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Verbesserung der Oberwellenmessungen mit dem HP8555A .

Als ich vor drei Jahren einen HP141T Grundgerät mit dem ZF-Einschub
HP8552B und dem HF Einschub HP8555A erstanden habe, wusste ich noch nicht,
auf  was für ein abenteuerliches Gerät ich mich eingelassen habe.

Vor zwei Jahren hatte ich meinen UKW Tranceiver auf das HF-Spektrum untersuchen wollen,
und hatte darauf hin an meinem Transceiver wochenlang die Ursache einer zu schlechten
Oberwellenunterdrückung gesucht. Die zweite Oberwelle war laut Anzeige des Spektrumanalyzers nur knapp 50dB unterdrückt. Erst nachdem ich am Ausgang des Tranceivers einen Topfkreisfilter mit einer Bandbreite von 500KHz nachgeschaltet habe und die Oberwellenuntrdrückung immer noch nicht besser wurde, begann ich die Ursache im Spektrumanalyzer zu suchen.

Ein Studium des Datenblattes vom HP8555A Einschub ergab, das man den Eingangsmischer nur maximal bis –40dbm aussteuern darf, um intern –65db Oberwellenabstand zu erzielen.
Das Eigenrauschen des HP8555A liegt bei 1 KHz Bandbreite bei –115 dbm. Um aber eine vernünftige Ablaufgeschwindigkeit einstellen zu können, muß man bei 2 GHz Darstellungsbandbreite 300 KHz Bandbreite einstellen, da ansonsten die Anzeige verfälscht wird. Das Eigenrauschen liegt dann bei – 92dbm. Es bleibt also einen nutzbaren Dynamikbereich des HP8555A von –92dbm - -40dbm= 52dbm.Man kann den Dynamikbereich verbessern , in dem man die ZF Bandbreite reduziert. Das erfordert aber dann Ablaufzeiten von 100 Sekunden und mehr. Ein Sinnvolles arbeiten ( z.B. Abgleich eines Tiefpasses ) ist so natürlich nicht mehr möglich.  So gesehen sind die Daten des HP8555A stimmig.  Damit wollte ich mich allerdings nicht zufrieden geben.
Nach Studium des Schaltungskonzeptes, stellte sich heraus, das der HP8555A einen Eintaktmischer verwendet. Weil der erste Mischer des HP8555A bei den höheren Bändern je nach Band selbst die  1-4 Oberwelle aus dem Signal des Localoscillators bildet, und damit auch mischt, kann hier kein Gegentaktmischer eingesetzt werden wie sonst bei Spektrumanalyzer üblich. Zudem koppelt der Mischerbaustein über einen Richtkoppler das Signal des Localoszillator nur mit 10dB Dämpfung aus, so das die eigentliche Mischerdiode nur ca +3dbm Oszillatorpegel zugeführt bekommt. Bei Gegentaktmischer sind es üblicherweise +13dbm. Der Dynamikbereich des HP8555A kann also garnicht nicht besser sein. Das Nachfolgemodell HP8559 und HP8569, sowie der Tektronix 492 sind vom Konzept ähnlich  aufgebaut und dürften demnach auch nicht besser sein. 

Wenn man in den höheren Bändern den optionalen  Mitlauffilter HP8444 verwendet, tritt dieses Problem deswegen nicht auf, weil derMitlauffilter die Grundwelle um mehrere 10dB unterdrückt, wenn im ZF-Filter gerade die Oberwelle erscheint. Das Mitlauffilter sollte man sowieso benutzen, weil nur so zuverlässig Mehrdeutigkeiten der Anzeige vermieden werden.

Abhelfen kann man das Problem nur , in dem man einen anderen Eingangsmischer verwendet.
Davon handelt dieser Artikel.

Es wird für den Grundwellenbereich bis 1,8 GHz einen gesonderten Mischer mit einen nachgeschalteten Verstärker benutzt. Dieser wird dann auch mit den +13dbm Pegel am Localoszillatoreingang betrieben. Der nachfolgende Verstärker verstärkt etwa 13 db und dient
haupsächlich zum breitbandigen Abschluß des Mischers.

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Ohne diesen Verstärker wäre der Mischer durch den nachfolgenden 3 kreisigen Topfkreisfilter nur auf der ZF von 2,050 GHz mit einer Bandbreite von ca 50MHz einigermassen sauber abgeschlossen. Er wäre dann genau so schlecht wie der Original Mischer.
Der Mischer ist ein dreifach balangierter Ringmischer aus dem Hause Municom. Es trägt die Bezeichnung ZX05-42MH und sitzt in einen Gehäuse mit 3 SMA Buchsen.
Der Verstärker ist ein ERA5 welches mit +20 Volt betrieben wird. Es hat einfach einen 
Arbeitswiderstand von 270 Ohm. Man könnte jetzt direkt hinter diesen Verstärker die überflüssige Verstärkung von ca 10db wieder vernichten, damit die Gesamtverstärkung wieder stimmt. Ich habe die 10db aber erst im ZF Verstärker vor den Quarzfilter wieder abgeschwächt. Dadurch habe ich auser der höheren Aussteuerbarkeit auch eine um 10db höhere Empfindlichkeit bekommen.
Erkauft habe ich das mit dem Nachteil von schlechtere Intermodulationen 3ter Ordnung welche sich innerhalb der ZF-Bandbreite des ersten Filters bildet. Deswegen habe ich die beiden Mischerzweige für den Grundwellenbereich umschaltbar gemacht.
Der Umschalter befindet sich an der Stelle an welche sich das Poti für den Bias des externen Mischer befindet. In den höheren Bändern wird immer automatisch auf den Originalmischer umgeschaltet. Der Eingang des externen Mischers steht nach dem Umbau nicht mehr zur Verfügung. An dieser steht jetzt das Local-Oszillator mit jetzt 0dbm zur Verfügung.

Nun zum Umbau.

Benötigt, werden folgende Teile.
1 Eingangsmischer  Municom ZX05-42MH 
1 Koaxrelais flache Ausführung bis 18 GHz 
2 Miniatur Dil-Relais 2*Um 12Volt.
1 Miniaturschalter 1*Um
1 Trimmpoti 1Kohm.
1 Abschlußwiderstand SMA.

Benötigte spezielle Hilfsmittel, die man sowieso besitzen sollte.
Die Original Serviceunterlagen sowohl vom HP8555A als auch vom HP8552
Verlängerungskabel. Für die Einschübe auserhalb des Grundgerätes betreiben zu können.
Verbindungskabel zwischen HF und ZF Einschub.
Spezialschlüssel für die SMA Stecker. Diese müssen sehr schlank und stabil sein.
Die Steckerverbinder für die Einschübe zum Grundgerät gibt es bei RS-Electronik.
Die Steckerverbinder für die Einschübe untereinander gibt es bei der Fa. Conec.

Unter dem Montageblech, welches den Eingangsmischer trägt sitzt der Isolator AT5. Er 
Ist überflüssig und wird entfernt. Statt dessen findet hier das 18 GHz Relais Platz. Es verbindet den Eingangsabschwächer mit den beiden Eingangsmischer.
Das Relais K1 welches den Zwischenfrequenzteil auf den externen Mischereingang umgeschaltet hat, dient jetzt dazu die Ausgänge der beiden Mischer auszuwählen. 

Das zusätzliche Relais K3 liegt mit seiner Wicklung paralell zu dem Relais K1. Der +Pol des Relais K1 liegt nicht mehr an den –12,6V Return sondern über den Schalter an der Frontplatte an Masse.

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Mit dem Wechsler von dem Relais K3 wird das 18 GHz Koaxrelais K2 und das Relais im ZFTeil mit  +20Volt versorgt. Das 18GHz Relais ist nämlich bistabil und hat 2 Wicklungen, die sich selbst über interne Schaltkontakte unterbrechen, nachdem das Relais gekippt ist.
Am besten nimmt man das von mir ergänzte Schaltbild zur Hilfe.

Am ursprünlichen Mischerbaustein wird dort wo der Isolator angeschlossen war ein 50 Ohm Widerstand aufgeschraubt. Der ursprüngliche Eingang für einen externen Mischer dient jetzt als Ausgang für einen Mitlaufgenerator, allerdings mit einen um 13db niederigeren Pegel.
( Jetzt 0dbm ). Der ursprüngliche  Localoszillatorausgang wird jetzt auf der Einschubunterseite von dem Ausgang des Samplers abgeklemmt. Statt dessen wird hier das
Localoszillatorsignal für den zusätzlichen Mischer abgegriffen.

Für die Verbindung der HF Teile habe ich vorhandene Semirigdet Verbindungskabel mit starrer Abschirmung verwendet, die ich noch in der Bastelkiste hatte. Es sieht erstens nicht schön aus , wenn man diese Kabel mehrere male biegt, zweitens neigen diese Kabel beim nochmaligen Biegen zum aufbrechen der Abschirmung, ( was mir mehrmals passiert war und ich sie deswegen zulöten mußte ). Auserdem hat man Mühe die Teile wie Mischer und Verstärker vernünftig zu positionieren. Es gibt mittlerweile halbstarres Kabel was sich wesentlich besser verarbeiten läßt. Dieses sollte man vorzugsweise auch benutzen.

Die Relaissteuerplatine aktiviert das Relais K1 im Originalzustand, wenn man den Spektrumanalyzer auf einen externen Mischerband schaltet. Erforderlich ist aber jetzt, das der Relaistreiber dann eine Spannung abgibt, wenn der Bereich 10MHz-1,8 GHz gewählt wird, und auch nur dann!!.
Dazu muß man auf der Relaistreiberplatinenunterseite an dem IC U7 zwischen Pin2 und Pin 7 eine Leiterbahn auftrennen. Auf der Platinenoberseite ist dann ein Verbindung zwischen Pin2 U7 und Pin 8 U8 herzustellen. Siehe Zeichnung. Im Originalschaltbild sind die Pinbelegung des IC U8 falsch eingezeichnet.

Nach dem Umbau muß lediglich mit dem neu hinzugefügten Einstellregler im ZF-Teil die Verstärkung des neuen Mischerzweiges eingestellt werden. Dazu gibt man ein Signal auf den Eingang des Spektrumanalyzers , schaltet zwischen den beiden Mischern hin und her, und stellt mit dem Einstellregler auf gleichen Pegel.

Literaturverzeichnis.
Servicemanual HP8555A
Servicemanual HP8552B
Datenblatt Municom ZX05 42-MH
Datenblatt ERA5