmen VCO mit einer Auflösung von 1 Hz auf die Referenz einzurasten. Dieser VCO schwingt von 400 bis 535 MHz und wird mit drei, vier oder fünf multipliziert, um auf die PLL-Ausgangsfrequenz von 1,2 bis 2,51 GHz zu kommen. Ein schneller programmierbarer Teiler setzt die vervielfachte VCO-Frequenz auf 5 MHz, die in einem weiteren Phasenkomparator mit dem Signal aus dem Referenz-VCXO verglichen wird. Der Ausgang des Phasenkomparators korrigiert die VC-Frequenz. Zur Erzielung des Teilerverhältnisses arbeitet der programmierbare Teiler als fraktionaler Teiler. Ein Fraktional-N-Gatearray-Controller steuert dabei das Teilerverhältnis des programmierbaren Teilers. Durch Änderung des Teilerverhältnisses durch den Controller kann die Regelschleife einrasten. Dieses erfolgt ohne Non-integer-Teilerverhältnisse auf die Referenz mit einer Auflösung von 1 Hz ohne zusätzliche unerwünschte Signale.

Bild 2: Blockschaltbild des Synthesizers.

Bild 2: Blockschaltbild des Synthesizers. IFR

Das FM-Ausgangssignal wird in einem Zwei-Stufen-Modulationsschema generiert. Nach Summierung speist der Signalgenerator das FM-Signal über die VCO-Abstimmungsleitung in die Regelschleife ein, um den VCO direkt zu modulieren. Gleichzeitig wird das FM-Signal über einen 1-Bit-oversampled A/D-Wandler, welcher den analogen Eingang in einen Bitstrom von Einsen und Nullen wandelt, dem Fraktional-N-Controller zugeführt. Der Controller nutzt diesen Eingang zur Modulation des Teilerverhältnisses entsprechend der Modulationsfrequenz. Das ermöglicht Frequenzen unter der Regelschleifenbandbreite, einschließlich DC, um die Ausgangsfrequenz zu modulieren.

HF-Verarbeitung

Der VCO auf dem Ausgangsverstärker (6) arbeitet von 400 bis 535 MHz und speist den Harmonischen Generator (3) dessen dritte, vierte und fünfte Harmonischen durch ein spannungsabgestimmtes Bandpassfilter (4) gelangen, um den Bereich 1,2 bis 2,51 GHz abzudecken. Für Frequenzen unter 1,2 GHz wird dieses Signal durch Faktor 2 geteilt, zur Generierung von Frequenzen im Bereich 10 MHz bis 1,2 GHz. Zur Reduzierung von unerwünschten Harmonischen am Ausgang folgt eine Filterbank aus geschalteten Halboktavenfiltern. Dann durchläuft das Signal einen Amplitudenmodulator (5), in dem die Ausgangshüllkurve gesteuert wird (Envelopschaltung). Der Ausgang des Modulators arbeitet mit Spitzendetektion.

Bild 3: Bestückungsseite des Synthesizers (1) mit VCXO/PLL (2), Trägergenerator und Harmonischem Generator (3), Schleifenfilter und Autokalibration (4), Pegelmodulator AM (5), Ausgangsverstärker (6), Frequenzmodulation FM (7) und Ausgangsdämpfungsglied (8).

Bild 3: Bestückungsseite des Synthesizers (1) mit VCXO/PLL (2), Trägergenerator und Harmonischem Generator (3), Schleifenfilter und Autokalibration (4), Pegelmodulator AM (5), Ausgangsverstärker (6), Frequenzmodulation FM (7) und Ausgangsdämpfungsglied (8). S. Best

Für Frequenzen kleiner 10 MHz wird das Signal mit dem Eingang des 100-MHz-VCXO gemischt. Den resultierenden Ausgangsfrequenzbereich 9 kHz bis 2,51 GHz führt der Ausgangsverstärker (6) einem Dämpfungsglied (8) zu. Für Impulsbetrieb wird das Signal dem Impulsmodulator zugeführt, der im Bereich 30 MHz bis 2,51 GHz arbeitet. Ansonsten umgeht man den Impulsmodulator, um das Signal dem Ausgangsdämpfungsglied direkt zuzuführen. Gesteuert über Relais bietet es 11 bis 132 dB. Das Ausgangsdämpfungsglied enthält ein RPP-System (Reverse Power Protection), um den Signalgenerator vor Fehlbedienung zu schützen (HF-Signal in den Ausgang).

LF-Erzeugung

Die LF-Erzeugung erfolgt frequenzmäßig heruntergeteilt auf die folgenden Stufen. Für den LF-Ausgang kommt ein DSP für die Erzeugung der NF-Frequenzen für die interne Modulation zum Einsatz. Ein Ausgangssignal des DSP ist zusätzlich an der Frontplatte an der LF-Output-Buchse für externe Zwecke zugänglich.

Für externe Modulation muss das Signal an der EXT-Mod-Input-Buchse zugeführt werden und gelangt dann über eine AC/DC-Koppelschaltung entweder direkt oder über eine ALC-Schaltung (Automatic Level Control) zum Audiomultiplexer. Das externe Signal kann auch direkt mit der Audiofrequenz des DSP aufsummiert werden.

AM und Pegelsteuerung

Bei Amplitudenmodulation stellt man die Modulationstiefe mit einem 12-Bit-ADC ein. Ein weiterer ADC erzeugt die ALC-Referenz für das RF-Board. Für beide Signale erfolgt eine Square-Law-Korrektion.

FM/ϕM

Für die Frequenzmodulation (7) wird der FM-Hub durch die Signalamplitude bestimmt, bei Phasenmodulation dagegen durchläuft das Signal eine Differenziererschaltung.

Der AM/FM-Signalgenerator IFR 2025 ist zu einem Preis von 1998 € bei Rosenkranz Elektronik erhältlich.

Technische Daten

  • Frequenzbereich: 9 kHz bis 2,51 GHz
  • TCXO: 10 MHz
  • Temperaturstabilität: besser ±7 in 10-7  im Bereich 0 bis 55 °C
  • Ausgangspegel: -140 bis +13 dBm, 0,1 dB Auflösung
  • Pegelgenauigkeit (1)
  • Frequenz: >-127 dBm >-100 dBm
  • TK: 9 kHz bis 1,2 GHz ±0,8 ±0,02 dB/°C, 1,2 GHz bis 2,05 GHz ±1,4 ±1,2 ±0,03 dB/°C, 2,05 GHz bis 2,51 GHz ±1,6 ±0,03 dB
  • Harmonische: typisch < -30 Tbc bei Pegeln bis +7 dem, typisch <-25 Tbc bis +13 dem
  • Nicht-Harmonische (Offset >3 kHz): besser als -70 dBc bis 1 GHz, besser als -64 dBc zwischen 1 und 2,05 GHz besser -60 Tbc über 2,05 GHz
  • Rest FM (FM off): <4,5 Hz RMS Abweichung in einer umgedichteten Bandbreite von 300 Hz bis 3,4 kHz bei 1 GHz
  • SSB Phasenrauschen: besser als -124 Tbc/Hz bei 20 kHz Offset vom Träger bei 470 MHz, typisch -121 Tbc/Hz bei 20 kHz Offset vom Träger bei 1 GHz