Auf der HAM Radio 2026 in Friedrichshafen habe ich einen Rohde $ Schwarz SMG HF Generator erstanden, Baujahr laut Datecodes 1987. Der stand da völlig unbeachtet unter dem Tisch eines Verkäufers herum. Auf Nachfrage beim Verkäufer, warum der nicht auf AUF dem Tisch neben einigen anderen Geräten von Rohde & Schwarz steht, wurde mir geantwortet, dass das Gerät defekt ist. Ein Techniker hatte bereits daran gearbeitet und eine umfangreiche Dokumentation dazu geschrieben. Er hatte auch einige Elkos erneuert auf dem HF-Board, welches laut dem Fehlercode Error 4 für den Ausfall verantwortlich ist. Der Preis war mir dennoch zu hoch, ein wirklich zwingender Bedarf an diesem HF Generator (100 kHz - 1Ghz mit einer Auflösung von 1 Hz) bestand jetzt auch nicht unbedingt, ich besitze schon lange ein Gerät aus dem Hause hp mit sehr ähnlichen Eigenschaften. Aber andererseits: Es ist ein traurig und defekt herumstehender Rohde & Schwarz....irgendwie hat mir das keine Ruhe gelassen. Ich lies den Zufall entscheiden. Am Abend des selben Tages stand der SMG immer noch unter dem Tisch. Der Verkäufer erkannte mich wieder und machte mir nun einen Vorschlag, gerade mal etwas über dreistellig, zu dem ich nicht nein sagen konnte, der nun offiziell als Elektroschrott verkaufte SMG hatte somit ein neues Zuhause bekommen.
Hier ein Bild im derzeitigen Zustand, einige Optionen werde noch nachrüsten, wenn günstig verfügbar, das Gerät kam ohne jede Option.
Es war sehr heiß an diesem Tag in Friedrichshafen, als ich am Abend nach Verlassen der Messehalle in das den ganzen Tag in der Sonne stehende Auto einstieg, hatte sich dort ein penetranter Elko Geruch ausgebreitet. Somit gab es offensichtlich auch ein Elko Problem bei diesem SMG. Das zweite an diesem Tag gekaufte Gerät war daran völlig unschuldig, wie eine olfaktorische Untersuchung zweifelsfrei ergab.
Zwei Tage später konnte ich dann einen ersten Blick in das Gerät werfen.
Man konnte sehen, dass da schon jemand dran war, die Abdeckplatte rechts über der Eichleitung war nur lose festgeschraubt, die Semi-Rigid Leitung zur Eichleitung steckte auch nur lose auf den Schraubverbindern. Das war in diesem Fall gut, denn der Kollege, der vorher dran war, hat die Semirigid-Leitung ausgebaut, bevor er den Block mit den drei Modulen Servicestellung gebracht hat. Sonst wäre diese jetzt Schrott. Nach Öffnen der drei Baugruppen war zu sehen, dass nur in der HF-Baugruppe drei Elkos getauscht wurden. Vom Verkäufer wurde erwähnt, das dies nichts gebracht hat. Alles andere war unangetastet, nirgends wurde gepfuscht. Das war schon mal ein guter Start. Die von dem Techniker erstellte Dokumentation des Reparaturversuches habe ich nicht mitgenommen und somit auch nicht gelesen. Das ist keine Überheblichkeit, sondern ich möchte vollkommen unvoreingenommen an so eine Sache herangehen. Der Kollege hat jedenfalls abgebrochen weil er entweder das Budget nicht bekam um tiefer in die Sache einzusteigen oder es fehlten ihm die tieferen Kenntnisse für die Reparatur. Das ist absolut in Ordnung und immer besser als irgendwas planlos herum zu pfuschen. Alles richtig gemacht!
Der Elko Geruch war sehr penetrant, jede Baugruppe hat danach gestunken. Die Quelle war aber nicht optisch zu erkennen. Keine Spuren von ausgelaufenem Elektrolyt auf den Leiterplatten, es waren auch keine sichtbar verformten oder geplatzte Elkos zu sehen.
Eine erste Inbetriebnahme zeigte eine blinkende Fehler-LED und den Error 4 im Display bei der Fehlerabfrage, wie erwartet.
Zuerst aber das Wichtigste am Anfang jeder Reparatur, die Überprüfung aller Spannungen im Netzteilmodul anhand des Service-Manuals. Hier gab es die erste erhebliche Abweichung von den Vorgaben, die ungeregelten 10V für die beiden 5 V Spannungen zur Versorgung der digitalen Baugruppen war zu niedrig und hatte eine große 100 Hz Überlagerung.
Ursache war dieser 22000µF Elko, er war auch die Quelle des Gestanks, wie sich beim Ausbau zeigte. Kapazität und vor allen ESR sind völlig inakzeptabel, zudem war er undicht geworden, zum Glück aber nicht so, dass sich das Elektrolyt auf der Leiterplatte verteilt hat. Er stinkt einfach nur vor sich hin.
Die Elkos für +24 V und -15 V waren völlig unauffällig und kamen nach intensiver Überprüfung wieder zurück auf das Netzteilmodul.
Unauffällig bedeutet: Kapazität, ESR und Reststrom sind in der vorgegebenen Toleranz mit genug Reserven.
Da diese Bauformen recht teuer und nicht überall zu bekommen sind, tausche ich die nicht automatisch aus, wenn sie noch einwandfrei funktionieren. Die Versionen mit vier Pins bekommt man noch, aber nicht mehr so einfach. Hergestellt werden sie noch von F&T in Deutschland und ITELCOND in Italien. Gibt sicher noch andere, aber diese Hersteller bekommt man über eBay Händler am einfachsten. ITELCOND kannte ich vorher nicht, so einer ist jetzt im SMG verbaut. Das sind wirklich erstklassige Elkos, genauso wie die von F&T.
Der 22000 µF Elko war in dieser Bauform nicht mehr beschaffbar, dieses spezielle 5-Pin Layout wird schon lange nicht mehr hergestellt. Deshalb musste ich eine Adapterplatine machen um eine aktuelle Bauform einzusetzen.
Das Netzteil wurde nach dem Elkotausch wieder eingebaut, dieses Kapitel ist somit beendet.
Ah ne, einen habe ich noch:
Das Netzteil besteht aus vier mit Operationsverstärkern und Transistoren aufgebauten Linearreglern, versorgt von einem großen, vollständig in einem Metallgehäuse vergossenen Ringkerntransformator. R&S schien sehr großes Vertrauen in ihr Netzteildesign zu haben. Es gibt im ganzen Gerät nur eine einzige Sicherung auf der Primärseite des Trafos. Die Spannungen sind nicht einzeln abgesichert. Kann man noch akzeptieren, zumindest bei einem satten Kurzschluss auf der Sekundärseite wird wegen des sehr niedrigen Ri des Ringkerntrafos die Primärsicherung zuverlässig auslösen. Was mich aber wirklich stört ist das Fehlen einer Crowbar-Schaltung, zumindest für die beiden 5V Versorgungen. Bei einem C-E Schluss der Längstransistoren wird die 5 V Schiene mit 10 V versorgt. Das zerstört alle Logic-ICs, alle Gatearrays, alle RAM und ROM Speicher, die LCD Treiber, die CPU und einiges mehr. Das wäre nicht mehr reparabel. Das hat die Konkurrenz oft besser gemacht.
So, jetzt ist aber wirklich Schluss mit Netzteil.
Da innerhalb der geschlossenen Baugruppen recht hohe Temperaturen entstehen, habe ich alle dort verbauten Roederstein Elkos im Kunststoffgehäuse vorbeugend ersetzt. Das waren nicht viele und alle Werte waren vorrätig. Bei den meisten wäre das absolut nicht notwendig gewesen, aber einige wenige hatten doch schon deutlich erhöhte ESR Werte, somit war das zu rechtfertigen. Risse im Kunststoffgehäuse hatte kein einziger dieser Elkos, das scheint nur bei bestimmten Chargen aufzutreten. Die Roederstein auf den anderen Baugruppen habe ich dort belassen, die waren alle ok.
Jetzt zum eigentlichen Problem.
Die Fehler-LED blinkte, eine Abfrage des Fehlercodes zeigt den Error 4. Das bedeutet laut dem Servicemanual eine Fehlfunktion der HF-Baugruppe.
Diese Schaltung befindet sich in dem mittleren der drei Module, welche sich in einem schwenkbaren Baugruppenträge befinden.
Hier ein vereinfachtes Blockschaltbilde der HF-Baugruppe.
Die Referenzfrequenz wird in der Baugruppe FRN-Loop erzeugt.
Hier wird unter anderem eine Referenzfrequenz für die PLL-Schaltungen der HF-Baugruppe im Bereich von 208 MHz bis 219 MHz erzeugt, welche in Schritten von 0,1 Hz variiert werden kann. Diese komplexe Baugruppe funktionierte einwandfrei, ich gehe deshalb nicht weiter darauf ein.
Die HF Baugruppe erzeugt eine Frequenz zwischen 500 MHz und 1 GHz. Alle Frequenzen darunter werden durch Herunterteilen und Heruntermischen im Modul Ausgangsstufe erzeugt. Die Grobeinstellung der Frequenz wird wie üblich bei einer PLL-Schaltung durch Einstellung der Frequenzteiler im PLL Regelkreis realisiert. Die Feineinstellung erfolgt über die von der FRN-Loop kommende variablen Referenzfrequenz.
Die Schaltung besteht aus:
- zwei VCOs, welche zwei Frequenzbereich abdecken, 500 MHz bis 754 MHz und 754 MHz bis 1 GHz
- Eine PLL zum Einrasten auf die korrekte Frequenz.
- Eine weitere PLL, welche für das präzise Einrasten auf die Phase mit geringem Phasenrauschen verantwortlich ist.
- Den Out of Lock Detektor, welcher das Einrasten der Phasenregelung überwacht.
Innerhalb dieser Baugruppen war das Problem zu suchen.
Ich habe die einzelnen Baugruppen nacheinander untersucht, die VCOs habe ich dabei übersprungen, die schienen zu funktionieren. Das Gerät gab am Ausgang Signale über den ganzen Frequenzbereich aus, die Frequenzen stimmten aber nicht und es war ein Phasenrauschen bzw. Jitter zu sehen, ein typisches Fehlerbild für ein PLL Problem.
Schritt 1:
Frequenz-PLL und Out of Lock Detektor:
Das SMG hat eine sehr gute interne Service Funktion. Viele wichtige Spannungen werden über Analogschalter auf einen ADC, der sich auf dem Prozessorboard befindet, geroutet. Damit kann man sich auch die Abstimmspannung an den Varistor-Dioden der beiden VCOs anzeigen lassen. Es war zu sehen, dass die Frequenz-PLL die Abstimmspannung verändert und die VCO Frequenz in die korrekte Größenordnung bringt, es aber nicht schafft, die Frequenz so genau einzustellen, dass die Phasenregelung einrastet.
Das sieht man hier beim Vergleich der heruntergeteilten Referenzfrequenz gegenüber der heruntergeteilten VCO Frequenz.
Ich habe nach längerem erfolglosen Herumsuchen an der Frequenz-PLL dann abgebrochen, das führte mich nicht weiter.
Auf dem Schaltplanausschnitt ist auch der Out of Lock Detektor zu sehen.
Das ist ein selektiver Verstärker, welcher auf typische Frequenzen der Phasenregelschleife reagiert, wenn diese nicht eingerastet ist. Dann wird solange die Frequenz PLL zugeschaltet, bis auch die Phasen-PLL eingerastet ist. Danach verschwinden die AC Signale der Phasen-PLL, die Frequenz-PLL wird nach einer Zeitverzögerung von der Regelschleife weggeschaltet.
Dieser Schaltungsteil funktionierte offensichtlich so, wie er soll. Da nichts eingerastet war, befand sich die Schaltung permanent im out of Lock Modus. Das wird auch dem Prozessor mitgeteilt, der ermittelt daraus den Error 4.
Phasen-Regelschleife und Integrator/Regelverstärker:
Jetzt wird es interessant (falls überhaupt noch jemand mitliest) und es kommt nun auch etwas HF-Magie dazu.
Die positiven und negativen Nadelimpulse, welche die Brücke für kurze Zeit aufsteuern, werden an den Pins 9 und 10 zugeführt. Mit den Spannungen an Pin 2 und Pin 7 werden die Dioden der Brücke so vorgespannt, dass sie gesperrt sind, wenn keine Pulse an Pin 9 und 10 anliegen.
Interessant ist für mich, wie diese Pulse erzeugt werden.
V18 und V20 sind dafür verantwortlich. V18 wird mit der Frequenz aus der FRN-Loop Baugruppe angesteuert, welche durch 8 heruntergeteilt wurde, das liegt dann in der Größenordnung von 27 MHz. Mit dieser Frequenz wird der zuvor über R17, R19, R20, L20 und D20 aufgeladene Kondensator C18 entladen. An der Step Recovery Diode D20 entsteht dadurch ein schmaler, negativer Nadelimpuls. Dieser geht über C15 und die Semirigidleitung T30 auf Pin 10 des Hybrids. Wie die Step recovery Diode funktioniert will ich hier nicht beschreiben, das wird einfach zu lang. Das wisst ihr meistens ohnehin selbst, ansonsten gibt es genug Literatur dazu.
Das Signal sieht ungefähr so aus:
Interessant ist nun: Man benötigt ja auch noch einen positiven Impuls, um die Brücke durchzusteuern. Wo kommt der denn her?
Im Schaltplan ist pin 9 des Hybrids mit dem Metallschirm der Semirigid-Leitung verbunden.
Hier noch mal der Aufbau:
Am Leitungsende zum Hybrid hat man im Innenleiter das schon gezeigt negative Signal, am Außenleiter zum Hybrid hin sieht man das hier:
Ich vermute mal mit meinen nur noch spärlich vorhandenen Restkenntnissen der HF Technik, dass die Leitung bei den schmalen und hochfrequenten Impulsen als Richtkoppler wirkt, wobei eine Phasendrehung von 180° am Außenleiter auftritt. Die Ferritperlen verhindern, dass der positive Impuls am Außenleiter nicht am Eingang der Leitung nach GND abfließen kann. Die beiden Impulse laufen durch die Brückendioden, ob sie auch einen Groundbezug in irgendeiner Weise im Hybrid haben weiß ich nicht, da ich die Innenbeschaltung des Hybrids nicht kenne.
Das ist mein Erklärungsversuch. Korrigiert mich, wenn ich Unsinn erzähle.
Im eingerasteten Zustand soll der Sampling detector immer genau den Abschnitt durch den Nulldurchgang der VCO Spannung treffen. Die Frequenz ist dabei egal, es müssen nur die Nulldurchgänge getroffen werden. Dabei ist es egal ob z.B. der erste und zwanzigste Nulldurchgang oder der erste und fünfundreisigste Nulldurchgang für das Sampling genommen wird. Entscheidend ist nur die Phasenlage, die Frequenz spielt keine Rolle. Kommt es zu Abweichungen, gibt der Detektor positive oder negative Impulse aus, welche im Regelverstärker N60 aufintegriert werden um die Phase über die VCO Abstimmspannung wieder in die richtige Position bringen.
Man sieht jetzt, warum zwei PLLs notwendig sind. Diese Schaltung kann die Phase sehr genau regeln, aber nicht die Frequenz, sie kann auf jeder beliebigen Frequenz einrasten, die in das entsprechende Raster fällt, deswegen die Reihenfolge: Erst Frequenz einstellen, dann Phase halten.
Pin 7 ist der Ausgang des Detektors.
Im nicht gelocktem Zustand entstehen hier positive und negative Signale mit ca. 300mV Vss.
Die Phasen-Regelschleife rastete nie. Aber warum? Es war nicht feststellbar, ob die Frequenz-PLL die Phasenregelung nicht nahe genug an die Ziel Frequenz bringt oder ob die Phasenregelstufe selbst genau das verhindert. In der PLL Regelschleife werden beide Regelkreise zusammengeführt und sind auch beide aktiv, solange der Out of Lock Detektor kein Lock erkennt.
Im Servicemanual ist der Abgleich der Regelschleife beschrieben
Zwischen den Messpunkten P7 A und B sollte die Spannung 0V betragen. Dazu muss der PLL Regelkreis durch Entfernen von zwei Steckbrücken außer Betrieb gesetzt werden. Die Differenzspannung betrug aber mehrere 100 mV (genauen Betrag weiß ich nicht mehr) und lies sich nicht auf 0 V einstellen, der Einstellbereich von R53 reichte nicht aus.
Hier gab es somit die erste Auffälligkeit.
Der Differenzverstärker um V50 war nicht korrekt abgeglichen und lies sich auch nicht abgleichen.
Ich habe nun die DC Spannung an Pin 3 des Detektors gemessen, die Spannung sollte bei etwa 0 V liegen. Dazu steht nichts im Servicemanual, es muss aber so sein. (Nicht unbedingt, siehe später)
Leider waren hier aber ca. -400mV zu messen.
SCH..ade.
Ein Problem mit dem Hybrid. Genau das habe ich gebraucht.
Und jetzt? Versuchen das Beste daraus zu machen. Von dem Offset abgesehen funktioniert der Detektor ja anscheinend. Also habe ich versucht den Offset-Einstellbereich des Differenzverstärkers zu vergrößern, indem ich R52 versuchsweise angepasst habe. 100 Ohm waren genau richtig, R53 stand dann fast in Mittelstellung, die Differenzspannung an P7 betrug stabil 0 V.
Das war nur ein Versuch, aber:
Nachdem die beiden Service-Steckbrücken wieder aufgesteckt waren, habe ich dem SMG eingeschaltet und.... kein Error 4 mehr. Frequenz und Phasen PLL waren eingerastet. Der Generator lieferte ein sauberes Ausgangssignal mit der richtigen Frequenz.
Das Signal am Ausgang des Hybrids sieht nun so aus:
Das Gerät funktionierte nun wie es soll, die PLL rastet bei allen Frequenzen zuverlässig ein.
Das ist für mich aber nicht zufriedenstellend. Die Nulllinie des Detektors sollte bei etwa 0 V DC liegen, nicht bei -400mV.
Warum liefert das Hybrid -400 mV?
ick kann keine Ursache dafür in der Außenbeschaltung finden. Eine mögliche Erklärung wäre, dass die Samplingpulse etwas zu klein sind, z.B. wegen einer Degradation der Step Recovery Diode. (So etwas hatte ich in einem ganz anderen Gerät schon erlebt) Da der Phase-Splitter eine etwas geringere positive Spannung liefert, könnte das dazu führen, dass eine Hälfte der Diodenbrücke nicht vollständig durchgeschalten wird. Leider gibt es im Servicemanual keinerlei Oszillogramme und Spannungsangaben zu diesem Bereich. Es wäre eine Erklärung, da die Pegelunterschiede der Pulse etwa dem negativen Offset entsprechen. Aber das ist alles reine Spekulation und führt nicht weiter.
Es kommt aber noch viel besser, es wird noch rätselhafter, denn das Folgende habe ich bisher noch gar nicht erwähnt:
R52 hat im Schaltplan 47 Ohm, was absolut nachvollziehbar ist. ABER: Hier waren 10 Ohm eingebaut. Das war ganz klar erkennbar serienmäßig so, da hat niemand etwas herumgebastelt vor mir. Das Gerät hat Jahrzehnte genau so funktioniert. Mit dieser Konfiguration wurde eine positive Offsetspannung am Ausgang des Detektors kompensiert, R&S hat im Prinzip dasselbe gemacht wie ich, nur in umgekehrter Richtung.
Ich bin hier am Ende meiner Möglichkeiten. Da es keine Details zur Schaltung des Hybrids gibt weiß ich nicht, was sich möglicherweise verändert und warum der Offset seine Polarität geändert hat.
Ich kann ohnehin nichts dagegen tun, außer einem Austausch des Hybrids. Wo soll ich so ein Ersatzteil herbekommen?
Fazit: Das Gerät funktioniert jetzt und ist uneingeschränkt nutzbar, die Fehlerursache ist das Detektor-Hybrid, die Fehlerbeseitigung erfolgte durch eine kleine Modifikation der Schaltung. Das ist für mich unbefriedigend, ich arbeite nicht nach dem Motto: "Hauptsache es funktioniert". Eine Reparatur durch die Modifikation einer Schaltung, die zuvor fast 40 Jahre funktioniert hat, ist keine saubere Lösung. Da ich aber keine Optionen habe ist es derzeit die einzige Lösung. Vielleicht können die hier mitlesenden R&S Spezialisten unterstützende Hinweise geben, ich weiß nicht mehr weiter und bin für jeden Hinweis dankbar. Ich bin auch dankbar für jeden Hinweis, wo ich so ein Teil bekommen kann. (Teilenummer laut Servicemanual 914.5608) Hat bestimmt noch irgendjemand in einer Schublade herumliegen
Gruß
Karlheinz
- oder der Einstellbereich hat bloß durch Langzeit-Alterung/Drift nicht mehr ausgereicht. 
