Der Quarz - das unbekannte Wesen

Kaum ein elektronisches Gerät kommt heutzutage ohne Quarz aus. Auch in unseren Funkgeräten sitzt mindestens einer irgendwo in den Tiefen der Elektronik und gibt den Takt an. Der Quarz ist das Herz eines Transceivers. Er ist ein scheinbar simples elektromechanisches Bauelement aus einem Quarzkristall geschnitten.
Hier einen Vortrag über Quarze zu halten, wäre Wasser ins Meer getragen. Auf Wikipedia gibt es einen ausgezeichneten Beitrag darüber.
Wem das nicht genügt, kann sich kostenfrei das grosse Quarz-Kochbuch herunterladen, das auch die letzte Frage noch beantwortet.

Die Stabilität von Quarzen ist von der Umwelt abhängig, insbesondere von der Temperatur. Darum werden sie oft in einem OCXO (Oven controlled Xtal Oscillator) auf einer konstanten Temperatur gehalten. Xtal ist die amerikanische Abkürzung für Crystal (wie Xmas für Christmas).

Dass Quarze auch von der Erdbeschleunigung, also der Schwerkraft abhängig sind, war mir bisher nicht bekannt. Christoph HB9DTZ ist bei einem Versuch mit seinem OCXO kürzlich darauf gestoßen.
Wird die Lage eines Quarzoszillators im Betrieb verändert - zum Beispiel von stehend auf liegend - verändert sich dessen Frequenz.
Ich habe mit diesem OCXO von Oscilloquartz einen kurzen Test unternommen, nach einer Stunde Aufwärmzeit und einem Abgleich mit einem Rubidium-Normal:

Die Abweichung von der einmal eingestellten Frequenz blieb in meinem Fall jedoch klein: maximal 10mHz bei 10MHz. Das spielt bei den meisten Anwendungen keine Rolle. Auch wenn der OCXO als Referenzoszillator für einen 10 GHz Transverter benutzt wird, muss man mit höchstens 10Hz Abweichung rechnen. Doch wer wirbelt im praktischen Funkbetrieb schon mit seinem OCXO rum?
Diese Eigenart ist daher zwar interessant aber in der Regel irrelevant.

Relevanter ist beim 10 GHz Betrieb da schon die Frequenzstabilität des Steuergeräts - ein 2m oder 70cm Transceiver. Auch der hat in vielen Fällen einen OCXO oder einen TCXO und 144 oder 432 MHz sind ja nichts im Vergleich zu 10368 MHz. Trotzdem sind die Dinger oft nicht sehr stabil.
Ich benutze zurzeit einen IC-475H als Steuergerät, notabene mit eingebautem OCXO.

Doch die ICOM-Ingenieure haben nur einen Pseudo-OCXO als (teures) Zusatzteil gebaut. Ein so genannter No-Brainer. Vielleicht hatten sie schon den gesamten Hirnschmalz bei der Entwicklung des Transceivers verbraten oder den Stift rangelassen.
Denn im Blechgehäuse sitzt nur der Quarz und das Heizelement. Die weiteren frequenzbestimmenden Elemente der Oszillatorschaltung befinden sich außerhalb. Das kritische Element dabei ist die Spule, mit der die Quarzfrequenz gezogen, bzw. genau abgestimmt wird. Um ganz genau zu sein: es ist ihr Ferritkern, der sehr empfindlich auf Temperaturschwankungen reagiert. Das wäre alles nichts so schlimm, wenn man nicht den halben Transceiver auseinandernehmen müsste, um die Frequenz abzugleichen.
Aber das geht wohl unter Jammern auf hohem (frequenz-) Niveau ;-)

Nach meinen Erfahrungen sind Yaesu-Geräte, die alle mit einem TCXO als Option bestückt werden können, stabiler (z.B. FT-817)

Mit dem OCXO im mittleren Bild habe ich übrigens sehr gute Erfahrungen gemacht. Die Frequenz kann mit einer externen Referenzspannung genau abgeglichen werden. Es empfielt sich, dazu nicht nur eine gut stabilisierte Quelle, sondern auch ein Präzisions-Mehrgang-Potmeter zu benutzen (ohne Schlupf, bzw. Hysterese).