Transcript Großsignalverhalten von 144-MHz-Transceivern Wolf-Henning Rech DF9IC

Großsignalverhalten
von 144-MHz-Transceivern
Wolf-Henning Rech DF9IC
http://www.df9ic.de
Inhalt
Einführung
Signaldynamik bei KW und bei 144 MHz
Mechanismen der Großsignalstörungen
Messungen und Ergebnisse
Verbesserungsmöglickeiten
Zusammenfassung
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Einführung
In Situationen hoher Aktivität kommt es zu
gegenseitigen Störungen räumlich benachbarter
Funkstationen
Leider treten solche Störungen besonders dann
auf, wenn es „um die Wurst geht “, z. B.:
Kontestbetrieb mit aufwendigen Stationen an exponierten
Standorten
Besondere Ausbreitungsbedingungen
Im Sinne der EMV liegt ein „Kollisionsfall“ vor,
der kooperativ gelöst werden sollte
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Signaldynamik: Rauschen
Rauschen des Empfängers am Dummyload:
Rauschflur bei NF=0 dB in B=1 Hz:
-174 dBm
Rauschflur bei NF=0 dB in B=2,5 kHz:
-140 dBm
Grundrauschen der Antenne:
bei 7 MHz abends:
30...40 dB
bei 1,8 MHz abends:
50...60 dB
bei 144 MHz:
0...10 dB
Angaben relativ zum obengenannten Rauschflur eines
idealen Empfängers
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Signaldynamik: Rauschen
Rauschtemperatur der Antenne (290 K = 0 dB)
Frequenzabhängigkeit
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Richtungsabhängigkeit
am Contest-QTH von S53WW
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Signalleistung im 160-m-Band
Signalpegel im
abendlichen
Mittelwellen- und
160-m-Band
gemessen bei
DL0MB an einer
Inverted-VAntenne
= viele sehr
starke Signale
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Signalleistung im 40-m-Band
Signalpegel im
abendlichen 40m-Band
gemessen bei
DL0MB an einem
full-size-Dipol
= viele starke
Signale
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Signalleistung bei 144 MHz
Signalpegel bei
DF9IC im MaiKontest 2005
gemessen an
einer 2 x 11 Ele
für verschiedene
Antennenrichtun
gen
= wenige sehr
starke Signale
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Signalleistung bei 144 MHz
Signalpegel bei 144 MHz sind stark
richtungsabhängig wegen der
Verwendung von
Richtantennen
QTF = 200° zu DK0OX
QTF = 260° zu DL0DR
QTF = 350°
zu DL6IAK/p
= meist nur ein einziges sehr
starkes Signal gleichzeitig
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Signaldynamik bei KW+144MHz
Anforderungen an den TRX sind verschieden:
Kurzwelle:
es liegen viele starke mögliche Störsignale vor, deren
Summenspannung verarbeitet werden muß
die erforderliche Signaldynamik liegt bei ca. 90-110 dB
(auf den unteren Bändern)
144 MHz:
störend ist meist nur ein sehr starkes Signal
die erforderliche Signaldynamik liegt bei ca. 110-125 dB
wegen des niedrigen Antennenrauschens
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Mechanismen der Störung
Unzureichende Selektion
Nichtlineare Verzerrungen
Additives Rauschen
Seitenbandrauschen von Oszillatoren
Transiente Effekt durch Modulation und
Regelschleifen
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Unzureichende Selektion
Ein einzelnes Quarzfilter liefert <100 dB
Weitabselektion (ungeschirmter Aufbau)
Abhilfe im Empfänger:
Roofing-Filter in räumlichem Abstand
Zwei SSB-Filter bei unterschiedlichen ZFs (PBT)
ZF-DSP
Im Sender: Modulationsspektrum vorgefiltert
betroffen: alte/einfache Empfänger, z. B. IC202
(nur 1 Quarzfilter), IC271 (nur 1 SSB-Filter)
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Nichtlineare Verzerrungen
Intermodulation im Empfänger:
die Signale zweier verschiedener Sender außerhalb des
Übertragungskanals erzeugen ein Störsignal im
Übertragungskanal
nur IM-Produkte 3. Ordnung sind relevant (IP3)
Intermodulation im Sender:
die Modulation im Übertragungskanal erzeugt Verzerungen
außerhalb
für die Bandbreite bei -120 dB sind Verzerrungen sehr
hoher Ordnung maßgeblich
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Intermodulation im RX
-53 dBm
Grenze des
intermodulationsfreien Bereichs
86 dB
IM-freie
Dynamik
-139 dBm
Rauschflur
Annahme RX: NF = 1 dB IP = -10 dBm
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Simulation der IMProdukte mit der
gemessenen
Bandbelegung:
4 Frequenzbänder
sind betroffen, aber
nur, während beide
störenden Sender
senden;
mit IP = +16 dBm
intermodulationsfrei
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Additives Rauschen
Additives Rauschen im Empfänger:
unvermeidlich, begrenzt Empfindlichkeit, charakterisiert
durch Rauschzahl
Additives Rauschen im Sender:
Rauschen der Verstärker-/Mischer-Kette hinter dem letzten
schmalen Filter (Quarzfilter) ist maßgeblich
es wäre genügend Rauschabstand erreichbar, z. B. bleiben
bei 1 mW Signalleistung und 10 dB Rauschzahl 130 dB
Abstand zum Senderbreitbandrauschen
in der Realität schlecht gewählter Pegelplan und weitere
Verschlechterung durch ALC und Leistungsregelung
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Seitenbandrauschen des LO
Seitenbandrauschen im Sender:
Rauschsignale außerhalb des
Übertragungskanals, die mit der
Hüllkurve des Signals moduliert sind
Seitenbandrauschen
Seitenbandrauschen im Empfänger:
das Seitenbandrauschen
des Lokaloszillators mischt
Störsignale außerhalb des
Übertragungskanals in ein
Rauschsignal im Übertragungskanal (reziprokes Mischen)
Störsignal
Nutzsignal
Seitenbandrauschen
LO
Wirkung exakt wie im Sender, daher nicht unterscheidbar
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Rauschen im RX
Simulation einer
Störung durch
reziprokes Mischen:
-139 dBm
Rauschflur
Annahme RX:
LO wie IC910H
LO wie IC275E
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das gesamte SSBBand ist je nach
TRX durch einen
Rauschanstieg um
5....25 dB gestört,
proportional zur
Momentanleistung
des starken
Senders.
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Rauschen im TX
Simulation einer
Störung durch
Senderrauschen:
-139 dBm
Rauschflur
Annahme TX:
Rauschen wie IC910H
Rauschen wie IC275E
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das gesamte SSBBand ist je nach
TRX durch einen
Rauschanstieg um
10....30 dB gestört,
und zwar schon
dann, wenn die PTT
des starken
Senders aktiv ist.
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Transiente Effekte
Tastclicks:
CW-Sendesignale werden meist nicht durch Quarzfilter
gefiltert, Tastschaltung muß ausreichend tiefpaßfiltern
Störungen durch ALC:
ALC mit relativ kurzer Regelzeit und großem Stellbereich
erhöht Verstärkung in den Sprech-/Tastpausen
danach erhebliche Übersteuerung und/oder schnelle
Verstärkungsänderung mit starker Signalverzerrung
führt zu breitbandigen starken Störungen
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Mechanismen der Störung
im Sender:
IM
additives
Rauschen
Quarzfilter
Phasenrauschen
LO
TX
ALCTransienten
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Mechanismen der Störung
im Empfänger:
IM
Filterübersprechen
Quarzfilter
Phasenrauschen
RX
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LO
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Messungen und Ergebnisse
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Messungen und Ergebnisse
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Messungen und Ergebnisse
Immer auf SSB-Bandbreite (2,5 kHz) bezogen
Messungen am Empfänger:
Rauschzahl, IP3, daraus intermodulationsfreier
Dynamikbereich (Dreisignaldynamik)
reziprokes Mischen in 20/50/200 kHz Abstand, „BlockingDynamikbereich“ (Zweisignaldynamik)
Messungen am Sender:
Senderrauschen in 20/50/200 kHz Abstand bei CW-Träger
Senderspektrum bei CW-Träger und realer SSB-Modulation
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Darstellung Senderspektrum
Messung nach Frequenzumsetzung und
Vorfilterung durch Notchfilter
Trägerleistung +20 dB
-20 dB
-40 dB
durch
Notchfilter
teilweise
blockiert
-60 dB
-80 dB
-100 dB
Grundrauschen Meßplatz
• Messung mit CWDauerträger
• Messung mit SSBModulation und
MAX HOLD, um
Transienten zu
erfassen
-120 dB
200 kHz SPAN
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Beispiel: IC910H
NF = 3,7 dB IP = -8,5 dBm
IM-freier Dynamikbereich 85 dB
Ref
0 dBm
* Att
10 dB
* RBW
3 kHz
* VBW
100 Hz
-70.22 dBm
SWT 1.35 s
Marker 1 [T1 ]
515.000000000 kHz
0
Rauschen in 2,5 kHz Meßbandbreite
VIEW
f =
20 kHz
f =
50 kHz
f =
200 kHz
A
-10
1 PK
-20
2 PK
VIEW
-30
-40
-50
RX
-81 dB
-89 dB
-100 dB
-60
1
-70
-80
TX
-78 dB
-88 dB
-98 dB
-90
-100
Center 415 kHz
Date: 4.FEB.2006
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20 kHz/
Span 200 kHz
17:03:01
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Beispiel: FT857D
NF = 6,1 dB IP = -2 dBm
IM-freier Dynamikbereich 88 dB
Ref
* Att
0 dBm
10 dB
Marker 1 [T1 ]
* RBW
3 kHz
* VBW
100 Hz
-74.31 dBm
SWT 1.35 s
515.000000000 kHz
0
Rauschen in 2,5 kHz Meßbandbreite
VIEW
f =
20 kHz
f =
50 kHz
f =
200 kHz
A
-10
1 PK
-20
2 PK
VIEW
-30
-40
-50
RX
-86 dB
-96 dB
-106 dB
-60
-70
1
-80
TX
-84 dB
-93 dB
-99 dB
-90
-100
Center 415 kHz
Date: 4.FEB.2006
51. UKW-Tagung Weinheim 9.2006
20 kHz/
Span 200 kHz
17:09:15
Wolf-Henning Rech DF9IC
27
Beispiel: IC275E
NF = 5,6 dB IP = -7,5 dBm
IM-freier Dynamikbereich 85 dB
Ref -10 dBm
* Att
0 dB
* RBW
3 kHz
* VBW
100 Hz
SWT 1.35 s
-10
Rauschen in 2,5 kHz Meßbandbreite
A
-20
1 PK
MAXH
f =
20 kHz
f =
50 kHz
f =
200 kHz
-30
-40
-50
-60
RX
-98 dB
-110 dB
-117 dB
-70
-80
-90
TX
-97 dB
-104 dB
-109 dB
-100
-110
Center 445 kHz
Date: 10.JUN.2005
51. UKW-Tagung Weinheim 9.2006
20 kHz/
Span 200 kHz
09:15:55
Wolf-Henning Rech DF9IC
28
Beispiel: Hohentwiel
NF = 11,4 dB IP = -5,5 dBm
IM-freier Dynamikbereich 82 dB
Rauschen in 2,5 kHz Meßbandbreite
f =
20 kHz
f =
50 kHz
f =
200 kHz
RX
-96 dB
-97 dB
-100 dB
TX
-96 dB
-97 dB
-101 dB
51. UKW-Tagung Weinheim 9.2006
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29
Beispiel: Eigenbau DK2DB 1977
IP = -5,5 dBm
Ref -10 dBm
* Att
0 dB
* RBW
3 kHz
* VBW
100 Hz
SWT 1.35 s
-10
Rauschen in 2,5 kHz Meßbandbreite
A
-20
-30
f =
20 kHz
f =
50 kHz
f =
200 kHz
2 PK
VIEW
-40
-50
-60
RX
-109 dB
-110 dB
-112 dB
-70
-80
-90
TX
-103 dB
-107 dB
-110 dB
-100
-110
Center 445 kHz
Date: 9.JUN.2005
51. UKW-Tagung Weinheim 9.2006
20 kHz/
Span 200 kHz
20:44:32
Wolf-Henning Rech DF9IC
30
Beispiel: IC746@4W+TR144H40
NF = 1,2 dB IP = -5,5 dBm
IM-freier Dynamikbereich 89 dB
Rauschen in 2,5 kHz Meßbandbreite
RX
TX
f =
20 kHz
f =
50 kHz
f =
200 kHz
-99dB
-106 dB
-119 dB
Siehe Bild!
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Beispiel: FT1000MP+Javornik
NF = 1,4 dB IP = +1 dBm
IM-freier Dynamikbereich 93 dB
Rauschen in 2,5 kHz Meßbandbreite
f =
20 kHz
f =
50 kHz
f =
200 kHz
RX
-100 dB
-115 dB
-118 dB
TX
-98 dB
-106 dB
-110 dB
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Beispiel: TS850+LT2S
NF = 3,7 dB IP = -26,5 dBm
IM-freier Dynamikbereich 73 dB
Rauschen in 2,5 kHz Meßbandbreite
f =
20 kHz
f =
50 kHz
f =
200 kHz
RX
-100 dB
-102 dB
-104 dB
TX
-93 dB
-100 dB
-103 dB
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ALC-Einschwingvorgänge
* Att
Ref -10 dBm
0 dB
* RBW
3 kHz
* RBW
3 kHz
* VBW
100 Hz
* VBW
100 Hz
SWT 1.35 s
Ref -10 dBm
-10
0 dB
SWT 1.35 s
-10
A
-20
1 PK
MAXH
* Att
A
-20
1 PK
MAXH
-30
-30
-40
-40
-50
-50
-60
-60
-70
-70
-80
-80
-90
-90
-100
-100
-110
-110
20 kHz/
Center 445 kHz
Date: 9.JUN.2005
21:36:20
„Aaaaah.....“
Span 200 kHz
Center 445 kHz
Date: 9.JUN.2005
20 kHz/
Span 200 kHz
21:35:39
„CQ Contest CQ Contest...“
in beiden Fällen FT817 in SSB in MAX-HOLD-Darstellung.
51. UKW-Tagung Weinheim 9.2006
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Intermodulation von PAs
Ref -10 dBm
* Att
0 dB
* RBW
3 kHz
* VBW
100 Hz
SWT 1.35 s
Ref -10 dBm
-10
* Att
0 dB
* RBW
3 kHz
* VBW
100 Hz
SWT 1.35 s
-10
A
-20
A
-20
1 PK
VIEW
-30
-30
2 PK
VIEW
-40
-40
-50
-50
-60
-60
-70
-70
-80
-80
-90
-90
-100
-100
Center 445 kHz
Date: 9.JUN.2005
QQE 06/40
-110
-110
20 kHz/
Center 445 kHz
Span 200 kHz
20:44:32
Steuersender
(DK2DB Eigenbau)
Date: 9.JUN.2005
20 kHz/
Span 200 kHz
21:15:32
Ref -10 dBm
* Att
0 dB
* RBW
3 kHz
* VBW
100 Hz
SWT 1.35 s
-10
A
-20
1 PK
VIEW
-30
-40
-50
-60
-70
-80
-90
-100
-110
Center 445 kHz
Date: 9.JUN.2005
51. UKW-Tagung Weinheim 9.2006
20 kHz/
Span 200 kHz
4CX350A
20:59:46
Wolf-Henning Rech DF9IC
35
Intermodulation von PAs
Ref -10 dBm
* Att
0 dB
* RBW
3 kHz
* VBW
100 Hz
SWT 1.35 s
Ref -10 dBm
-10
0 dB
* RBW
3 kHz
* VBW
100 Hz
SWT 1.35 s
-10
A
-20
A
-20
1 PK
1 PK
MAXH
* Att
VIEW
-30
-30
-40
-40
-50
-50
-60
-60
-70
-70
-80
-80
-90
-90
-110
-110
Center 445 kHz
Date: 9.JUN.2005
oben mit
Linear-NT
-100
-100
20 kHz/
Center 445 kHz
Span 200 kHz
20:53:49
Date: 9.JUN.2005
MRF151G
20 kHz/
Span 200 kHz
21:16:06
Ref -10 dBm
* Att
0 dB
* RBW
3 kHz
* VBW
100 Hz
SWT 1.35 s
-10
A
-20
1 PK
VIEW
-30
-40
-50
-60
RA60H1317
2 Module
parallel
unten mit
Schalt-NT
EA3022
-70
-80
-90
-100
-110
Center 445 kHz
Date: 9.JUN.2005
51. UKW-Tagung Weinheim 9.2006
20 kHz/
Span 200 kHz
21:19:31
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Verbesserungsmöglichkeiten
ALC deaktivieren!
Sendeleistung nicht intern reduzieren!
RX-Pegelplan incl. Mast-VV sinnvoll auslegen!
bei Transverterbetrieb:
besser ZF bei 14 MHz als bei 28 MHz
max. Ausgangspegel am Transverterausgang einstellen
Vorverstärker im KW-TRX nicht verwenden
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Verbesserungsmöglichkeiten
Bei Transverterbetrieb kann der KW-Nachsetzer
durch zwischengeschaltete Filter verbessert
werden
Verbesserungsbedarf besteht vor allem beim
Sender, weniger beim Empfänger!
Messtechnik für den Sender vor Ort sinnvoll zur
Abklärung von Problemen an komplexen Setups
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Quarzfilter
 Realisiert für DK0A und DR9A (August 2006)
 Versionen für 14 MHz und 28 MHz
 Nutzung im IARU-Kontest, Signale bis -14 dBm
incl. RX/TX-Umschaltung
abschaltbar mit Dämpfungsausgleich im Signalpfad
ca. 10 kHz Bandbreite um die
„Hausfrequenz“
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39
Quarzfilter
Mittenfrequenz 14,393 kHz
zweipolig, 1-dB-Bandbreite 11 kHz
aber: starke Nebenresonanzen
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40
Quarzfilter
Mittenfrequenz 28,225 kHz
vierpolig, 1-dB-Bandbreite 10 kHz
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Messtechnik für Sender
Möglichkeit der Vor-Ort-Analyse sinnvoll
in Planung: Echtzeit-Schmalband-Spektrumanalysator mit sehr hoher Dynamik (besser als
alle Transceiver am Markt)
144 MHz
10,7 MHz
BW = 250 kHz
XO
133,525 MHz
725-975 kHz
XO
ADC
AD7760
USB 2.0
QuickUSB
IF-A/D-Converter
9,85 MHz
RF Downconverter
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Messtechnik für Sender
AD7760:
SFDR:
110-120 dB
in SuboktavBetriebsart
SNR:
126 dB bezogen
auf 2,5 kHz
Bandbreite
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Zusammenfassung
Empfänger sind meist besser als Sender, d. h.:
um mein QRM zu reduzieren, muß ich den
Sender meines Nachbarn optimieren!
Zur Senderbeurteilung sind Messungen mit
realer Sprachmodulation erforderlich
Details des Stationsaufbaus spielen oft eine
große Rolle
Fazit: „Alles Murks“
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