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Großsignalverhalten von 144-MHz-Transceivern

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Präsentation zum Thema: "Großsignalverhalten von 144-MHz-Transceivern"—  Präsentation transkript:

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

2 Wolf-Henning Rech DF9IC
Inhalt Einführung Signaldynamik bei KW und bei 144 MHz Mechanismen der Großsignalstörungen Messungen und Ergebnisse Verbesserungsmöglickeiten Zusammenfassung 51. UKW-Tagung Weinheim Wolf-Henning Rech DF9IC

3 Wolf-Henning Rech DF9IC
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 51. UKW-Tagung Weinheim Wolf-Henning Rech DF9IC

4 Signaldynamik: Rauschen
Rauschen des Empfängers am Dummyload: Rauschflur bei NF=0 dB in B=1 Hz: dBm Rauschflur bei NF=0 dB in B=2,5 kHz: dBm Grundrauschen der Antenne: bei 7 MHz abends: dB bei 1,8 MHz abends: dB bei 144 MHz: dB Angaben relativ zum obengenannten Rauschflur eines idealen Empfängers 51. UKW-Tagung Weinheim Wolf-Henning Rech DF9IC

5 Signaldynamik: Rauschen
Rauschtemperatur der Antenne (290 K = 0 dB) Richtungsabhängigkeit am Contest-QTH von S53WW Frequenzabhängigkeit 51. UKW-Tagung Weinheim Wolf-Henning Rech DF9IC

6 Signalleistung im 160-m-Band
Signalpegel im abendlichen Mittelwellen- und 160-m-Band gemessen bei DL0MB an einer Inverted-V-Antenne = viele sehr starke Signale 51. UKW-Tagung Weinheim Wolf-Henning Rech DF9IC

7 Signalleistung im 40-m-Band
Signalpegel im abendlichen 40-m-Band gemessen bei DL0MB an einem full-size-Dipol = viele starke Signale 51. UKW-Tagung Weinheim Wolf-Henning Rech DF9IC

8 Signalleistung bei 144 MHz
Signalpegel bei DF9IC im Mai-Kontest 2005 gemessen an einer 2 x 11 Ele für verschiedene Antennenrichtungen = wenige sehr starke Signale 51. UKW-Tagung Weinheim Wolf-Henning Rech DF9IC

9 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 51. UKW-Tagung Weinheim Wolf-Henning Rech DF9IC

10 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 dB (auf den unteren Bändern) 144 MHz: störend ist meist nur ein sehr starkes Signal die erforderliche Signaldynamik liegt bei ca dB wegen des niedrigen Antennenrauschens 51. UKW-Tagung Weinheim Wolf-Henning Rech DF9IC

11 Mechanismen der Störung
Unzureichende Selektion Nichtlineare Verzerrungen Additives Rauschen Seitenbandrauschen von Oszillatoren Transiente Effekt durch Modulation und Regelschleifen 51. UKW-Tagung Weinheim Wolf-Henning Rech DF9IC

12 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) 51. UKW-Tagung Weinheim Wolf-Henning Rech DF9IC

13 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 51. UKW-Tagung Weinheim Wolf-Henning Rech DF9IC

14 Wolf-Henning Rech DF9IC
Intermodulation im RX Simulation der IM-Produkte mit der gemessenen Bandbelegung: 4 Frequenzbänder sind betroffen, aber nur, während beide störenden Sender senden; mit IP = +16 dBm intermodulationsfrei -53 dBm Grenze des intermodulations- freien Bereichs 86 dB IM-freie Dynamik -139 dBm Rauschflur Annahme RX: NF = 1 dB IP = -10 dBm 51. UKW-Tagung Weinheim Wolf-Henning Rech DF9IC

15 Wolf-Henning Rech DF9IC
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 51. UKW-Tagung Weinheim Wolf-Henning Rech DF9IC

16 Seitenbandrauschen des LO
Seitenbandrauschen im Sender: Rauschsignale außerhalb des Übertragungskanals, die mit der Hüllkurve des Signals moduliert sind Seitenbandrauschen im Empfänger: das Seitenbandrauschen des Lokaloszillators mischt Störsignale außerhalb des Übertragungskanals in ein Rauschsignal im Übertragungs- kanal (reziprokes Mischen) Wirkung exakt wie im Sender, daher nicht unterscheidbar 51. UKW-Tagung Weinheim Wolf-Henning Rech DF9IC

17 Wolf-Henning Rech DF9IC
Rauschen im RX Simulation einer Störung durch reziprokes Mischen: das gesamte SSB-Band ist je nach TRX durch einen Rauschanstieg um dB gestört, proportional zur Momentanleistung des starken Senders. -139 dBm Rauschflur Annahme RX: LO wie IC910H LO wie IC275E 51. UKW-Tagung Weinheim Wolf-Henning Rech DF9IC

18 Wolf-Henning Rech DF9IC
Rauschen im TX Simulation einer Störung durch Senderrauschen: das gesamte SSB-Band ist je nach TRX durch einen Rauschanstieg um dB gestört, und zwar schon dann, wenn die PTT des starken Senders aktiv ist. -139 dBm Rauschflur Annahme TX: Rauschen wie IC910H Rauschen wie IC275E 51. UKW-Tagung Weinheim Wolf-Henning Rech DF9IC

19 Wolf-Henning Rech DF9IC
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 51. UKW-Tagung Weinheim Wolf-Henning Rech DF9IC

20 Mechanismen der Störung
im Sender: 51. UKW-Tagung Weinheim Wolf-Henning Rech DF9IC

21 Mechanismen der Störung
im Empfänger: 51. UKW-Tagung Weinheim Wolf-Henning Rech DF9IC

22 Messungen und Ergebnisse
51. UKW-Tagung Weinheim Wolf-Henning Rech DF9IC

23 Messungen und Ergebnisse
51. UKW-Tagung Weinheim Wolf-Henning Rech DF9IC

24 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, „Blocking-Dynamikbereich“ (Zweisignaldynamik) Messungen am Sender: Senderrauschen in 20/50/200 kHz Abstand bei CW-Träger Senderspektrum bei CW-Träger und realer SSB-Modulation 51. UKW-Tagung Weinheim Wolf-Henning Rech DF9IC

25 Darstellung Senderspektrum
Messung nach Frequenzumsetzung und Vorfilterung durch Notchfilter Trägerleistung +20 dB -20 dB Messung mit CW- Dauerträger Messung mit SSB- Modulation und MAX HOLD, um Transienten zu erfassen -40 dB durch Notch- filter teil- weise blockiert -60 dB -80 dB -100 dB Grundrauschen Meßplatz -120 dB 200 kHz SPAN 51. UKW-Tagung Weinheim Wolf-Henning Rech DF9IC

26 Wolf-Henning Rech DF9IC
Beispiel: IC910H NF = 3,7 dB IP = -8,5 dBm IM-freier Dynamikbereich 85 dB 51. UKW-Tagung Weinheim Wolf-Henning Rech DF9IC

27 Wolf-Henning Rech DF9IC
Beispiel: FT857D NF = 6,1 dB IP = -2 dBm IM-freier Dynamikbereich 88 dB 51. UKW-Tagung Weinheim Wolf-Henning Rech DF9IC

28 Wolf-Henning Rech DF9IC
Beispiel: IC275E NF = 5,6 dB IP = -7,5 dBm IM-freier Dynamikbereich 85 dB 51. UKW-Tagung Weinheim Wolf-Henning Rech DF9IC

29 Wolf-Henning Rech DF9IC
Beispiel: Hohentwiel NF = 11,4 dB IP = -5,5 dBm IM-freier Dynamikbereich 82 dB 51. UKW-Tagung Weinheim Wolf-Henning Rech DF9IC

30 Beispiel: Eigenbau DK2DB 1977
IP = -5,5 dBm 51. UKW-Tagung Weinheim Wolf-Henning Rech DF9IC

31 Wolf-Henning Rech DF9IC
Beispiel: NF = 1,2 dB IP = -5,5 dBm IM-freier Dynamikbereich 89 dB 51. UKW-Tagung Weinheim Wolf-Henning Rech DF9IC

32 Beispiel: FT1000MP+Javornik
NF = 1,4 dB IP = +1 dBm IM-freier Dynamikbereich 93 dB 51. UKW-Tagung Weinheim Wolf-Henning Rech DF9IC

33 Wolf-Henning Rech DF9IC
Beispiel: TS850+LT2S NF = 3,7 dB IP = -26,5 dBm IM-freier Dynamikbereich 73 dB 51. UKW-Tagung Weinheim Wolf-Henning Rech DF9IC

34 ALC-Einschwingvorgänge
„Aaaaah.....“ „CQ Contest CQ Contest...“ in beiden Fällen FT817 in SSB in MAX-HOLD-Darstellung. 51. UKW-Tagung Weinheim Wolf-Henning Rech DF9IC

35 Intermodulation von PAs
QQE 06/40 Steuersender (DK2DB Eigenbau) 4CX350A 51. UKW-Tagung Weinheim Wolf-Henning Rech DF9IC

36 Intermodulation von PAs
RA60H1317 2 Module parallel oben mit Linear-NT unten mit Schalt-NT EA3022 MRF151G 51. UKW-Tagung Weinheim Wolf-Henning Rech DF9IC

37 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 51. UKW-Tagung Weinheim Wolf-Henning Rech DF9IC

38 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 51. UKW-Tagung Weinheim Wolf-Henning Rech DF9IC

39 Wolf-Henning Rech DF9IC
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 Dämpfungs- ausgleich im Signalpfad ca. 10 kHz Bandbreite um die „Hausfrequenz“ 51. UKW-Tagung Weinheim Wolf-Henning Rech DF9IC

40 Wolf-Henning Rech DF9IC
Quarzfilter Mittenfrequenz 14,393 kHz zweipolig, 1-dB-Bandbreite 11 kHz aber: starke Nebenresonanzen 51. UKW-Tagung Weinheim Wolf-Henning Rech DF9IC

41 Wolf-Henning Rech DF9IC
Quarzfilter Mittenfrequenz 28,225 kHz vierpolig, 1-dB-Bandbreite 10 kHz 51. UKW-Tagung Weinheim Wolf-Henning Rech DF9IC

42 Messtechnik für Sender
Möglichkeit der Vor-Ort-Analyse sinnvoll in Planung: Echtzeit-Schmalband-Spektrum-analysator mit sehr hoher Dynamik (besser als alle Transceiver am Markt) ADC AD7760 USB 2.0 QuickUSB 144 MHz 10,7 MHz BW = 250 kHz kHz XO XO IF-A/D-Converter 133,525 MHz 9,85 MHz RF Downconverter 51. UKW-Tagung Weinheim Wolf-Henning Rech DF9IC

43 Messtechnik für Sender
AD7760: SFDR: dB in Suboktav- Betriebsart SNR: 126 dB bezogen auf 2,5 kHz Bandbreite 51. UKW-Tagung Weinheim Wolf-Henning Rech DF9IC

44 Wolf-Henning Rech DF9IC
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“ 51. UKW-Tagung Weinheim Wolf-Henning Rech DF9IC


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