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  Amateur Radio Station
 Technik - Innovation - Kommunikation

Die Weiterentwicklung der integrierten Schaltkreise hat uns Bauelemente beschert, die vor nicht allzu langer Zeit als noch undenkbar galten. Eine dieser neuartigen Funktionen ist die sog. DDS-Technik, sie hat  die Erzeugung von hochfrequenten Signalen revolutioniert.
Die Abkürzung "DDS" bedeutet "Direct Digital Synthesis" und heisst übersetzt "direkte digitale Signalerzeugung". Ein DDS-Generator ist -kurz gesagt- ein Signalgenerator, der laufend einen von Mikroprozessor bestimmten digitalen Wert aufaddiert und mit dem Ergebnis dieser Addition eine Tabelle adressiert, die dann diesen Tabellenwert an einen Digital-Analogwandler gibt, der das Ausgangssignal liefert.
Lädt man die Tabelle mit einer Sinusfunktion wird am Ausgang ein Sinussignal erzeugt. 
Die Ausgangsfrequenz ist so stabil wie die des Master-Taktes für den meist ein Quarz oder Quarzoszillator verwendet wird. Die Auflösung der erzeugbaren Frequenzen hängt von der Schrittweite bzw. der Auflösung der internen Logik ab.
So kann man digital gesteuert mit modernen DDS-Generatoren Signale erzeugen, die von fast 0 Hertz bis mehrere hundert Megahertz reichen und eine Auflösung von Bruchteilen eines Hertz haben.
 
Der momentane Technologiestand erlaubt, DDS-Generatoren herzustellen die Frequenzen bis weit über 1 GHz erzeugen können.

Da der Sinus des Ausgangssignal mit steigender Frequenz aber immer weniger Stützstellen in den Sinustabellen haben und dadurch immer weniger einem reinen Sinussignal ähnelt, erzeugen diese DDS- eneratoren leider auch Ober- und Nebenwellenprodukte.
Diese Ober- und Nebenwellen werden in den neueren DDS-Generatoren (wie z.B. AD9912) weitgehend durch spezielle Logikmaßnahmen unterdrückt.  Link zu Wikipedia über DDS

Durch die exakte Vorhersagbarkeit der Nebenprodukte von DDS-Generatoren kann man sie aber auch sinnvoll nutzen, wie ein m.E. ein besonders clever entwickeltes Produkt zeigt:


Der Vektorielle Netzwerkanalyser VNWA von DG8SAQ

Dieser vektorielle Netzwerkanalyser von DG8SAQ, der auch die ausgezeichnete Software zum Betrieb und Auswertung der Messergebnisse geschaffen hat, 
ist rund um zwei DDS-Generatoren des Typs AD9858 von Analog Devices aufgebaut.
Der Frequenzbereich dieses VNWA reicht von 10 kHz bis ca. 500MHz, mit Einschränkungen auch bis 1300 MHz.
Dieser weite Frequenzbereich ist nutzbar, weil die beiden DDS-Generatoren so clever angesteuert werden, 
dass dass die Messfrequenz jeweils durch Mischsignale der Grundwellen bzw. Nebenwellen der beiden DDS-Generatoren abgedeckt werden.
Als selektiver "Zwischenfrequenzverstärker" und zur Auswertung der Amplituden- und Phaseninformaton 
der resitiven 50 Ohm Messbrücke dient die 
Soundkarte eines PC oder des zusätzlich erhältlichen USB-Interfaces. Die ADC-Kanäle der Soundkarte mit einer Auflösung von 16 oder 24 Bit digitalisieren die Signale und führen Sie der Software von DG8SAQ zu, die die gesamte Steuerung und Auswertung, mathematischen Bearbeitung bis hin zur grafischen Darstellung durchführt.

Die Software zum VNWA

Die Software VNWA von DG8SAQ ist eine Klasse für sich. Der Amateur der "nur" seine Antennenimpedanz messen will kann das natürlich damit erledigen, aber die Software bietet weitreichende Funktionen bis hin zu komplexen mathematischen Rechenfunktionen mit verschiedenster grafischer Darstellung, dass auch der  insatz in der HF-Entwicklung problemlos möglich ist. DG8SAQ hat, trotz einfachem Aufbau des VNWA die genauigkeit des Gerätes durch die Software bis zu den machbaren Grenzen getrieben und so das Gerät zu einem vollwertigen Netzwerkanalyser ausgebaut. Der VNWA kann an Möglichkeiten gegenüber vielen kommerziellen Geräte der Multi-1000€ - Klasse durchaus das Wasser reichen.
In der Summation kann man feststellen, dass der VNWA in keinem Shack eines OM fehlen sollte, der selbst Geräte baut bzw. entwickelt!

Link zu DG8SAQ

Die Hardware des VNWA

Die HF-Hardware des VNWA ist auf einer Platine aufgebaut und kommt als sehr sauber industriell gefertigte doppelseitige Leiterplatte mit HAL-Verzinnung (Hot-Air-Levelling) und beidseitig Lötstopplack, wenn man den kommerziell erhältlichen Bausatz von SDR-KITS aus England kommen lässt. Dieser Kit enthält - je nach gewählter Option - nur die Platine, Platine mit Sonderbauteilen oder alle Bauelemente.
Die Bauteile sind sehr ordentlich farblich markiert, so dass auch ein in SMD-Bauteilen ungeübter OM die richtigen Bauelemente plaziert. Hier gleich eine Anmerkung: Ich persönlich würde den Aufbau nur einem in SMD-Bauteilen geübten OM empfehlen, da alle Bauteile vom Format 0604 sind. Das alleine wäre noch kein Problem, aber viele der Bauelemente müssen an große Masseflächen gelötet werden und das geht nur ohne Beschädigung der Bauelemente, wenn man entweder die Platine vorheizt (beste Methode) oder aber gezielt mit
verschiedenen Temperaturen / mehreren Lötkolben und mit Lötpaste arbeitet. Ebenfalls sind die beiden DDS-Generatoren nicht wegen ihren kleines Rasters ein Problem sondern wegen der zwingend notwendigen Lötverbindung des sog. "Exposed Pads" (eine große Metallfläche auf der Unterseite der DDS-IC's) was nur 
korrekt funktioniert wenn man vor (!) dem Bestücken SMD-Lötpaste (aber nicht zuviel!) auf die entsprechenden Masseflächen aufträgt. Ist das Exposed Pad nicht korrekt gelötet, kann vom defekten DDS- enrator bis sporadischen Ausfällen oder Frequenzsprüngen so ziemlich alles passieren.

Bedenkt man noch den nicht unerheblichen Preis eines DDS-IC's und die ggfs. notwendige Auslötarbeit, die bei einem defekten Exposed-Pad-IC auch nicht ohne ist, sollte man sich klar darüber sein was auf einen  zukommt" ...

Ich möchte hier nicht unnötig Angst vor der Bestückung verbreiten, es ist durchaus für einen geübten Amateur machbar, aber man sollte sich ggfs. im OV umhören ob nicht jemand Erfahrung mit SMD-Arbeiten er genannten Art hat und sich bei schwierigen Teilen helfen lassen um unnötige Enttäuschungen zu  ermeiden.


Übrigens noch ein Tipp für alle Selbstbauer des VNWA: man sollte tunlichst die gesamte Leiterplatte während aber vor allem nach dem SMD-Löten von Lötresten und Flussmittelresten reinigen. Nicht nur, dass die Platinen einfach "sauberer" aussehen, nur so kann man wirklich die Qualität der Lötstellen wirklich unter einer Lupe oder (wie ich es mache) unter einem Stereo-Mikroskop beurteilen! Manche auf den ersten Blick "gute" Lötstelle hat sich nach der Reinigung als "geklebte" Lötstelle entpuppt.

Als Reinigunsmittel eignen sich diverse im Fachhandel erhältliche Flussmittellöser, ich persönlich verwende seit vielen Jahren  für die Leiterplattenreinigung von handgelöteten Platinen (und vieles andere mehr) den Reiniger "CONLOC 901" mit sehr gutem Erfolg. Der Reiniger löst in sekundenschnelle alle Lötrückstände und verdunstet - am besten durch einen Heissluftfön forciert - absolut rückstandfrei.




Im obigen Bild sieht man den VNWA fertig bestückt, hier bereits mit seinem Schirmgehäuse "eingekleidet". Ich habe bewusst kein Gehäuse im Kit mitgeordert, da mir die Bauform des Gehäuses nicht zusagte und ich das zusätzlich mitbestellte USB-Interface in einem separat geschirmten Gehäuseteil unterbringen wollte.
Das USB-Interface kan ich übrigens jedem empfehlen, der sich mit der Anschaffung des VNWA beschäftigt, neben der Stromversorgung aus derm USB-Port wird auch die korrekte Ankopplung über das USB- Soundinterface gleich mit erledigt, so dass tatsächlich nur das USB-Kabel zum Betrieb notwendig ist.
Das Schirmgehäuse habe ich aus 0.5mm Weißblech angefertigt. Zusätzlich habe ich zwischen dem Step- Up-
Konverter (links oben) / Parallel-Interface und dem RX / TX-Teil Schirmbleche eingezogen. Wichtig hierbei ist natürlich, keine Kurzschlüsse auf den Leiterbahnen zu erzeugen. Bei der Montage des Trenn-Schirmbleches habe ich jeweils während des Lötens einen Draht von 0.5mm untergelegt, um einen entsprechenden Luftspalt zu gewährleisten. Glücklicherweise sind die Masseflächen so gut zugänglich, dass man problemlos das Schirmblech mit genügend Masseverbindungen versehen kann. Der VNWA "belohnt" diese Bemühungen mit besserem Störabstand und geringerem Übersprechen zwischen RX und TX-Teil des VNWA. 




In obigem Bild sieht man den VNWA nach DG8SAQ (mit geschlossenerm Schirmgehäuse) und dem optionalen
USB-Interface eingebaut in einem ALU-Stranggussgehäuse. Beide Baugruppen sind voll geschirmt und auf  einer Trägerplatte montiert, die einfach in die Führungsschienen des Gehäuses eingeschoben wird.
D
ie Front- und Rückplatte bestehen aus gefrästen 2-mm Aluminiumplatten, in die für die Beschriftungsfolien entsprechende Vertiefungen von 0.3mm eingefräst wurden. Die Frontplatten wurden auf meiner CNC- aschine gefräst und anschliessend glaskugelgetrahlt.


Die Frontfolien besteht aus einer bedruckbaren, selbst- klebenden Kunststoff-Folie, auf die nach dem bedrucken mit dem Tintenstrahldrucker eine leicht genarbte, ebenfalls selbstklebende Folie kalt auflaminiert wird.
Diese Art des Frontfolienaufbaus verwende ich mit recht guten Ergebnissen auch bei Frontfolien mit Tastern und auch Fenstern für LCD/LED-Anzeigen bei vielfältigen Prototypen oder Einzelgeräten, bei denen aus Kosten- oder Zeitgründen eine "richtige" gedruckte Frontfolie nicht möglich ist.





Wenn das die zweite Gehäusehälfte aufgeschoben und mit der Front/Rückplatte verschraubt wird, präsentiert sich der VNWA als schönes, handliches und sehr praktische Universal-Messgerät für den Funkamateur!