10-2019

Oktober 10/2019 Jahrgang 24
HF- und
Mikrowellentechnik
Die Auswahl des richtigen
Schwingquarzes für IoT- und
Wearable-Anwendungen
WDI AG Seite 10

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Editorial
5G 2.0?
Rahman Jamal,
Global
Technology
& Marketing
Director
National
Instruments
www.ni.com/de
Die 5G-Spezifikation, 3GPP
Release 15, ist nun verabschiedet
und die Industrie beginnt damit,
die ersten 5G-Netze zu erstellen.
Die unvermeidliche Frage,
die sich nun stellt, ist: „Und was
kommt jetzt?“ Um dies herauszufinden,
lassen Sie uns einen Blick
auf den Standardisierungsprozess
werfen und darauf, wie die
nächste Phase von 5G aussehen
soll. Auf kurze Sicht gibt es drei
größere Bereiche, in denen eine
weitere Entwicklung zu erwarten
ist: Neue Anwendungen und Einsatzbereiche,
ein neues Spektrum
und Optimierungen.
Was die neuen Anwendungen
und Einsatzbereiche anbelangt,
so ist damit zu rechnen, dass verschiedene
Industriezweige mit
dem Standardisierungsgremium
3GPP (3rd Generation Partnership
Projekt) zusammenarbeiten
werden, damit der Standard auch
ihre spezifischen Anforderungen
abdeckt. So erfordert die Automobilindustrie
etwa mehr Konnektivität,
um Fahrzeuge zum
einen untereinander und zum
anderen mit der Infrastruktur zu
vernetzen (V2X) und somit für
eine verbesserte Sicherheit bei
der Umsetzung von Fahrerassistenzsystemen
(ADAS) zu sorgen.
Die Detailstudie zu V2X für
Release 16 wurde bereits abgeschlossen
und die Arbeiten am
Standard sind bereits im Gange.
Ebenso wird beim 3GPP bereits
über Satelliten diskutiert. Satelliten
bieten zwei wichtige Vorteile
für das Ökosystem von 5G. Vorteil
Nr. 1: Redundanz. Sollte die
Infrastruktur durch ein Katastrophenereignis
nicht mehr nutzbar
sein, bietet die Kommunikation
über Satelliten eine Ausweichmöglichkeit.
Vorteil Nr. 2: Dort,
wo es noch keine Infrastruktur
gibt oder wo es zu kostspielig,
schwierig oder gar unmöglich
oder ist, eine solche aufzubauen,
können Satelliten die Netzabdeckung
erweitern. Auch die Studie
zu nicht-terrestrischen Netzwerken
(NTN) wurde erstellt und
könnte in Release 17 abgebildet
werden.
Da die drahtlose Kommunikation
mittlerweile unabdingbar
ist, wird das Spektrum immer
mehr zu einer äußerst wertvollen
Ressource. Aus diesem Grund
nimmt das 3GPP gerade mehrere
(lizenzierte und unlizenzierte)
Frequenzbänder genauer
unter die Lupe. In Release 15
beschränkte das 3GPP die Erforschung
und den Einsatz von 5G
auf Frequenzen unterhalb von
52,6 GHz. In künftigen Releases
soll das Spektrum oberhalb von
52,6 GHz in Betracht gezogen
werden. Die Nutzung dieser
Frequenzbänder kann diverse
Anwendungsbereiche der Drahtloskommunikation
angehen, die
sich in niedrigeren Spektren sonst
nicht so leicht umsetzen lassen,
und das 3GPP kann die Definition
auf die spezifischen Anforderungen
dieser Anwendungsfälle
maßschneidern.
Und schließlich hält die Standardisierungsorganisation
weiterhin
die Augen offen, wie der aktuelle
Standard optimiert werden kann,
damit für höhere Leistung und
eine bessere Benutzererfahrung
gesorgt ist. In Release 16 gibt es
mehrere Optimierungsvorschläge
zu Release 15, mit denen die
Leistung durch die Handhabung
von Netzstörungen und Nutzung
von Ressourcen erhöht werden
soll. Ein Beispiel hierfür wären
etwa Verbesserungen an MIMO
(eMIMO).
5G ist zwar nun verabschiedet,
aber dennoch lange noch nicht
fertig, da das 3GPP versucht, alle
Anfragen und Anforderungen
zu erfüllen, die von unzähligen
verschiedenen Stellen an das
Gremium herangetragen werden.
Die Umsetzung der bahnbrechenden
Ziele, die die Industrie
für 5G gesetzt hat, wird
eine Weile brauchen, insbesondere
weil neue und aufkeimende
Technologien heranreifen. Dennoch:
Das 3GPP hat ein erstes
solides Fundament geschaffen.
In den nächsten Monaten dürfte
das Gremium bei der Erstellung
eines globalen Ökosystems für
5G riesige Fortschritte machen.
Und uns erwarten dann sicher
interessante Neuigkeiten.
Rahman Jamal
Oszillatoren, Filter
und Quarze
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Kommunikation, Industrie,
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hf-praxis 10/2019 3

Inhalt 10/2019
Rubriken:
3 Editorial
4 Inhalt
6 Aktuelles
8 Schwerpunkt Quarze
und Oszillatoren
30 Bauelemente
32 Messtechnik
48 Mikrowellen-
Komponenten
50 Funkchips und -module
58 Verstärker
62 Kabel und Stecker
64 Wireless
68 RF & Wireless
Titelstory:
Die Auswahl
des richtigen
Schwingquarzes für
IoT- und Wearable-
Anwendungen
Wenn eine stabile Referenz
mit geringem Stromverbrauch
benötigt wird, sind Oszillatorschaltungen
mit einem
32,768-kHz-Schwingquarz
die beste Wahl. Der Artikel
beschreibt das Vorgehen bei
der Quarzauswahl für IoT- und
Wearable-Anwendungen. 10
hf-Praxis
ISSN 1614-743X
Fachzeitschrift für HFund
Mikrowellentechnik
• Herausgeber und Verlag:
beam-Verlag
Krummbogen 14
35039 Marburg
Tel.: 06421/9614-0
Fax: 06421/9614-23
info@beam-verlag.de
www.beam-verlag.de
• Redaktion:
Dipl.-Ing. Reinhard Birchel
Ing. Frank Sichla (FS)
redaktion@beam-verlag.de
• Anzeigen:
Myrjam Weide
Tel.: +49-6421/9614-16
m.weide@beam-verlag.de
• Erscheinungsweise:
monatlich
• Satz und Reproduktionen:
beam-Verlag
• Druck & Auslieferung:
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Universitätsdruckerei
Der beam-Verlag übernimmt
trotz sorgsamer Prüfung der
Texte durch die Redaktion keine
Haftung für deren inhaltliche
Richtigkeit. Alle Angaben im
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Handels- und Gebrauchs namen,
sowie Warenbezeichnungen
und dergleichen werden in der
Zeitschrift ohne Kennzeichnungen
verwendet.
Dies berechtigt nicht zu der
Annahme, dass diese Namen im
Sinne der Warenzeichen- und
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frei zu betrachten sind und von
jedermann ohne Kennzeichnung
verwendet werden dürfen.
Schwerpunkt Quarze und Oszillatoren
Hochstabiler OCXO
mit geringem
Phasenrauschen
IQD hat einen hochstabilen
temperaturgesteuerten
Quarzoszillator (OCXO)
auf den Markt gebracht, der
auch eine ausgezeichnete
Kurzzeitstabilität bietet. Mit
einer Holdover-Spezifikation
von 6 µs über 24 Stunden,
einem Nahphasenrauschen
von typisch -140 dBC/
Hz @10 Hz und einem
Fernphasenrauschen von
typisch -160 dBc/Hz @100 kHz eignet sich der IQOV-220 ideal für Hochleistungssynthesizer,
Netzwerktaktgeber, Radar & Satellitenkommunikation. 19
Hochzuverlässige Quarze
widerstehen rauen Bedingungen
Diodes Incorporated stellte eine Serie automotive-konformer
Quarze vor, die rauen Betriebsbedingungen
standhalten und hohe Genauigkeit
und Zuverlässigkeit für TPMS, Infotainment,
Telematik und ADAS bieten. 20
Quarze für das Internet of Things
Meist erfolgt die IoT-Netzwerkkommunikation
drahtlos, wobei es verschiedene konkurrierende
Standards gibt. Unabhängig davon spielt auch die
Auswahl des Quarzes für den Referenzoszillator
eine Rolle, wenn es um die Qualität der drahtlosen
Kommunikation geht. 14
4 hf-praxis 10/2019

JYEBAO
Modernste Lösungen für den
digitalen Rundfunk
Dieser Artikel erläutert die aktuellen Markttrends
ausführlicher und analysiert die technischen
Folgen dieser Veränderungen sowie
einige der Herausforderungen und verfügbaren
Lösungen für den digitalen Rundfunk 58
Hochleistungs-Zweikanal-
Drehkupplung
Die zweikanalige Mikrowellen-Drehkupplung
von Link Microtek (Vertrieb: Globes) ist
das Schlüsselelement im Ka-Band-Satellitenon-the-Move-Antennensystem
(SOTM) von
ADS International. Sie unterliegt nicht den
Einschränkungen nach ITAR/EAR. 48
Neue,
hochflexible
Testkabel
von JYEBAO
• Very Flexible
(PUR jacket)
International News
Synthesizing MIMO Antennas
for Compact Devices
Many IoT designers are utilizing off-the-shelf,
pre-certified modules to circumvent some of
the technical challenges such as RF integration
and emission compliance, as well as development
costs associated with such a wide range of
devices and networks. Even with this modular approach, integrating a transceiver modem, RF
front-end components, and antenna(s) within a size-restricted enclosure is a sensitive design
effort that is increasingly being tackled by engineers with little or no RF design experience. 70
• Stainless Precision
Connectors used
• Excellent RF
performance
• Extra sturdy connector/
cable connection
(Solder clamp designs)
• Taper Sleeve added
• Intended for lab use/
intensive handling
Design of a Efficient 24-GHz Radar
Antenna Array
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system and RF integrated circuit (IC) design solutions for
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With the extensive experience and industry relationships
of its management teams, Lexiwave provides a complete array
of internet of things (IoT) and wireless solutions, from design
and manufacturing to product electromagnetic interference
(EMI)/electromagnetic compatibility (EMC) compliance. 78
hf-praxis 10/2019 5
5

Aktuelles
Keysight tritt 6G Flagship Program bei
Keysight Technologies hat
sich dem von der Finnischen
Akademie unterstützten und von
der Universität Oulu, Finnland,
geleiteten 6G Flagship Program
als Mitgestalter angeschlossen,
um die Forschung im Bereich
der drahtlosen Kommunikation
über 5G hinaus voranzutreiben.
6G wird die Digitalisierung von Wirtschaft
und Gesellschaft beschleunigen und die
Welt deutlich näher an eine wirklich globale
und digitale Gemeinschaft heranführen.
Das achtjährige Programm sieht eine
Gesellschaft voraus, die bis zum Jahr 2030
datengesteuert ist, was durch eine nahezu
unmittelbare, unbegrenzte drahtlose Konnektivität
ermöglicht wird. Die Grundlagenforschung
beginnt zehn bis fünfzehn Jahre vor
der Entwicklung von Industriestandards. 5G
soll vertikalen Industrien die Konnektivität
bieten, auf die sie in den Bereichen Gesundheitswesen,
Fertigung, Energie, Verkehr und
öffentliche Sicherheit angewiesen sind. 6G
wird auf den entsprechenden Fähigkeiten
aufbauen und diese erheblich erweitern.
„Wir freuen uns sehr, dem 6G Flagship Program
als eines seiner Gründungsmitglieder
beizutreten, um mit der bahnbrechenden
6G-Forschung zu beginnen“, sagte Satish
Dhanasekaran, Senior Vice President von
Keysight und President der Communications
Solutions Group von Keysight. „Das
Programm signalisiert den Beginn einer
neuen Ära der Wireless-Technologie, die
die Grenzen von Hochgeschwindigkeitsund
Breitbandanwendungen verschieben
wird. Als einziger Messtechnikanbieter,
der zur Teilnahme am Programm eingeladen
wurde, zeigt Keysight die einzigartige
Rolle, die wir bei der Lösung von Designherausforderungen
im Vorfeld einer Technologiewelle
spielen.“
Keysights Fähigkeit zur frühen Forschung,
ergänzt durch eine breite Palette von Softund
Hardware für Design, Simulation und
Validierung, wird dem Programm helfen,
seine übergeordneten Ziele zu erreichen.
Dazu gehören die Unterstützung der Industrie
bei der endgültigen Einführung von 5G
in allen Branchen, die Entwicklung grundlegender
Technologien, die für die Bereitstellung
von 6G erforderlich sind, wie Künstliche
Intelligenz und intelligente Nutzererfahrung
sowie die Beschleunigung der
Digitalisierung in der Gesellschaft.
„Wir freuen uns, unsere enge Zusammenarbeit
mit Keysight fortzusetzen, um die
weltweit erste multidisziplinäre 6G-Forschungsinitiative
mit breiter Unterstützung
sowohl in der Industrie als auch in der Wissenschaft
zu etablieren“, sagte Matti Latvaaho,
Akademieprofessor, Direktor des 6G
Flagship Program am Centre for Wireless
Communications (CWC), Universität Oulu.
Die nächste Generation der drahtlosen
Kommunikation – über 5G hinaus – soll
auch das Spektrum oberhalb der Millimeterwellen,
die Terahertzwellen von 300
GHz bis 3 THz, nutzen. Diese Frequenzen
bilden eine wichtige Komponente bei der
Bereitstellung von Datenraten von bis zu
einem Terabit pro Sekunde und extrem niedrigen
Latenzen. Die Technologieexpertise
und die Lösungen von Keysight in diesen
Frequenzbändern sowie in den Bereichen
Hochgeschwindigkeits-Digitaltechnologien,
Cybersecurity, Bauteilcharakterisierung und
Netzwerktests werden die Forschung in allen
vier strategischen Bereichen des Programms
beschleunigen: drahtlose Konnektivität, verteilte
intelligente drahtlose Datenverarbeitung,
Geräte- und Schaltungstechnologien
sowie vertikale Anwendungen und Dienste.
■ Keysight Technologies
www.keysight.com
Fachbücher für die
Praxis
Smith-Diagramm
Einführung und Praxisleitfaden
Joachim Müller, 21 x 28 cm, 117 Seiten, zahlreiche,
teilweise farbige Abbildungen, beam-Verlag 2009,
ISBN 978-3-88976-155-2, Art.-Nr.: 118082, 29,80 €
Das Smith-Diagramm ist bis heute das wichtigste
Instrument zur bildlichen Darstellung der Anpassung
und zum Verständnis der Vorgänge in HF-Systemen.
In der einschlägigen Fachliteratur findet man zwar
viele Stellen zum Smith-Diagramm, sie erfordern aber
meist erhebliche mathematische Kenntnisse: Eine
grundlegende Einführung sucht man vergeblich. Diese
Lücke schließt dieses Buch als praxisnahe Einführung
in den Aufbau und die Handhabung des Diagramms.
Mathematikkenntnisse die zu einer elektrotechnischen
Ausbildung gehören, reichen dabei aus.
Aus dem Inhalt:
Der Weg zum Smith-Diagramm - Komplexe Zahlen
- Reflexion bei Einzelimpulsen und kontinuierlichen
Sinussignalen - Reflexionsfaktor - Rückflussdämpfung,
VSWR, Kreisdiagramme; Reflexionsdiagramm
- Schmidt-Buschbeck-Diagramm - CarterDiagramm
- Praxis mit dem Smith-Diagramm; Kompensation von
Blindanteilen, Ortslinie über Frequenz - Leitung als
Transformator, elektrisch kurze bzw. lange Leitung,
S-Parameter und Smith-Diagramm - Leitwert-Smith-
Diagramm - Darstellung von Leitwerten im Smith-
Diagramm, Parallelschaltung von Bauelementen
- Grundelemente unter der Lupe - Ortslinien von
Induktivitäten und Kapazitäten, das Bauelement Leitung
– Stubs - Anpassung mit dem L-Glied - Hilfsmittel
für die Arbeit mit dem Smith-Diagramm - Software
- Messtechnik
Unser gesamtes Buchprogramm finden Sie unter www.beam-verlag.de
oder bestellen Sie über info@beam-verlag.de
6 hf-praxis 10/2019

HF- und
Mikrowellentechnik
Schwerpunkt in diesem Heft:
Quarze und Oszillatoren
Timing-Produkte für die 5G-Funksynchronisation
halten. Der Einsatz von eCPRI
und verteilten Architekturen
in 5G- und 4G+-Netzwerken,
sowie der Einsatz im Freien,
erhöhen die Komplexität der
Synchronisation. Das Common
Public Radio Interface (CPRI)
ist eine Industriekooperation,
die darauf abzielt, öffentlich
zugängliche Spezifikationen für
die wichtigste interne Schnittstelle
von Funkbasisstationen
zu definieren. Im Vergleich zum
CPRI ermöglicht es eCPRI, die
Datenratenanforderungen zwischen
eREC und eRE durch
eine flexible funktionale Zerlegung
zu senken und gleichzeitig
die Komplexität des eRE zu
begrenzen.
SiTime Corporation
www.sitime.com
Endrich Bauelemente
Vertriebs GmbH
endrich@endrich.com
www.endrich.com
SiTime Corporation kündigte
die Serienproduktion seiner
preisgekrönten Elite-Plattform
von temperaturkompensierten
Oszillatoren (TCXOs) an. Die
von Endrich vertriebene Elite-
Plattform bietet eine hohe Stabilität
und dynamische Leistung,
selbst bei bis zu 105 °C, für die
IEEE-1588-basierte Synchronisation
in 5G/4G+ Funkgeräten,
was es den Mobilfunkanbietern
ermöglicht, ihre Netzwerke zu
verbessern.
Bereitstellung
drahtloser Netzwerke
„5G wird voraussichtlich die
Datenübertragungstechnik revolutionieren,
aber vorab müssen
die Regeln für die Bereitstellung
drahtloser Netzwerke neu
definiert werden“, sagte Piyush
Sevalia, Executive Vice President
of Marketing bei SiTime.
„5G-Funkgeräte werden im
Außenbereich eingesetzt – an
Laternenmasten, Gebäuden,
Ampeln – mit Hitzeeinwirkung
und schnellen Temperaturschwankungen,
die zu einem
Verlust der Funksynchronisation
und damit Störungen von
Diensten wie fortschrittlichen
Fahrerassistenzsystemen und
Telemedizin führen können. Im
Gegensatz zu anderen Timing-
Anbietern verfolgt SiTime einen
Systemansatz, um diese Probleme
zu lösen. Wir optimieren
unser MEMS SiT5356/7
Super-TCXO-System analog,
durch fortschrittliche Gehäuse
und Temperaturkompensation,
um eine Performance von ±100
ppb Stabilität und ±1 ppb/K
Frequenz-Slope über -40°C bis
105 °C zu liefern. Wir glauben,
dass Funkgeräte mit SiTime‘s
Super-TCXOs Störungen der
5G/4G+ Dienste minimieren
und dem Benutzer ein stabileres
System gewährleisten werden.“
Die
Funksynchronisation
ist eine entscheidende Technologie,
die es 5G und 4G+ ermöglicht,
die Servicequalität und
Zuverlässigkeit aufrechtzuer-
Die SiT5356/7 MEMS
Super-TCXOs
nutzen die einzigartigen Technologien
von SiTime zur Temperaturmessung
und Turbo-
Compensation und liefern dynamische
Leistung für zeitliche
Stabilität, bei Anwesenheit von
Umweltstressoren aufgrund von
Luftströmungen, Temperaturänderungen,
Vibrationen, Stößen
und elektromagnetischen Störungen.
Der SiT5356/7 kann
werkseitig auf viele Kombinationen
von Frequenz, Stabilität,
Spannung und Pull-Bereich programmiert
werden. Diese Programmierbarkeit
ermöglicht es
Entwicklern, die Taktkonfiguration
zu optimieren und gleichzeitig
die Vorlauf- und Anpassungskosten
für Quarz-TCXOs,
bei denen jede Frequenz individuell
gefertigt wird, deutlich zu
reduzieren. Das Gerät integriert
auch mehrere On-Chip-Regler,
um das Rauschen der Stromversorgung
zu filtern, sodass kein
dediziertes externes LDO erforderlich
ist. ◄
8 hf-praxis 10/2019

Quarze und Oszillatoren
Hochstabiler Clock-Oszillator
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EXTREMELY ACCURATE
EMC ANTENNAS
HYPERLOG EMI
IQD hat eine neue Reihe HCMOS-basierender
Clock-Oszillatoren mit sehr geringer
Frequenzabweichung eingeführt. Die
IQXO-923-Serie ist mit einer Frequenzstabilität
von bis zu ±5ppm über den gesamten
industriellen Arbeitstemperaturbereich von
-40 bis +85 °C erhältlich.
Verfügbar entweder für eine Versorgungsspannung
von 1,8 V (IQXO-923-18) oder
3,3 V (IQXO-923-33) präsentiert sich dieser
neue Clock-Oszillator in einem hermetisch
dichten, 3,2 x 2,5 mm großen Keramikgehäuse
mit einer Höhe von 1,1 mm.
Frequenzen können innerhalb eines
Bereiches von 10 bis 160 MHz spezifiziert
werden. Der Clock-Oszillator bietet zudem
eine Anschwingzeit von 5 ms. Mit einem
Mikrowellen-Synthesizer
generiert Signale bis 18 GHz
Phasenjitter von typisch 0,4 ps (12 kHz bis
20 MHz) und Phasenrauschen von -99 dBc/
Hz bei 100 Hz sowie -144 dBc/Hz bei 10 kHz
sind diese Oszillatoren ideal als möglicher
Ersatz für teurere TCXOs geeignet. Anwendungsbereiche
sind unter anderem Ethernet,
Netzwerke, intelligente Messgeräte, SONET,
Test- und Messsysteme, WLAN und Wi-Fi.
Der IQXO-923 enthält eine Enable/Disable-
Funktion an Pin 1 als Standard. Geliefert
werden kann er entweder auf einer Rolle
gegurtet oder im Gurtabschnitt. Weitere
Informationen sind auf der Webseite von
IQD unter www.iqdfrequencyproducts.
com zu finden.
■ IQD
www.iqdfrequencyproducts.de
Der Baustein 8V97003 ist ein breitbandiger
Mikrowellen-Synthesizer auf Basis einer
Phase Lock Loop (PLL) und kann Signale
mit Frequenzen bis 18 GHz erzeugen. Dieser
Baustein hat einen integrierten Voltage Controlled
Oscillator (VCO) mit einer Figure of
Merit von -237 dBc/Hz und sehr geringem
Phasenrauschen sowie RMS-Phasen-Jitter.
Der Einsatztemperaturbereich beträgt -40
bis +95 °C. Anwendungsmöglichkeiten sind
Beamforming-Applikationen wie 5G oder
Massive-MIMO-Systeme sowie drahtlose
Backhauls, 5G mmWave, Satelliten- und
Phased-Array-Antennen. Das IC arbeitet
an 3,3 V und hat Lownoise-integrierte
LDOs. Der 8V97003 ist lieferbar im 7 x 7
mm messenden 48-VFQFN-Gehäuse. Die
minimale Frequenz ist 187,5 MHz.
20 MHz - 6 GHz
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Inc. detailed cal-data
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hf-praxis 10/2019 9
9

Quarze und Oszillatoren
Für IoT- und Wearable-Anwendungen:
Auswahl des richtigen Schwingquarzes
Wenn eine stabile
Referenz mit geringem
Stromverbrauch
benötigt wird, sind
Oszillatorschaltungen
mit einem 32,768-kHz-
Schwingquarz die
beste Wahl. Der
Artikel beschreibt
das Vorgehen bei der
Quarzauswahl für
IoT- und Wearable-
Anwendungen.
Seit der Entwicklung des ersten
Quarzoszillators durch Walter
Guyton Cady im Jahre 1921
bilden frequenzgebende Bauteile
das Herzstück vieler elektronischer
Systeme, und mit der
immer weiter fortschreitenden
Technologisierung kommen
nahezu täglich weitere Anwendungen
hinzu. Mit der kontinuierlichen
Miniaturisierung
elektronischer Bauelemente und
Prozessoren wächst nun auch
seit Jahren der Markt für IoT-
und Wearable-Anwendungen
nahezu explosionsartig an. Es
wird erwartet, dass bereits bis
2020 mehr als 31 Milliarden
IoT-Geräte im Einsatz sein werden.
Die besonderen Anforderungen
dieser Anwendungen
Autor
Hendrik Nielsen
Produktmarketing FCP
WDI AG
www.wdi.ag
Bild 1: Prozessorgrößen im Wandel der Zeit. Der Trend zur Miniaturisierung setzt sich fort
10 hf-praxis 10/2019

Quarze und Oszillatoren
Bild 2: Oszillatorschaltung am Beispiel des Pierce-Gate-Oszillators
Bild 4: Pierce-Oszillatorschaltung mit eingesetztem Schwingquarz
stellen aber auch die Hersteller
der für die meisten Systeme
lebensnotwendigen frequenzgebenden
Bauteile vor eine große
Herausforderung.
Batteriebetrieb durch
Miniaturisierung
Getrieben durch das Angebot
immer kleinerer, kostengünstiger
und energieeffizienter
Prozessoren steigt schon seit
Jahren die Nachfrage nach ständig
kleineren batteriebetriebenen
IoT- und Wearable-Endgeräten.
Bild 1 skizziert den Trend. Und
ein Ende dieses Trends zur Miniaturisierung
der Elektronik ist
nicht absehbar. So arbeiten die
großen Hersteller von Prozessoren
wie Intel, ARM, Samsung
und Qualcomm schon lange an
Prozessoren mit Halbleiterstrukturen
von nur noch 5 nm.
Bild 3: Ersatzschaltbild eines Schwingquarzes
Durch die stetige Miniaturisierung
soll die praktische Implementierung
umfangreicher batteriebetriebener
Anwendungen
möglich werden, die trotz
funktionsreicher Umgebung
extrem wenig Energie erfordern.
Typische Anwendungsgebiete
wären hier beispielsweise die
Medizintechnik, IoT-Lösungen,
aber auch Wearables. Allerdings
hat dieser Trend auch erhebliche
Auswirkungen auf die Auswahl
der taktgebenden Bauteile dieser
kleinen elektronischen Systeme.
Auswirkungen auf die
Quarzauswahl
Wenn eine stabile Referenz mit
geringem Stromverbrauch benötigt
wird, sind Oszillatorschaltungen
mit einem 32,768-kHz-
Schwingquarz die beste Wahl.
Oszillatorschaltungen mit AT-
Cut-Quarzen im Megahertz-
Bereich würden zwar eine bessere
Temperaturstabilität bieten,
benötigen jedoch einen signifikant
höheren Strom, weswegen
auch die Applikationshinweise
von Mikrocontrollern
und SoCs meist die Verwendung
von 32-kHz-Quarzen
empfehlen. Vorwiegend basiert
das integrierte Taktsystem bei
diesen niedrigen Frequenzen
auf der bekannten Pierce-Konfiguration
(Bild 2). Um hierbei
einen stabilen Betrieb über den
kompletten Temperaturbereich
sicherzustellen, müssen im Vorfeld
einige Parameter überprüft
und beachtet werden.
Besonders wichtig für die Entwicklung
einer niederfrequenten
Oszillatorschaltung sind ein
sicheres Anschwingverhalten
bei der kleinsten zur Verfügung
stehenden Versorgungsspannung
und über den gesamten
Temperaturbereich sowie eine
äußerst präzise Frequenz. Darüber
hinaus sollten eine möglichst
kurze Anschwingzeit, niedriger
Stromverbrauch und eine gute
Frequenzstabilität angestrebt
werden. Die Ausgangsfrequenz
ist abhängig von der Lastkapazität
des Quarzes und wird zusätzlich
durch die Streukapazität der
Leitungen und die parasitären
Kapazitäten des ICs beeinflusst.
Bild 3 bringt das Ersatzschaltbild
eines Schwingquarzes. Es
besteht aus R-, L- und C-Elementen.
Eine Oszillatorschaltung zeigt
Bild 4. Hier erkennt man, dass
sich die parasitären Kapazitäten
aus den Streukapazitäten der
Verbindungsleitungen sowie der
Chip-Ein- und -Ausgangskapazitäten
zusammensetzen.
Mögliche Parameter:
• f = 32,768 kHz ±20 ppm
• C L_XTAL = 12,5 pF @ 25 °C
• R L = typisch 10 MOhm
für 32-kHz-Oszillatoren
(1 MOhm für AT-HF-
Oszillatoren)
• C G = Eingangslastkapazität
(Gate) zusammen mit der
parasitären Kapazität C P1
• C D = Ausgangslastkapazität
(Drain) zusammen mit der
parasitären Kapazität C P2
• C L_OSC ( Lastkapazität am
Verstärker) ist bestimmt
durch C G x C D /(C G + C D )
Die nominale Frequenz wird
erreicht, wenn die Lastkapazitäten
der Schaltung und die des
Quarzes gleich groß sind, also
C L_OSC = C L_XTAL ist. Übliche
vorgeschriebene Lastkapazitäten
sind 6, 7, 9 und 12,5 pF.
Bestenfalls wird das Layout so
optimiert, dass die Oszillatorschaltung
mit dem Schwingquarz
unmittelbar neben dem
Mikrocontroller sitzt. Dadurch
minimiert man die Streukapazität
und verkleinert die Antennenwirkung
– und somit auch
die Störanfälligkeit.
hf-praxis 10/2019 11

Quarze und Oszillatoren
Bild 5: Frequenz in Abhängigkeit von der Lastkapazität
ESR und
Frequenzsensitivität
Zu beachten ist, dass der ESR-
Wert einen nicht unerheblichen
Einfluss auf die Frequenzsensitivität
hat. Da die Erfahrung zeigt,
dass nicht alle Pierce-Oszillatorschaltungen
auf die Anwendung
mit modernsten kleinen Quarzbauformen
ausgelegt wurden,
ist es angebracht, die externen
Einflüsse wie Temperatur- und
Spannungsverhalten mit einzubeziehen.
Die Ringverstärkung
der Oszillatoren reduziert sich
typischerweise bei Temperaturen
von über 50 °C und mit
kleiner werdender Versorgungsspannung.
Um die angestrebte Anschwingsicherheit
sicherzustellen, sollte
ein Widerstand mit dem vierfachen
Wert des ESR in Serie
geschaltet werden. Hierdurch
lassen sich auch die Produkttoleranzen
der Schwingquarze,
der mit höheren Temperaturen
steigende ESR sowie die mit
höheren Temperaturen sinkende
Verstärkung kompensieren. Ist
das Ergebnis mit einem Standardschwingquarz
nicht zufriedenstellend,
sollte ein Low-
ESR-Schwingquarz eingesetzt
werden. Es hat sich bewährt,
den Oszillator bei Raumtemperatur
mit einem Referenzquarz
mit künstlich erhöhtem ESR
zu testen.
Einfluss von ESR und
C1 auf die Ziehfähigkeit
Durch die physikalischen Eigenschaften
des Stimmgabelquarzes
besteht eine Abhängigkeit zwischen
dem ESR-Wert und der
Motional-Kapazität C1. Durch
Vergrößern von C1 kann ein
niedrigerer ESR-Wert erreicht
werden, was wiederum eine
höhere Anschwingsicherheit
sowie eine größeren Ziehbereich
– bedingt durch den höheren
C1-Wert – begünstigt. Toleranzen
der Lastkapazität können
dann zu größeren Frequenzabweichungen
führen. Bild 5 informiert
darüber, wie die Frequenz
sich in Abhängigkeit von der
Lastkapazität verhält.
Standard- oder
Low-ESR-Quarz?
Wenn die elektrischen Spezifikationen
eines Standardquarzes
für die geplante Anwendung
genügend Anschwingsicherheit
bieten und eine bessere Jitter-Performance
benötigt wird,
ist ein Schwingquarz mit Standard-ESR-Wert
mit Sicherheit
die richtige Wahl. Gleichzeitig
lassen sich mit Standardquarzen
oftmals nicht unerhebliche
Kostenvorteile erzielen.
Low-ESR-Quarze hingegen
sollten unbedingt zum Einsatz
kommen, wenn die Anschwingsicherheit
beim Test mit einem
Standardquarz nicht zufriedenstellend
war und eine kürzere
Anschwingzeit oder ein batterieschonender
Stromverbrauch
erreicht werden sollen. Auch
beim Re-Design oder dem
Ersetzen von älteren und großen
Quarzen bietet es sich an, auf
Schwingquarze mit niedrigem
ESR-Wert zu setzen, da diese
meist bauformbedingt schon
einen niedrigeren ESR-Wert mit
sich bringen.
Unterstützung bei der Auswahl
der richtigen Lösung für die
jeweilige Anwendung erhalten
Kunden bei den Experten
der WDI AG. Sie begleiten die
Entwicklung von Anfang an
und führen den Anwender schon
beim Design-in zielsicher zum
richtigen Produkt. ◄
Kriterien Standard-ESR Low-ESR Kommentar
Anschwingsicherheit normal größer Oszillator sollte bei 25 °C mit 5 x R1
anlaufen
Anschwingzeit normal kürzer schaltungsabhängig (ähnliche Quarzgüte)
Strombedarf normal niedriger schaltungsabhängig, idealerweise
ca. 2 nA/kOhm
Ziehfähigkeit gut sehr gut -
Rauschempfindlichkeit gut gut -
Leistungsvergleich zwischen Standard- und Low-ESR-Ausführungen
12 hf-praxis 10/2019

E R K U N D E N S I E D I E
G R E N Z E N V O N 5 G .
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Das Erschließen des 5G-Potenzials beginnt mit Zuverlässigkeit. Unser
zukunftsweisendes RF-Instrumentierungs-Portfolio hilft Kunden bei der
schnellen Markteinführung von 5G-Testlösungen. Dank der Synthese aus
Geschwindigkeit und Konstanz werden Ihre Innovationen zu bahnbrechenden
Applikationen. Erfahren Sie mehr auf analog.com/instrumentation.

Quarze und Oszillatoren
Quarze für das Internet of Things
Meist erfolgt die IoT-
Netzwerkkommunikation
drahtlos,
wobei es aktuell noch
verschiedene konkurrierende
Standards
gibt. Unabhängig davon
spielt auch die Auswahl
des Quarzes für den
Referenzoszillator eine
Rolle, wenn es um die
Qualität der drahtlosen
Kommunikation geht.
FS unter Nutzung folgender
Quelle:
Jauch crystals for IoT
applications, Jauch Quartz
GmbH, info@jauch.com,
www.jauch.com
Welche Standards
stehen zur Wahl?
Im Folgenden sind die für IoTund
andere moderne Applikationen
infrage kommenden Standards
aufgelistet:
• BT, Bluetooth
• BLE, Bluetooth Low Energy
(auch Bluetooth Smart)
• IEEE 802.15.4 (IEEE-Standard
für Lowrate Wireless
Networks)
• IEEE 802.11 b/g/n (Wireless
LAN Medium Access Control,
MAC)
• LoRa, Long Range (low data
rate) für das IoT zur proprietären
Modulation von HF
• SigFox (bietet drahtlose Services
für das IoT an und erlaubt
proprietäre Modulation)
• ISO/IEC 14443 für Identification
Cards (kontaktlos, RFID)
• ISO/IEC 15693 für Identification
Cards (kontaktlos, Vicinity
Cards, RFID)
• ISO/IEC 18000 Informationstechnologie
für RFID
• ZigBee auf Basis von IEEE
802.15.4
• 6LowPan = IPv6 over Low
Power Wireless Personal Area
Networks basierend auf IEEE
802.15.4
In Tabelle 1 sind die Frequenzen
genannt, auf deren Basis die
genannten und andere Verfahren
arbeiten.
Je nach Systemarchitektur enthalten
die ASICs (Application
Specific ICs) die HF-Funktion
für Senden und Empfangen von
drahtlos übermittelten Informationen
oder sie kombinieren
MCU- und HF-Funktion in
Frequenz Drahtlos-Standard
in MHz
13,56 RFID
16 WiFi, ZigBee, BT, BLE
19,2 DECT, GPS, BLE
20 WiFi, BT
24 WiFi, BT, BLE
25 ISM
26 WLAN, WiFi, BT, BLE, GSM, NFC
27,12 RFID
30 ISM
32 ZigBee, BT, BLE, 6LowPan, RF4CE, LoRa
37,4 WiFi, BT
38,4 DECT, WiFi, BT
40 WiFi, BT, BLE, NFC, SimpleLink
48 WiFi, BT
52 WLAN, WiFi, GSM
14 hf-praxis 10/2019

Quarze und Oszillatoren
Schlechtes Spektrum bei 2,4 GHz, verursacht durch „Spurious“-Resonanzen
mit dem Standardquarz her
Gutes Spektrum bei 2,4 GHz mit einem Jauch-Quarz für Drahtlos-
Anwendungen
einem Gehäuse. Üblicherweise
nennt man diese ASICs RF-
SoC (Radio Frequency System
on Chip). Die HF-Funktion
erfordert einen Referenztakt
im Megahertzbereich, sodass
die RF-SoCs praktisch einen
Tuning-Fork-Quarz (abstimmbare
Gabel als Grundstruktur,
TF Crystal) benötigen. Dieser
TF Crystal kann für die Standbyoder
Timekeeping-Funktion
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hf-praxis 10/2019 15
© Qorvo, Inc. | 2019. QORVO is a registered trademark of Qorvo, Inc. in the U.S. and in other countries.
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Quarze und Oszillatoren
Schlechtes Referenzsignalspektrum eines 26-MHz-Standardquarzes
Gutes Referenzsignalspektrum eines 26-MHz-Jauch-Quarzes für wireless
Applications
von der MCU als Teil eines
SoC genutzt werden. Je nach
zu unterstützendem Standard
wird der Quarz gemäß Tabelle
1 ausgewählt.
Anforderungen an
den Quarz
Um gegenseitige Beeinflussungen
zu unterbinden und die
maximal mögliche Übertragungsentfernung
zu sichern, ist
die Über-alles-Frequenzgenauigkeit
auf einige Zehntel eines
Pats per Million (ppm) relativ
zur spezifizierten HF limitiert.
Die meisten HF-Empfänger oder
-Sender verwenden typischerweise
Quarze mit AT-Schnitt mit
Grundfrequenzen im Bereich
13,56 bis 52 MHz zur Herstellung
ihrer Referenz. Diese
ist dann die Basis, um für das
eigentliche Signal Frequenzen
von einigen hundert Megahertz
oder gar im Gigahertzbereich zu
generieren. Da sich die absolute
Toleranz dabei um den Vervielfachungsfaktor
erhöht, sind die
strengen Anforderungen beim
Quarz nötig. Weiterhin sollte
das Signal der Quarzreferenz
frei von Neben- und Oberwellen
(„Spurious”) sein, damit es
nicht zu unerwünschten Aussendungen
auf den entsprechenden
Frequenzen kommt.
Man kann verschiedene, den
aktuellen Standards entsprechende,
Gesamt-ppm-Budgets
geltend machen. Manche
Standards begnügen sich mit
40 ppm, während andere 20 ppm
verlangen. Gesamt-ppm-Budget
meint Einhaltung dieser Vorgaben
unter allen Bedingungen,
also im gesamten Betriebstemperaturbereich,
inklusive Alterung
und Belastung des Ausgangs.
Einige RF-ASICs oder
RF-SoCs erlauben eine Kompensation
der Frequenztoleranz
bei 25 °C und der Frequenzveränderung
durch die Lastkapazität
(Pulling). Dabei kann ein
Fein-Tuning des Frequenzsynthesizers
ebenso möglich sein
wie eine Abstimmung über eine
eingebaute Lastkapazität.
Beispiel Q 26,0-JXS32-CL-
10/13-T(-30/+85)-FU-WA-LF:
Frequenztoleranz @ 25 °C max.
10 ppm, kompensiert 2 ppm
Frequenzverschiebung durch
C L -Toleranz 10 ppm, kompensiert
bis 0 ppm
Frequenzstabilität (F/T) im Betriebstemperaturbereich
-30 bis
+85 °C 13 ppm
Alterung im ersten Jahr 1 ppm
Alterung nach sieben Jahren
5 ppm
Über-alles-Frequenzvariation
nach 7 Jahren 38 ppm, kompensiert
20 ppm
Somit kann hier ein 20-ppm-
Limit nicht erreicht werden,
während ein 40-ppm-Budget
möglich ist. Sowohl Frequenzstabilität
(F/T) als auch Langzeitalterung
lassen sich vom
Hersteller nicht kompensieren.
Daher strebt dieser hier besonders
enge Toleranzgrenzen an.
Das Über-alles-ppm-Budget
kann von Signalfrequenz (HF)
und Übertragungsbandbreite
abhängen.
„Spurious”
vorbeugen
Das Referenzsignal für RF-
ASICs und RF-SoCs sollte
„sauber”, also frei von anderen
Frequenzanteilen sein. Auch
sollte es nicht zu Resonanzen
(auf anderen Frequenzen) kommen.
Die diesbezügliche Qualität
kann man durch eine Spektrumanalyse
überprüfen. Die Bilder
zeigen einige Spektrumanalyse-
Plots, die den Unterschied zwischen
einem HF-Signal von
einem dedizierten Jauch-Quarz
für Drahtlos-Applikationen
(JXS-WA) und einem Quarz mit
Standard-Spezifikation verdeutlichen.
Schlechtes Spektrum bei
2,4 GHz rührt von „Spurious“-
Resonanzen mit dem Standardquarz
her.
Die meisten RF-ASICs und RF-
SOCs nutzen beim Quarzoszillator
einen integrierten invertierenden
Verstärker, dem zwei
externe Kapazitäten C L1 und C L2
zuzuschalten sind. Dies ist die
typische Pierce-Konfiguration.
Ein zusätzlicher Rückkopplungswiderstand
ist hier möglich,
um den Arbeitspunkt zu
stabilisieren. Hält das Datenblatt
des RF-ASICs mindestens
zwei der folgenden Informationen
bereit, dann lässt sich der
Oszillator berechnen:
g m = Transkonduktanz des Verstärkers
in mA/V oder µA/V
g mcrit = Limit des Transkonduktanzwerts
für sichere Oszillation
in mA/V oder µA/V
GM = g m /g mcrit
GM steht für Gain Margin (auch
bekannt als OSF = Oscillation
Safety Factor oder Oscillation
Allowance). Die GM sollte >5
sein, um eine saubere Operation
der Schaltung zu gewährleisten.
Mit einem inneren Widerstand
leistet der Quarz über die Gmcrit
einen Anteil an der GM:
g mcrit = 4 x R m x (6,28 f) 2 x (C 0
+ C L ) 2
R m = Motional Series Resistance
(auch Equivalent Serial Resistance,
ESR, genannt)
C 0 = Shunt-Kapazität des
Quarzes
C L = Lastkapazität, gebildet
durch die beiden genannten
Kapazitäten der Pierce-Konfiguration
Da gm nicht verändert werden
kann, lässt sich die GM nur über
die gmcrit verändert, diese sollte
recht klein sein, sodass diese
Forderung auch an den R m sowie
C 0 des Quarzes zu stellen ist.
In kleinen Quarzen wie Jauch
JXS32, JXS22 und JXS21 für
drahtlose Applikationen ist C 0

Quarze und Oszillatoren
Uhrenquarz mit einer
Bauhöhe von nur
0,35 mm
Geyer Electronic ergänzte sein
umfangreiches Portfolio an
SMD-Uhrenquarzen um ein
Modell mit nur noch 0,35 mm
Bauhöhe und den Abmessungen
2 x 1,2 mm. Die neue Modellreihe
KX-327RTS ist ab sofort
ab Lager verfügbar mit 7, 9 und
12,5 pF und einer Abgleichtoleranz
von ±20 ppm.
Damit deckt Geyer den schnell
wachsenden Bereich der Anwendungen
im IoT-Bereich wie
Wearables, Smart Cards, Sensorik,
Smart Traffic Management
und weitere Anwendungen für
Realtime Applikationen ab.
■ Geyer Electronic
www.geyer-electronic.de
Echtzeituhr-Modul
mit integriertem
DTCXO für präzise
Zeitmessung
D a s E c h t z e i t u h r- M o d u l
RX8804CE der Epson Europe
Electronics GmbH mit integriertem
digitalem temperaturkompensiertem
Quarzoszillator
(DTCXO) erweitert das Sortiment
von Schukat. Es wurde
für die präzise Zeitmessung bei
eMetern, in der Beleuchtung
und anderen industriellen Applikationen
und Outdoor-Anwendungen
entwickelt und erreicht
eine Genauigkeit von ±3,4 ppm
über einen Temperaturbereich
von -40 bis +85 °C bzw. ±8 ppm
bei -40 bis +105 °C, was 9 bzw.
20 s/Monat entspricht.
Betreiben lässt sich das
RX8804CE in einem weiten
Betriebsspannungsbereich von
1,6 bis 5,5 V und mit einer
typischen Stromaufnahme von
0,35 µA (im Backup-Modus).
Es verfügt außerdem über einen
Taktausgang, der sich für die
Ausgabe von 1 Hz, 1024 Hz oder
32,768 kHz programmieren lässt.
■ Schukat GmbH
www.schukat.com
Standard- und
kompakte
SMD-Quarze
SMD-Quarze der Serien MJ und
MQ eignen sich dank ihrer kompakten
Größe und der geringen
Masse optimal für Anwendungen
wie z.B. PDAs, GPS, PC-Cards,
WLAN- und Handheld-Geräte.
Die Quarze befinden sich in
einem SMD-Keramikgehäuse
mit Metalldeckel in der Bauform
5 x 3,2 mm (MJ-Serie) bzw. 7 x
5 mm (MQ-Serie) und zeichnen
sich durch eine hohe Schockund
Vibrationsfestigkeit aus. Sie
sind in den Frequenzbereichen
von 6 bis 25 MHz (MQ-Serie)
sowie von 10 bis 25 MHz (MJ-
Serie) erhältlich. Ihre Lastkapazität
liegt bei 12 pF, die Frequenztoleranz
bei ±30 ppm und
die Temperaturstabilität beträgt
±30 ppm über den industriellen
Arbeitstemperaturbereich von
-40 bis +85 °C.
■ Schukat GmbH
www.schukat.com
Hochwertige Quarzresonatoren
aus Japan
e-MECA.com
E C A El e c t r o nl c s , l n c.
Microwave Equlpment & Components of America
Bessere Komm ni :ons-Lösungen
Millimeterwellen & 5G
Leistungsteiler, Adapter, Isolatoren, Bias Tees, D C Blocks,
Dämpfungsglieder/Lasten und Koppler. (SMA, 2.4 & 2.92 mm)
mElnTROnlK
Melatronlk Nachrichtentee: nik GmbH
Tel. +49 8932 107 6
lndus1rial Electronics GmbH
Tel. +49 6122 726 60 0
•
w lilt
FMW Deu1schland
el. +49 (0)8031 7969240
Mit Mercury Electronics nimmt
Schukat einen Hersteller aus dem
Bereich Quarze und Oszillatoren
neu ins Produktportfolio auf.
Das taiwanesische Unternehmen
produziert seit 1973 ein breites
Spektrum an Schwingquarzen
und Quarzoszillatoren, das von
kostengünstigen Quarzen für
den Massenmarkt bis hin zu
kompakten SMD-Quarzen für
mobile Handgeräte ebenso wie
kundenspezifischen VCXOs,
TCXOs und OCXOs reicht. Eine
Besonderheit sind die Spread-
Spectrum-Oszillatoren für EMIkritische
Anwendungen. Neu
bei Schukat sind künftig die
Produktreihen M49, X21, X22,
MJ und MQ mit Frequenzen
von 3,579545 bis 40 MHz. Die
CompoTEK präsentierte die
brandneuen SMD-Quarzresonatoren
der Daishinku Corporation:
Der DSX210GE wurde
speziell für den Automotive-
Sektor entwickelt und zeichnet
sich durch seine kompakten
Maße (Bauhöhe 0,85 mm)
aus. Zudem ist er sehr leicht
und gleichzeitig äußerst präzise.
Seine besonders hitzebeständige
Struktur und seine
Widerstandsfähigkeit ermöglichen
einen stets zuverlässigen
Einsatz. Die breite Auswahl an
Frequenzen (16 bis 64 MHz)
macht den DSX210GE zu einer
idealen Komponente in unterschiedlichsten
Anwendungen
für den Automotive-Bereich.
Dazu zählen unter anderem:
Bluetooth, WLAN, GPS/
GNSS, Multimedia-Devices
und außerdem Kamera-Applikationen.
■ CompoTEK GmbH
www.compotek.de
18 hf-praxis 10/2019

Quarze und Oszillatoren
Kompakte Quarzoszillatoren
für anspruchsvolle
Anwendungen
Hochstabiler OCXO
mit geringem
Phasenrauschen
IQD hat einen hochstabilen temperaturgesteuerten
Quarzoszillator (OCXO) auf den
Markt gebracht, der auch eine ausgezeichnete
Kurzzeitstabilität bietet. Der IQOV-
220 gewährleistet eine außergewöhnliche
Frequenzstabilität von bis zu ±0,5 ppb über
den gesamten industriellen Temperaturbereich
von -40 bis +85 °C mit einer Kurzzeitstabilität
(Allan-Deviation) von 0,5 ppt
(tau = 1 s).
In den besonders kompakten Baugrößen
2016 und 2520 verfügbar sind die vier
neuen, ab sofort bei SE Spezial-Electronic
erhältlichen Quarzoszillator-Familien
DSO211SX, DSO221SX, DSO211SXF und
DSO221SXF von KDS.
Dank des weiter optimierten firmeneigenen
Quarzdesigns und innovativen integrierten
Funktionen zur Frequenzanpassung erzielen
die neuen Oszillatoren über einen weiten Betriebstemperaturbereich
von -40 bis +125 °C
eine Frequenzstabilität von bis zu ±50 ppm.
Der Ausgangsfrequenzbereich reicht dabei
von 1 bis 125 MHz, die Versorgungsspannung
kann zwischen 1,6 bis 3,6 V variieren.
Weitere Modelle in neuen Bauformen und
mit einer Stabilität von ±25 ppm sind für
Oktober dieses Jahres geplant.
Darüber hinaus zeichnen sich die RoHSkonformen
DSO211SX-, DSO221SX-,
DSO211SXF- und DSO221SXF-Quarzoszillatoren
durch einen vollständigen Verzicht
auf Blei aus, was zu einer hervorragenden
Umweltverträglichkeit führt. Ein weiterer
Pluspunkt ist die Bauform mit sichtbaren
Lötstellen, die eine automatisierte optische
Inspektion (AOI) ermöglicht, wenn der Baustein
auf vom Kunden selbst entwickelte
Leiterplatten gelötet wird.
Die SX-Serie adressiert vor allem den Markt
für Fahrzeugausrüstungen. Sie entspricht
sowohl den Autonomous-Driving-Level-
II-Vorgaben als auch dem Zuverlässigkeitsstandard
AEC-Q100/AEC-Q200 für Fahrzeugkomponenten.
Die SXF-Serie deckt
unterschiedlichste Anwendungsfelder in
den Bereichen Konsumgüter, Telekommunikation
und Industrie ab.
Ausführliche Informationen zu den Quarzoszillator-Familien
DSO211SX, DSO221SX,
DSO211SXF und DSO221SXF können unter
timing@spezial.com angefordert werden.
■ SE Spezial-Electronic GmbH
www.spezial.com
Mit einer Holdover-Spezifikation von 6
µs über 24 Stunden, einem Nahphasenrauschen
von typisch -140 dBC/Hz @10 Hz
und einem Fernphasenrauschen von typisch
-160 dBc/Hz @100 kHz eignet sich der
IQOV-220 ideal für Hochleistungssynthesizer,
Netzwerktaktgeber, Radar & Satellitenkommunikation.
Der IQOV-220 ist mit 10 MHz erhältlich
und befindet sich in einem 36 x 27 mm
großen, hermetisch dichten Industriestandard-Metallgehäuse
mit Durchgangsloch.
Dieser Sinuswellen-OCXO ist in der Lage,
Lasten bis zu 50 Ohm anzusteuern. Dabei
arbeitet er mit 12 V, wobei er während der
Aufwärmphase maximal 5 W und im stationären
Zustand bei 25 °C maximal 1,2 W
verbraucht.
Der neue OCXO verfügt über eine Frequenzeinstellung
an Pin 2, die es ermöglicht,
die Frequenz um ±0,4 ppm mit einer Steuerspannung
von 0 bis 8 V zu ziehen, was ausreicht,
um zehn Jahre Alterung abzudecken.
Diese neue Familie ist Teil einer umfangreichen
Palette von OCXOs, die von IQD
erhältlich sind, darunter solche mit extrem
niedriger Phasenrauschleistung und ultrakleinem
Gehäuse.
■ IQD Frequency Products, Ltd.
www.we-online.de
www.iqdfrequencyproducts.com
hf-praxis 10/2019 19
19

Quarze und Oszillatoren
Hochzuverlässige Quarze widerstehen rauen Bedingungen
of Automotive Engineers (SAE) J2657 für TPMS,
die heute eine obligatorische Sicherheitsfunktion
für Neuwagen sind, die in Ländern auf der
ganzen Welt vermarktet werden. Die Quarze der
XRQ-Serie sind stoßfest bis 8000 G, was deutlich
über dem Standard (1500 G) liegt. Sie übertreffen
auch Falltests nach dem Branchenstandard
JIS-C0044, indem sie Stürze aus bis zu 1,2 m
Höhe überstehen.
XRQ-Quarze erfüllen die Anforderungen von
Ultraschall-Schweißverfahren, die sauberer als
herkömmliche Verfahren sind und bei der Herstellung
hermetisch versiegelter Objekte wie TPMS
verwendet werden. Mit dem Verfahren lassen sich
Automotive-Bauteile herstellen, die höchste Präzision
und Zuverlässigkeit bieten müssen.
Diodes Incorporated
www.diodes.com
Diodes Incorporated stellte eine neue Serie automotive-konformer
Quarze vor, die rauen Betriebsbedingungen
standhalten und hohe Genauigkeit
und Zuverlässigkeit für Reifendruck-Überwachungssysteme
(TPMS), Infotainment, Telematik
und Fahrerassistenzsysteme (ADAS) bieten.
Fliehkräfte bis zu 1500 G
Die neuen XRQ-Quarze sind für einen Dauerbetrieb
bei Fliehkräften von bis zu 1500 G ausgelegt
und erfüllen die Anforderungen der Society
Die XRQ-Serie eignet sich für Anwendungen
sowohl unter der Motorhaube als auch im Fahrgastraum.
Sie ist AEC-Q200-zertifiziert und in
den Temperaturbereichen Grad 1 (-40 bis +125
°C), Grad 2 (-40 bis +105 °C) und Grad 3 (-40
bis +85 °C) erhältlich. XRQ-Quarze sind PPAPfähig
und werden in IATF16949-zertifizierten
Werken hergestellt.
Es stehen drei Standardgrößen zur Verfügung:
Die XR32Q-Variante mit den Abmessungen 3,2
x 2,5 mm ist mit Frequenzen von 12 bis 66 MHz
erhältlich. Die 2,5 x 2 mm große XR25Q-Version
bietet 16 bis 66 MHz und die 2 x 1,6 mm messende
XR20Q-Variante deckt 24 bis 66 MHz ab.
Die Keramikgehäuse für die SMD-Montage sind
aus Gründen der Dichtigkeit und mechanischen
Integrität komplett versiegelt. ◄
Schnell anschwingende Quarze für IoT & LPWAN
Sehr preiswerte Quarzresonatoren bilden
die Grundlage für ein breites und tiefes
Produktspektrum „SMD-Schwingquarze“
für den Vertikalmarkt „IoT und LPWAN“.
Diese äußerst langlebigen SMD-Quarze
in verschiedenen miniaturisierten Keramikgehäusen
im Grundtonbereich von 12
bis 64 MHz verfügen über sehr geringe
Widerstände, sodass sie optimal und besonders
schnell anschwingen. Die Standard-
Frequenztoleranz beträgt bei +25 °C ±10
ppm. Die Temperaturstabilitäten betragen
im Standardfall ±10 ppm @ -20/+70 °C
bzw. ±15 ppm @ -40/+85 °C. Nach zehn
Jahren beträgt die Alterung ±10 ppm max.,
sodass aufgrund der Parametrierung der
miniaturisierten SMD-Quarze diese in
jeder Funkapplikation verwendet werden
können.
Die Referenzliste auf der Website der
Petermann-Technik gibt Auskunft, welcher
Quarz zu welchem IC passt. Lowcost-TCXOs
empfiehlt man für Narrowband-Applikationen,
wenn höhere
Genauigkeiten benötigt werden. Durch In-
House-Engineering verfügt man über ein
sehr breites Design-in-Leistungsspektrum
bis hin zum Vermessen der entsprechenden
SMD-Quarze direkt in der Kundenschaltung.
Für Neuentwicklungen empfehlen
die Berater der Petermann-Technik, das
aktuell günstigste 3,2 × 2,5 mm große
Keramikgehäuse (Serie SMD03025/4)
zu verwenden. Sollte dieses aber zu groß
sein, dann kommt die 2 ×1,6 mm messende
Serie SMD02016/4 in Betracht (Keramikgehäuse).
Aufgrund der stetig steigenden
Nachfrage nach diesem Gehäuse
sind entsprechende Quarze jetzt günstiger
als SMD-Quarze im 2,5 × 2 mm großen
Keramikgehäuse.
■ Petermann-Technik GmbH
www.petermann-technik.de
20 hf-praxis 10/2019

Quarze und Oszillatoren
Neuer MEMS-Oszillator sorgt
für bis zu 80 % Platzersparnis
Oszillatoren ideal für kleine Geräte wie
Digitalkameras, intelligente Lautsprecher
oder Settop-Boxen. Der geringere Stromverbrauch
verlängert die Batterielaufzeit
und verkleinert das Design von IoT-Anwendungen
und anderen portablen Systemen.
■ WDI AG
www.wdi.ag
Neue High-End-
Oszilloskope der
Spitzenklasse
TECHNOLOGY
II
Hochleistungsoszillator
mit extrem niedrigem
Phasenrauschen
Mit der neuen Oszillatorserie DSC613 hat
das US-amerikanische Unternehmen Microchip
eine MEMS-basierte Alternative vorgestellt,
die bis zu 80% Platzersparnis bieten
kann. Der MEMS-basierte Oszillator
DSC613 von Microchip unterstützt bis zu
drei verschiedene Signalausgänge und kann
damit bis zu drei Quarze und Oszillatoren
auf einer Leiterplatte ersetzen. Ein externer
Quarz wird bei Einsatz eines stromsparenden
und hochstabilen MEMS-Resonators
(Mikro-Elektro-Mechanisches System) nicht
benötigt. Die Verringerung der Anzahl an
Oszillatoren macht es möglich, Baugruppen
weiter zu miniaturisieren und die Batterielebensdauer
zu verlängern.
In einem sechspoligen DFN-Gehäuse mit der
Bauform 1,6 x 1,2 mm vereint der DSC613
einen MEMS-Resonator und zwei PLLs
(Phase-Locked-Loops). Die Taktgeneratoren
unterstützen bis zu drei Frequenzen
zwischen 2 kHz und 100 MHz und eignen
sich daher hervorragend für Embedded-
Systeme auf Mikrocontroller-Basis. So
kann der MEMS-Oszillator beispielsweise
einen MHz-Hauptreferenztakt und eine
32,768-kHz-Echtzeituhr für den Mikrocontroller
bereitstellen sowie einen weiteren
MHz-Takt für die Datenanbindung oder
Sensoren. Bei drei aktiven Frequenzausgängen
beträgt der Stromverbrauch nur
etwa 5mA. Für zusätzliche Stromsparmaßnahmen
kann der Frequenzausgangausgang
über den Enable-Pin ausgeschaltet werden.
Dadurch lässt sich der Stromverbrauch um
bis zu 45% reduzieren. Des Weiteren bietet
der DSC613 eine Frequenzstabilität von
±20 ppm über den Automotive-Temperaturbereich
von -40 bis +125 °C.
Durch die hohe Frequenzflexibilität und die
äußerst kompakte Bauform sind die MEMS-
Raltron Electronics Corporation hat eine
neue Serie ofenbasierter Quarzoszillatoren
(OCXO) mit extrem niedrigem Phasenrauschen
im Programm. Die neuen OCXOs der
Serie OXP8000 sind in einem Standardgehäuse
mit einer Größe von 36 x 27 mm
verbaut und mit den Standardfrequenzen 10
sowie 100 MHz erhältlich. Für die Spannungsversorgung
stehen wahlweise 5 oder
12 V und als Ausgangssignal Sinewave und
HCMOS zur Verfügung.
Beim Phasenrauschen überzeugen die Oszillatoren
mit erstklassigen -178 dBc/Hz @
100 kHz bei 5 V und -182 dBc/Hz @ 100
kHz bei 12 V. Des Weiteren wird eine Frequenzstabilität
von 300 ppb über den industriellen
Temperaturbereich von -40 bis +85
°C erreicht, wobei die Stromaufnahme im
Bereitschaftszustand 120 mA bei 12 V bzw.
250 mA bei 5 V beträgt. Die Alterung ist mit
100 ppb pro Jahr angegeben.
Aufgrund des überragenden Phasenrauschen
eignet sich Raltrons OXP8000-Serie hervorragend
für zivile, aber vor allem auch militärische
Anwendungen jeglicher Art, egal
ob zu Land, zu Wasser oder in der Luft. Für
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hf-praxis 10/2019 21
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21
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Quarze und Oszillatoren
Effizienz & Frequenz
MEMS-Oszillatoren für das Internet der Dinge
und Wearable-Anwendungen
• Frequenz bis auf 1 Hz abregelbar
„Am Körper tragbare Kameras,
smarte Uhren und Brillen
werden erst durch neue MEMSund
Sensorentechnik zu kleinen,
drahtlosen Kommunikationsträgern.“
[1]
Bessere Effizienz
durch höhere
Stabilität
Während die meisten der
genannten Vorteile keine Erläuterung
benötigen, weshalb sie
MEMS-Oszillatoren für das
Internet der Dinge und den
Wearable-Bereich prädestinieren,
soll der Zusammenhang
zwischen Frequenzstabilität und
Energieeffizienz einmal näher
betrachtet werden. Bekanntlich
reduzieren viele mobile Geräte
ihren Stromverbrauch, wenn sie
nicht benötigt werden, indem sie
die Funktionsblöcke mit dem
Stromverbrauch abschalten bzw.
in den Sleep-Zustand versetzen.
Natürlich müssen diese Systeme
bei Bedarf aufgeweckt werden,
um mit dem Netzwerk zu kommunizieren.
„Die höhere Frequenzstabilität
erlaubt es dem System,
über einen längeren Zeitraum
im Energiesparmodus bzw.
Schlafzustand zu bleiben. Viele
Wearables sammeln kontinuierlich
Daten, komprimieren diese
und laden Sie in die Cloud über
ein Internet-Hub-Gerät wie
beispielsweise ein Mobiltelefon.
Dieser Upload erfolgt in
kurzen Bursts innerhalb weniger
Millisekunden, danach kehrt
des Gerät in den Ruhezustand
zurück.
Diese zyklischen Schlaf-Szenarien
sind typisch für batteriebetriebene
Geräte, bei denen sich
der Gerätekern für eine voreingestellte
Zeit (Ruhezeit), die in
der Regel im Bereich von 2 bis
10 Sekunden liegt, im Ruhezu-
Bildquelle: Endrich
Das Internet der Dinge
und der Wearable-
Bereich werden
MEMS-Timing-
Lösungen als eine
Schlüsseltechnologie
nutzen.
Während die meisten Gründe
dafür klar auf der Hand liegen,
erschließt sich der für IoT und
Wearable so wichtige Aspekt
der Energieeffizienz nicht unbedingt
sofort. Der Beitrag liefert
Erklärungen.
MEMS-Timing-Lösungen als
eine Schlüsseltechnologie im
IoT und Wearable-Sektor? Die
Frage nach dem „Warum“ ist
leicht beantwortet: MEMS-
Oszillatoren ermöglichen die
kleinsten, energieeffizientesten
Lösungen, die gleichzeitig noch
sehr robust sind.
Ein Bündel von
Vorzügen
MEMS-Oszillatoren nutzen
einen Siliziumresonator und
unterscheiden sich damit von
herkömmlichen Quarzen. Der
Siliziumresonator führt zu einer
Reihe von Vorteilen, die hier einmal
beispielhaft anskizziert sind:
• extrem widerstandsfähig gegen
Schock und Vibration (10.000
G Schock und 70 G Vibration)
• breiter Arbeitstemperaturbereich
(-55 bis +125 °C)
• hohe Frequenzstabilität über
den gesamten Arbeitstemperaturbereich
(20 ppm)
• 100% Drop-in-Ersatz für Standard-QFN-Gehäuse
2016,
2520, 3225, 5032 und 7050
(QFN = Quad Flatpack No-
Lead)
• extrem wiederholgenau dank
des Halbleiter-Herstellungsprozesses
• Ausgang für mehrere Lasten,
Bürde entfällt
• geringer Stromverbrauch (z.B.
weniger als 1 µA)
• Betrieb an geregelter oder
ungeregelter Spannung
(1,2...3,63 V)
22 hf-praxis 10/2019

Quarze und Oszillatoren
Aufbau eines MEMS-Oszillators. Die SiT15xx-Architektur zeichnet sich durch hohe Zuverlässigkeit im Vergleich zu
Quarzlösungen aus
Die MEMS-basierten TCXOs
SiT1552 mit weniger als 5 ppm
Frequenzänderung über der
Temperatur reduzieren die ON-Zeit
stand befindet und daraus wieder
aufgeweckt wird, wenn Daten in
einem kurzen Burst zu übertragen
sind. Der Verbindungszeitraum
ON, in dem bestimmte
Funktionsblöcke des Gerätes
aktiv sind, wird dabei so kurz
wie möglich gehalten.
Der Stromverbrauch ist proportional
zu dem Verhältnis von
ON-Zeit zu der Zeit, in der sich
das Gerät im Sleep-Zustand
befindet. Die Genauigkeit des
32-kHz-Taktes, der die Taktung
der Sleep Time steuert (SCA =
Sleep Clock Accuracy), hat einen
direkten Einfluss auf die Lebensdauer
der Batterie. [1]
Denn Ungenauigkeiten im Ruhetakt
bedeuten, dass der Empfänger
zu früh einschaltet wird und
zu lange aktiv bleiben muss, um
zu vermeiden, dass Sendepakete
vom Sender oder Master verloren
gehen. Der Effekt ist, dass
sich gegenüber herkömmlichen
Lösungen die Batterielebensdauer
verdoppeln kann.
„Die niedrigeren Frequenzoptionen
der SiT15xx-Familie
ermöglichen völlig neue Architekturmöglichkeiten
in batteriebetriebenen
Anwendungen, bei
denen der Referenztakt stetig
läuft.“ [1]
Mehr Energieeffizienz
durch abregelbare
Frequenz
MEMS-Oszillator-Bausteine
werden mit hohen bis extrem
niedrigen Frequenzen geliefert.
Etwa die SiTime SiT8103/
SiT9102 MEMS Oszillatoren
bedienen einen Frequenzbeeich
von 1...110/1...220 MHz.
Damit ermöglichen sie allerdings
Applikationen einschließlich
Highspeed-Serial-Protokollen.
Für das IoT und Wearables
geeignete MEMS-Oszillatoren
kommen hingegen mit Frequenzen
von 32,768 kHz bis
zu 1 Hz. Die Frequenzabsenkung
wird durch eine erweiterte
Funktion möglich. HF-Techniker
wissen, dass allgemein eine
Reduzierung der Frequenz mit
einer Reduzierung des Stromverbrauchs
einhergeht. Das ist bei
den MEMS-Oszillator-Anwendungen
nicht anders.
In den Bereich der programmierbaren
Funktionen fallen auch
stromsparende programmierbare
Ausgangstreiber. Weiter
kann der Ausgangstreiber verschiedene
Gleichtaktspannungen
liefern und den MEMS-Baustein
so optimal an die externen Lastbedingungen
anpassen.
FS
“MEMS oscillators are produced
in semiconductor factories,
as this ensures a constant high
quality of the components. At
our headquarters in Germany,
the MEMS oscillators are configured
to your specifications
and can be shipped within 48
hours. Thanks to the rapid availability
of products, it is possible
to make last-minute changes to
design-in.” [2]
Quellen:
[1] Axel Gensler: MEMS-Oszillatoren
für IoT- und Wearable-
Applikationen, Vogel, Internet
[2] Jauch-Datenblatt „MEMS
Oscillators“
MEMS – Micro-Electro-Mechanical
Systems
MEMS sind winzige Bauelemente,
die Logikelemente
und mikromechanische Strukturen
in einem Chip vereinen.
Sie können mechanische und
elektrische Informationen verarbeiten.
MEMS-Oszillatoren
nutzen als frequenzbestimmendes
Element einen Resonator
aus Polysilizium. Die
sehr geringe Masse (1/3000
von Quarzresonatoren) und
das strukturelle Design
machen sie extrem unempfindlich
gegen Vibration und
Schock.
Die MEMS-TCXOs Jauch·JSO TR 32.768 kHz kommen im ultrakleinen CSP-
Gehäuse (1,5 x 0,8 mm) und verbrauchen typisch 1,2 µA an 1,8 V
hf-praxis 10/2019 23

Quarze und Oszillatoren
Timing-Lösungen für Luft- und Raumfahrt und Verteidigung
Endrich hat ab sofort die neuen
MEMS-Timing-Lösungen für
Luft- und Raumfahrtanwendungen,
wie Feld- und Satellitenkommunikation,
Präzisions-
GNSS, Avionik und Raumfahrt
von SiTime Corporation im
Programm. Die Endura-Produkte
wurden entwickelt, um
stabile Performance unter rauen
Bedingungen – also bei starken
Stößen, Vibrationen und extremen
Temperaturen – zu bieten,
die in diesen Anwendungen
naturgemäß auftreten.
Produkt-Highlights:
• Widerstandsfähigkeit:
4 parts per trillion per g
force (Beschleunigungskraft)
– 50-mal besser als
Quarzoszillatoren
• Temperaturbereich:
-55 bis +125 ºC
• Key-Timing-
Spezifikationen:
entsprechen MIL-
PRF-55310
• maximale Produktauswahl:
5 Mio. mögliche Teilenummern
stehen zur Verfügung.
Alle Bauelemente haben programmierbare
Optionen wie
Frequenz, Betriebsspannung
und Stabilität. Die Produktvielfalt
bietet den Kunden eine
große Auswahl und die Möglichkeit,
den Oszillator optimal
für ihre Anwendungsanforderungen
zu konfigurieren
■ Endrich Bauelemente
Vertriebs GmbH
endrich@endrich.com
www.endrich.com
Rauscharme
SMD-TCXOs bis 150
MHz
Die TCXO-Serie AXLE145HF
von Axtal bietet ein sehr niedriges
Phasenrauschen im VHF-
Frequenzbereich von 60 bis 150
MHz. Durch die Verwendung
eines SAW-Filters in der Ausgangsstufe
wird ein Rauschflur
von lediglich -180 dBc/Hz
erzielt.
Dieser TCXO kommt in dem
kleinen CO27-Gehäuse mit den
Abmessungen 14 x 9 mm. In
Kürze ist mit der neuen Serie
AXLE113HF die gleiche Performance
in dem sehr kleinen
(11,4 x 9,6 mm) SMD-Gehäuse
lieferbar. Das Datenblatt des
AXLE145HF finden Sie auf
www.axtal.com.
■ EMCO Elektronik GmbH
www.emco-elektronik.de
Rekordverdächtiger
Ultraminiatur-Quarz
IQD Frequency Products hat
einen der weltweit kleinsten
Schwingquarze auf den Markt
gebracht. Die Quarze des Moduls
IQXC-240 haben eine Länge von
1,2 mm, eine Breite von 1 mm
und eine Bauteilhöhe von nur
0,33 mm. Innerhalb des Moduls
IQXC-240 sind Quarze mit einer
Frequenz zwischen 36 und 80
MHz verfügbar. Diese Quarze
sind auf Grund ihrer kleinen
Bauform ideal für Applikationen
mit minimalem Bauraum,
wie zum Beispiel IoT-, VGA-,
USB- und WiFi-Anwendungen.
Die Frequenzstabilität dieser
Quarze kann bei bis zu ±10 ppm
über den Temperaturbereich von
-20 bis 70 °C und bei bis zu
±15 ppm über den industriellen
Temperaturbereich von -40 bis
85 °C liegen. Die Frequenztoleranz
der einzelnen Quarze lässt
sich auf bis zu ±7 ppm reduzieren.
Abgestimmt auf die Anforderungen
der neuesten Generation
von Mikrokontrollern, kann
die Lastkapazität der Quarze bei
nur 5 pF liegen.
Die Quarze sind in einem hermetisch
dichten 4-Pad-Gehäuse,
mit einem elektronenstrahlgeschweißten
Metalldeckel auf
dem Keramikgehäuse untergebracht.
Durch den Metalldeckel
wird die elektromagnetische
Abstrahlung reduziert. Das Produkt
ist außerdem so konzipiert,
dass es einen mechanischen
Schock von bis zu 1000 G nach
IEC 60068-2-27 Standard aushält.
Geliefert werden die Artikel
des Moduls IQXC-240 auf
einer Rolle gegurtet nach EIA-
481D-Standard.
■ IQD
www.iqdfrequencyproducts.
de
Quarzoszillatoren
aus Japan
Aufgrund der Wahrscheinlichkeit,
dass ein neues Advanced
Emergency Braking System
(AEBS) rechtsverbindlich werden
wird, ist ebenfalls von einem
Wachstum im Markt für autonomes
Fahren und der dazugehörigen
Advanced Driver-
Assistance Systems (ADAS)
zu rechnen. Hinzu kommt der
kontinuierlich steigende Bedarf
für Quarzoszillatoren in vielen
anderen Feldern (z.B. bei IoT-
Andwendungen) und die nicht
abreißende Nachfrage nach
miniaturisierten, immer leistungsfähigeren,
elektronischen
Bauteilen.
KDS beliefert daher den Markt
mit neuen kompakten Quarzoszillatoren
(DSO211SX,
DSO221SX), die perfekt für
Applikationen im Fahrsicherheitsbereich
geeignet sind.
Außerdem haben nun auch
die universell einsetzbaren
Baureihen DSO211SXF und
DSO221SXF Marktreife erlangt
und können geordert werden.
Letztere finden ihre Einsatzgebiete
vorwiegend im Consumer-
Markt, in der Telekommunikation
oder auch im industriellen
Sektor.
24 hf-praxis 10/2019

Quarze und Oszillatoren
Low-ESR-Quarze für sicheres Anschwingen
Das Produktspektrum des Quarzspezialisten
Petermann-Technik beinhaltet SMD-
Quarze mit sehr niedrigem seriellen Ersatzwiderstand
(ESR) für äußerst schnelles
und sicheres Anschwingen. Es handelt
sich u.a. um die Serien SMD03025/4 (im
3,2 × 2,5 mm/4-Pad-Keramikgehäuse) und
SMD02016/4 (im 2 × 1,6 mm/4-Pad-Keramikgehäuse).
Während umfangreicher In-
Circuit-Tests stellte man immer wieder
fest, dass die negativen Eingangswiderstände
der geprüften Oszillatorstufen sehr
niedrig sind und es dann sogar noch sehr
große Streuungen von IC zu IC gibt. Die
Applikationen müssen aber immer kleiner
werden, sodass die Entwicklungsingenieure
auf kleine Quarzgehäuse zurückgreifen
müssen.
Jedoch haben SMD-Quarze in kleineren
Gehäusen höhere Widerstände im Vergleich
zu den SMD-Quarzen mit derselben
Frequenz in größeren Gehäusen und
schwingen aufgrund der höheren Widerstände
langsamer und instabiler in der
Oszillatorstufe an. Beispielsweise haben
die Low-ESR-Quarze mit der Standardfrequenz
32 MHz einen ESR von 6 Ohm
typ. (Serie SMD03025/4) bzw. von 15
Ohm typ. (Serie SMD02016/4). Bei der
Verwendung in Funkapplikationen ermöglichen
diese Quarze mit 32 MHz ein sehr
schnelles und extrem sicheres Anschwingen,
sodass die entsprechenden Funkapplikationen
optimal und äußerst energieeffizient,
innerhalb der spezifizierten
Dutycycles, funken können. Beide Quarzserien
können mit einer Frequenztoleranz
von

Quarze und Oszillatoren
Neudefinition der besten Umsetzung
Implementierung von 5G-Timing-Lösungen
Eine der
technologischen
Hürden, vor denen
die Industrie bei
der Vorbereitung
auf 5G steht, ist die
Bereitstellung einer
Netzwerk-Timing-
Quelle, die genau,
stabil und zuverlässig
genug ist, um über
schmalere Kanäle mehr
Datentransfer schneller
zu erledigen als bei
4G-Netzwerken.
Mit zehn- bis zwanzigmal mehr
Sende- und Empfangsgeräten als
4G wird die kommende Generation
von 5G-Netzen ein viel
geringeres Latenzbudget zwischen
den Geräten aufweisen.
Darüber hinaus muss die höhere
Zeitgenauigkeit von 5G-Netzen
erreicht werden, obwohl eine viel
größere Anzahl von Funkgeräten
in preiswerteren Gehäusen und
mit weniger thermischem und
mechanischem Schutz angesteuert
werden muss, die zudem an
schwer kontrollierbaren Orten
wie Telefonmasten und Laternenpfählen
oder an stark befahrenen
Autobahnen, wo sie Hitze,
Vibrationen und raschen Temperaturschwankungen
ausgesetzt
werden, angebracht sind.
MEMS-Timing-
Architekturen als
Lösungsansatz
Diese und andere Herausforderungen
beim 5G-Einsatz werden
mit den neusten MEMS-
Timing-Architekturen bewältigt,
die eine Alternative zu früheren
ofengesteuerten Oszillatoren
(OCXO) bieten, welche bisher
als exakte Timing-Quelle eingesetzt
wurden.
MEMS-OCXOs überwinden die
Einschränkungen von Quarz-
OCXOs und bieten gleichzeitig
neue Funktionen, die es ermöglichen,
neue „best practices“ für
den Einsatz von 5G-Infrastrukturen
auch in rauen Umgebungen
zu entwickeln.
Autoren:
Markus Lutz, CTO and
Founder, SiTime Corporation
Axel Gensler, Senior Product
Manager RF Components,
Quartz Crystal, Oscillators,
Endrich Bauelemente
Vertriebs GmbH
www.endrich.com
Bild 1: 5G Best Practices mit MEMS-Oszillatoren
26 hf-praxis 10/2019

Quarze und Oszillatoren
Bild 2: Bedenken bezüglich Hitze und schneller Temperaturschwankungen werden mit MEMS-Oszillatoren ausgeräumt
Da Mobilfunkbetreiber auf 5Gund
Edge-Computing umsteigen,
benötigen sie eine viel präzisere
Zeitsynchronisation in den Funkgeräten,
was den Einsatz von
OCXOs erforderlich macht. Vor
5G wurden OCXOs lediglich in
einer gut kontrollierten Umgebung
eingesetzt. Doch in Zukunft
werden Computer, Kernnetzwerk
und Funkkomponenten zu
einem 5G-System zusammengeführt,
das häufig in einer unkontrollierten
Umgebung wie einem
Turm, Dach oder Laternenmast
installiert wird. Die OCXOs
sind in dieser Umgebung Vibrationen
und extremen Temperaturen
ausgesetzt, und das ohne
den Vorteil des thermischen und
mechanischen Schutzes, der
mit früheren 4G-Funkgehäusen
geboten wurde. Dies erfordert
eine Auswertung der Vorteile
von MEMS- und Quarz-Timing-
Technologien für die Implementierung
der kritischen Funktionalität
eines lokal betriebenen
Taktgebers.
Engeres Timing in
rauen Umgebungen.
Die Wichtigkeit dieser lokalen
Timing-Quelle darf nicht
unterschätzt werden. Es ist eine
von drei Zeitquellen in einem
5G-System, die auch das Netzwerk
selbst und die Backup-
GNSS-Quelle beinhalten, die
einen Impuls pro Sekunde liefert,
wenn das Netzwerk ausfällt. In
diesem Fall muss die lokale Zeitquelle
als Holdover-Taktgeber
fungieren und solange weiterlaufen,
bis die primäre(n) Quelle(n)
des Timings zurückkehrt.
Die Taktquelle verhält sich
wie ein Schwungrad, das sich
mit konstanter Geschwindigkeit
dreht, auch wenn es nicht
aktiv angetrieben wird. Es darf
keine drift- oder temperaturbedingten
Frequenzänderungen,
keine „Aktivitätseinbrüche“ oder
plötzlichen Frequenzsprünge
geben. Die Holdover-Taktquelle
muss extrem stabil sein, damit
der Netzwerksynchronisator,
der zwischen den drei Quellen
wählt, „versteckte“ Umschaltungen
ohne Unterbrechung in
der Signalphase des ausgehenden
Taktes durchführen kann.
Die Aufmachergrafik skizziert:
Das Problem mit quarzbasierten
OCXOs in dieser kritischen
5G-Holdover-Rolle ist, dass
sie extrem empfindlich auf
Umweltstressoren wie Schock,
Vibration, Hitze und schnelle
Temperaturschwankungen reagieren.
Jeder dieser Stressoren
kann die Fähigkeit eines OCXO
auf Quarzbasis stören, eine stabile
Timingquelle zu liefern. Das
Fehlen einer stabilen Zeitquelle
verschlechtert die Netzwerkleistung,
reduziert die Betriebszeit
und wirkt sich auf sicherheitskritische
Dienste wie Advanced
Driver Assistance Systems
(ADAS) aus.
Schock und Vibrationen können
besonders problematisch
sein. Vibrationen können schnell
dazu führen, dass Quarzoszillatoren
außerhalb der Spezifikation
liegen, möglicherweise solange
wie die Vibration andauert. Diese
Zeitspanne kann für einen vorbeifahrenden
Güterzug wenige
Minuten betragen, oder wenn
beispielsweise an einem windigen
Tag Windböen ständige
Vibrationen verursachen, auch
mehrere Stunden.
Auch die Temperatur stellt eine
Herausforderung dar. Je nach
Jahreszeit und Einsatzort des
Oszillators kann er extrem heißen
oder kalten Bedingungen
ausgesetzt sein, die über einen
längeren Zeitraum anhalten
können. Kritisch sind zudem
schnelle Temperaturwechsel,
wenn etwa eine Blackbox in der
Sonne beim Vorbeiziehen einer
Regenwolke schnell abkühlt oder
in Gebieten, in denen kollidierende
Wetterfronten und ein sich
bewegender Jet-Stream heiße
und kalte Luftmassen zusammenbringen,
die die Umgebungstemperatur
in wenigen
Minuten von einem Extrem zum
anderen ändern können.
Quarzoszillatoren haben Schwierigkeiten,
mit diesen Effekten
umzugehen, was zu Frequenzänderungen
von hunderten ppb
(parts ber billion) führen kann.
In vielen Fällen können aufgrund
der langsamen Zeitkonstanten
der Ofenregulierung mehrere
Minuten verstreichen, bis die
Quarzoszillatoren zur vorgegebenen
Frequenz zurückkehren.
Nichts davon ist in der 5G-Umgebung
zufriedenstellend, wo das
Latenzbudget des Netzwerks
hinter den Funkgeräten jetzt 5
bis 10 ns beträgt und die maximale
Zeitdifferenz zwischen den
Funkgeräten auf 130 ns begrenzt
ist. Um diese Probleme zu lösen,
verwenden MEMS-Timing-
Lösungen eine Kombination
aus programmierbarer Analogtechnik,
innovativen Gehäusen
und leistungsstarken Temperaturkompensationsalgorithmen,
die eine 20-fach höhere Timing-
Präzision liefert als quarzbasierte
Alternativen.
Die Fähigkeit dieser MEMS-
OCXOs, die Frequenzstabilität
unter schwierigen Umweltbedingungen
aufrechtzuerhalten,
wird sich transformativ auf den
Einsatz des 5G-Systems auswirken.
Die Technologie gibt Entwicklern
die Möglichkeit, ihre
Design-Strategien grundlegend
zu überdenken, damit sie die
Vorteile der neuen Funktionen
von MEMS-OCXOs voll ausschöpfen
können.
Die neue Praxis mit
MEMS-OCXOs
MEMS-Oszillatoren schaffen
neue „best practices“ für
den Einsatz exakter Netzwerk-
Timing-Quellen. Dies will Bild
1 verdeutlichen. MEMS-OCXOs
ersparen den Entwicklern die
Einschränkung ihrer OCXO-
Bestückungsmöglichkeiten für
Leiterplatten. Die Empfindlichkeit
von Quarz-OCXOs gegenüber
Umweltstressoren erfordert,
dass sie von allen Quellen thermischer
Schocks, beispielsweise
hf-praxis 10/2019 27

Quarze und Oszillatoren
beschaffen und zu verwenden
sind. Im Gegensatz dazu gibt es
MEMS-OCXOs in einer Vielzahl
von Standard-Footprint-
Optionen. Sie sind als Drop-in-
Ersatz für ältere OCXOs erhältlich,
während sie gleichzeitig die
Systemleistung und Robustheit
insgesamt verbessern.
Ein weiterer Vorteil ist das
schnellere Erreichen der
gewünschten Frequenz: MEMS-
OCXOs sind in Millisekunden
betriebsbereit, während dies bei
analogen quarzbasierten OCXOs
Minuten dauern kann.
Zusammengefasst
Bild 3: Die MEMS-Timing-Quelle erleidet keine umweltinduzierten schnellen Frequenzänderungen, die zu
Verbindungsabbrüchen führen können
durch Hitze oder Luftströmung
verursacht, auf dem Board separiert
werden.
Diese Einschränkungen bei der
Platzierung auf der Platine haben
das Routing kompliziert gemacht
und zu potenziellen Signalintegritätsproblemen
geführt. Entwickler
haben versucht, dieses
Problem durch den Einsatz spezieller
OCXO-Abdeckungen
aus Kunststoff zur Wärme- und
Luftstromisolierung zu lösen,
was jedoch zu zusätzlichen Fertigungsschritten
und erhöhter
Produktionskomplexität führt.
Diese Bedenken bestehen bei
MEMS-OCXOs nicht, die eine
20-fach höhere Vibrationsfestigkeit
gegenüber Quarz aufweisen.
MEMS-OCXOs haben eine deutlich
bessere dynamische Stabilität
mit einer Frequenzneigung
von ±50 ppt/K typisch (parts per
trillion) und einer Allan-Differenz
(ADEV) von 2 -11 unter
Luftstrom.
Dank MEMS-OCXOs müssen
sich Ingenieure während
des Boarddesigns nicht mehr
um Schutzkomponenten oder
mechanische Abschirmungen
kümmern, und Onchip-Regler
machen externe LDOs oder Ferritkugeln
überflüssig. Darüber
hinaus sind MEMS-Oszillatoren
resistent gegen Mikrofonie- und/
oder Platinenbiegeeffekte, was
bei großen Telekom-Leiterplatten
eine wichtige Rolle spielt.
Ohne diese Platzierungsbeschränkungen
haben Designer
deutlich mehr Freiheit, die Komponenten
nach anderen Kriterien
anzuordnen, wie beispielsweise
weniger Kreuzkopplung, reduzierter
EMV und höherer Dichte,
um Platz zu sparen.
Bild 2 will demonstrieren:
Bedenken bezüglich Hitze und
schneller Temperaturschwankungen
werden ebenfalls mit
MEMS-Oszillatoren ausgeräumt.
Entwickler, die die leistungsfähigeren
MEMS-OCXOs
verwenden, können davon ausgehen,
dass ihre lokale Zeitquelle
bis 125 °C sauber und
mit sehr hoher Stabilität arbeitet.
MEMS-OCXOs halten die
Frequenz auch dann innerhalb
der Spezifikationen ein, wenn
sich die Umgebungstemperatur
innerhalb von Minuten um bis
zu 20 K ändert.
Die Timing-Quelle erleidet keine
umweltinduzierten schnellen
Frequenzänderungen, die zu
Verbindungsabbrüchen führen
können. Dies macht Bild 3
deutlich. Es wird möglich sein,
den Betreibern das Vertrauen zu
geben, dass sie 5G-Geräte überall
dort einsetzen können, wo sie
gebraucht werden.
Die Programmierbarkeit des
MEMS-Timings definiert auch
die Best Practices im 5G-Design
neu. MEMS-OCXOs erweitern
die Wahlmöglichkeiten,
die Entwickler im Hinblick auf
Frequenzen, Ausgangsarten,
Betriebstemperatur, In-System-
Steuerung und andere Merkmale
haben. So können Entwickler
nun beispielsweise die für die
Anwendung optimale Frequenz
von 1 bis 220 MHz frei wählen.
Sie können auch Ausgabetypen
wie LVCMOS und clipped sinewave
spezifizieren, um die Leistung
der Baugruppe zu optimieren.
Weitere Optionen sind
der erweiterte Temperaturbetrieb
von -40 bis +95 °C und -40 bis
+105 °C, die serielle I 2 C-Schnittstelle
für die In-System-Programmierbarkeit
und der digital
gesteuerte Oszillatormodus
anstelle eines herkömmlichen
analogen spannungsgesteuerten
Oszillators.
Diese Auswahl ist bei Quarz-
OCXOs nicht möglich, da sie
von Grund auf speziell entwickelt
wurden, gravierende Einschränkungen
in der Spezifizierbarkeit
aufweisen und schwer zu
Entwickler von 5G-Netzwerkgeräten
stehen vor schwierigen
Herausforderungen. Sie müssen
eine stabile Zeitquelle einführen
und aufrechterhalten und das für
die zehnfache Menge an installierten
Funkgeräten, als dies
noch bei 4G-Netzen der Fall
war. Die Verbindung zum Kernnetz
erfolgt über minderwertige
Wählnetze, was den Bedarf an
zuverlässigen Taktquellen in
den Funkgeräten weiter erhöht.
Außerdem muss die Stabilität
der Zeitquelle in deutlich raueren
Umgebungen garantiert
werden, als dies bei 4G-Funkgeräten
üblich war, jedoch ohne die
Vorteile der besser schützenden
Gehäuse früherer Funkgeräte.
MEMS-Oszillatoren sind die
Alternative zu herkömmlichen,
quarzbasierten OCXOs, die
diese Herausforderungen einfach
nicht bewältigen können.
MEMS-Lösungen bieten die
Stabilität, Performance und
Immunität gegenüber Schock,
Vibration, Hitze und schnellen
Temperaturschwankungen, die
nötig sind, um sicherzustellen,
dass 5G-Funkgeräte überall dort
installiert werden können, wo sie
benötigt werden – ungeachtet der
Umweltbedingungen. Gleichzeitig
definieren die MEMS-
OCXOs „best practices“ für den
Aufbau von 5G-Systemen neu
und geben Entwicklern bedeutend
mehr Gestaltungsmöglichkeiten
als bei quarzbasierten
OCXOs. ◄
28 hf-praxis 10/2019

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beispielsweise ein Tiefpassfilter
mit einer geringen typischen
Einfügungsdämpfung von nur
0,3 dB im Durchlassbereich von
2,4 bis 2,5 GHz. Es verfügt über
drei Stoppbänder mit jeweils
hoher Unterdrückung: 44 dB
von 4,8 bis 5 GHz, 40 dB von
7,2 bis 7,5 GHz und 37 dB von
9,6 bis 10 GHz. Bei höheren Frequenzen
ist das Modell BPNK-
542R+ richtig, ein Bandpassfilter
mit einer typischen Einfügungsdämpfung
von nur 1 dB
im Durchlassbereich von 4,9 bis
5,9 GHz. Es bietet eine typische
Unterdrückung von 40 dB unerwünschter
Signale von DC bis
2,7 GHz und eine Unterdrückung
von 34 dB von 9,8 bis 12 GHz.
Alle Filter im Kit sind RoHskonform.
Die robusten Filter
sind für Leistungspegel von bis
zu 2 W (33 dBm) ausgelegt.
MMIC-SPDT-Schalter
für Anwendungen im
Bereich DC bis 4,5 GHz
Das Modell M3SWA-2-50DRB+
von Mini-Circuits ist ein absorbierender
einpoliger SPDT-HF-
Schalter (Double Throw) mit
internem Treiber und geringem
Verlust im Bereich von Gleichstrom
bis 4,5 GHz. Der typische
Einfügungsverlust beträgt 0,6 dB
bis 2 GHz und 1,4 dB oder weniger
bis 4,5 GHz. Die typische
Isolation zwischen den Ausgangsports
beträgt 49 dB oder
mehr bis 2 GHz und 32 dB oder
mehr bis 4,5 GHz.
Der Hochgeschwindigkeits-50-
Ohm-Switch eignet sich gut für
Kommunikations-, Luft- und
Raumfahrt-, Verteidigungssowie
Test- und Messanwendungen.
Er erreicht eine typische
Anstiegszeit von 10 %/90 %
von 3,3 ns und eine typische
Abfallzeit von 90 %/10 % von
4,6 ns. Die typische Einschaltdauer
(50 % Steuersignal bis
90 % HF) beträgt 14,4 ns, während
die typische Ausschaltdauer
(50 % Steuersignal bis 10 % HF)
11,3 ns beträgt. Die Steuerung
erfolgt über eine einzige TTL-
Leitung. Der Schalter bietet
eine hohe Linearität mit einem
typischen Eingangsabschnitt
dritter Ordnung von 46,5 dBm
bis 2 GHz und 40,1 dBm bis
4,5 GHz.
Der RoHS-kompatible Schalter
wird mit +5 und -5 V Gleichspannung
betrieben und liefert
Eingangssignale bis zu 24 dBm
bei Betriebstemperaturen von
-55 bis +100 ° C. Der MMIC-
Schalter wird in einem winzigen
achtpoligen MCLP-Gehäuse mit
den Abmessungen 3,25 × 3,25 ×
0,9 mm geliefert.
Hochleistungs-MMIC-
Verstärker für DC bis
6 GHz
Das Modell PSA-39+ von
Mini-Circuits ist ein rauscharmer
monolithischer Verstärker
mit hoher Verstärkung und
niedrigem Stromverbrauch
für Anwendungen von DC bis
6 GHz. Der GaAs-MMIC-Verstärker
wurde für den Einbau
auf engstem Raum auf dicht
gepackten Leiterplatten entwickelt
und wird in einem Miniatur-SOT-363-Gehäuse
geliefert.
Die Verstärkung beträgt typischerweise
23 dB bei 100 MHz,
21,3 dB bei 1 GHz, 15,7 dB bei
3 GHz und 10,2 dB bei 6 GHz.
Die Rauschzahl beträgt typisch
2,2 dB bei 100 MHz und 1 GHz,
2,5 dB bei 3 GHz und 3,3 dB
bei 6 GHz. Die Ausgangsleistung
bei 1-dB-Komprimierung
reicht von typisch 10,7 dBm
bei 100 MHz bis 10 dBm bei
3 GHz und 7 dBm bei 6 GHz.
Der Ausgang-Interceptpunkt
dritter Ordnung (OIP3) beträgt
typischerweise 23,3 dBm bei
100 MHz, 22,7 dBm bei 3 GHz
und 17,6 dBm bei 6 GHz. Die
Eingangs-Rückflussdämpfung
reicht von typisch 38 dB bei
100 MHz bis 13 dB bei 3 GHz
und 15 dB bei 6 GHz, während
die Ausgangs-Rückflussdämpfung
typischerweise 21 dB bei
100 MHz, 10 dB bei 3 GHz und
10 dB bei 6 GHz beträgt.
Der RoHS-konforme Verstärker
entnimmt 32 mA Maximalstrom
aus einer einzelnen 5-V-Gleichstromversorgung.
Er kann mit
Eingangssignalpegeln von bis zu
13 dBm und bei Betriebstemperaturen
von -40 bis +85 °C sicher
betrieben werden.
SMD-Diplexer teilt
Signale bis 1300 MHz
auf
Das Modell SDP-1R3G+ von
Mini-Circuits ist ein oberflächenmontierter
Diplexer, der
den Frequenzbereich von DC
bis 1300 MHz in ein Tiefpassband
von DC bis 600 MHz und
ein Hochpassband von 710 bis
1300 MHz mit guter Isolation
trennt. Die Isolation zwischen
den beiden Bändern beträgt mindestens
33 dB und typischerweise
40 dB. Die Einfügungsdämpfung
in jedem Durchlassbereich
ist gering: nicht höher
als 1,2 dB für jeden Bereich und
typischerweise nur 0,8 dB. Die
Rückflussdämpfung für jedes
Band beträgt typisch 15 dB.
Der 50-Ohm-Diplexer wird in
einem abgeschirmten Miniaturgehäuse
mit den Abmessungen
22,1 × 20,32 × 6,35 mm (0,87
× 0,8 × 0,25 Zoll) geliefert. Er
ist eine gute Lösung, um örtlich
und frequenzmäßig nahe beieinander
liegende Empfänger von
Sendern zu trennen. Der RoHSkompatible
Diplexer ist für eine
Eingangsleistung von bis zu 6 W
bei Raumtemperatur (25 °C) und
Betriebstemperaturen von -40
bis +85 ° C ausgelegt.
75-Ohm-Splitter/
Combiner für Signale
von 5 bis 1218 MHz
Das Modell SYMT-122-75+ von
Mini-Circuits ist ein Zweiwege-
Leistungsteiler-/kombinierer
im Gehäuse für die Oberflächenmontage
mit geringen Verlusten
und einer hervorragenden
Amplituden- und Phasenunsymmetrie
im Bereich von
5 bis 1218 MHz. Der 75-Ohm-
Power Splitter/Combiner ist
nahezu ideal geeignet für Kabelfernsehen
(CATV), Mobilfunk
und UHF/VHF-Anwendungen.
Der Einfügungsverlust über
den theoretischen 3 dB beträgt
typischerweise 0,8 dB von 5
bis 684 MHz und 1,8 dB von
684 bis 1218 MHz als Teiler und
typischerweise 2,3 dB von 5 bis
684 MHz und 3,6 dB von 684
bis 1218 MHz als Kombinierer.
Die Isolation zwischen den
Eingangsanschlüssen beträgt
typisch 35 dB von 5 bis 684
MHz und 25 dB von 684 bis
1218 MHz, während die Isolation
zwischen den Ausgangsanschlüssen
typische 30 dB
von 5 bis 684 MHz und 18 dB
von 684 bis 1218 MHz beträgt.
Die Amplitudenunsymmetrie
beträgt typischerweise ±0,3 dB
über die gesamte Bandbreite,
während die Phasenunsymmetrie
typische ±3° beträgt, jeweils
über die gesamte Bandbreite. Der
RoHS-konforme Splitter/Combiner
weist an allen Anschlüssen
ein SWR von 1,4 oder besser
auf. Er wird in einem Miniaturgehäuse
mit den Abmessungen
9,65 × 12,7 × 6,35 mm (0,38
× 0,5 × 0,25 Zoll) geliefert. Er
kann bis zu 0,5 W Eingangsleistung
bei Betriebstemperaturen
von -40 bis + 85 °C verarbeiten.
■ Mini-Circuits
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30 hf-praxis 10/2019

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Alle anderen Marken sind im Besitz der jeweiligen Eigentümer.
© 2019 Microchip Technology Inc. Alle Rechte vorbehalten. DS00002769A. MEC2237A-Ger-06-19

Messtechnik
Überwachung und Analyse von
Satellitensignalen
Und Behörden mit Sicherheitsaufgaben
müssen für die Identifikation
und Aufklärung auf
relevante Daten zugreifen. Für
all diese Aufgaben hat Rohde &
Schwarz zusammen mit seiner
Tochter Inradios die Software
Communication System Monitoring
R&S GSACSM entwickelt.
Was kann R&S
GSACSM?
Bild 1: Benutzer können Spektrumsignalmasken definieren, um sicherzustellen, dass jeder verdächtige Träger sofort
identifiziert wird
Communication
System Monitoring,
R&S GSACSM, ist
eine Softwarelösung
zur Überwachung
und Analyse von
Satellitensignalen.
Das umfangreiche Werkzeug
hilft Betreibern von Satcom-
Systemen, Regulierungsbehörden
und Behörden mit Sicherheitsaufgaben.
Warum R&S
GSACSM?
Betreiber von Satcom-Systemen
müssen den Status und die Qualität
der von ihnen bereitgestellten
Satelliten-Kommunikationsverbindungen
ständig im Blick
behalten.
Auch Regulierungsbehörden
brauchen Zugriff auf die Messwerte
der Verbindungen, um zu
prüfen, ob Fehler oder Toleranzüberschreitungen
die Qualität
anderer Dienste beeinträchtigen.
R&S GSACSM ermöglicht den
weltweiten Zugriff auf HF-Sensoren
wie Spektrumanalysatoren
und Leistungsmessköpfe sowie
das Ansteuern von Signalgeneratoren.
Damit sind komplette
Loopback- oder Systemtests an
umfangreichen Installationen
aus der Ferne durchführbar,
beispielsweise an Antennenaufbauten.
Dazu nutzt die Software
die beim Anwender vorhandene
Rohde & Schwarz-Geräteausstattung.
Mehrere Nutzer können
gleichzeitig auf die Messdaten
der Sensoren zugreifen.
R&S GSACSM vereinigt Analyse-
und digitale Demodulationsverfahren
auf einer grafischen
Schnittstelle, die die Einstell-
Autoren
Dr. Steffen Bittner,
Dr. Marco Krondorf,
beide Rohde & Schwarz
Inradios, Dresden
redaktionell leicht gekürzt
Rohde & Schwarz
GmbH & Co. KG
www.rohde-schwarz.de
Bild 2: Die Spektrogrammfunktion erzeugt farbcodierte 2D- und 3D-Wasserfalldiagramme zum Identifizieren von
Signalanteilen
32 hf-praxis 10/2019

Messtechnik
Bild 3: Der Separator R&S GSA1400/10 CIC erkennt spektral verdeckte Signale und separiert die sich überlagernden Komponenten
möglichkeiten einer Vielzahl
unterschiedlicher Gerätetypen
bedienfreundlich vereinheitlicht.
R&S GSACSM fordert von den
Sensoren digitalisierte Signalfragmente
an und demoduliert
und analysiert sie. Die Software
konfiguriert dazu selbsttätig alle
erforderlichen Sensorparameter
(Mittenfrequenz, Abtastrate,
Länge der Signalaufzeichnung
etc.). Alle Demodulations- und
Analysefunktionen sind in die
Software implementiert und per
Updates erweiterbar.
• R&S GSACSM Server
Diese Software steuert und
verwaltet die Interaktion der
Anwender mit den Sensoren.
Sie übermittelt oder verarbeitet
Messergebnisse, verwaltet die
Zugriffsrechte einzelner Nutzer
und regelt den Mehrfachzugriff
von Nutzern auf die
HF-Sensoren. R&S GSACSM
Server führt zyklisch wiederkehrende
Messaufgaben durch und
speichert die Messergebnisse.
Der Server ist auch direkt auf
bestimmten Rohde & Schwarz-
Messgeräten lauffähig, ohne dass
ein separater Rechner erforderlich
ist.
• R&S GSACSM User
Diese grafische Nutzerschnittstelle
dient als klassische Multiscreen-,
Multisensor-Monitoring-Desktop-Anwendung.
Ferngesteuertes
Spektrum- und
Signal-Monitoring
R&S GSACSM greift über
Netzwerk- bzw. TCP/IP-Verbindungen
auf die verteilten
Sensoren zu. Die Soft-
Module der R&S
GSACSM
Die Software besteht typischerweise
aus folgenden Modulen:
• R&S GSACSM Sensor
zur Aufzeichnung/Digitalisierung
der Signale von Geräten,
die per Netzwerk bzw. TCP/IP
an den R&S-GSACSM-Server
angebunden sind (z.B. Signalund
Spektrumanalysatoren
R&S FSW, R&S FPS, R&S
FSV, Spektrumanalysatoren
R&S FSC, R&S FSG, R&S
FSL, Drive Test Scanner R&S
TSME6 oder Leistungsmesser
R&S NRQ6)
Bild 4: R&S GSACSM identifiziert und demoduliert automatisch alle Signale in einem vorgegebenen spektralen Fenster
hf-praxis 10/2019 33

Messtechnik
Bild 5: DVB-S-Signale lassen sich über ihre Carrier-ID (CID) eindeutig einem Betreiber zuordnen
ware unterstützt nicht nur die
Überwachung der Signale
von einem Gerät, sondern
kann eine Vielzahl verschiedener
HF-Sensoren simultan
betreiben.
• Alarmfallen
Alarmfallen helfen, verdächtige
Signale automatisch
zu identifizieren. In R&S
GSACSM gesetzte Alarmschwellen
informieren, wenn
unerwünschte Signale auftreten.
Dazu können Benutzer
Spektrumsignalmasken definieren,
um sicherzustellen,
dass jeder verdächtige Träger
sofort identifiziert wird (Bild
1). Man kann nicht nur verdächtige
Träger identifizieren,
sondern auch den eigenen Träger
hinsichtlich Frequenz- und
Leistungskonstanz beobachten.
Das System führt eine Statistik
und kann beim Auftreten von
Fehlern per E-Mail benachrichtigen.
• Spektrogrammfunktion
Ein Spektrogramm dient zum
Identifizieren von Signalteilen
mithilfe farbcodierter Wasserfalldiagramme.
Systeme
mit R&S GSACSM können
die spektrale Leistungsdichte
eines beliebigen Spektrumanalysator-Eingangssignals
überwachen.
Dies hilft, potenziell
unerwünschte Signalquellen
zu identifizieren. Die Spektrogrammfunktion
mit 2D- und
3D-Wasserfalldiagrammen
ist dabei eine wertvolle Hilfe
(Bild 2).
• Spektraldichtemessung
Die Spektraldichtemessung
identifiziert sporadische
Signalanteile und überwacht
dazu zeitvariable und überlagerte
Signale, indem sie kontinuierlich
Spektren über die
Zeit erfasst und analysiert.
Seltene oder überlagerte Ereignisse,
die mit den üblichen
Spektrumanalysatorfunktionen
nicht erkannt werden können,
werden in einer Spektraldichtekarte
visualisiert.
Carrier-in-Carrier-
Detektion
Carrier-in-Carrier-Detektion
ermittelt sich überlappende
Signalquellen. Eine Spielart
ist Under Carrier Detection
und Signalidentifikation.
R&S GSACSM kann gepaarte
Träger-Mehrfachzugriffs-
Signale (Paired Carrier Multiple
Access, PCMA) mithilfe
seines CIC-Separators
R&S®GSA1400/20 erkennen
und identifizieren (Bild 3).
Identifikation
verdächtiger Störer
Dies erfolgt durch die Erkennung
von überlagerten Trägern des
Separators R&S GSA1400/10
CiC; damit lassen sich beispielsweise
unerwünschte asymmetrische
Signale in einem Nutzsignal
erkennen und identifizieren.
Dazu werden die demodulierten
Signale und ihre Parameter übersichtlich
dargestellt, sodass eine
korrekte Interpretation der Messergebnisse
leicht möglich ist.
Dies ist auch ein wesentliches
Merkmal der VSAT-Intercept-
Lösung R&S GSA1xxx. Sie ermöglicht
es, Signale zu detektieren,
die unter Verwendung der
Mehrfachzugriffs-Technologie
mit gepaarten Trägern oder des
asymmetrischen Carrier-in-Carrier
in einer Duplexverbindung
übertragen werden.
Monitoring von Satellitentranspondern
R&S GSACSM scannt vom Nutzer
hinterlegte Satcom-Träger
(z.B. DVB-S/-S2, DVB-RCS
etc.) und wertet deren Signalqualität
und das eingesetzte
Modulations- und Coding-
Schema aus. Damit lassen sich
Anomalien bzw. Störungen auf
einzelnen Trägern schnell erkennen
und an den Nutzer melden
(Bild 4). Typische automatisch
erfasste Störungen sind z.B. Träger
nicht vorhanden bzw. Signal
nicht erkennbar oder sich stark
ändernde Träger-Mittenfrequenz.
In modernen Satelliten-Kommunikationssystemen
können
viele Signalstörungen zwischen
Satellitensignalen wie DVB-S2
auftreten. Um diese schnell identifizieren
und beheben zu können,
hat das DVB-Konsortium
einen Satellitenübertragungsstandard
mit Carrier Identification
(DVB-CID) entwickelt, der
den Host Carrier identifizieren
kann. R&S GSACSM bietet
eine softwaregestützte DVB-
CID-Demodulationsfunktion mit
automatischer Erkennung und
Identifizierung der CID potenziell
unbekannter Signale bzw.
Interferenzsignale. Die CID-spezifische
Global Unique ID wird
ebenso extrahiert wie die GPS-
Koordinaten des Uplinks und die
Telefonnummer des Betreibers,
falls hinterlegt. Über die Global
Unique ID können Kunden ihr
Satellitensignal eindeutig identifizieren.
Bild 5 zeigt den kontinuierlichen
Scan des Spektrums
zur Erkennung und Demodulation
der CID, bis alle CID-spezifischen
Parameter erfolgreich
identifiziert wurden.
Stations- und
Kanalvermessung
Sat-Operatoren sind auch in der
Pflicht, spektrale Leistungsdichtemasken
der Träger zu überwachen,
um Interferenzen zu vermeiden.
Mit R&S GSACSM und
Signalgeneratoren von Rohde
& Schwarz sind umfangreiche
Messungen realisierbar. Dazu
wird der jeweiligen Bodenstation
neben dem eigentlichen
Empfangspfad ein sog. Pilotpfad
nachgerüstet. Dieser stellt
ein Pilotsignal zur Verfügung,
mit dem sich die frequenzabhängige
Verstärkung des gesamten
Empfangspfads (Station Gain)
vom LNB bis zum L-Band-
Interface messen lässt. Damit
lassen sich weitere Trägerparameter
errechnen, etwa die spektrale
Signalleistungsdichte an der
Empfangsantenne oder die EIRP
am Satelliten. ◄
34 hf-praxis 10/2019

BOOSTING your overall test & measurement quality
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685
MHz
REAL-TIME BANDWIDTH
TDEMI® TECHNOLOGY
40
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TDEMI® TECHNOLOGY
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the new Standards with 685 MHz Real-time Bandwidth and CISPR Detectors.
by the inventors of the full compliance real-time FFT based measuring instrument.
gauss-instruments.com

Messtechnik
EMV-Scanner für 3D-Messungen
Die dataTec AG vertreibt in
Deutschland exklusiv das EMV-
Scanner-System von Detectus,
mit dem Leiterplatten, Bauteile,
Kabel und Produkte in 3D/4D
(bei den komplett geschirmten
HRE4x-Modellen) nach HF-
Emissionen gescannt werden
können. Detectus hat mehrere
Messsysteme entwickelt, mit
denen Entwickler die Intensität
und den Ort einer Strahlungsquelle
auf Leiterplatten- und
Komponentenebene messen
können. Die Ergebnisse einer
solchen Messung lassen sich
als zwei- oder dreidimensionale
farbige Karten darstellen.
Die Messungen sind problemlos
wiederholbar, um objektive,
vergleichbare Messergebnisse
zu erhalten.
Raster von
Messpunkten
Das System besteht aus einem
X-Y-Z-Roboter, einem Spektrumanalysator
mit Nahfeldsonde
und einem Standard-PC mit spezieller
Software. Während der
Messung wird die Nahfeldsonde
vom Roboter auf ein Raster von
Messpunkten über dem Prüfling
gefahren. An jedem Messpunkt
wird die Position der Sonde und
der Wert der Emissionsintensität
im Computer gespeichert. Nach
der Messung können die Ergebnisse
in verschiedenen Arten von
Berichten dokumentiert werden.
In das System lassen sich die
meisten Spektrumanalysatoren
einsetzen. Für die 3D-Darstellung
und für das Erfassen der
Emissionen sind die jeweiligen
Bauelementehöhen und -abmessungen
nötig, um die Messsonde
in der Höhe über den Bauteilen
führen zu können. Dazu lassen
sich die 3D-Oberflächenmodelle
als STL-File laden, nach denen
die Nahfeld-Probe in einer fixen
Distanz über der jeweiligen Bauteilehöhe
geführt wird.
Externe Einstrahlungen
verhindern
Die Scanner der HRE4x-Serie
sind komplett geschirmt, um
externe Einstrahlungen zu verhindern.
Zusätzlich erlauben
die HRE-Modelle eine automatische
Rotation der Sonde,
um die Abstrahlcharakteristik
jedes Messpunkts zu erfassen.
Während der Messung dreht der
Scanner den Sensor und ermittelt
den Worst-Case-Winkel und
speichert dann die Amplitude
und die Sensor-Positionsdaten.
Dies erfolgt in jeder Messposition.
Die Sonde kann so eingestellt
werden, dass sie sich
schrittweise um ein Grad dreht.
Sensoren weisen je nach Einfallswinkel
der Strahlung eine
unterschiedliche Empfindlichkeit
auf. Durch die Drehbarkeit
des Sensors können Einstrahlungen
aus anderen Richtungen
genau detektiert werden. Damit
lassen sich Kabel, Leiterbahnen
und sogar Bonddrähte auf einem
Chip leichter verfolgen.
Die Verwendung des EMV-Scanners
in den frühen Entwicklungsphasen
ermöglicht es, potenzielle
Emissionsprobleme zu erkennen,
bevor sie im Produkt integriert
und dann teuer zu beheben sind.
Quelle schnell
gefunden
Wenn ein Produkt beim Test in
einem Testhaus ausgefallen ist,
weiß man normalerweise nur bei
welchen Frequenzen die Testlimits
überschritten wurden. Der
Ort der Emissionsquelle bleibt
unbekannt. Mit dem EMC-Scanner
ist die Quelle schnell gefunden
und die Messungen sind
nach jeder Änderung wiederholbar.
Im Vergleich der Messungen
lässt sich abschätzen, wie gut
die Verbesserung der jeweiligen
Design-Änderung ist. In der Produktion
lassen sich Qualitätskontrollen
durchführen, indem Vergleiche
zu Referenzmessungen
angestellt werden. In ähnlicher
Weise kann man Temperaturprofile
in einem Gerät aufnehmen,
um thermische Überbelastungen
von Komponenten zu verhindern.
Die Wirkung von Luftleitblechen
lässt sich durch eine
Vergleichsmessung verifizieren.
Die unterschiedlichen
Modelle
mit einer Positioniergenauigkeit
von ±0,3 mm und einer minimalen
Schrittweite von 1 mm
beziehen sich auf die Roboter-
Einheiten, die folgende Abtastbereiche
ermöglichen: RSE-321
300 x 200 x 100 mm, RSE-642
600 x 400 x 200 mm und RSE-
644 600 x 400 x 400 mm. Das
Modell HRE bietet eine wesentlich
höhere Positioniergenauigkeit
von ±0,02 mm und eine
minimale Schrittweite von 0,025
mm. Als Messaufnehmer lassen
sich die unterschiedlichsten Sensoren
verwenden, z.B. fürs Erfassen
des E-Felds, des vertikalen
und horizontalen H-Felds in den
Frequenzbereichen von 9 kHz
bzw. 30 MHz bis 3 oder 6 GHz.
■ dataTec AG
www.datatec.de
Antennencharakterisierung im Ka-Band
Kapteos hat im eigenen Haus
eine außergewöhnliche und
interessante Charakterisierung
einer kleinen Hornantenne
(11 x 16 mm) von 19
bis 22 GHz durchgeführt. Die
Ergebnisse werden in einem
ausführlichen Anwendungsbericht
noch in diesem Herbst
veröffentlicht. Ähnliche Messungen
können Kunden mit
den Systemen von Kapteos
für Frequenzen bis 100 GHz
auch selbst durchführen. Kapteos
zeigt hier Knowhow und
Angebot in den Bereichen 5G,
IoT, Kfz-Radar oder auch bei
anderen Anwendungen in der
Hochfrequenz.
Zum Thema „Elektrische
Diagnose von Hochspannungsfeldern“
ist im September
2019, KW 38 eine Roadshow
mit den technischen
Produktexperten von Kapteos
in der Schweiz und am
Bodensee geplant. Näheres
erfahren Sie über www.emcoelektronik.de.
■ EMCO Elektronik GmbH
info@emco-elektronik.de
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36 hf-praxis 10/2019

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Messtechnik
Oszilloskope der Spitzenklasse
Mit der Hochleistungs-Digitaloszilloskop-Familie
MSO8000
stellte Rigol im Frühjahr eine
signifikante Ergänzung zu seinem
UltraVision-II-Oszilloskop-
Portfolio vor, das ebenfalls den
selbst entwickelten Chipset beinhaltet.
Die Rigol Technologies
EU GmbH teilte nun mit, dass
die Geräte der Serie MSO8000
uneingeschränkt lieferbar sind.
Mit Standardbandbreiten von
600 MHz, 1 und 2 GHz (für
zwei Kanäle) sowie einer maximalen
Abtastrate von 10 GS/s
ist die MSO8000-Serie optimal
geeignet für die schnelle
Signalerfassung und -analyse.
Zu den typischen Anwendungen
gehören automatisierte Tests in
Fabriken, Protokollanalysen für
serielle Busse in der Fahrzeugelektronik,
Messen elektronischer
Schaltungen, Schaltleistungsmessungen
und -analysen
im Leistungsbereich und mehr.
Alle Geräte verfügen über einen
kapazitiven 10,1-Zoll-Farb-
Touchscreen mit 256 Intensitätsstufen
und Farbtönen für
eine präzise und klare Signaldarstellung.
Für die Erfassung
und Verarbeitung großer Datenmengen
steht für alle Kanäle
eine Speichertiefe von 500 MPts
(Standard) zur Verfügung. Die
Signalerfassungsrate von bis
zu 600.000 Wfms/s ermöglicht
die Echtzeit-Aufzeichnung und
Wiedergabe von Signalen mit
bis zu 450.000 Frames.
Die MSO-Variante dieser Spitzen-Oszilloskope
wurde auch um
zusätzliche Funktionen erweitert.
Die Instrumente verfügen über
eine neue integrierte Messmethode
mit Echtzeit-Augendiagramm und
Jitter-Analysesoftware, wobei
die Darstellung des Jitter-Trends
speziell für die Digitale-Analyse
hervorzuheben ist. Vielfältigste
Trigger-, Mathematik- und Darstellmöglichkeiten
(erweiterte FFT
von 1 Mio. Punkten, Masken-Test
und Power-Analyse) sowie eine
integrierte Signalsuchfunktion
sind wie alle üblichen Seriell-Bus-
Protokollanalyse- und Triggerfunktionen
erhältlich. Integriertes
Voltmeter, Frequenzzähler und
ein optionaler 2-Kanal-Arbiträr-
Funktionsgenerator runden den
Messumfang dieses 7-in-1-Geräts
ab. Verschiedene Schnittstellen
wie USB-Host, USB-Device,
HDMI, LAN, USB-GPIB (Adapter)
und Aux Out sind verfügbar.
Als Besonderheit bietet Rigol
sämtliche Erweiterungen, wie
höhere Bandbreiten, MSO-Ready
mit 16 digitalen Kanälen, serielles
Decoding, Speichererweiterung
und die 2-Kanal-Arb-
Waveformgenerator-Funktionen
per Software-Upgrade an. Das
Risiko eines Fehlkaufes minimiert
sich somit, denn es kann mit
einer etwas kleineren Ausstattung
begonnen und später den erweiterten
oder anspruchsvolleren
Messanforderungen im Labor
angepasst werden. Außerdem
erleichtert die 3-Jahre-Garantie
den Umstieg von einem anderen
Anbieter. Ein umfangreiches
Zubehörprogramm von aktiven
und passiven Tastköpfen, Hochspannungstastköpfen
und 19-Zoll-
Einbaurahmen, Software-Treibern
für bekannte Pakete und Hochsprachen
sowie die kostenlose
UltraScope-Bediensoftware und
ein Web Remote Control stehen
ebenfalls zur Verfügung.
■ Rigol Technologies Europe
GmbH
www.rigol.eu
Neuer Hochfrequenz-Vektor-Signalgenerator
Keysight Technologies kündigte den neuen
Hochfrequenz-Vektor-Signalgenerator der
CXG der X-Serie an, der hervorragende
Leistungsmerkmale bietet, standardkonform
ist und die Anforderungen von Ingenieuren
erfüllt, die IoT- und Universal-
Geräte entwickeln.
Hintergrund: Ingenieure im Bereich Forschung
und Entwicklung sowie in der
Designvalidierung (DVT) für IoT- und
Universal-Anwendungen müssen mit dem
wachsenden Markt der Unterhaltungselektronik
Schritt halten. Sie wünschen sich
ein wirtschaftliches und vielseitiges Testund
Messsystem, das mit einer Vielzahl
von Elektronikgeräten der Konsumgüterindustrie
umgehen kann und die erforderliche
Leistungsfähigkeit bietet, um Empfängertests
über verschiedene Wireless-
Standards hinweg durchzuführen.
Der neue CXG von Keysight ermöglicht
es Ingenieuren, den Produktentwicklungszyklus
zu beschleunigen, mehr Verlässlichkeit
in der Designcharakterisierung
mit der PathWave-Signalgenerierungs-
Software von Keysight zu gewinnen und
Budgeteinschränkungen einzuhalten, ohne
die Fähigkeit zu beeinträchtigen, mit Qualitätssignalen
zu testen.
Zu den wichtigsten Funktionen des CXG-
Signalgenerators von Keysight gehören:
• Frequenzbereich von 9 kHz bis 3/6 GHz
und bis zu 120 MHz HF-Modulationsbandbreite,
die die meisten Testanforderungen
für drahtlose Verbraucheranwendungen
abdeckt
• grundlegende parametrische Prüfung
von Komponenten und Funktionsprüfung
von Empfängern
• Test von Geräten mit mehreren standardkonformen
Vektorsignalen bei gleichzeitiger
Reduzierung des Zeitaufwands für
die Signalerstellung
• Fehlerbehebung bei Komponenten
innerhalb eines drahtlosen Kommunikationssystems
unter Verwendung eines
zuverlässigen Vektorsignalgenerators
• Minimierung von Ausfallzeiten und
Kosten durch Selbstwartungslösungen
und kostengünstige Reparaturen
■ Keysight Technologies
www.keysight.com
38 hf-praxis 10/2019

Messtechnik
Analysatoren mit mehr Bandbreite und größerem
Funktionsumfang
Siglent Technologies hat die
Serie der Spektrum- & Vektor-Netzwerkanalysatoren
SVA1000X um ein Gerät mit
3,2 GHz Bandbreite erweitert.
Des Weiteren wird die bisher
als Option verfügbare Vektor-
Netzwerkanalyse-Funktion mit
der Einführung des SVA1032X
standardmäßig, d.h. ebenfalls
im Modell SVA1015X, inkludiert
sein. Der neueingeführte
SVA1032X kann, wie sein kleiner
Partner, zusätzlich noch
mit weiteren Messfunktionen
(SVA1000X-AMK) erweitert
werden.Dieses Paket wurde
mit zwei Messungen ergänzt.
Neben den bisherigen Messungen
der Kanalleistung (CP),
Nachbarkanalleistung (ACPR),
belegten Bandbreite (OBW)
sowie neben TOI und Wasserfalldiagramm
(Monitor) sind hier
nun zusätzlich die Messung der
Harmonischen und des Träger/
Rausch-Verhältnisses (CNR)
implementiert.
Die weiterhin verfügbare EMV-
Option bietet EMI-Filterbandbreiten
von 200 Hz, 9 kHz, 120
kHz und 1 MHz sowie den in
CISPR definierten Quasi-Peak-
Detektor. Zusätzlich besteht die
Möglichkeit, den SVA mit einer
Vektorsignalanalyse-Funktion
für analoge und digitale Modulationen
(SVA1000X-AMA/
DMA) auszustatten. Hiermit
kann z.B. der Betrag des Fehlervektors
(EVM) von PSK, MSK
oder QAM modulierten Signalen
gemessen werden.
In Kombination mit den sehr
guten Basisspezifikationen
(DANL -161 dBm/Hz, Leistung von -110 bis +18 dBm
> Interne Bandbreite von 60 oder
120 MHz
> Hohe Amplitudengenauigkeit
von ±0,6 dB
> CW- oder Modulationssignale
> I/Q-Modulator
> Optional mit der Software
SignalStudio von Keysight für eine
Vielzahl standardisierter oder frei
definierbarer Testsignale
Mehr unter:
> > > www.datatec.de/labor

Messtechnik
Erweitertes Embedded Design & Debugging
Die Rigol-MSO8000-Serie
umfasst digitale Mixed-Signal-
Oszilloskope der mittleren
und oberen Preisklasse, die für
Embedded-Design und Debugging
entwickelt wurden. Jedes
Gerät vereint bis zu sieben
Instrumente: Digitaloszilloskop,
16-Kanal-Logikanalysator
(erfordert optionale RPL2316
Logicprobe), Spektrumanalysator,
Arbiträr-Signalgenerator
(Option), sechsstelliges Digitalvoltmeter,
Frequenzzähler und
Totalisator sowie Protokollanalysator
(Option).
Bandbreite von bis zu
2 GHz
Die Geräte arbeiten mit einer
Bandbreite von bis zu 2 GHz,
einer Abtastrate von bis zu
10 GS/s und einer maximalen
Speichertiefe von 500 Mpts.
Damit bietet die MSO8000-
Serie derzeit die wohl umfassendsten
Analysefunktionen,
den tiefsten Speicher und die
höchste Abtastrate ihrer Klasse
und ermöglicht so ein schnelles
Überprüfen und Debuggen serieller
Kommunikation. Komplexe
Signale können bequem mithilfe
von Echtzeit-Augendiagrammen
und einer Jitter-Analyse-Software
ausgewertet werden.
Das Debuggen von Embedded-
Kommunikation ist eine der
häufigsten Aufgaben für Ingenieure
im Elektronik-Design. Eine
effiziente Analyse der seriellen
Kommunikation erfordert mehr
als nur einfaches Triggern und
Decodieren, und dafür werden
Geräte benötigt, die langfristige
Signalqualitätsmerkmale wie Jitter-
und Augenmuster testen. In
einer Jitter-Analyse vergleicht
das Oszilloskop die Zeitveränderungen
zwischen tausenden
von Taktübergängen. Dadurch
ist es möglich, Zeitschwankungen
unterhalb von 100 ps zu
visualisieren und Änderungen
im Takt über einen längeren
Zeitraum zu verfolgen. Da die
Taktgenauigkeit entscheidend
für eine leistungsstarke digitale
Datenübertragung ist und feinste
Änderungen in der Taktfrequenz
Auswirkungen auf die Fehlerraten
und den Datendurchsatz
haben, ist eine Visualisierung des
Jitters von besonderer Bedeutung.
Das Timing ist allerdings
nur eins der Merkmale, die zur
Gesamt-Signalqualität beitragen.
Datenfehler in der Sender-Empfänger-Verbindung
können auch
wegen Problemen entstehen,
die sich aus der Anpassung von
Bandbreite, Erdung, Rauschen
und Impedanz ergeben. Die beste
Methode zur Visualisierung der
ganzheitlichen Datensignalqualität
ist der Test mithilfe des
Augendiagramms. Dieses analysiert
die Datenübertragung und
richtet das Bit-Timing auf den
wiederhergestellten Takt aus.
Ein Oszilloskop wie das MSO
8000 von Rigol, das Echtzeit-
Augendiagramme ausgibt, eignet
sich also bestens dafür, serielle
Datenverbindungen zu validieren
und zu debuggen, bei denen
Durchsatz und Bitfehlerrate für
die Systemleistung wichtig sind.
Alle Geräte der Rigol-MSO8000-
Serie basieren auf der hausintern
entwickelten UltraVision-II-
Technologie und sind mit einem
kapazitiven Multitouchscreen
(25,7 cm) sowie verschiedenen
Schnittstellen wie USB-Host,
USB-Device, USB-GPIB (Adapter),
Ethernet/LAN/LXI, HDMI
und Trig out ausgestattet. Erhältlich
sind die Oszilloskope im
Webshop unter www.meilhaus.
de. Geliefert werden sie inklusive
passiver Sonden. Auch die
Mixed-Signal-Funktion ist automatisch
enthalten (zur Umsetzung
ist ein optionaler Logiktastkopf
erforderlich).
■ Meilhaus Electronic GmbH
www.meilhaus.com
Von ISS bis Deep Space -
Faszination Weltraumfunk
Aus dem Inhalt:
• Das Dezibel in der
Kommunikationstechnik
• Das Dezibel und die-Antennen
• Antennengewinn, Öffnungswinkel,
Wirkfläche
• EIRP – effektive Strahlungsleistung
• Leistungsflussdichte, Empfänger-
Eingangsleistung und Streckendämpfung
• Dezibel-Anwendung beim Rauschen
• Rauschbandbreite, Rauschmaß und
Rauschtemperatur
• Thermisches, elektronisches und
kosmisches Rauschen
• Streckenberechnung für geostationäre
Satelliten
• Weltraumfunk über kleine bis mittlere
Entfernungen
• Erde-Mond-Erde-Amateurfunk
• Geostationäre und umlaufende
Wettersatelliten
• Antennen für den Wettersatelliten
• Das „Satellitentelefon“ INMARSAT
• Das Notrufsystem COSPAS-SARSAT
• So kommuniziert die ISS
Frank Sichla, 17,5 x 25,3 cm,
92 S., 72 Abb., 2018, 14,80 €
ISBN 978-3-88976-169-9
44 hf-praxis 10/2019

Rohde & Schwarz gab die Zusammenarbeit
mit Comprion, dem Spezialisten für Testlösungen
im Mobilfunkbereich, bekannt.
Es wird Anbietern von Telekommunikationslösungen
ein Verfahren zum Testen von
Remote SIM Provisioning (RSP) für Embedded
UICCs (eSIMs, integrierte SIMs)
zur Verfügung gestellt. Diese Tests sind für
Anwendungen im Bereich Industry 4.0 und
vernetzte Fahrzeuge gefordert. Die Testlösung
basiert auf dem Comprion eUICC
Profile Manager und einem R&S CMW500
Mobile Communication Tester oder R&S
CMW290 Functional Radio Communication
Tester, der das Mobilfunknetz simuliert.
Background: Ab 2020 ist RSP im Rahmen
des Zertifizierungsprozesses für ERA-Glonass-Notrufsysteme
verbindlich vorgeschrieben.
Die Automobilindustrie treibt
die Entwicklung vernetzter Fahrzeuge mit
Funktionen wie eCall und V2X (Fahrzeugzu-X-Kommunikation)
voran. Nun, da wir
mit Industry 4.0 am Beginn einer weiteren
industriellen Revolution stehen, steigert
die wachsende Anzahl von Machine-to-
Machine-Anwendungen die Nachfrage
nach Funkmodulen zum Einsatz in Mobilfunknetzen
als Voraussetzung für das Internet
der Dinge.
Messtechnik
Testlösung für Remote-SIM-Provisioning von eSIMs
Im Allgemeinen benötigt jedes Funkmodul
für Mobilfunknetze eine Universal Integrated
Circuit Card (UICC), besser bekannt als
SIM-Karte, um sich in das jeweilige Netz
einzubuchen. Befindet sich das Modul an
einem abgesetzten Standort, z. B. in einer
Windkraftanlage, kann ein Austausch der
SIM-Karte problematisch sein. Die Embedded
UICC (eUICC, integrierte UICC)
oder Embedded SIM (eSIM) ist eine Weiterentwicklung
der SIM-Karte, die speziell
auf die Anforderungen der Miniaturisierung,
Robustheit und Datensicherheit zugeschnitten
ist. Dabei handelt es sich um einen Chip,
der fest im Funkmodul verlötet ist und dessen
Profildaten über das Mobilfunknetz modifiziert,
aktualisiert oder gelöscht werden
können. Konformitäts- und Interoperabilitätstests
dieser elektronischen SIM-Karte
sind zwingend vorgeschrieben, bevor sich
Funkmodule in der Praxis einsetzen lassen.
Die GSMA hat im Rahmen des GlobalPlatform
Card Compliance Program eine Reihe
von Tests definiert. Getestet wird dabei der
eUICC selbst; das Modul, in dem er verbaut
ist, wird nicht berücksichtigt. Mobilfunkbetreiber,
Testhäuser und Gerätehersteller
müssen jedoch sicherstellen, dass Aktualisierungen
über Funk (Over the Air, OTA)
auch dann funktionieren, wenn der eUICC
fest im Modul verbaut ist. Dabei steht die
Interoperabilität des Moduls mit dem eUICC
im Vordergrund.
RSP-Funktionalität wird für
ERA-GLONASS-Notrufsystem
verbindlich
Neue Fahrzeuge, die in die Eurasische Wirtschaftsunion
einschließlich Russland exportiert
und dort zugelassen werden, müssen mit
dem ERA-Glonass-Notrufsystem (entspricht
europäischem eCall) ausgerüstet sein. Von
2020 an gelten technische Richtlinien und
Vorschriften für die Verifizierung der RSP-
Fähigkeit der integrierten eSIM dieser Notrufsysteme
(GOST 33470, Kapitel 9). Die
Funktion Remote SIM Provisioning, also die
Verwaltung integrierter eSIMs über Funk,
wird daher verpflichtend und muss von der
ERA-Glonass-Elektronik an Bord der Fahrzeuge
unterstützt werden. Dies wiederum
erfordert neue Testlösungen.
Für die geforderten eSIM-OTA-Tests bieten
die beiden Messtechnikspezialisten eine
kombinierte Lösung. Die R&S CMW-Z10
Schirmkammer einschließlich Antennenkoppler
vervollständigt die Hardware, sodass
eine komplette Umgebung für die Simulation
eines Mobilfunknetzes zur Verfügung
steht. Damit kann die RSP-Funktionalität
der eSIM mit der Testsoftware – dem COM-
PRION eUICC Profile Manager – verifiziert
werden. Ein erfolgreicher Abschluss
der Tests belegt die Einhaltung der Technischen
Spezifikation GSMA SGP.02, die
für die Modulzertifizierung eines bordeigenen
ERA-Glonass-Systems erforderlich ist.
■ Rohde & Schwarz GmbH & Co. KG
www.rohde-schwarz.com
Ihr Partner für
EMV und HF
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hf-praxis 10/2019 45
45

Messtechnik
Vollautomatisierte Emissionsmessungen mit
Echtzeitverfahren
Die Messempfänger TDEMI
von Gauss Instruments mit
ihrer hohen CISPR-konformen
Echtzeitbandbreite beschleunigen
Messungen erheblich und
reduzieren die Messunsicherheit
signifikant. Durch den zusätzlichen
Einsatz der Automatisierungs-Software
EMl64k von
Gauss können die Prüfverfahren
gemäß CISPR 16-2-3 für
das FFT-basierende Messgerät
gestaltet werden. Im Gegensatz
zur alten Pre- und Final-Scan-
Strategie wird damit die Prüfqualität
deutlich erhöht und die
Testzeit deutlich reduziert.
Mit der Software EMl64k können
Anwender vollständige
Abstrahlcharakteristiken ihrer
Prüflinge erstellen und abspeichern
und so nachhaltige EMV-
Messungen betreiben. Dies ermöglicht
es beispielsweise, eine
Datenbank zu erstellen, in der
sich Abstrahlung, EMV-Maßnahmen,
Gehäusekonstruktionen
und viele weitere Informationen
dokumentieren lassen. So können
zukünftige Produkte von
vornherein so gestaltet werden,
dass eine Überschreitung von
Grenzwerten unwahrscheinlich
oder ganz vermieden wird.
Dies spart Zeit und Geld in der
Entwicklung und auch bei der
Abnahme bzw. Marktzulassung.
Der Einsatz der EMl64k ist
natürlich nicht nur auf den
C I S P R - A n w e n d u n g s f a l l
beschränkt, sondern selbstverständlich
für Messungen nach
FCC und ANSI-Standards oder
auch MIL-461 und DO-160-
Standards anwendbar. TDEMI-
Produktfamilien bieten für
jede Anwendung die passende
Lösung, von Pre-Compliance
und mobilen Messempfängern
bis zu anspruchsvollsten
Highend-Lösungen mit bis zu
685 MHz Echtzeitbandbreite,
40 GHz Echtzeit-Scanning
und niedrigstem Rauschboden.
Durch den modularen Aufbau
der TDEMI-Messempfänger
wie auch der Automatisierungs-
Software EMl64k ist eine nachträgliche
Aufrüstung für beide
jederzeit möglich.
■ Gauss Instruments
International GmbH
www.gauss-instruments.com
Fachbücher für die
Praxis
Dezibel-Praxis
Richtig rechnen mit dB, dBm, dBµ,
dBi, dBc und dBHz
Frank Sichla, 17,5 x 25,5 cm, 94 S., 82 Abb.,
zahlreiche Tabellen und Diagramme;120
Aufgaben zur Selbstkontrolle, mit Lösungen.
ISBN 978-88976-056-2, 2007, 12,80 €
Art.-Nr.:118064
Das Dezibel ist in der Nachrichtentechnik
zwar fest etabliert, erscheint aber
oft noch geheimnisvoll. Will man genauer
wissen, was dahinter steckt, kann man
zu mathematiklastigen und trockenen
Lehrbüchern greifen. Darin stehen viele
Dinge, die man in der Funkpraxis gar
nicht braucht und die eher verwirren.
Andererseits vermisst man gerade die
„Spezialitäten“, denen man schon immer
auf den Grund gehen wollte.
Der Autor dieses Buches hat dieses
Dilemma erkannt und bietet daher hier
eine frische, leicht verständliche und
mit 120 Aufgaben und Lösungen überaus
praxisgerechte Präsentation des
Verhältnismaßes „dB“ mit all seinen
Facetten.
Unser gesamtes Buchprogramm finden Sie unter www.beam-verlag.de
oder bestellen Sie über info@beam-verlag.de
46 hf-praxis 10/2019

Messtechnik
EMV-Scanner wieder verfügbar
dataTec AG
www.datatec.de
Die EMV-Scanner von vormals
EMScan sind nun von YIC Technologies
verfügbar. Die dataTec
AG übernimmt exklusiv den Vertrieb
in Deutschland, Österreich
und Spanien. Das Messystem
ist in der bisherigen Form und
Performance gleich geblieben.
Signalemissionen von Hochgeschwindigkeits-PCBs
(>2
GHz) stellen Design- und Entwicklungsingenieure
vor eine
große Herausforderung. Mit dem
EMScanner von YIC Technologies
lassen sich EMC- und EMIrelevante
Signale in Frequenzbereichen
zwischen 150 kHz bis
8 GHz in Echtzeit visualisieren,
um Signalemissionen nachzuweisen
und deren Designursachen
frühzeitig zu erkennen.
Der EMScanner ist ein in sich
geschlossenes Nahfeld-Scan-
Gerät und kommt in Verbindung
mit den Spektrumanalysatoren
z.B. der X-Serien CXA, EXA
oder der tragbaren FieldFox-
Familie von Keysight zum Einsatz.
Neu ist, dass alternativ
zu einem separaten Spektrumanalysator
auch der kompakte
EMController, der die Ansteuerung
des Scanner-Boards mit
einem integriertem Spektrumanalysator
verbindet, verfügbar
sein wird. Der Anschluss an den
PC erfolgt nur über ein LAN-
Kabel. Die EMScanner-Software
läuft bei beiden Varianten
auf einem angeschlossenen PC.
Der EMScanner ist in zwei Versionen
erhältlich: 150 kHz bis 4
GHz (EM4000) und 150 kHz bis
8 GHz (EM8000). Ein Upgrade
von 4 auf 8 GHz ist möglich.
Der EMScanner bietet einzigartige
Möglichkeiten für zuverlässige
Pre- und Post-EMV-Konformitätstests.
Während des
Entwicklungsprozesses können
unbeabsichtigte Störquellen auf
Platinen detektiert werden, um
unerwartete EMV-Testergebnisse
zu vermeiden, damit die
vorgeschriebenen Konformitätsprüfungen
auf Anhieb bestanden
werden können. Der EMScanner
liefert zuverlässige, reproduzierbare
Testergebnisse und kann
Konstruktionsfehler innerhalb
weniger Sekunden aufzeigen.
Entsprechende Design-Änderungen,
z.B. zusätzlich eingelötete
Abblockkondensatoren
und deren Wirksamkeit, sind in
Echtzeit erkennbar.
Eigenschaften/
Steckbrief:
• Echtzeitvisualisierung von
Signalemissionen auf Platinen
etc. innerhalb von Sekunden
• Frequenzbereich 150 kHz bis
4 bzw. 8 GHz (Upgrade von 4
auf 8 GHz möglich)
• konkrete, kosteneffiziente
EMC/EMI-Überprüfung auf
dem Labortisch
• punktgenaue Problemidentifikation
◄
Multifunktionaler Handheld-Microwave-Analysator
Der Ceyear 4958 ist ein Handheld-Microwave-Analysator,
der verschiedene Funktionen
vereint. Besonders hervorzuheben
sind die standardmäßig integrierten Network-
und Spectrum-Analyzer-Funktionen,
die bei vergleichbaren Geräten
ausschließlich als optionale Zusatzausstattung
erworben werden können. Weitere
Funktionen umfassen Kabel- und
Antennen-SWR, DTF (Distance to Fault),
Einfügedämpfung und Verstärkung, Spektrumanalyse
und Leistungs-Management.
Der Handheld-Microwave-Analysator
4958 lässt sich mit einem Akku betreiben
und ist somit bestens für den mobilen
Einsatz im Feld geeignet. Anwendungsgebiete
sind beispielsweise Installation
und Inbetriebnahme, Performance-Tests
oder auch Routine- und Notfallwartung.
Der Frequenzbereich des Geräts liegt bei
1 MHz bis 20 GHz. Das 17,8 cm große
True-Color-TFT-LCD ist auch bei direktem
Sonnenlicht gut lesbar.
Der Microwave-Analysator 4958 von
Ceyear ist ein tragbares Hochleistungsgerät
mit verschiedenen Messbetriebsarten:
Kabel- und Antennentest (Rückflussdämpfung,
DTF etc.), Netzwerkanalyse
für den Test aller S-Parameter (verschiedene
Anzeige-Darstellungstypen), Spektrumanalysator
(Kanalleistung, belegte
Bandbreite etc.), Leistungsüberwachung/
Messung (optional), Vektor-Spannungsmessung
(optional), USB-Leistungsmessung
(optional). Kabel- und Antennentests
ebenso wie Netzwerkanalyse decken einen
Frequenzbereich von 1 MHz bis 20 GHz
ab, und zwar mit einer Frequenztoleranz
von ±10 -6 und einer Auflösung von 10 Hz.
Spektrumanalysen decken einen Frequenzbereich
von 100 kHz bis 20 GHz mit einem
Seitenbandrauschen von -105 dBc/Hz bei
1 MHz (1-GHz-Träger) ab.
Der Handheld-Microwave-Analysator ist
mit drei N-Buchsen (Test-Interface Kabel
und Antenne, Test-Interface VNA, Test-
Interface Spektrumanalyse), zwei Schnittstellen
(USB, Ethernet/LAN) und einer
integrierten Luftkühlung ausgestattet.
■ Meilhaus Electronic GmbH
www.meilhaus.com
hf-praxis 10/2019 47

Mikrowellen-Komponenten
Hochleistungs-Zweikanal-Drehkupplung
in WR-28-Hohlleiterausführung
Globes Elektronik
GmbH & Co. KG
www.globes.de
Die neue zweikanalige Mikrowellen-Drehkupplung
von Link Microtek (Vertrieb:
Globes) ist das Schlüsselelement im Ka-
Band-Satelliten-on-the-Move-Antennensystem
(SOTM) von ADS International.
Komplett in Europa entwickelt und gefertigt,
unterliegt sie nicht den Einschränkungen
nach ITAR/EAR.
Zweikanalige Mikrowellen-
Drehdurchführung
Im SOTM-Antennensystem spielt die zweikanalige
Mikrowellen-Drehdurchführung
von Link Microtek eine wichtigste Rolle
zur Verringerung der Bauteilzahl und zur
Einsparung von Platz und Gewicht bei den
kompakten Antennen, wie sie in Ka-Band-
Kommunikationssystemen mit hohen Datenraten
eingesetzt werden. Im SOTM-Betrieb
arbeiten Antennen in der stabilisierten Antennenplattform
von ADS International. Das
ADS-System wird typischerweise auf kommerziellen
oder militärischen luftgestützten
Systemen wie z.B. Satelliten-Kommunikationsanlagen
in unbemannten Luftfahrzeugen
montiert. Der niedrige Radom enthält
ein flaches 4-Port-Breitband-Hohlleiter-
Antennenarray zusammen mit den zugehörigen
Komponenten. Das System arbeitet
mit zweifach zirkularer Polarisation empfangsmäßig
zwischen 19,2 und 21,2 GHz,
sendeseitig auf 29 bis 31 GHz.
Wichtig für den reibungslosen Betrieb des
ADS-Antennensystems sind die beiden zweikanaligen
Drehkupplungen: eine für Azimut
und eine für Elevation. Damit wird die
HF-Übertragung zwischen dem statischen
Teil und dem rotierenden Teil zuverlässig
sichergestellt. Das Sendesignal wird direkt
mittels Hohlleiter zur Antenne übertragen,
was die Verluste minimiert.
Verlustarmer Sendekanal
Der zentrale, verlustarme Sendekanal in
WR28-Hohlleiter hat einen Frequenzbereich
von 29 bis 31 GHz, eine mittlere Nennbelastbarkeit
von über 50 W, eine typische
Einfügungsdämpfung von gerade einmal
0,5 dB und ein maximales SWR von 1,7. Im
Sendekanal werden rechtwinklige Hohlleiterkrümmer
verwendet, um weiteren Platz
einzusparen.
SMA-Empfangskanal
Der koaxiale SMA-Empfangskanal kann
Frequenzen bis 3 GHz bei einer mittleren
Mikrowellenleistung von 1 W übertragen;
sein SWR und seine Einfügungsdämpfung
sind mit typisch 1,5 beziehungsweise 0,25
dB spezifiziert. Mit einem hohen Nennstrom
von 2 A bei 24 V DC kann die Einheit sowohl
den Antennen-LNB als auch Servomotoren
speisen, ohne dass dafür zusätzliche Schleifringe
benötigt werden. ◄
Fachbücher für die Praxis
Hochfrequenz-
Transistorpraxis
Schaltungstechnik, Einsatzprinzipien, Typen und
Applikationen
Feldeffekttransistoren im HF-Bereich, indem es die
Schaltungstechnik praxisorientiert erläutert und mit
einer Fülle von ausgewählten Applikationsschaltungen
für Einsteiger als auch erfahrene Praktiker illustriert.
Aus dem Inhalt:
Frank Sichla, 17,5 x 25,5 cm, 278 Seiten,
• Bipolartransistoren
zahlr. Abb. und Tabellen ISBN 978-3-88976-153-8, • Die „Bipo“-Grundschaltungen
beam-Verlag 2008, 24,- €
• Die beliebtesten Schaltungstricks
Art.-Nr.:118070
• „Bipo“-Leistungsverstärker
Obwohl heute integrierte Schaltungen die Elektronik • FETs im Überblick
dominieren, haben diskrete Transistoren besonders im • FET-Grundschaltungen
HF-Bereich noch immer hohe Bedeutung, denn es gibt • SFETs, MESFETs und Dualgate-MOSFETs
einfach zu viele Problemstellungen, für die einzig und • Die Welt der Power-MOSFETs
allein sie die optimale Lösung darstellen.
• Rund um die Kühlung
• Transistorschaltungen richtig aufbauen
Diskrete Transistoren sind keineswegs „out“, sondern
• Kleinsignal-Verstärkerschaltungen
machen nach wie vor Fortschritte. Mit neusten Technologien
werden immer höhere Frequenzen erschlossen
• HF-Leistungsverstärker
• Oszillatorschaltungen
sowie erstaunlich geringe Rauschfaktoren erzielt.
• Senderschaltungen
Dieses Buch beschreibt die Anwendung der Bipolar- und • Mess- und Prüftechnik
48 hf-praxis 10/2019
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Funkchips und -module
Funkmodule nutzen 868 MHz für
Sigfox und Nahfunk
Hosting und Frontend-Entwicklung
für Kundenlösungen
sind durch kompetente Partner
ebenfalls verfügbar. Eine duale
Nutzung der Sigfox-Module mit
Shortrange-FSK und Longrange-
Sigfox-Kommunikation ist im
Wechselbetrieb möglich.
Die Sigfox Module Sigfox-Modi
werden bereits in ersten nationalen
und internationalen Pilotprojekten
aus den Bereichen
Agrarmonitoring, Anlagenmonitoring
und Assettracking eingesetzt.
Eine autonome Komplett-
Demo mit relevanten Sensoren
für eine Vorführung bei Arrow-
Kunden durch deren FAEs ist in
Prototypen verfügbar.
Agrarmonitoring
Im Bereich Agrar oder anderen
stationären Versorgungsanlagen,
wo heute oft Menschen entsprechende
Ventile manuell öffnen
und schließen müssen, werden
diese Vorgänge oft vergessen
oder nicht zeitgerecht ausgeführt.
Dies führt entweder zu
Fehlfunktionen oder zu unnötigen
Kosten durch erhöhte Verbräuche
u.ä. Im Agrarsektor ist
dies z.B. die Bewässerung von
Feldern, die bei falscher Wasserzufuhr
das Pflanzwachstum
negativ beeinträchtigen und
auch zu Kosten wegen erhöhtem
Wasserverbrauch führen können.
Hier können mit den Modulen
Druckmonitore entwickelt werden,
die den Wasserdruck in den
Bewässerungsleitungen beobachten
und per Sigfox an den
Landwirt rückmelden. Bewässerungszeiten
können somit erfasst
werden und Abschätzungen über
Wasserverbrauch, Verstopfungen
etc. getroffen werden. Eine analoge
Nutzung lässt sich auch für
für andere Versorgungssysteme
oder z.B. auch Schneekanonen
umsetzen.
Die Serienproduktion der
Sigfox-zertifizierten Module
Sigfox-Modi von XoverIoT,
einem Sigfox-Partner mit Sitz in
Rosenheim, ist erfolgreich angelaufen
und die Module können
über Arrow bestellt werden. Sie
kommen immer dann zum Einsatz,
wenn Nachrichten sowohl
über das 0G-Netz von Sigfox
als auch Nahfunk abgesetzt werden
sollen.
Der Vorteil der Sigfox-Modi-
Module besteht darin, dass sie
für beide Übertragungskanäle
das 868-MHz-Band nutzen. Mit
nur einem Transceiver können
sie fallgerecht Daten und Steuerbefehle
lokal oder in Richtung
Cloud übermitteln. Das zum
Einsatz kommende proprietäre
868-MHz-Nahfunkprotokoll hat
eine Freiland-Reichweite von
rund 50 m. Typische Anwendungsfälle
sind das Assettracking
mit standortspezifischer
Wahl des Übertragungskanals
sowie komplementäre Systeme
wie Bewässerungssensoren,
die einerseits lokal in Richtung
Bewässerungssteuerungen und
andererseits direkt in Richtung
der Überwachungs- und Maintenance-Cloud
funken sollen.
Weitere Anwendungsbereiche
sind Gateways, die lokal Daten
sammeln und über Sigfox an zentrale
Clouds übertragen.
Die Sigfox-zertifizierten Module
Sigfox-Modi-C mit Chip-
Antenne und Sigfox-Modi-E
mit U.FL-Buchse für externe
Antenne weisen folgende Kennzeichen
auf:
• Sie basieren auf dem Chipsatz
von STMicroelectronics
mit dem µC STM32L051K8,
dem 868-MHz-Transceivcer
S2-LPQTR und dem Balun
BALF-SPI2-01D3.
• Sie haben eine kompakte
Bauweise (37,6 x 15 x 3,8
mm) und sind für Lowpower-
Anwendungen (Tx/Rx: 24mA
@ 3 V) im Temperaturbereich
-20 bis +85 °C ausgelegt. Varianten
für den erweiterten Temperaturbereich
-40 bis +105 °C
sind auf Anfrage möglich.
• Sie sind durch ein erprobtes
AT-Command-Set (via UART)
einfach integrierbar und als
Technologiebasis für Kundenprojekte
verfügbar; dies
gilt auch für proprietäre Sub-
GHz-Protokolle.
• Die Module werden von mehreren
XoverIoT-Development-
Kits unterstützt und gewährleisten
eine schnelle Endproduktentwicklung.
Kunden
haben die Wahl zwischen
einem USB Dongle, einem
ST-Nucleo/Arduino-Dev-Kit
sowie einer MikroBus-Plattform.
• Application-Software lässt
sich für kundenspezifische
Projekte direkt auf dem vorhandenen
ARM-Microcontroller
STM32L051K8 (64 kB
Flash) integrieren.
Neben der reinen Produktlösung
bietet XoverIoT im Arrow-Partnernetzwerk
auch zusätzliche
Engineering-Dienstleistungen
für Design-in, Antennen-Design,
Zulassungsunterstützung und
FW-Anpassungen. Cloud,
Service-Verbesserung
Viele vor Ort mit 868-MHz-Nahfunk
vernetzte Geräte sammeln
Fehler in internen Speichern, die
50 hf-praxis 10/2019

Funkchips- und module
WLAN/Bluetooth-Kombimodul
Die HY-Line Communication
Products GmbH bietet
802.11ac/a/b/g/n-WLAN-
D u a l b a n d - M o d u l e v o n
Advantech mit miniPCI-Eoder
M.2-Formfaktor. Die
integrierten Funkmodule eignen
sich hervorragend für die
Multi-Bus-Schnittstelle unter
verschiedenen Betriebssystemen.
Das EWM-W195 basiert auf
dem Formfaktor M.2 2230 und
einer A-E Key Card und arbeitet
im industriellen Temperaturbereich
von -40 bis +85 °C.
Eine weitere Besonderheit ist
u.a. die Unterstützung von
Windows-Betriebssystemen,
für die entsprechende Treiber
zur Verfügung stehen. Weitere
Kennzeichen sind die Schnittstellen
für WiFi: PCI-E und
Bluetooth: USB, das Betriebssystem
Windows 7/8.x/10
sowie neben IEEE 802.11
ac/a/b/g/n der Standard Bluetooth
4.2 HS. Weitere Informationen
unter www.hy-line.de/
advantech/EWM-W195.
■ HY-Line Communication
Products GmbH
www.hy-line.de
dem Service aber erst zur Verfügung
stehen, wenn das Gerät
eingeschickt wurde oder der Servicetechniker
vor Ort ist. Wenn
der Service nicht das passende
Ersatzteil dabei hat, so kommt
es zu Folgekosten, die je nach
Situation der Kunde, oder der
Hersteller zu tragen hat. Dies
kann vermieden bzw. verbessert
werden, wenn das Gerät
den erkannten Fehler per Sigfox
bereits an den Herstellerservice
übermittelt und so ein entsprechender
Service-Einsatz entweder
vermieden oder optimiert
werden kann, indem die passenden
Ersatzteile bereits mitgeführt
werden. Das XoverIoT
Modul ist dafür ausgelegt, möglichst
einfach und schnell in die
Kundengeräte integriert werden
zu können, um so diese Funktionalität
bei geringen Hardwarekosten
zu erreichen. XoverIoT
bietet dazu auch die passenden
Engineering-Service an.
Sigfox Germany GmbH
www.sigfox.com
Bluetooth-5.0-
Lowpower-Modul
mit integrierter
NFC-Funktion
Das BlueMod + S50 von Telit ist
ein Bluetooth-5.0-qualifiziertes
Singlemode-Modul, das einen
hohen Durchsatz von bis zu 720
kbit/s bei sehr geringem Stromverbrauch
bietet. Das Modul verfügt
über eine integrierte NFC-
Funktion (Near Field Communication)
und unterstützt die
meisten GATT-basierten Clientund
Server-Profile. Es bietet
eine zuverlässige Reichweite
von mehr als 800 m (250 m mit
einem Android-Telefon oder
iPhone).
Dieses RED-, FCC- und IC-zertifizierte
Modul ist in einem 17
x 10 x 2,6 mm großen Gehäuse
für die Oberflächenmontage
erhältlich und eignet sich hervorragend
für die Bereiche Heimautomation,
Gesundheitswesen,
Telematik, Asset Management,
Router und Gateways, Einzelhandel
und Smart Cities.
Weitere Produktdetails:
• Frequenz: 2,4 bis 2,48 GHz
• Versorgungsspannung:
1,7 bis 3,6 V
• Strom: 5.3 mA
• Ausgangsleistung: 5 dBm
■ Telit Communications
www.telit.com
X-Band-Quad-Sendeempfangsmodul
Die Quad-Transmit/Receive-Module
(QTRM) von API Technologies für
AESA/E-Scan-Radaranwendungen bieten
Systemintegratoren und Generalunternehmern
eine einzigartige und innovative
Möglichkeit für eine leistungsstarke
Sende-/Empfangslösung für die Entwicklung
eines aktiven Antennenarrays für
Systeme und Subsysteme.
Um die Integration zu vereinfachen und die
Entwicklungszeit bis zur Markteinführung
zu verkürzen, hat API einen Ansatz entwickelt,
der eine LRU (Line Replaceable
Unit) für die AESA-AAAU-Plattformen
(Active Antenna Array Unit) unterstützt.
diese Unterstützung reicht von der Systemintegration
bis zur First-Line-Reparatur
und reduzierten u.a. die Betriebskosten.
Diese Lösung hat sich bewährt und ist
bereits ein X-Band-TRM der vierten Generation.
Solche Quad-T/R-Module bilden
gemeinsame Bausteine ​für E-Scan- und
AESA-Radarsystemlösungen.
■ API Technologies
www.api.com
hf-praxis 10/2019 51

Funkchips und -module
ROM-basiertes GNSS-Modul für Tracking- und
Navigations-Applikationen
STMicroelectronics hat sein
Angebot an GNSS-Produkten
um das ROM-basierte Modul
Teseo-LIV3R erweitert. Das
zu einem wettbewerbsfähigen
Preis angebotene Modul wartet
für kostenbewusste Trackingund
Navigations-Geräte mit der
Eignung für sämtliche GNSS-
Algorithmen von ST auf.
Das neue GNSS-Modul von ST
bietet Wegstreckenzähler-Funktionalität
mit drei Kurzzeitzählern
und einer Alarmfunktion
bei Erreichen einer bestimmten
Entfernung, ergänzt durch Geofencing-Funktionen
mit bis zu
acht konfigurierbaren Umkreisen
und Alarm bei Grenzüberschreitung.
Unterstützung für Real-
Time Assisted GNSS mit freiem
Serverzugriff bietet die Gewähr
für die unterbrechungsfreie Verfügbarkeit
von Positionsdaten
im Interesse einer verlässlichen
Navigation.
Die simultane Verfolgung von
GPS-, Glonass-, Beidou- und
QZSS-Satelliten mit Satellite-
Based Augmentation System
(S-BAS) und RTCM1 V3.1 (differenzielle
Ortung) bürgen für
eine ausgezeichnete Genauigkeit
bis auf 1,5 m (50 % CEP2).
Die Tracking-Empfindlichkeit
von -163 dBm und eine Timeto-First-Fix
von unter einer
Sekunde ergeben außerdem ein
hohes Performance-Niveau für
anspruchsvolle Anwendungen.
Das einfach anzuwendende
Modul reagiert auf proprietäre
NMEA3-Befehle.
Mit einer abhängig von der
Genauigkeit, der durchschnittlichen
Stromaufnahme und der
Häufigkeit der Positionsbestimmungen
variierenden Leistungsaufnahme,
einem Standby-
Modus mit RTC-Backup, einer
Stromaufnahme von unter 15 µA
und Unterstützung für mehrere
Low-Power-Betriebsarten ist der
Teseo-LIV3R die erste Wahl für
Anwendungen, die sparsam mit
der Batteriekapazität umgehen
müssen.
Zu den Lowpower-Modi gehören
ein Continuous-Fix-Modus
mit adaptiven und stromsparenden
getakteten Betriebsarten,
ein Periodic-Fix-Modus nur mit
GPS-Ortung sowie ein Fix-on-
Demand-Modus, in dem sich der
Baustein permanent im Standby-
Status befindet.
Um die Entwicklung neuer Produkte
zu vereinfachen und zu
beschleunigen, besitzt das Modul
die FCC-Zertifizierung und wird
vom STM32 Open Development
Environment unterstützt.
STM32-Applikationen für fortschrittliche
Geolocation-Funktionen,
Smart Tacking und Server-
Assisted GNSS sind verfügbar,
und das Erweiterungs-Board
X-Nucleo-GNSS1A1 dient mit
seiner Hardware als Starthilfe.
Das PC-Tool Teseo Suite leistet
Hilfestellung beim Konfigurieren
der Einstellungen und
der Feinabstimmung der Performance.
Entwickler können
außerdem der ST GNSS Community
beitreten, um Informationen
auszutauschen und ihre
Kenntnisse auf dem Gebiet zu
erweitern.
■ STMicroelectronics
www.st.com
Fachbücher für die
Praxis
Digitale Oszilloskope
Der Weg zum
professionellen
Messen
Joachim Müller
Format 21 x 28 cm, Broschur, 388 Seiten,
ISBN 978-3-88976-168-2
beam-Verlag 2017, 47,90 €
Ein Blick in den Inhalt zeigt, in welcher Breite das
Thema behandelt wird:
• Verbindung zum Messobjekt über passive und
aktive Messköpfe
• Das Vertikalsystem – Frontend und Analog-
Digital-Converter
• Das Horizontalsystem – Sampling und Akquisition
• Trigger-System
• Frequenzanalyse-Funktion – FFT
• Praxis-Demonstationen: Untersuchung von
Taktsignalen, Demonstration Aliasing, Einfluss
der Tastkopfimpedanz
• Einstellungen der Dezimation, Rekonstruktion,
Interpolation
• Die „Sünden“ beim Masseanschluss
• EMV-Messung an einem Schaltnetzteil
• Messung der Kanalleistung
Weitere Themen für die praktischen Anwendungs-Demos
sind u.a.: Abgleich passiver
Tastköpfe, Demonstration der Blindzeit, Demonstration
FFT, Ratgeber Spektrumdarstellung,
Dezimation, Interpolation, Samplerate, Ratgeber:
Gekonnt triggern.
Im Anhang des Werks findet sich eine umfassende
Zusammenstellung der verwendeten
Formeln und Diagramme.
Unser gesamtes Buchprogramm finden Sie unter www.beam-verlag.de
oder Sie bestellen über info@beam-verlag.de
52 hf-praxis 10/2019

Verstärker
HF-Leistungsverstärker bieten modernste
Lösungen für den digitalen Rundfunk
Bild 4: UWD-Doherty mit BLF888E (Quelle: Ampleon)
Bild 5: UWD-Doherty mit BLF989E (Quelle: Ampleon)
Dieser Artikel
erläutert die aktuellen
Markttrends
ausführlicher
und analysiert die
technischen Folgen
dieser Veränderungen
sowie einige der
Herausforderungen und
verfügbaren Lösungen
für die Entwickler
leistungsstarker,
hocheffizienter
HF-Leistungsverstärker
für den digitalen
Rundfunk.
Co-Autoren:
Alan Hutton – Director
Distribution Sales Manager
Walter Sneijers – Senior
Principal Engineer
Applications
Herm Titulaer – Senior
Director Program
Management
Houssem Schuick – Senior
Director Marketing, Ampleon
Ampleon
www.ampleon.com
Die Rundfunkbranche befindet
sich derzeit in einem tiefgreifenden
Wandel. Die Einführung
von Sendern für DVB-T2 (Digital
Video Broadcasting, Second
Generation Terrestrial) schreitet
in ganz Europa fort. In den USA
hat die Federal Communications
Commission (FCC) auf die Verknappung
von Frequenzbändern
aufgrund der 5G-Einführung
reagiert: Sie hat eine „Neuzuteilung“
von Frequenzbereichen
angestoßen und Rundfunkanstalten
gezwungen, die Übertragungskanäle
zu wechseln.
Während dessen erneuert ein
Großteil der betroffenen Rundfunkanstalten
angesichts der
bevorstehenden Einführung des
neuen Standards ATSC-3.0 ihre
Transmitter, indem sie zu neuen
Kanälen wechseln. Dadurch
bewältigen sie mehrere Veränderungen
gleichzeitig und stellen
zudem sicher, dass die Kunden
nicht wiederholt Sendersuchläufe
durchführen müssen.
Durch diese Veränderungen wird
in den nächsten Jahren die Nachfrage
nach hochleistungsfähigen,
noch effizienteren Transmittern
steigen. HF-Leistungsverstärker
sind wichtige Komponenten in
Systemen für die Rundfunkübertragung,
denn die Kosten
der Rundfunkbetreiber hängen
von Leistungsverstärkern ab, die
über das gesamte UHF-Rundfunkspektrum
effizient betrieben
werden können.
Aktuelle Entwicklung
Drei wichtige Faktoren treiben
derzeit den Wandel in der weltweiten
Rundfunkbranche voran:
• die laufende Einführung von
DVB-T2
• das Aufkommen von ATSC-3.0
• die „Neuzuteilung“ der Frequenzbereiche
für Fernsehsender
in den USA und in Zukunft
möglicherweise auch in anderen
Regionen.
Zu DVB-T2: Das European Telecommunications
Standards Institute
hat eine Reihe von Standards
für den digitalen Rundfunk verabschiedet.
Die 1997 veröffentlichte
Spezifikation des DVB-T-
Standards (Digital Video Broadcast
–Terrestrial) wurde weltweit
großflächig eingeführt und führte
in vielen Ländern zur Abschaltung
analoger Sender. Aufgrund
der drohenden Verknappung des
Frequenzspektrums in Europa
gab der DVB den überarbeiten
DVB-T2-Standard heraus, der
eine effizientere Nutzung der
Frequenzbereiche ermöglicht.
Durch orthogonales Frequenzmultiplexverfahren
(OFDM)
mit einer großen Anzahl an
Subträgern ist der DVB-T2 ein
sehr flexibler Standard. Er bietet
zudem den Vorteil, dass die
Wiederverwendung bestehender
Antennen möglich ist. Der
ursprünglich 2009 veröffentlichte
DVB-T2-Standard wurde
bis zum Jahr 2014 in mehr als
zwölf Ländern eingeführt. Das
Marktforschungsinstitut Dataxis
geht davon aus, dass 72%
der europäischen Haushalte bis
zum Jahr 2022 Zugang zu DVB-
T2-basierten Ausstrahlungen
haben werden.
Zu ATSC-3.0: Im Januar 2018
kündigte das Advanced Television
Systems Committee (ATSC)
die Veröffentlichung von ATSC
3.0 an, einer Reihe von Standards
für den digitalen Rundfunk. Dies
ist ein weiterer wichtiger Meilenstein
bei der Entwicklung von
Systemen für den Fernsehrundfunk.
ATSC 3.0 umfasst etwa
20 Standards, die neue Technologien
unterstützen, beispielsweise
HEVC für Videokanäle
von bis zu 2160p-4K-Auflösung
mit 120 Bildern pro Sekunde,
High Dynamic Range, Dolby
AC-4 und MPEG-H 3D Audio,
um nur einige zu nennen. ATSC
3.0 und DVB-T2 haben vieles
gemeinsam, denn beide nutzen
OFDM und bieten vergleichbare
Leistung und Flexibilität. Während
die Verwendung von DVB-
hf-praxis 10/2019 57

Fachbücher für die
Praxis
Praxiseinstieg in die
vektorielle
Netzwerkanalyse
Joachim Müller,
21 x 28 cm, 142 Seiten,
zahlr. Abb. und Tabellen
ISBN 978-3-88976-159-0,
beam-Verlag 2011, 32,- €
Art.-Nr.: 118100
In den letzten Jahren ist es der Industrie gelungen,
hochwertige vektorielle Netzwerkanalysatoren vom
schwergewichtigen Gehäuse bis auf Handheldgröße zu
verkleinern. Doch dem nicht genug: Durch ausgefeilte
Software wurden einfache Bedienkonzepte bei steigender
Funktionalität erreicht.
Auch für den Funkamateur wird neuerdings die Welt
der Netzwerkanalyse durch Selbstbauprojekte, deren
Umfang und Funktionalität den Profigeräten sehr nahe
kommen, erschlossen. Damit sind die Voraussetzungen
für die Anwendung der vektoriellen Netzwerkanalyse im
Feldeinsatz aus Sicht der verfügbaren Gerätetechnik
geschaffen.
Fehlte noch die geräteneutrale Anleitung zum erfolgreichen
Einstieg in die tägliche Praxis.
Das in Hard- und Software vom Entwickler mit viel Engagement
optimal durchkonstruierte Gerät büßt alle seinen
hervorragenden Eigenschaften ein, wenn sich beim Messaufbau
grundlegende Fehlerquellen einschleichen.
Dieses Buch beschäftigt sich mit den Grundlagen des
Messaufbaus, unabhängig vom eingesetzten Gerät, um
den Praxiseinstieg zu meistern.
Ein Ausschnitt aus den
wichtigsten Themen:
• Hintergründe zur vektoriellen
Netzwerkanalyse
Elektrisch lang, elektrisch kurz,
Reflexionsfaktor, Smithdiagramm
• S-Parameter, Netzwerkparameter
n-Tore, Welle, Matrizenschreibweise
• Der Datenaustausch im Touchstone
Fileformat
• Grundfunktionen in der Gerätetechnik
Skalar oder vektoriell, direktives Element,
Selbstbauprojekte
• Kalibrierung – Festlegung der
Messbezugsebene
Kalibriernormale, Offset, Embedding, Schrittfür-Schritt-Anleitung
• Messungen an Antennen
Wahl der Bezugsebene, Einfluss der
Zuleitung, Fremdsignale
• Untersuchungen an Leitungen
Leitungsqualität, Stoßstellen,
Steckverbindungen, Leitungstransformation,
die Sünden beim Kabelanschluss
• Messungen an Bauteilen
Eigenresonanzen von Kondensatoren und
Spulen, Quarze und Quarzfilter, Verstärker
• Gruppenlaufzeit
Unser gesamtes Buchprogramm finden Sie unter
www.beam-verlag.de
oder bestellen Sie über info@beam-verlag.de
58 hf-praxis 10/2019

Verstärker
es Sendeanstalten daher vermutlich
wirtschaftlicher, angesichts
von begrenzter Leistung und
anderen Einschränkungen die
bestehenden Sendeanlagen zu
ersetzen. Dies gilt insbesondere
für Anlagen, die älter sind und
ATSC-3.0 nicht unterstützen.
In dem Maße, wie Rundfunkbetreiber
die zugeteilten Frequenzbereiche
nutzen, werden die Herausforderungen
bei der Umstellung
auf DVB-T2, ATSC-3.0 und
die Neuzuteilung der Frequenzbänder
zu einem umfassenden
Austausch der Sendeanlagen in
Europa, in den USA und anderen
Regionen führen.
Bild 1: Zeitplan der FCC für die Neuzuteilung von Frequenzbereichen (Quelle: FCC)
T2 heute bereits weit verbreitet
ist, etabliert sich der ATSC-3.0
hingegen gerade erst. Bis zum
Jahr 2020 wird es voraussichtlich
erste Fernsehgeräte für den
Empfang von ATSC-3.0 geben.
Zur Neuzuteilung der Frequenzbereiche:
In Erwartung der künftigen
Verknappung wertvoller
Frequenzbänder für den Rundfunk
ermächtigte die US-amerikanische
Regierung im Jahr 2012
die Federal Communications
Commission (FCC), Fernsehanstalten
dazu „anzuregen“, einen
Teil ihrer Frequenzbereiche aufzugeben.
Von den ursprünglichen
Sendefrequenzen von 470 bis
860 MHz der Fernsehanstalten
wurde das obere Frequenzband
über 600 MHz für die Verwendung
durch Mobilfunkanbieter
freigegeben. Gleichzeitig
wurden die Sendeanlagen auf
den neuen ATSC-3.0-Standard
vorbereitet. Um diesen Prozess
in Gang zu bringen, führte die
FCC die erste Auktion ihrer
Art durch, die Sendeanstalten
Anreize für eine Neuzuteilung
von Frequenzbändern bot. Bis
zum Abschluss der Auktion
im März 2017 hatten die Sendeanstalten
84 MHz des Spektrums
von den Kanälen 38 bis
51 freigegeben sowie 70 MHz,
gebündelt in 10-MHz-Paketen,
an Mobilfunkbetreiber verkauft.
Nach Durchführung der Auktion
geht die FCC davon aus, dass
etwa 1200 Fernsehsender von
diesem Verfahren betroffen sind.
Diese haben nun etwa drei Jahre
Zeit, um zu neuen, niedrigeren
Frequenzbändern zu wechseln.
Die geplante „Neuzuteilung“
umfasst zehn Stufen (Bild 1) mit
gestaffelten Fertigstellungsterminen.
Auf diese Weise soll die
Beeinträchtigung der Sendeanstalten
während der Übergangsphase
möglichst gering bleiben.
Aufgrund der Neuzuteilung von
Frequenzbereichen müssen viele
Fernsehsender ihre Sendefrequenzen
ändern, wofür eine sorgfältige
Planung erforderlich ist.
Falls die Sendestation für einen
begrenzten Zeitraum auf beiden
Frequenzen senden muss, wird
unter Umständen eine zweite
Antenne benötigt, was sich wiederum
auf die Sendemasten,
etwaige vorhandene Antennen,
HLK-Anlagen und so weiter auswirkt.
In vielen Fällen erscheint
Wichtige
Überlegungen
bei PAs für
TV-Transmitter
Der übliche Übertragungsweg
digitaler Rundfunkausstrahlungen
umfasst einen Transmitter,
der im Wesentlichen aus
dem Erreger und dem HF-Leistungsverstärker
(PA) besteht, s.
Bild 2. Der Input in das System
besteht aus dem Basisbandsignal
das vom HF-Träger im Erreger
moduliert wird, bevor es vom
HF-Leistungsverstärkermodul
verstärkt wird. Im Gegensatz zur
Zeitsignalhüllkurve bei einem
modulierten Signal, bei dem es
zu großen Schwankungen bei
den Hüllkurvenspitzen kommt,
bleibt der durchschnittliche Leistungspegel
konstant und die
durchschnittliche Sendeleistung
(Transmitter Output Power,
TPO) bestimmt die Leistungsfähigkeit
einer TV-Sendeanlage.
Bild 2: Typische Sendeanlage für digitales Fernsehen (Quelle: Ampleon)
hf-praxis 10/2019 59

Verstärker
Bild 3: Ein typisches Leistungsverstärkermodul (Quelle: Ampleon)
In den Jahren nach ihrer Einführung
entwickelten sich
HF-Transistoren auf LDMOS-
Basis zur wichtigsten Lösung
für zahlreiche Leistungsverstärker,
insbesondere innerhalb
der Rundfunkbranche. Für
diese Entwicklung gibt es zwei
unterschiedliche Erklärungen.
Einerseits basiert sie auf dem
hohen Wirkungsgrad und der
großen Leistungsfähigkeit der
LDMOS-Technologie, andererseits
auf den „Euros pro Watt“ –
der Kosteneffizienz der Lösung.
Eine typische Sendestation liefert
durchschnittlich 25 kW
HF-Leistung, indem mehrere
Verstärkermodule parallel mit
vier oder mehr Verstärkerpaletten
kombiniert werden sowie
mit einer Treiberstufe mit zwei
„symmetrischen“ Schnittstellen
und jeweils einem Vorverstärker
für die einzelnen Verstärkermodule
(Bild 3). Das Aufkommen
der leistungsstarken HF-Transistoren
auf LDMOS-Basis
in den letzten paar Jahren hat
einen Paradigmenwechsel bei
der Leistungsfähigkeit von HF-
Verstärkern herbeigeführt. Während
HF-Komponenten anfangs
einige hundert Watt bewältigten,
geht ihre Leistungsfähigkeit
inzwischen weit über 1,5 kW
hinaus. Tatsächlich erwarben
sich solche Transistoren schnell
einen ausgezeichneten Ruf für
ihre Leistungsstärke, den hohen
Wirkungsgrad und ihre äußerst
starke Robustheit als führenden
Standard.
Die modernen Standards DVB-
T2 und ATSC-3.0 nutzen
OFDM-Signale. Dies wirkt sich
auf alle Teile des Übertragungswegs
aus, insbesondere auf die
HF-Leistungsverstärker, denn
dabei wird ein höherer PAR-
Wert (Peak-to-Average-Ratio)
von etwa 8 dB benötigt, um Sättigung
im Leistungsverstärker
zu vermeiden, und damit eine
Intermodulation der Subträger
und Interferenzen außerhalb des
Frequenzbands. Diese Probleme
lassen sich durch eine reduzierte
Verstärkerleistung beheben.
Allerdings verringert dies
den Wirkungsgrad, was sich auf
die Leistungsaufnahme auswirkt
und damit den Energieverbrauch
und somit die Betriebskosten
beeinflusst.
Die Herausforderung für die
Entwickler von HF-Leistungsverstärkern
besteht deshalb im
optimalen Ausgleich zwischen
Leistungsfähigkeit und Wirkungsgrad,
um einen Verstärker
herzustellen, der über einen
großen Bereich unterschiedlicher
Betriebsbedingungen effizient
arbeitet. Da viele neue Transmitter,
die im Rahmen der Neuzuteilung
zum Einsatz kommen,
zunächst auf den alten Frequenzbereichen
der Rundfunkanstalten
betrieben werden, bevor sie auf
neu zugeteilten Frequenzbändern
eingesetzt werden, müssen
HF-Leistungsverstärker über das
gesamte UHF-Rundfunkspektrum
von 470 MHz bis 806 MHz
effizient arbeiten.
Aktuelle und künftige
PAs für DVB-T2 und
ATSC-3.0
Die Aufgabe der Entwickler
wurde durch zwei relativ neue
technologische Entwicklungen
bei HF-Leistungsverstärkern
begünstigt. So wurde einerseits
mithilfe von symmetrischen
sowie asymmetrischen Doherty-
Architekturen im Ultra-Breitband-Bereich
(UWD-Doherty)
ein höherer Wirkungsgrad
erzielt. Andererseits bietet eine
neue Generation an Leistungstransistoren
auf LDMOS-Basis
bisher unerreichte Robustheit
sowie branchenweit den besten
Ertrag und Wirkungsgrad.
Ampleon ist einer der weltweit
führenden Hersteller von Leistungselektronik
für Rundfunkanwendungen
und hat erhebliche
Ressourcen in die Entwicklung
von UWD-Referenzdesigns
investiert. Diese Lösungen zeigen,
wie Designs unter Verwendung
des Transistors BLF888
(Bild 4) eine durchschnittliche
DVB-T-Leistung von 150 W
über den vollen Frequenzbereich
von 470 bis 700 MHz liefern
können. Die Transistorfamilie
BLF888 hat sich am Markt
bereits erfolgreich etabliert.
Viele Hersteller von Rundfunktechnologie
verwenden diese
Bauelemente in ihren Transmittern
für den Fernsehrundfunk,
damit sie für die Anforderungen
gewappnet sind, die
sich durch die „Neuzuteilung“
der Frequenzbereiche und die
Bild 6: Wirkungsgrad und Leistung des BLF989E in Abhängigkeit vom Frequenzbereich (Quelle: Ampleon)
60 hf-praxis 10/2019

Verstärker
Einführung von ATSC-3.0 in
den USA ergeben.
Auf Grundlage des Erfolgs von
BLF888 und angesichts der zu
erwartenden Marktnachfrage
nach noch größerer Leistung
und höherem Wirkungsgrad,
hat Ampleon kürzlich die HF-
Leistungsverstärker der nächsten
Generation eingeführt –
den BLF989 und den BLF989E.
Der BLF989 bietet den höchsten
Wirkungsgrad im Schmalbandbereich
von bis zu 55% bei
DVB-T, 8K-OFDM bei einem
extremen durchschnittlichen
Leistungspegel von 200 W
sowie 950 W Spitzenleistung pro
Transistor und deckt einen Frequenzbereich
von 470 bis 494
MHz ab. Der BLF989E (Bild 5)
bietet eine Durchschnittsleistung
von 180 W mit einem typischen
Wirkungsgrad von 50 %. Zudem
deckt der Transistor einen Ultra-
Breitband-Bereich von 470 bis
620 MHz ab.
Die Wirkungsgrad- und Leistungskurven
des BLF989E in
Abhängigkeit des Frequenzbereichs
(Bild 6) zeigen, wie durch
eine spezielle asymmetrische
Doherty-Architektur höchste
UWD-Wirkungsgrade erreicht
werden können. Die neuen,
hocheffizienten UWD-Verstärker
sind die kosteneffizientesten
HF-Leistungsverstärker, die derzeit
für Rundfunkanlagen erhältlich
sind. Darüber hinaus verfügen
sie über ausgefeilte innovative
Funktionseigenschaften,
mit denen sich Wirkungsgrad,
Bandbreite und Zuverlässigkeit
auf höchstem Niveau realisieren
lassen.
Schlussfolgerungen
Die derzeitige Einführung von
DVB-T2, das Aufkommen von
ATSC-3.0 und die Neuzuteilung
von Frequenzbereichen bieten
Herstellern von Sendeanlagen
neue Chancen, da Rundfunkanstalten
in diesem Zusammenhang
die Erneuerung ihrer
Systeme anstreben. Da weitere
Regionen gezwungen sind, sich
mit der Verknappung an Frequenzbereichen
auseinanderzusetzen,
wird der Markt weiter
wachsen.
Moderne Modulationsverfahren
wie OFDM, die bei DVB-T2
sowie ATSC-3.0 eingesetzt werden,
stellen besondere Herausforderungen
an das Design von
Hochfrequenzverstärkern, denn
über das gesamte UHF-Sendespektrum
muss ein Ausgleich
zwischen höherer Leistung und
besserem Wirkungsgrad gefunden
werden.
Jüngste Fortschritte bei der
Entwicklung von LDMOS-
Transistoren und UWD-Architekturen
zielen genau auf diese
Aspekte ab. Die Nachfrage nach
Leistungsverstärkern mit größerer
Leistung und höherem
Wirkungsgrad wird nicht so
schnell nachlassen. Außerdem
ist zu erwarten, dass sich der
radikale Wandel im Rundfunkmarkt
fortsetzen wird und das
Preis-Leistungs-Verhältnis von
LDMOS weiter verbessert, ohne
dass Abstriche bei der Qualität
erfolgen. Als weltweit führender
Hersteller von Leistungstransistoren
für den Rundfunkbereich
ist Ampleon ideal aufgestellt,
um die Akteure im Ökosystem
der Rundfunkbranche zu unterstützen.
Die maßgebenden Transistoren
der BLF888-Serie spielen eine
wesentliche Rolle bei der Entwicklung
einer großen Auswahl
an Lösungen für die Branche.
Angesichts der unablässigen
Forderung nach mehr Leistung
und größerer Effizienz werden
Transistoren der Serie BLF989
und BLF989E wegweisend
für die künftige Entwicklung
sein. ◄
Präzisionsverstärker
für HF-Anwendungen
werden sie von Systemlieferanten
für komplexe Anwendungen
integriert.
Technische Daten:
• Frequenzbereich: 300 kHz bis
3 GHz (-3 dB)
• Verstärkung: 29 dB
• Ausgangsleistung: 25 dBm
(100 MHz), 22 dBm (2 GHz)
• Anschlüsse: BNC
• Eingangs-/Ausgangsimpedanz:
50 Ohm
• Maße: 85 x 39 x 24 mm
• Gewicht: < 100 g
• Stromversorgung: 12 V/1 A
durch mitgeliefertes Steckernetzteil
GHz. Es bietet eine Ausgangsleistung
von 8 dBm und eine
flache Verstärkung von typisch
25 dB bei einer Rauschzahl von
1,6 dB. Der Verstärker hat eine
E/A-Rückflussdämpfung von
unter 11/15 dB. Aufgrund seiner
Gleichstromregelung sind die
Verstärkung und das Rauschen
in Bezug auf die Temperaturänderung
sehr stabil.
Verstärkerblock mit
bis zu 630 W für
Radaranwendungen
Huber Signal Processing erweiterte
sein Präzisionsverstärker-
Portfolio mit dem RFA 300K3G.
Neben den DC-gekoppelten
Verstärkern RFA 300 und RFA
600 ist der RFA 300K3G für
HF-Anwendungen optimiert.
Typische Applikationen sind
Radar, Satcom, Avionik, Raumfahrt
und Verteidigung. Die
Verstärker der RFA-Serie sind
bereits bei namhaften internationalen
Unternehmen im Einsatz,
z.B. für zerstörungsfreie Werkstoffprüfung
oder für die medizinische
Laserbearbeitung. Die
RFA-Verstärker sind in Modulbauform
erhältlich und deren
Gehäuse sind aus massiven, aus
einem Stück gefrästen Alublöcken
gefertigt. Überlicherweise
■ Huber Signal Processing
www.huber-signal.com
GaAs-Ultra-Lownoise-Verstärker
für
25 bis 43 GHz
Der CGY2260UH/C1 von
OMMIC ist ein rauscharmer
GaAs-Verstärker-MMIC für den
Betrieb im K-Band von 25 bis 43
Der CGY2260UH/C1 ist dreistufig
aufgebaut und benötigt
eine Stromversorgung von ±1,5
V. Er ist in Form einer Matrize
(Die ) mit den Maßen 1,68 x 3
mm erhältlich und eignet sich
optimal für Radar-, Telekommunikations-,
Instrumentierungsund
Satcom-Anwendungen. Der
P1dB wird mit 5,5 bis 8 dBm,
die maximale Eingangsleistung
mit 15 dBm angegeben.
■ OMMIC
www.ommic.com
Der RRP5257550-35 von
RFHIC ist ein Pulsverstärker
auf GaN-Basis, der in einem
Frequenzbereich von 5,25 bis
5,75 GHz arbeitet. Es bietet eine
Impulsausgangsleistung von 630
W (100 µs, 10 % Einschaltdauer)
und eine Leistungsverstärkung
von 35 dB bei einem Wirkungsgrad
von 30 %. Der Verstärker
benötigt eine Versorgungsspannung
von 50 V. Es handelt sich
um ein Modul mit den Maßen
163 x 42,5 x 13,9 mm mit SMA-
F-Anschlüssen. Er ist besonders
für Radar systemanwendungen
geeignet. Die Verstärkung
beträgt 34 bis 35 dB.
■ RFHIC
www.rfhic.com
hf-praxis 10/2019 61

Kabel und Stecker
Halogenfreie und flammwidrige Koaxialkabel
Die SSB-Electronic
GmbH erweiterte ihr
Koaxialkabel-Portfolio
um eine neue
Serie für Brandschutzanwendungen.
Lina Schmidt
Produktmanagerin Koaxial
SSB-Electronic GmbH
technik@ssb-electronic.de
www.ssb-electronic.de
Mobile Breitbandversorgung
maßgeschneidert
SSB MAC
Mobilfunk Antennen
Combiner & Verstärker
Ihre Vorteile:
• Effiziente Versorgung mit mobilem Breitband auf Land und See
• Verstärkung 60 dB downlink / 50 dB uplink auf jedem Frequenzband
• alle Frequenzbänder 800 / 900 / 1800 / 2100 / 2600 MHz
• Reichweite bis zu 35 km
• unbegrenzte Anzahl gleichzeitiger Anrufe
• Unterstützung aller Mobilfunkanbieter
• Überwachung, Einstellung, Protokollierung aus der Ferne
Wir projektieren maßgeschneiderte Lösungen für Ihre Anwendung.
Kontaktieren Sie uns!
Tel.: +49 2941-93385-0 · vertrieb@ssb-electronic.de · www.ssb-electronic.de
SSB-Electronic GmbH · Am Pulverhäuschen 4 · 59557 Lippstadt
Es handelt sich dabei um die
bekannten Kabelmarken Aircell,
Ecoflex und Aircom Premium
mit einem halogenfreien und
flammwidrigen Außenmantel.
Dieser besteht aus einem speziellen
thermoplastischen Copolymer,
dem Material FRNC
(Flame Retardant Non Corrosive).
Die neuen Koaxialkabel
zeichnen sich nicht nur durch
die gewohnt herausragende
Flexibilität und äußerst geringe
Dämpfung aus, sondern bieten
mehr Sicherheit im Brandfall
aufgrund ihrer brandhemmenden
Eigenschaften.
Die Herstellung der neuen Koaxialkabel
mit einem halogenfreien
FRNC-Mantel erfolgt
ohne Verwendung der reaktionsfreudigen
Elemente wie Brom,
Chlor, Fluor und Jod. Der Verzicht
auf Halogene hat zur Folge,
dass im Brandfall keine korrosiven
Gase freigesetzt werden
und Folgenschäden durch Entstehung
der Salzsäuren vermieden
werden. Im Vergleich zu Koaxialkabeln
mit einem PVC-Mantel
sind die Kabel mit einem FRNC-
Mantel raucharm, sie zeigen im
Brandfall nur minimale Rauchentwicklung
und entwickeln
wegen ihrer geringen Brandlast
weniger Verbrennungswärme als
PVC-Kabel, wodurch die Brandfortleitung
kaum möglich ist.
Im Detail erfüllen die Koaxialkabel
der neuen Serie folgende
Normen und Richtlinien:
• Mantelmaterial gemäß DIN
EN 50290-2-27 (HD 624.7)
• flammwidrig nach
IEC 60332-1-2
• Korrosivität der Brandgase
gemäß IEC 60754-2
Wichtige Kenndaten im
Überblick
Die neuen FRNC-Koaxialkabel
ergänzen die bereits unter der
Marke Heatex bekannten Koaxialkabel
sinnvoll, nicht nur
hinsichtlich der verfügbaren
Durchmesser, sondern vor allem
in Bezug auf den unterschiedlichen
Brandschutzbedarf und
geeignete Einsatzgebiete. Mit
der neuen FRNC-Kabelserie
sind nun brandhemmende Koaxialkabel
auch mit kleinerem
Durchmesser verfügbar, da
diese Durchmesser von 5 bis
15 mm abdecken. Die beiden
Heatex-Kabel sind mit 10 bzw.
15 mm Durchmesser erhältlich.
62 hf-praxis 10/2019

K N O W - H O W V E R B I N D E T
Die neue Direct GPS-over-
Fiber-Lösung (GPSoF) von
Huber+Suhner ermöglicht
es erstmals, eine Glasfaserverbindung
direkt zur
Antenne herzustellen, die
gleichzeitig für die notwendige
Betriebsspannung
sorgt. GPSoF bietet
das Potenzial, Funkantennen-Anwendungen
zu revolutionieren, weil
sie Einschränkungen bei
der Stromversorgung am
Remote-Ende beseitigt.
Dies wird Installationen in
Luft- und Raumfahrt sowie
in der Wehrtechnik erhebliche
Vorteile verschaffen.
Power-over-Fiber beseitigt
Einschränkungen bei der
Stromversorgung, indem
es die verfügbaren Glasfaser-Backbones
nutzt, um
die erforderliche Betriebsspannung
an die Antenne
zu liefern. Dadurch entfällt
die Notwendigkeit externer
Stromquellen am Remote-
Ende, während gleichzeitig
alle Vorteile der Glasfaser
in einen herkömmlichen
Hochfrequenz-Link integriert
werden. Die Stromversorgung
von Remote-
Antennenstandorten ist eine
stete Herausforderung in
Unterständen und anderen
Führungs- und Kontrollanwendungen
von Streitkräften.
Robuste
Verbindung
Kabel und Stecker
Weltweit erste faseroptische Stromverbindung zur Antenne
Direct GPSoF besitzt
Sicherheitsmerkmale, die
den IEC-Lasernormen entsprechen.
Der Einsatz des
Q-ODC-Steckers gewährleistet
eine robuste Verbindung
mit Singlemode-
Fasern, die Verbindungsdistanzen
von bis zu 10 km
ermöglicht.
„Die Entwicklung der
Direct GPSoF-Produkte mit
Power-over-Fiber beweist,
dass wir bei Huber+Suhner
in der Lage sind, die
Heraus forderungen in den
Anwendungen unserer
Kunden zu meistern. Wir
freuen uns, dass wir Mehrwert
schaffen können,
indem wir uns auf technologische
Innovationen konzentrieren
und bestehende
Technologien zu neuen
Lösungen kombinieren“,
sagt Chad Trevithick, Head
of RF Solutions Business.
Auf der DSEI 2019 in
London wurde diese bahnbrechende
Technologie
erstmals mit einer Live-
Demonstration vorstellt.
■ Huber+Suhner
www.hubersuhner.com
Weitere Informationen finden Interessenten unter:
www.hubersuhner.com/en/products/radio-frequency/rf-over-fiber-serie
EMV, WÄRME­
ABLEITUNG UND
ABSORPTION
SETZEN SIE AUF
QUALITÄT
Elastomer- und Schaumstoffabsorber
Europäische Produktion
Kurzfristige Verfügbarkeit
Kundenspezifisches Design
oder Plattenware
-EA1 & -EA4
Frequenzbereich ab 1 GHz (EA1)
bzw. 4 GHz (EA4)
Urethan oder Silikon
Temperaturbereich von ­40°C bis 170°C
(Urethanversion bis 120°C)
Standardabmessung 305mm x 305mm
Zudem verfügen die neuen FRNC-Koaxialkabel
über die Zulassung für die minimalste
Brandschutzklasse und ermöglichen die
Erfüllung grundlegender Brandschutzanforderungen
hinsichtlich der Halogenfreiheit
und Flammwidrigkeit. Somit eignen
sie sich für Installationen im industriellen
sowie privaten Bausektor, wenn die Einhaltung
einer höheren Brandschutzklasse nicht
erforderlich ist.
Die Koaxialkabel der Produktreihe Heatex
erfüllen durch ihre Zuordnung zu der Euroklasse
Cca modernste Brandschutzbestimmungen
und haben sich in öffentlichen
Gebäuden mit hohem Sicherheitsbedarf
bereits erfolgreich bewährt. Mit dieser
Brandschutzklasse wird gewährleistet, dass
wichtige Klassifizierungskriterien bzgl.
Flammenausbreitung, Wärme-, Rauch- und
Säureentwicklung sowie brennender Tropfen
erfüllt sind und alle relevanten Normen
eingehalten werden. Die Heatex-Koaxialkabel
unterliegen durch ihre Brandschutzklasse
speziellen Kabelprüfverfahren und
müssen strengen Anforderungen des höchsten
Systems der Konformitätsbewertung
(System 1+) genügen. Aus diesem Grund
eignen sie sich vor allem zur Verlegung in
öffentlichen Gebäuden und öffentlichen
Einrichtungen mit hoher Personenkonzentration,
z.B. in Schulen, Hotels, Kaufhäusern,
Bürogebäuden und Hochhäusern, sowie
in schlecht belüfteten Bereichen wie Tiefgaragen.
Zusätzlich bietet SSB-Electronic
GmbH auch weiterhin die Spezialkoaxialkabel
der SeaTex-Serie für den maritimen
Bereich, die durch ihren speziellen witterungsbeständigen
SHF2-Außenmantel
sowie durch die weltweite Schiffbauzulassung
(DNV GL-Zertifikat) erste Wahl bei
Anwendungen auf hoher See und bei rauen
Umgebungsbedingungen darstellen.
Die neuen Koaxialkabel mit dem FRNC-
Mantel können über die Website des Herstellers,
der SSB-Electronic GmbH oder
über den einschlägigen Kabelfachhandel
bestellt werden. Passende Koaxialverbinder
aller Normen stehen ebenfalls zur Verfügung.
Auf Wunsch können die Koaxialkabel
auch vorkonfektioniert geliefert werden,
inklusive detaillierter und qualitativ
hochwertiger HF-Messprotokollierung.
Der Kunde erhält somit extrem flexible und
dämpfungsarme Koaxialkabel in gewohnt
hoher Qualität, die zudem mehr Sicherheit
im Brandfall bieten. ◄
MLA
Multilayer Breitbandabsorber
Frequenzbereich ab 0,8GHz
Reflectivity­Level ­17db oder besser
Temperaturbereich bis 90°C
Standardabmessung 610mm x 610mm
Hohe Straße 3
61231 Bad Nauheim
T +49 (0)6032 9636­0
F +49 (0)6032 9636­49
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www.electronic­service.de
ELECTRONIC
SERVICE GmbH
hf-praxis 10/2019 63
63

Wireless
Finden Sie das richtige Wireless-Tool!
genug. Reichweite ist einer der
wichtigsten Verbesserungspunkte
für WiFi. Die Technik-
Website Lifewire gibt an, dass
die Reichweite eines typischen
802.11n-2,4-GHz-Netzwerks im
Inneren von Gebäuden ca. 46 m
beträgt. Das ist nicht schlecht,
schaltet man aber auf ein 5-GHz-
Netzwerk um, so verringert sich
die Reichweite auf nur 15 m.
LoRa
Dieser Beitrag ist ein
Wegweiser durch
die vielen Wireless-
Optionen auf dem
Markt und für die Wahl
der besten Lösung für
jede Anwendung.
Wie allgemein, so gilt auch bei
Wireless-Technologien: Jede
Technologie hat bestimmte
Vor- und Nachteile, passt also
nur zu bestimmten Aufgaben.
Wir untersuchen darum hier die
optimalen Einsatzmöglichkeiten
für Bluetooth Low Energy, WiFi,
LoRa und IEEE 802.15.4.
Bluetooth Low
Energy
Durch unsere Smartphones sind
wir mit Bluetooth gut vertraut.
Wir verwenden Apps zur Kommunikation
mit Lautsprechern,
Türschlössern, Trainingsgeräten
und vielen anderen Produkten.
Bluetooth Low Energy (BLE)
bietet Interoperabilität, geringen
Stromverbrauch, eine bedienerfreundliche
Benutzerschnittstelle
und Reichweiten von 30 bis 100
m. BLE ist daher die Technik
der Wahl für viele Produkte, bei
denen es um Menschen und ihre
Telefone geht.
schnell, sicher und bestens geeignet
ist zum Senden und Empfangen
von Daten über Netzwerke.
Der amerikanische Telekom-
Provider Home Telecom gibt
an, dass die 802.11n Bandbreite
für Geräte mit einer einzigen
Antenne in realen Umgebungen
ca. 25 bis 50 Mb/s beträgt – ein
deutlicher Unterschied zu weniger
als 2 Mb/s für Bluetooth Low
Energy 5.
Auch wenn WiFi eine gute
Reichweite bietet, ist dies den
meisten Anwendern nicht gut
Seit seiner Einführung findet
LoRa (Long Range) viel Beachtung.
LoRa-Netze ermöglichen
eine Reichweite von bis zu 10
km und halten damit eine Führungsposition
bei der Datenkommunikation
über große
Entfernungen für das IoT. Ein
weiteres überzeugendes Attribut
ist geringer Stromverbrauch,
wodurch sich diese Technik für
dezentrale, batteriebetriebene
Sensoren eignet.
Im Gegensatz zu BLE und WiFi
erfordert LoRa ähnlich wie
unsere Mobiltelefone eine dedizierte
Netzwerk-Infrastruktur.
Anwender können ihre eigenen
Netzwerk-Gateways einrichten
oder bei einem Netzwerk-Provider
Bandbreite mieten. Ein
weiterer Unterschied ist der
erreichbare Datendurchsatz.
LoRa-Netze erzielen nur einen
Durchsatz im Bereich von kb/s,
doch das ist ausreichend für
Sensoren, einfache Befehle und
Steuerfunktionen.
Jason Tollefson
Sr. Product Marketing
Manager
Microchip
www.microchip.com
WiFi
Die universellste Wireless-Technologie
ist WiFi. Wir finden sie
jetzt sogar in den neusten Fahrzeugen.
WiFi ist beliebt, da es
64 hf-praxis 10/2019

Wireless
IEEE 802.15.4
Dies ist die Basis für Zigbee und
MiWi und unterstützt 2,4 GHz
oder Sub-Gigahertz-Frequenzen.
Diese Technik bildet Mesh-
Netze und löst die wichtigsten
Probleme batteriebetriebener
Netzwerke: Stromverbrauch,
Zuverlässigkeit, Persistenz und
Reichweite.
Eine Reihe von Faktoren können
Funk-Netzwerke stören: Bewegung
der menschlichen Nutzer,
Veränderungen der Umgebung,
leere Batterien und temporäre
Interferenzen. Mesh-Netze auf
der Basis von IEEE 802.15.4
können sich beim Auftreten
solcher Störungen selbst heilen.
Dieses Feature ermöglicht
eine deutliche Verbesserung der
Netzwerkstabilität bzw. Zuverlässigkeit
der Kommunikation.
Knoten in solchen Mesh-Netzen
bieten auch eine bessere Persistenz.
Sie lassen sich in den
Schlafmodus versetzen, wenn
keine Datenkommunikation
erforderlich ist. Im Unterschied
zu Verfahren wie etwa Ethernet
oder WiFi, die nichtkommunizierende
Knoten innerhalb eines
Netzwerks als „veraltet“ ausschließen
können, bieten IEEE-
802.15.4-Netze eine dauerhafte
Netzzugehörigkeit.
Der Durchsatz reicht hier je nach
Konfiguration und gewähltem
Protokoll von 100 kb/s bis zu 1
Mb/s. Diese Netze sind proprietär
und bieten wenig bis gar
keine Interoperabilität zu bestehenden
Infrastrukturen.
Umsetzung in die
Praxis
Tabelle 1 ist eine Zusammenfassung
der Netzwerk-Merkmale.
Wie verknüpft man nun
diese Produkte für einen optimalen
Betrieb? Microchip
Technologies bietet Wireless-
Produktschnittstellen in vier
Varianten: UART, SPI, SDIO
und Standalone. Die ersten drei
Varianten sind für den Betrieb
mit einem Host, zum Beispiel
einer MCU, einem Mikroprozessor
oder einem FPGA, konzipiert.
Der Standalone-Baustein
ist ein Universalbaustein, der in
einem Paket oder Modul eine
MCU mit einer Funkschaltung
kombiniert.
Für seine Interface-Produkte hat
Microchip sogar Treiber und
ASCII-Interpreter entwickelt,
die den Einsatz mit den gehosteten
Bausteinen vereinfachen.
Bei einem Standalone-Baustein
lässt sich das Wireless-Protokoll
mit dem Code des Anwenders zu
einer kompakten und kundenspezifischen
Lösung verschmelzen.
Tabelle 2 zeigt, welche Arten von
Schnittstellen für Wireless-Tools
zur Verfügung stehen.
Zentrales Kriterium:
Wirtschaftlichkeit
Ob es um eine elegante Mobiltelefon-Schnittstelle
mit Bluetooth
Low Energy geht, oder
ob man hohen Datendurchsatz
mit WiFi und einem SDIO/
MPU realisiert – die Auswahl
des optimalen „Werkzeugs“ für
eine gegebene Anwendung ist
entscheidend. Dies hilft, wertvolle
Entwicklungszeit einzusparen,
die Time-to-Market zu
verkürzen und den Umsatz zu
steigern. Weitere Informationen
finden interessierte Leser unter
www.microchip.com. ◄
Technologie
Durchsatz
(Mb/s)
Reichweite
(m)
BLE mittel, 1...2 30...100 mittel allgemein
verfügbar
WiFi hoch, >25 15...50 hoch allgemein
verfügbar
LoRa niedrig, 0,1 10.000 sehr gering proprietär
oder Provider
IEEE
802.15.4
gering bis
mittel 0,1...1
Tabelle 1: Überblick der Wireless-Attribute
Stromverbrauch Infrastruktur Interoperabilität verfügbare
Produkte
sehr hoch
sehr hoch
RN4678 RN4870
ATWINC1500,
ATWILC1000
ATSAM34
hf-praxis 10/2019 65
hoch
40+ sehr gering proprietär gering ATSAMR21
(2,4 GHz),
ATSAMR30
(Sub-GHz)
Technologie Durchsatz (Mb/s) Schnittstelle typischer Host verfügbare Produkte
BLE mittel, 1...2 ASCII (UART) 8/16/32-Bit-MCU RN4678, RN4870
WiFi
hoch, >25
mittel, 5...11
mittel, 8...10
SDIO
SPI
Standalone
Linux
MPU/FPGA
MCU
ATWILC1000
ATWINC1500 ATSAMW25
-
LoRa gering, 0,1 Standalone - ATSAM34
IEEE 802.15.4 gering bis mittel,
0,1...1
Standalone - ATSAMR21 (2,4 GHz), ATSAMR30
(Sub-GHz)
Tabelle 2: Verfügbare Schnittstellen

MILLIMETER WAVE
MMIC
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MULTI-OCTAVE BANDWIDTHS
UP TO 43.5 GHz
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16 GHz Sampler-extended Realtime Scope
Pico Technology has introduced
the PicoScope 9404-16 SXRTO,
a 16 GHz sampler-extended
real-time oscilloscope. The new
model joins the 5 GHz 9404-
05 model launched earlier this
year. Ideally suited to repetitive
or clock-derived signals, both
models feature four high-resolution
12-bit channels, each supported
by real-time sampling to
500 MS/s per channel and up to
5 TS/s (0.2 ps) equivalent-time
sampling. These are voltage and
timing resolutions that match or
more typically exceed the best
available amongst broadband
real-time oscilloscopes today.
The wideband inputs, and fine
timing and voltage resolutions,
display and accurately measure
transitions as fast as 22 ps,
pulses and impulses down to 45
ps wide, and allow clock performance
and eye diagram analysis
of up to 11 Gb/s gigabit signals
(to third harmonic). Less than 2
ps RMS trigger jitter and 5 GHz
trigger support margin analysis
and characterization of today’s
high-speed serial data systems,
whilst integrated clock and data
recovery to 11 Gb/s and an external
prescaled trigger input extend
the SXRTO trigger capability to
the full bandwidth of the 16 GHz
model. In addition the real-time
broadband sampling modes can
support, for example, capture
of carrier envelope, baseband
modulation and other envelope
tracking signals around amplify,
route and transmit paths; including
major wireless communication
frequency bands such as
900 MHz, 2.4 GHz and 5.5 GHz
and upwards.
SXRTO instrument
architecture
Pico’s SXRTO instrument architecture
vastly reduces the cost of
broadband time-domain sampling
for repetitive signal or
clock-related applications. Mark
Ashcroft, RF Business Development
Manager at Pico, observes
that the principal cost drivers
within the traditional real-time
oscilloscope (RTO) are data and
memory bandwidth. High-speed
real-time sampling requires data
bandwidth far in excess of the
analog system bandwidth, which
drives up the cost of those instruments.
Constrained by cost, existing
RTOs use ETS (random
equivalent time sampling) to
extend sampling density when
repetitive signals are available.
Pico’s SXRTO architecture
samples at a more cost-effective
lower rate of 500 MS/s and
instead develops the ETS technique
to achieve market-leading
sample rate multiplication of
x10,000 to 5 TS/s. The vastly
lower-cost SXRTO architecture
recognizes that many high-bandwidth
signals are or can be repetitive;
allowing the expense of
high sampling rate instruments
to be avoided.
In contrast to “sampling oscilloscopes”,
the ETS technique
supports trigger and pre-trigger
capture and the familiarity, convenience
and ease of real-time
oscilloscope operation. Pico’s
SXRTO technology seamlessly
transitions to single-event waveform
capture at sampling rates
at and below 500 MS/s and
both sampling modes capture
to memory of 250,000 samples
(single channel); particularly
valuable for the capture of slower
system signals, modulation
envelopes and repeating pulse or
data patterns, for example.
This USB-controlled instrument
is supplied with PicoSample 4
software. The touch-compatible
GUI controls the instrument and
presents waveforms, measurements
and statistics on your preferred
size and format of display.
There is full support for available
Windows display resolutions,
allowing the inspection of
waveform detail or presentation
of measurements, for example
on 4 k monitors or projection,
or across multiple monitors. A
wide range of automated and
user-configurable signal integrity
measurements, mathematics, statistical
views and limits test facilities
are included for validation
and trending of pulse and timing
performance, jitter, RZ and NRZ
eye diagrams. Industry-standard
communications mask tests such
as PCIe, GB Ethernet and Serial
ATA are included as standard.
Pico Technology
www.picotech.com
Broadband 50 W
Limiter
RFMW announces design and
sales support for Peregrine
Semiconductor’s PE45450,
adjustable power limiter providing
protection for up to 50
W pulsed RF input from 9 kHz
to 6 GHz. This broadband
limiter can handle up to 10 W
of power in CW applications.
The adjustable power limiting
threshold, from 25 to 35 dBm,
enables flexibility across different
platforms and architectures.
Peregrine’s UltraC-
MOS, monolithic solution is
8x smaller than comparable
GaAs PIN diode solutions
and no external components
are required. The PE45450
offers fast response and recovery
time of 1 ns making it
ideal for receiver protection
in military ECM applications,
radar, wireless infrastructure
and test & measurement. The
Peregrine PE45450 has an
ESD HBM of 8000 V to protect
sensitive circuits against
ESD surges.
RFMW
info@rfmw.com
www.rfmw.com
68 hf-praxis 10/2019

Highprecision Positioning Modules
RF & Wireless
u-blox has gained another highprofile
endorsement for ZED-
F9P, its high precision GNSS
(Global Navigation Satellite
System) module that delivers
centimeter-level accuracy within
seconds. Quantum-Systems, a
German company specialized
in the development and production
of electric VTOL (Vertical
Take-off and Landing) aircrafts
for civilian use, has incorporated
the module in its latest electric
Tron F90+ fixed-wing unmanned
aerial vehicles (UAVs). These
state-of-the-art 3.5 m wingspan
drone units, which can travel at
speeds of up to 160 km/hour
and have a 100 km flight range,
are employed in mission-critical
logistical activities – such as the
transporting of emergency blood
reserves to remote locations, as
well as mining and agriculture
related tasks.
The Tron F90+ is the latest addition
to the Quantum-Systems
eVTOL UAV platform designed
for cargo, inspection, survey and
mapping, and reconnaissance in
adverse conditions, and consisting
also of the Trinity F9, Scorpion,
and Vector UAVs. They all
feature u-blox F9 high precision
GNSS technology.
The key challenge that the
engineering team at Quantum-
Systems faced when developing
the Tron F90+ UAV concerned
vertical take-off and landing
(VTOL), and having access to
accurate enough position data
to ensure that these operations
would always go smoothly. The
valuable payloads being carried
could thus be protected from risk
of damage. Through the multiband
real-time kinematic (RTK)
Bluetooth LE Beacons Optimize Asset Tracking
u-blox has announced that its
Bluetooth low energy module
NINA-B1 has been chosen by
AddMobile, Swedish provider
of devices and services for
construction site management,
as the basis of its short range
equipment-tracking beacons,
AddTrackers. This service is
among the latest enhancements
to the company’s AddMobile
Toolbox platform and involves
adding radio beacons to any
tools or equipment that need
tracking.
The AddMobile Toolbox helps
site managers control mobile
work orders, log fleet vehicle
mileages, secure entry to
work sites, register staff as
they come and go, as well as
and raw code and carrier phase
data available to the ZED-F9P,
the necessary positioning correction
is assured and the pilot can
complete even the most difficult
of maneuvers. Each of the Tron
F90+ UAVs features a ZED-F9P
module. Through either RTK or
post-processing positioning correction
absolute position accuracy
can also be brought down to
3-5 cm. This degree of accuracy
means that the u-blox module is
about 100 times more accurate
than standard meter-level GNSS
solutions, but is still able to present
customers with very attractive
pricing.
■ ublox
www.u-blox.com
handling fleet management
and equipment safety. It uses
a variety of hardware to enable
these Connected Construction
Site’s services, including stationary
hubs and entrance control
units with Bluetooth low
energy and cellular connectivity,
as well as an RFID reader,
and mobile hubs with Global
Navigation Satellite Systems
(GNSS), Bluetooth low energy
and cellular connectivity.
In addition to NINA-B1, the
AddMobile Toolbox features
the u-blox GSM/GPRS cellular
module SARA-G3 and
the u-blox MAX-M8 GNSS
module series.
■ ublox
www.ublox.com
hf-praxis 10/2019 69

RF & Wireless
Synthesizing MIMO Antennas for Compact
Devices
Figure 1: AntSyn spec sheet for MIMO
Upcoming IoT devices
will rely heavily on
customized antenna
solutions optimized for
performance, cost, and
size.
NI AWR
www.ni.com
Multiple-in-multiple-out
(MIMO) is a technique that
uses multiple antennas on a single
device, thus providing greater
throughput and performance
reliability for wireless devices,
however, this requires not only
good antennas, but also high isolation
between them.
The wide range of internet of
things (IoT) applications in
development today are made
possible by smart devices operating
across different network
configurations, frequencies,
power requirements, and protocols.
Developing cost-effective
IoT solutions requires a smart,
organized approach to radio and
antenna integration within a
design flow that may have little
to do with traditional RF product
development.
Introduction
Many IoT designers are utilizing
off-the-shelf, pre-certified
modules to circumvent some of
the technical challenges such
as RF integration and emission
compliance, as well as development
costs associated with
such a wide range of devices
and networks.
Even with this modular
approach, integrating a transceiver
modem, RF front-end
components, and antenna(s)
within a size-restricted enclosure
is a sensitive design effort
that is increasingly being tackled
70 hf-praxis 10/2019

RF & Wireless
Figure 2: AntSyn software returns one or more optimized antenna designs
by engineers with little or no RF
design experience.
NI AWR software provides engineers
with the RF simulation,
automation, and access to knowledge
(through online training
videos and tutorials) to tackle
these challenges from a methodical
and low-risk approach. Using
a modular design approach,
engineers can focus on combining
all the relevant components
in the RF signal path, including
the supporting printed-circuit
board (PCB) substrate and/or
Figure 3: Sample mesh antennas
the device enclosure, into a hierarchical
simulation network for
analysis prior to manufacturing
and test.
Integrated simulation technology
and smart design automation
are redefining the possibilities
for companies at the
forefront of IoT technology.
To learn more about IoT trends
and challenges, the companies
developing the next generation
of innovative IoT products, and
the software enabling their success,
visit ni.com/awr.
Overview
Upcoming IoT devices will rely
heavily on customized antenna
solutions optimized for performance,
cost, and size. Multiple-in-multiple-out
(MIMO) is
a technique that uses multiple
antennas on a single device, thus
providing greater throughput
and performance reliability for
wireless devices, however, this
requires not only good antennas,
but also high isolation between
them. This can be achieved
by separating the antennas
but doing so can make the
device quite large and/or require
external antennas. High isolation
can also be achieved between
closely-spaced internal antennas
by using chokes, matching
networks, and other techniques,
each having their own advantages
and drawbacks.
Optimizing antennas by hand
to meet multiple performance
metrics such as impedance matching,
coupling, radiation efficiency,
and operating bandwidth
is a time-consuming process
involving numerous iterative
simulations and a significant
amount of design knowledge.
This application note presents
an alternative method using NI
AWR software’s AntSyn antenna
synthesis tool, which enables
designers to synthesize compact
MIMO antenna arrays automatically
from user requirements,
saving significant design time
and allowing even inexperienced
designers to design antennas that
successfully meet size, cost, and
performance requirements.
Antenna Design by
Requirements
AntSyn software combines
advanced optimization algorithms,
expert systems, and
electromagnetic (EM) simulation
into a user-friendly tool that
operates on a “what you want is
what you get” principle, where
the user inputs the antenna requirements
rather than a (parameterized)
physical design. For this
application, the specifications
are items like frequency band,
target impedance match (return
loss), size/form factor, and coupling.
These requirements are
input into the intuitive “spec
sheet” user interface, which is
automatically organized into a
project file. A partial spec sheet,
showing a sample of the relevant
specifications for MIMO,
is shown in Figure 1.
By running the spec sheet,
AntSyn software returns one or
more optimized antenna designs,
the results of which are viewed
using a customizable dashboard
for rapid evaluation, as shown
in Figure 2.
hf-praxis 10/2019 71

RF & Wireless
Figure 4: Two-port MIMO antenna with VSWR and coupling performance predicted by AntSyn software
The user-specified dashboard can
be set to view the proposed 3D
model, input impedance (match)
versus frequency in several formats,
maximum gain versus frequency,
radiation pattern cuts,
and qualitative star rating, all of
which help identify good performers
quickly. AntSyn software
has been used to develop a wide
range of antenna types such as
single band, dual band, multiband,
broadband/ultra-wideband
(>100:1), high efficiency, loaded,
electrically small, phased array,
wire, patch, conformal, handset,
horn, dual-polarized, and multifunction.
AntSyn software offers over
29 antennas and provides features
that are made specifically
to generate compact MIMO designs,
including new multi-function
computer-generated mesh
antennas with multiple ports,
augmented matching network
optimization that allows each
port to be separately matched
and optimized, and improved
accuracy and features for ground
planes.
The new mesh antennas are
particularly unique and flexible.
They are a set of four new
antenna types, with either two
or three ports (more ports to be
supported in the future). These
ports can be independently assigned
to different bands, which
can have very diverse RF requirements
such as different polarization,
gain patterns, and frequencies.
The antenna mesh is
optimized by AntSyn software
for the specifications given and
it is sufficiently flexible to enable
the software to essentially
invent new antennas.
Images of these antennas are
shown in Figure 3. The two
standard versions of the mesh
antenna can be placed on any
corner or edge on the ground, or
they can be placed in the center
as shown. The ground can be
solid beneath these antennas or
it can be an optimized mesh as
well. The coplanar monopole
version does not have a ground
beneath the mesh but is expected
to project over one edge of the
ground, which can be useful in
many device applications.
The following examples use
the coplanar monopole, which
is known to have excellent
bandwidth and flexibility for
this application. The examples
demonstrate how AntSyn software
is able to use these antennas
to synthesize high-performance
MIMO arrays with good isolation
and impedance matches.
Examples
The AntSyn tool was used to create
both a two-port and a threeport
MIMO antenna on a notional
compact device using the
new features in its latest release.
This notional device had the
following characteristics and
requirements:
• Dual-band WiFi
• 2.4 and 5 GHz bands
• IoT device package
• Compact, planar geometry
• Approximate size of a standard
business card, 90 mm x 50 mm
Figure 5: AXIEM simulation results
72 hf-praxis 10/2019

RF & Wireless
Figure 6: Three-port MIMO antenna performance as predicted by AntSyn software
• Antenna integrated with electronics
• Antennas placed along long
edge
• MIMO
• Two or three ports/antennas
for transmit and receive on
each device
• Maximized isolation between
ports to create de-coupled
channels
First, a two-port MIMO antenna
using the multi-function mesh
coplanar monopole type was
optimized using AntSyn software.
The specifications shown
Figure 7: Bottom view of three-port MIMO antenna
in Figure 1 were used to define
the desired performance of the
MIMO antenna in this example
(note with the exception that a
matching network was not used).
This particular antenna used air
as its dielectric. The resulting
antenna and its predicted performance
is shown in Figure 4.
This antenna has reasonably
good voltage standing wave
ratio (SWR) and isolation performance
for the dual-band WiFi
frequencies for both ports, with
a maximum SWR of about 1.8
and a maximum coupling of
about -16.5 dB. At the lowest
frequency, the antenna edges
are separated by less than 0.093
wavelengths and the ports themselves
are only 0.41 wavelengths
apart. As can be seen, the shapes
of these two elements have some
similarities, but are not identical.
This is expected and helps
improve the isolation.
This antenna was imported into
NI AWR Design Environment,
specifically Microwave Office
circuit design software, and further
simulated using AXIEM
3D planar EM solver across the
full range of frequencies from
2 to 6 GHz. The results, shown
in Figure 5, match well with
the AntSyn predictions, with
worst-case coupling of -16.8
dB. Note that although coupling
and VSWR do rise in between
the Wi-Fi bands, in-band performance
is very good.
AntSyn software was also used
to optimize a three-port antenna
using the specifications and size
limitations shown in Figure 1.
This time, a matching network
was used to help improve performance
with the tighter spacing.
The maximum SWR was about
1.8, while the maximum coupling
was -14.7 dB, which occurs
between the two ports that are
closest together, shown in Figure
6 as the right and center ports.
Note that the spacing is only
0.163 wavelengths (at 2.4 GHz)
between these ports, with a minimum
spacing of 0.048 wavelengths
between the elements.
The distance from the center to
the left port in Figure 7 is also
only 0.31 wavelengths.
The shapes of these antennas are
even more diverse than the twoport
antenna. Essentially, AntSyn
software created a different
antenna for each port and a parasitic
fence was placed between
the center and left ports. All this
complexity was created automatically
by the software, demonstrating
the inherent strength and
robustness of the genetic algorithm
to fully explore more of
the design space and produce
optimal performance MIMO
antennas.
Conclusion
Demand is escalating for highperformance,
low-cost antennas
to provide reliable connectivity
for upcoming 5G and IoT wireless
devices. AntSyn software
automated antenna design, synthesis,
and optimization enables
designers of antennas, including
compact MIMO arrays,
to address the challenges of
next-generation antenna design
and integration within mobile
devices and IoT components. ◄
hf-praxis 10/2019 73

RF & Wireless
New Devices Facilitating CoaXPress Applications
Richardson RFPD, Inc. announced the
availability and full design support capabilities
for a lineup of devices (link to
landing page) that enable CoaXPress
applications from MACOM Technology
Solutions Inc. CoaXPress is an asymmetric,
highspeed point-to-point serial communication
standard for the transmission
of video and still images. It is scalable
over single or multiple coaxial cables and
represents a leading-edge solution for
highspeed imaging and data transmission.
MACOM offers several devices that facilitate
CoaXPress applications, including:
Emerging Bluetooth
Platforms
• M22428G-23: 2.5 V Low-Jitter Cable
Driver for 6G
• M22544G-12: 2.5 V Multi-rate Adaptive
Cable Equalizer for 6G
• M22544-SB2: CXP-6 Evaluation Board
• M23428G-33: 2.5 V Low-Jitter Cable
Driver for 12G
• M23544G-14: 2.5 V Multi-rate Adaptive
Cable Equalizer for 12G
• M23544-SB1: CXP-12 Evaluation
Board
• Richardson RFPD
www.richardsonrfpd.com
battery life. Utilizing a configurable Delta
Sigma architecture, a 10- or 18-bit modulator
enables system designers to tradeoff
step size, phase noise, and reference spurious
performance. The SKY72310-11 simplifies
transmitter design and is ideal for rugged
portable and mobile two-way radios used
in business as well as and mission-critical
applications. The SKY72310-11 comes in
MCM 24-pin, 4 x 4 mm package.
Skyworks Solutions, Inc.
www.skyworksinc.com
50 W GaN E-HEMT Wireless
Power Transfer Evaluation
Board
Skyworks Solutions, Inc. announced that
its advanced connectivity engines are being
leveraged by Nordic Semiconductor for
ultra-low power wireless communications.
Specifically, Nordic is utilizing Skyworks’
family of fully-integrated front-end solutions
in conjunction with their multi-protocol
system-on-chip (SoC) for Bluetooth
Low Energy (LE) and emerging Bluetooth
5 applications. Together, the combined platform
provides superior efficiency – making it
ideal for battery-powered Internet of Things
(IoT) devices – while delivering a 4x range
advantage for connected home and outdoor
usage cases.
• Skyworks Solutions, Inc.
www.skyworksinc.com
2.4 GHz Frontend Modules
for Bluetooth IoT
The new low power solutions from Skyworks
significantly improve range (more than 2x)
when compared to standalone system-onchip
(SoC) implementations, and efficiently
deliver more power to the antenna, thereby
minimizing or potentially eliminating any
required antenna matching network. The
new 2.4 GHz FEMs also integrate power
amplifier output matching, harmonic filtering,
and bypass path switching which
enable flexible and innovative end product
designs for space-constrained IoT applications.
SKY66118-11: 2.6 x 2.4 x 0.75 mm
package, SKY66407-11: 1.2 x 1.2 x 0.35
mm package
Skyworks Solutions, Inc.
www.skyworksinc.com
Fractional-N Frequency
Synthesizer
Skyworks introduced the SKY72310-11,
a 50 MHz to 2.1 GHz fractional-N frequency
synthesizer for high-performance
Land Mobile Radio/Professional Mobile
Radio (LMR/PMR) systems. This synthesizer
is a key building block of a phaselocked
loop (PLL), providing ultra-fine
frequency resolution and low phase-noise
performance. Its low power consumption of
4 mA @ 3 V, 900 MHz provides extended
Richardson RFPD, Inc. announced the availability
and full design support capabilities
for an evaluation board for wireless power
transfer applications from GaN Systems
Inc. The GSWP050W-EVBPA evaluation
board is designed to support and expedite
the innovation of wireless power transfer
systems. The evaluation board uses GaN
Systems’ GS61004B E-HEMTs in a 50 W,
6.78 MHz class EF2 power amplifier. The
GSWP050W-EVBPA is the latest addition to
GaN Systems‘ WPT line-up. It is well-suited
for wireless power and charging applications
in consumer, industrial and automotive
markets, including items like power tools,
toys, professional microphones, handheld
point-of-sale devices and household robots.
Key features of the GSWP050W-EVBPA
include:
• Constant current mode
• Push-pull
• 100 V/45 A, 15 mOhm GaN E-HEMTs
• High speed GaN driver
• Richardson RFPD
www.richardsonrfpd.com
74 hf-praxis 10/2019

RF & Wireless
18...31.5 GHz LNA in Plastic
Package
Richardson RFPD, Inc. announced the
availability and full design support capabilities
for a versatile low noise amplifier
from Macom Technology Solutions Inc.
The MAAL-011129 is an easy-to-use threestage
low noise amplifier with high gain and
broadband 50 ohm match. It is designed for
operation from 18 to 31.5 GHz and housed
in a lead-free 2 mm 8-lead PDFN plastic
package. The MAAL-011129 has an integrated
active bias circuit and bias tee to allow
direct connection to V DD without external
chokes or DC blocks. The bias current is
set by a simple external resistor, RB, so the
user can customize the power consumption.
The MAAL-011129 offers a surface-mount,
easy-to-use, low noise amplifier solution
that is well suited to diverse receiver applications,
including V SAT , point-to-point and
24 GHz ISM.
Additional key features of the MAAL-
011129 include:
• Noise figure: 2.5 dB @ 24 GHz
• High gain: 23 dB @ 24 GHz
• 50 ohm match on input and output
• Single voltage bias: 3 to 5 V range
• Current adjustable from 1 to 80 mA
• Richardson RFPD
www.richardsonrfpd.com
High Gain Driver Offers Low
Power Consumption
RFMW announces design and sales support
for a high gain and high peak-power driver
amplifier. The Qorvo QPA9121 provides 28
dB of gain with up to ½ Watt of RF power
from 2300 to 5000 MHz. Drawing only 95
mA from a single, 5 V supply, the QPA9121’s
low power consumption provides solutions
in wireless infrastructure, repeaters and distributed
antenna systems. OIP3 is 32 dBm
from this 50 ohm, internally matched device
packaged in a 3 x 3 mm QFN.
■ RFMW
info@rfmw.com, www.rfmw.com
GaN PA Supports Ka-Band
Satcom
RFMW announces design and sales support
for a high frequency power amplifier from
Qorvo. The Qorvo QPA2210D offers 2.5 W
of linear power at 25 dBc IMD3 with small
signal gain of 25 dB. This linear power and
high gain are ideal for Ka-Band satellite
communication systems operating within
27 to 31 GHz as well as mmWave 5G infrastructure
radios. The QPA2210D has a saturated
output power of 7 Watts. Drawing 200
mA from a 20 V supply, this PA is offered
in a 2.74 x 1.432 mm Die.
■ RFMW
info@rfmw.com, www.rfmw.com
90 W Transistor Offers High
Efficiency and High Gain
RFMW announced design and sales support
for a high gain, GaN transistor with
excellent efficiency. The Qorvo QPD0060
spans DC to 2.7 GHz with 90 W of P3dB
output power and maximum drain efficiency
of 74.7%. Linear gain is 19.5 dB and
efficiency-tuned P3dB gain is 21.5 dB. Designed
for 48 V operation, the QPD0060 serves
wireless infrastructure, active antenna
systems, military & commercial radar, land
mobile and military radio communications
and test instrumentation. Functional as either
a driver or final stage it’s both CW and
pulse capable. Offered in a plastic overmold,
SMT package.
■ RFMW
info@rfmw.com, www.rfmw.com
GaN X-band Amplifier
offers 35 W
RFMW announced design and sales
support for a high power amplifier with
excellent efficiency and linearity. Offering
industry leading 35 W of X-Band
power for satellite communications,
radar and PtP applications, Qorvo‘s
QPA1006D is a wide band GaN on
SiC power amplifier covering 10.7 to
12.7 GHz. Largesignal gain is >17 dB
while achieving >39% power-added
efficiency. Small signal gain is 22 dB.
The QPA1006D is available as a 6 x
4.2 mm DIE.
• RFMW
info@rfmw.com
www.rfmw.com
6 GHz Low Threshold Limiter
Module
RFMW announced design and sales support
for Skyworks SKY16601-555LF PIN diode
limiter module covering the frequency range
of 0.5 to 6 GHz. The SKY16601-555LF
addresses the need for passive protection
of LNAs in microwave receiver applications.
It is a fully integrated PIN diode, lowthreshold
limiter module in a 2.5 x 2.5 mm
SMT package. Capable of handling 230 W
pulsed power, insertion loss is only 0.1 dB
while return loss is specified at 27.5 dB.
Typical threshold level is 11 dBm with a flat
leakage power of 13 dBm at 20 dBm input.
Low distortion highlights this device making
it applicable for use in military communication
transceivers, VSAT, S-band radar,
jammers, GPS and cellular infrastructure.
■ RFMW
info@rfmw.com, www.rfmw.com
hf-praxis 10/2019 75

RF & Wireless
Complex Microwave Feed
Assembly
Broadband, Multistage
GaN-on-Si Power Amplifier
Module
Link Microtek has designed and fabricated
a complex microwave feed
assembly for use in a customer’s Kuband
mobile satellite-communications
antenna system. Widely used around
the world by news crews, first responders,
government agencies and military
units, such mobile antenna systems provide
a durable and quickly deployable
solution for anyone requiring reliable
satellite communications facilities in
remote locations.
The Link Microtek assembly incorporates
a feed arm, transmit and receive
filters, a rotary joint and an orthomode
transducer (OMT). In addition to satisfying
the tight space constraints imposed
by the compact nature of the antenna
system, the feed assembly had to achieve
strict performance criteria regarding low
transmission losses and cross polarisation,
as well as high isolation between
transmit and receive channels. The feed
arm is formed of WR75 waveguide to
handle the Ku-band frequency ranges
of 13.75 to 14.5 GHz for transmit and
12 to 13 GHz for receive. This is linked
via a length of semi-rigid waveguide to
a transmit filter, which bends round to
interface to the rotary joint – the purpose
of which is to accommodate one of
the degrees of movement as the foldaway
satcom system unfurls once in situ.
The simple external appearance of the
rotary joint masks the complexity of its
internal design, which consists of over
40 separate precision-engineered parts,
including connectors, pins, cages, spring
mounts and bearings. On the other side
of the rotary joint is the OMT. The
function of this device is to separate
the transmit and receive signals, and in
conjunction with the receive filter the
OMT achieves an impressive isolation
figure of over 100 dB.
■ Link Microtek Ltd
www.linkmicrotek.com
Richardson RFPD, Inc. announced the availability
and full design support capabilities
for a new 10 W hybrid GaN module from
Macom Technology Solutions Inc. The
MAMG-100227-010 is a broadband, twostage
GaN-on-Si hybrid power amplifier
module in an air-cavity laminate package.
The 10 W device is fully-matched and covers
wide 225...2600 MHz frequency range. A
gold-plated copper heat sink is attached to
the bottom side of the laminate substrate.
The package can be accessed from the top
or the bottom allowing for “live bug” or
“dead bug” mounting. This mounting flexibility
enables streamlined designs for smaller,
lighter radios. The new module is ideal
for use in tactical military communications,
LMR, and wireless (public safety) markets.
Additional key features of the MAMG-
100227-010 include:
• Fully-matched at input and output
• 28 V operation (typ.); 36 V (max)
• CW output power >10 W
• 40% PAE
• 22 dB power gain
• Compact size: 14 x 18 mm
■ Richardson RFPD
www.richardsonrfpd.com
100 W Power Limiter with
Adjustable Threshold
RFMW announced design and sales support
for a 10 MHz to 6 GHz RF power limiter
capable of handling 100 W of pulsed input
power. The pSemi PE45361 is a monolithic
structure up to 8 times smaller than discrete,
PIN-diode solutions and eliminates thermal
hysteresis.
The adjustable input, 1 dB compression point
(limiting threshold) is set from 7 to 13 dBm
via a low current control voltage, eliminating
the need for external bias components
such as DC blocking capacitors, RF choke
inductors and bias resistors. Fast response
time of

RF & Wireless
Low-Threshold Limiter
Modules
inches and weighs only 0.9 ounces. RFMW
offers a range of DiTom isolators from 26.5
to 43.5 GHz in both narrow and wide-band
frequency ranges.
■ RFMW, www.rfmw.com
Flat-Gain Push-Pull Amplifier
Frequency Dividers with
SMA Connectorized
Packages
RFMW offers design and sales support for a
fully integrated PIN limiter/Schottky diode
module in a surface-mount package. The
Skyworks SKY16602-632LF provides passive
receiver protection in wireless or other
RF systems ranging in frequency from 200
MHz to 4 GHz. Capable of handling 100
W of pulsed power, the SKY16602-632LF
has a very low threshold of approximately
5 dBm, making it useful as a fine clean-up
limiter. Insertion loss is only 0.3 dB while
return loss is specified at 14 dB. Low distortion
highlights this device making it applicable
for use in military communication
transceivers, VSAT, S-band radar, jammers,
GPS and cellular infrastructure.
■ RFMW
www.rfmw.com
Coaxial Isolators for
mmWave 5G Infrastructure
RFMW announced design and sales support
for a series of coaxial, mmWave, 5G isolators
from DiTom Microwave. The D3I2731Q
isolator covers Ka-band frequencies from 27
to 31 GHz with 20 dB of isolation. A singlejunction
design, insertion loss is only 0.6 dB
maximum, preserving precious power in the
mmWave bands. Average power handing is
5 W (2 W reflected power). The D3I2731Q
is offered with 2.4 mm female connectors
having a maximum SWR of 1.25 and are
available with any combination of male or
female connectors on the input/output. 2.92
mm (K) connectors are also an option. With
operating temperatures from -20 to +65
°C, these isolators are suitable for in-box
applications or bench-top testing applications.
The isolator body measures 0.5 x 0.7
RFMW announced design and sales support
for an ultra-linear, CATV, MMIC amplifier.
The Qorvo QPA8801 features a pushpull
cascode design providing flat gain and
ultra-low distortion. Ideal for DOCSIS 3.1
applications from 45 to 1218 MHz using
a single 12 V supply, the QPA8801 offers
excellent composite distortion at high efficiency
consuming only 4.5 W in a 5 x 7
mm QFN package. Providing 11 dB gain
at 1218 MHz with a CTB of -78 dBc and
CSO of -70 dBc, noise figure is 5.5 dB.
Applications include broadband CATV hybrid
modules, DOCSIS 3.1 amplifiers and
head-end CMTS equipment.
■ RFMW
www.rfmw.com
High-Power Switches meet
Increased Network Demands
RFMW announced design and sales support
for a family of high-power switches from
Skyworks Solutions. Designed for TDD
2G/3G/4G micro and macro-cell base stations,
the SKY12241-492LF, SKY12242-
492LF and SKY12245-492LF deliver leading
performance and efficiency. As dataintensive
multimedia and IoT applications
continue to proliferate, cellular infrastructure
solutions must become more robust to meet
increasing network demands. These 50 and
100 W switches enable high data rates with
low power consumption for next generation
wireless devices. The SKY12241-492LF
provides 50 W CW power handling from
Pasternack has launched a new line of
frequency divider modules that cover
broadband frequencies from 0.1 to 20
GHz. A comprehensive selection of 28
different models is offered with a variety
of fixed divide-by-ratios from 2 to
40. These prescalers are ideal for use
in phase locked loop (PLL) and frequency
synthesizer circuit designs, as
well as test instrumentation. Typical
applications include use in aerospace
and defense, satellite communications,
VSAT, test and measurement equipment,
and point-to-point radio networks.
Designs are available in compact and
rugged SMA connectorized packages.
Circuit assemblies feature advanced
GaAs HBT MMIC semiconductor technology
that produces low additive SSB
phase noise performance with typical
levels down to -155 dBc/Hz at 100
kHz offset. Input power ranges from
-20 to +15 dBm, with output power
ranges from -6 to +5 dBm depending
on the model.
All Pasternack frequency divider
modules are designed for high reliability.
Most models are guaranteed to meet
MIL-STD-202 environmental test conditions
for humidity, shock, vibration
and altitude. Some models are hermetically
sealed and guaranteed to meet
MIL-STD-883 environmental test conditions
for temperature cycle and fine
& gross leak.
■ Pasternack
www.pasternack.com
1.8 to 3 GHz. The SKY12242-492LF provides
100 W CW power handling from 1.8
to 3 GHz and the SKY12245-492LF offers
100 W CW power handling from 0.3 to 3.8
GHz. Offered in compact, 5 x 5 mm QFN
packages.
■ RFMW, www.rfmw.com
hf-praxis 10/2019 77

RF & Wireless
Design of a Efficient 24-GHz Radar Antenna Array
Lexiwave Technology Ltd.,
Hong Kong, specializes in RF
system and RF integrated circuit
(IC) design solutions for
communications products, IoT
devices and consumer electronics.
With the extensive experience
and industry relationships
of its management teams, Lexiwave
provides a complete array
of internet of things (IoT) and
wireless solutions, from design
and manufacturing to product
electromagnetic interference
(EMI)/electromagnetic compatibility
(EMC) compliance.
Antenna performance plays a
critical role in determining the
communication range and quality
of service necessary for wireless
and IoT devices.
Challenge
As connected devices simultaneously
shrink in size, cost,
and required power consumption,
electrically-small, efficient
antenna design becomes crucial
to the success of these products.
Lexiwave designers required a
sophisticated electronic design
automation (EDA) platform
with a complete suite of tools
that would enable them to efficiently
design new commercial
sensor products for their clients
such as a 24-GHz short-range,
object-detection, and distancemeasurement
radar antenna
array, shown in the photo.
specifically the AXIEM planar
and Analyst 3D finite-element
method (FEM) EM simulators,
as well as the AntSyn antenna
design and synthesis tool, based
on their knowledge of the design
features, ease of use, and fast and
robust meshing technology, as
well as their confidence in the
software’s ability to efficiently
run simulations and accurately
predict performance. Henry
Lau, CEO, regularly features
the software in various antenna
design webinars and conference
workshops throughout the world.
Figure 1 shows the AXIEM layout
of the antenna array for the
24-GHz radar module design.
Conclusion
The availability of a complete
suite of tools in one easy-touse
environment that includes
circuit, system, and EM simulation
tools was an advantage
for Lexiwave designers. NI
AWR software enabled them to
quickly and accurately predict
the input impedance, radiation
pattern, and efficiency of their
antenna design. In addition, the
company credits their design
success to an RF design suite
that offers design and simulation
in one environment, as well as
the AntSyn antenna design and
synthesis tool, which accelerated
their design start and helped
them to more fully explore their
design options. This enabled the
designers to eliminate two design
cycles, enhancing their productivity
and lowering development
costs. ◄
Solution
The designers chose NI AWR
Design Environment software,
Author:
Henty Lau, CEO
Lexiwave Technology
National Instruments
www.ni.com/awr Figure 1: AXIEM layout of the antenna array for the 24-GHz radar module
78 hf-praxis 10/2019

Anleitung zur Handhabung der Schnellsteckverbindungen (“Push-On”) der Serien N,
TNC und 7/16. Sie koppeln in Sekunden an die Standardbuchse des gleichen Typs.
1. Verwandeln Sie ihr Standard-Kabel mit
N-Stecker in ein “Push-On”-Kabel mit
Hilfe des “Push-On”-Adapters.
2. Fassen Sie den Adapter fest am Rändel
der Schiebemutter an.
3. Setzen Sie den Adapter auf die Buchse
des Gegenstücks auf und bewegen Sie die
Schiebemutter ganz nach vorne. Die Feststellmutter
muss dabei gelöst sein.
4.Lassen Sie die Schiebemutter zurückrutschen,
sie verriegelt dann automatisch. Die Verbindung
ist hergestellt, in Sekunden und sicher, und die
Verbindung ist komplett verriegelt.
5. Zum Lösen der Verbindung bewegen Sie die
Schiebemutter nach vorne. Um zu verhindern,
dass die Mutter wieder zurückrutscht, setzen Sie
Ihre Finger dabei auf der Feststellmutter auf.
6. Sichergestellt durch Ihre Finger auf der
Feststellmutter kann die Schiebemutter nicht
zurückrutschen, und Sie können den Schnellstecker
jetzt wieder abziehen.
Anleitung zur Handhabung der Schnellsteckverbindungen (“Push-On”) SMA male und SMA female.
Diese Schnellsteckverbindungen können mit jedem standardmäßigen SMA verbunden werden.
1. Verwandeln Sie ihr Standard-Kabel mit
SMA Stecker in ein “Push-On”-Stecker-Kabel
durch Aufschrauben des “Push-On-m”-Adapters.
2. Aus Ihrem Standard-Kabel ist jetzt ein
SMA-Stecker-Schnellverbindungs-Kabel
geworden.
3. Stecken Sie den SMA Schnellstecker auf
die standardmäßige SMA Buchse des Gegenstücks
auf. Die Verbindung ist in Sekunden
hergestellt.
4. Um die Verbindung zu lösen, ziehen Sie
den Schnellstecker einfach ab.
Unsere Kontaktdaten:
www.spectrum-et.com
Email: sales@spectrum-et.com
Tel.: +49-89-3548-040
Fax: +49-89-3548-0490
1. Verwandeln Sie ihr Standard-Kabel mit
SMA Stecker in ein “Push-On”-Buchse-
Kabel durch Aufschrauben des “Push-Onf
”-Adapters.
2. Aus Ihrem Standard-Kabel ist jetzt ein
SMA-Buchse-Schnellverbindungs-Kabel
geworden.
3. Stecken Sie die SMA Schnellverbindungs-Buchse
auf den standardmäßigen SMA
Stecker des Gegenstücks auf. Die Verbindung
ist in Sekunden hergestellt.
4. Um die Verbindung zu lösen, ziehen Sie
die Schnellverbindungs-Buchse einfach
ab.

QUARZOSZILLATOREN.
“Quietly the Best”
100 MHz EUROPAC PHASE LOCK OSCILLATOR
• Europac Case: 1.44” (36.576 mm) x 1.13” (28.702 mm) x 0.5” (12.7 mm)
• Ultra Low Noise: -178 dBc/Hz (100 kHz offset)
• Temperature Stability: ±250 ppm, -20 to +70°C
• Low Power Consumption: ≤1.2 Watts, steady state
• Locks to 10 MHz Sine (-5 to +15 dBm) or LVTTL (3.3V); ≤10 Hz LBW
10 MHz QRb Sync – LOW PHASE NOISE RUBIDIUM + OCXO CLOCK
• Case Size: 6” (152.4 mm) x 5.7” (144.78 mm) x 1.1” (27.94 mm)
• Locks to 1 PPS Input; GPS/GNSS Disciplining Technology
• Low Phase Noise: -165 dBc/Hz (10 kHz offset)
• Excellent Stability: ≤5E-11/month; ≤1E-10, 0 to +50°C
• Low G-Sensitivity: to 1E-10/g per axis
• Internal Vibration Isolation Options: for ~5E-12/g @ 2 kHz offset
5, 10 & 100 MHz LOW NOISE FREQUENCY STANDARD – W2U
• Standard 19” (482.6 mm) RETMA Rack Mount, 2U (3.5”, 88.9 mm), 17” (431.8 mm) depth, max
• (3) 5 MHz, -174 dBc/Hz; (3) 10 MHz, -169 dBc/Hz; (3) 100 MHz, -174 dBc/Hz
• Locks to External 5 MHz or 10 MHz Reference
• CE, RCM, RoHS 9/10 Compliant
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HEILBRONN
HAMBURG
MÜNCHEN
Berliner Platz 12 • 74072 Heilbronn
Tel. (07131) 7810-0 • Fax (07131) 7810-20
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