Projekt GPSDO

Dies ist ein einfacher low-cost GPSDO mit einer analogen Phasenregelschleife. Die Schaltung beruht auf einem Konzept von James Miller, G3RUH , das von Alain Fort, F1CJN und Michael Knietzsch, DL7UKM aufgegriffen und auf die Verwendung von ublox NEO-GPS Modulen adaptiert wurde. Ein Arduino Nano Mikrocontroller dient beim Einschalten zur Konfiguration eines ublox NEO GPS Moduls und zur Anzeige von Betriebsdaten. Die
Anbindung eines OCXO an den genauen GPS Zeitpuls erfolgt über eine analoge Phasenregelschleife und einem Schleifentiefpass mit einer Grenzfrequenz im Millihertz Bereich. Damit ein Nachbau auch für weniger Geübte einfach ist, werden bedrahtete Bauelemente verwendet. Die Platine und die Baumappe stammen von Günter, DL4ZAO.

Anwendungen

Normalfrequenz zur frequenzgenauen Synchronisierung von Frequenzmessern, Zeitmessern, HF-Analyzer, Signal-Generatoren

Frequenznormal zur Synchronisierung von Sendern, Empfängern, SDR

Frequenznormal zur genauen Frequenzaufbereitung für SAT Transverter und LNB

Taktgeber für zeitkritische Digimodes, Zeitmessung in der Radioastronomie

Testquelle zur Überprüfung und Kalibrierung von Frequenzzählern und Zeitmessern

Präzise Zeit im Shack (Abweichung von UTC von maximal einer Mikrosekunde)

Ansteuerung eines Kammgenerators zur Generierung eines breiten Spektrums von Harmonischen der Steuerfrequenz

Funktionsprinzip

Über eine GPS-Antenne und ein hochintegriertes NEO Empfangsmoduls der Firma ublox werden die Zeit-Signale der GPS-Satelliten empfangen und als Zeit-Referenz für die Anbindung eines Ofen-stabilisierten Quarzoszillators verwendet. Navigations-Satelliten haben Cäsium-Atomuhren als hochgenaue Zeitbasis an Bord (1 × 10 -12 ). Diese Referenz wird zum Vergleich und zur Generierung eines Korrektursignals für den OXCO herangezogen. Mit einem guten OCXO als Basis und einem GPS-Empfängermodul mit 1 kHz (10kHz/100kHz/1MHz/10MHz) Timepulsausgang und geringem Jitter wie den Ublox NEO M6/7 lässt sich eine Frequenzgenauigkeit und Stabilität von bis zu ±1*10 -11 in 200s oder ±0,1Hz auf 10GHz erreichen (das entspricht einer Abweichung von etwa ±860ns/Tag oder 1s in 3200 Jahren).

In einem Phasenvergleicher wird der GPS-Zeitpuls mit der 10MHz Frequenz des OCXO verglichen. Beim Phasenvergleich entsteht ein Korrektursignal, dessen Größe von der Frequenzabweichung der beiden Signale abhängt. Um den Jitter des GPS Zeitsignals auszumitteln, wird dieses Korrektursignal über einen Tiefpass mit einer langen Zeitkonstante von mehreren 100 Sekunden gemittelt. Der OCXO kann mit diesem geglätteten Korrektursignal in einem engen Frequenzbereich von wenigen Hz langsam auf die Sollfrequenz nachgestimmt werden. Die Kurzzeitstabilität und das Phasenrauschen des Oszillators wird durch die Qualität des verwendeten Ofen-Quarzoszillators bestimmt. Die Langzeitstabilität (über Stunden und Tage) wird durch die Anbindung an den Zeitpuls eines GPS Empfängermoduls gewährleistet.