Kalibrierung des VNWA mithilfe eines 10MHz TCXOs und Lissajous-Figuren

  • Ich möchte euch von einem erhebenden Abend mit meinem neuen VNWA berichten. (Baubericht folgt noch). Das Kalibrierung mithilfe von Lissajous-Figuren möglich ist, ist euch sicherlich allen bekannt. Vielleicht kann trotzdem irgendjemand von Euch diesen Bericht gebrauchen.


    Ich habe die Zeitbasis von meinen VNWA mit einem 10MHz TCXO und einen Oszilloskop kalibriert. Ein sehr genauer Zähler steht mir nicht zur Verfügung.
    Als „Frequenznormal“ verwende ich einen 10MHz TCXO der geschätzt +/-3ppm genau ist. Er wurde über einen längeren Zeitraum nicht ausgemessen. (Hat von euch jemand die Möglichkeit meinen TCXO auf 0,5ppm auszumessen?)



    Frequenzversatz zwischen VNWA und Frequenznormal mit dem VNWA bestimmen
    Der VNWA und das Normal werden im x-y-Mode an das Oszi angeschlossen (Lissajous-Figuren).
    Anschließend wird der VNWA bei 8000 Messpunkten von 9.999MHz bis 10.001MHz gewobbelt (Messdauer >1min).
    Bei Stillstand der Lissajous-Figur auf dem Oszi wird schnell ein Marker in der VNWA-Software gesetzt und der Wobbel-Bereich verkleinert. Dies wiederholt man solange, bis der Wobbelbereich 20Hz beträgt
    Die Wobbeldauer sollte man jetzt natürlich verkürzen, damit es schneller geht. (500 Punkte – Messdauer 30s).
    Es ist faszinierend, wie der VNWA den kleinen Frequenzbereich langsam durch-wobbelt und die Lissajous-Figur langsam zum Stehen kommt und dann wieder beginnt sich zu bewegen.
    Der gemessene Frequenzversatz zwischen VNWA und TCXO hat bei mir bei 230Hz gelegen.


    Im DDS-Kalibriermodus wird vom VNWA ein 10MHz-Signal ausgegeben, das eigentlich mit einem genauen Zähler ausgemessen werden soll. Das kann ich aber aus Ermangelung eines genauen Zählers nicht machen.
    Da wir aber der Frequenzversatz bekannt ist, kann jetzt 10.000230Mhz oder 9.999770MHz eingegeben werden. Ob die Differenzfrequenz addiert oder subtrahiert werden muss habe ich durch Ausprobieren bestimmt.
    Das Programm rechnet jetzt die eingetippte Frequenz auf die intern verwendeten 35.9MHz um. Im DDS Fenster mir der Wert von 35.9MHz (Voreinstellung) jetzt rechnerisch angepasst und erscheint dort mit sehr vielen Nachkomma-Stellen.
    Jetzt habe ich nacheinander im HI und LO-Fenster die Nachkomma-Stellen gelöscht um herauszubekommen welche Stellen eine Änderung bewirken und welche Stellen nur „Beiwerk“ sind.
    Durch Ändern der letzen Stellen (die eine Änderung hervorruft) kann der Frequenzversatz auf <5Hz (!!!) heruntergesetzt werden. (Diese Genauigkeit wird wohl nur von kurzer Dauer sein ;)


    Diese Messungen habe ich mit meinem alten Herren (einem Elektroingenieur) durchgeführt und wir haben den ganzen Abend mit „großen staunenden Augen“ vor dem „kleinen Blechkasten“ gesessen. Das war viel besser als jeder Krimi :-))


    Frequenzgang des VNWA-Quarzes
    Der Temperaturverlauf des VNWA-Quarzes lässt sich mit dieser Methode auch feststellen.
    Wobbeln -- Deckel auf -- Quarz 10s mit dem Finger erwärmen -- Deckel zu – wobbeln
    Bei mir hat sich eine Frequenzdrift von 10Hz ergeben, die mit der Zeit schnell wieder kleiner geworden ist.


    Auch wenn wohl niemand diese absolute Genauigkeit bei einem VNWA benötigt, sind die Möglichkeiten dieses „kleinen Blechkastens“ beeindruckend. Von dem im VNWA verbauten billigen Quarz darf man sicherlich auch keine Wunder erwarten.
    Gruß Jörn

  • Hallo Jörn,
    danke für den Beitrag, der vielen helfen wird. Ich habe 2 Frequenzzähler gebaut, wobei der letztere von 1980 auch einen Quarzofen 65° +- 2° C für den 10MHZ Ofenquarz hat. Die Kalibrierung erfolgt mit loser Ankopplung über einen Antennensplitter. Die Abgleichmethode ist "zero beat" auf den Sender WWV auf 10MHz. Der sendet in AM auf 2,5/5/10/15/20MHz, wobei ich 10MHz immer empfangen kann. Also TRX und Zähler über Nacht warm laufen lassen und morgens abgleichen. Am Zähler habe ich einen Ausgang für die Zeitbasis mit einer Trennstufe. Der Ablauf ist:


    1. WWV in USB oder LSB auf Schwebungsnull bringen
    2. wenn 1. passt, dann den Takt-Oszillator vom Zähler lose ankoppeln und diesen auch auf "zero beat" abstmmen.


    Die Genaugikeit der Zeitbasis ist dann besser als 2Hz auf 10MHz, 20Hz auf 100MHz und 200Hz auf 1GHz (10^-7). Lese mal die Seite 53-55 in diesem Dokument:
    http://tf.nist.gov/general/pdf/1383.pdf


    Probiere das mal aus...


    Schöne Feiertage
    Gerhard

    Vy 72/73 de Gerhard