Selbstabgleichender Kalibriergenerator 1,0mW 0,0dBm 10 MHz

• Links, die Leiteplatte von oben. In der Mitte der 10MHz Quarzgen. Rechts daneben der verbesserte Tiefpass und die Pegelreduzierung.
• Die Lieterplatte von unten. Oben links der variable Spannungsregler. Oben rechts die Doppeldiode für den Spannungsvergleich. Etwas rechts der Mitte der OPV für die Pegelreglung.
• Der Messwert an meinem mW-Meter bleibt über Stunden stabil. Auch die Betriebsspannung hat wenig Einfluß auf den Ausgangspegel und darf 12V bis etwa 18V betragen.
• Die Pegelnachreglung erfolgt über den OPV durch den Vergleich der HF-Pegel-Spannung mit der stabilisiert 5V Spannung. Der Spannungsregler ist in der Spannung einstellbar. Bei dieser Platine beträgt die Spannung 5,008 Volt. Bei dieser Spannung kommen am Ausgang genau 0,00dBm heraus.

• Das ist das bekannte Schaltbild von dieser Baugruppe. Die Baugruppe ist eine Entwicklung von DL7AV.

  Die Beschreibung der Pegelreglung:

• Der genaue Ausgangspegel von 1,0mW oder 0,0dBm wird durch die automatische Pegelreglung mit dem OPV MAX44250 erreicht.
• Am invertierten Eingang des OPV liegt die gleichgerichtete HF-Spannung nach dem Tiefpass an und am nicht invertierten Eingang die Gleichspannung des Spannungsreglers U3, MIC5233.
• Der OPV MAX44250 vergleicht beide Spannungen und erzeugt eine Regelspannung, die über den Widerstand R16, 12k dem Gate des IRLML2060 zugeführt wird.
• Je nach der Höhe der Spannung von Ugate ändert sich am Drain die Amplitude der HF-Spannung. Der Regelkreis ist damit geschlossen.
• Somit wird der HF-Pegel am Ausgang des Tiefpasses immer Konstand auf den gleichen Pegel gehalten.
• Die Höhe der Gleichspannung des U3, MIC5233 beeinflusst also den HF-Pegel am 0,0dBm-Ausgang.
• Mit den Widerständen R1_1, R1_2, R2_1 und R2_2 wird der genaue HF-Pegel von 0,0dBm am HF-Ausgang eingestellt.
• Die genaue Einstellung der Gleichspannung an U3, MIC5233 ist die eigentliche Kalibrierung des genauen HF-Pegels des Generators!! Leider ist bei jeder Baugruppe eine andere Gleichspannung erforderlich für genau 0,0 dBm am Ausgang der Baugruppe.
• Ich habe alles auf SMD-Bauteile umgesetzt und noch einige Verbesserungen gemacht. Der verhältnismäßigen kleinen Ciss= 64pF des IRLML2060 als Leistungsmosfet hat mich auf die Idee gebracht die Frequenz des Generators auf 10MHz hoch zu legen. Der IRLML2060 ist dafür gut geeignet. Meine Messungen bestätigen meine Vermutung. Der Stromverbrauch ist in beiden Aufbauvarianten 3,6MHz oder 10MHz in etwa gleich, so etwa 25mA. Also der gleicher Wirkungsgrad.
• Rechts die beiden Bilder sind 3D-Darstellungen aus Kicad 7.0.

• Ich habe verschieden Tiefpässe aufgebaut. Am effektivsten ist der von mir umgerechnete Tiefpass der Originalschaltung. Wie bei der Generator-Variante mit 3,6 MHz ist die Unterdrückung der ersten Oberwelle größer 30 dB. Das ist für diesen Zweck ausreichend. Ich habe versucht mit einem Cauer-TP die erste Oberwelle noch mehr zu dämpfen, aber die Verluste im TP waren zu hoch. Der IRLML2060 musste zu viel Leistung aufbringen und er wurde zu warm. Der HF-Pegel bleibt dadurch nicht stabil.
• Ein kleiner Kondensator über L3, 3,3uH bringt eine besser Unterdrückung der Oberwelle. Im Bild gut zu sehen. Aber ganz Wichtig! Die Kalibrierung mit Messung des HF-Pegel muss erneut durchgeführt werden. Die erforderliche Referenz-Gleichspannung wird höher.

Ich habe Leiterplatten bestellt. Ich baue den Kalibriergenerator auf und kalibriere ihn. Die Abweichung der Kalibrierung ist kleiner +/-0,1dB.

Meine Kalibrierung:

Dazu benutze ich den Referenzausgang meines Power-Meters HP437B, 1,0mW 50MHz. Eine Messkopf für den HP437B habe ich leider nicht, aber mein mW-Meter mit Tastkopf AD8361 (Auflösung kleiner 0,01dB) ist für Vergleichsmessungen auch sehr genau.

Bei Interesse bitte melden! Die Gesamtkosten einer fertigen Platine möchte ich hier nicht erörtern.

DL4JAL@t-online.de

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Wie schon oben berichtet, mit der Gleichspannung an U3, MIC5233 wird der genaue Ausgangspegel von 0,0 dBm am Ausgang der Baugruppe eingestellt. Nach dem Aufbau mehrer Baugruppen gibt es keinen einheitlichen Spannungswert für 0,0 dBm. Die Spannungsabweichungen sind aber nicht sehr groß und liegen zwischen 4,92 Volt und 5,05 Volt.

Um ein Gefühl für den Zusammenhang Spannung an U3, MIC5233 und HF-Peglel am Ausgang zu bekommen. Hier die Spannungswerte einer aufgebauten Baugruppe und die entsprechenden HF-Pegel:
• 4,933 Volt entspricht +/-0,000 dBm
• 4,937 Volt entspricht +0,010 dBm
• 4,959 Volt entspricht +0,050 dBm
• 4,988 Volt entspricht +0,100 dBm

Eine Spannungsänderung von etwa 0,05 Volt ergibt eine Pegeländerung von etwa 0,1 dB. Werden für R6, R7, R8 und R9 Widerstände mit hoher Genauigkeit (0,1%) eingesetzt und die Spannung an U3, MIC5233 auf etwa 4,98 Volt eingestellt, beträgt der Ausgangspegel 0,0 dBm mit einer Abweichung von +/- 0,1 dB. Wem diese Genauigkeit reicht, der kann so verfahren. Für eine höhere Genauigkeit ist die Kalibrierung mit einer genauen HF-Referenz erforderlich.

Wird der Kondensator C17, 18pF im Tiefpass eingefügt ändern sich die Gleichspannungswerte. Es muss neu mit HF-Messung kalibriert werden!!!

calgen_1_02.zip Unterlagen zur Baugruppe mit Kicad7 erstellt. Im Verzeichnis BOM findest du alles. (Update vom 19.10.2023)