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Großsignalverhalten von 144-MHz-Transceivern

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. Einführung.

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Großsignalverhalten von 144-MHz-Transceivern

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  1. Großsignalverhaltenvon 144-MHz-Transceivern Wolf-Henning Rech DF9IC http://www.df9ic.de

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

  3. 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 Wolf-Henning Rech DF9IC

  4. 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 dBAngaben relativ zum obengenannten Rauschflur eines idealen Empfängers Wolf-Henning Rech DF9IC

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

  9. Signalleistung bei 144 MHz Signalpegel bei 144 MHz sind stark richtungsabhängig wegen der Verwendung vonRichtantennen QTF = 200° zu DK0OX QTF = 260° zu DL0DR QTF = 350° zu DL6IAK/p = meist nur ein einziges sehr starkes Signal gleichzeitig 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. 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 Wolf-Henning Rech DF9IC

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

  14. 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 Wolf-Henning Rech DF9IC

  15. 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 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 Seitenbandrauschendes Lokaloszillators mischt Störsignale außerhalb des Übertragungskanals in ein Rauschsignal im Übertragungs-kanal (reziprokes Mischen) • Wirkung exakt wie im Sender, daher nicht unterscheidbar Wolf-Henning Rech DF9IC

  17. Rauschen im RX Simulation einer Störung durch reziprokes Mischen: das gesamte SSB-Band ist je nach TRX durch einen Rauschanstieg um 5....25 dB gestört, proportional zur Momentanleistung des starken Senders. -139 dBm Rauschflur Annahme RX:LO wie IC910H LO wie IC275E Wolf-Henning Rech DF9IC

  18. Rauschen im TX Simulation einer Störung durch Senderrauschen: das gesamte SSB-Band ist je nach TRX durch einen Rauschanstieg um 10....30 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 Wolf-Henning Rech DF9IC

  19. 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 Wolf-Henning Rech DF9IC

  20. Mechanismen der Störung • im Sender: Wolf-Henning Rech DF9IC

  21. Mechanismen der Störung • im Empfänger: Wolf-Henning Rech DF9IC

  22. Messungen und Ergebnisse Wolf-Henning Rech DF9IC

  23. Messungen und Ergebnisse 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 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 Wolf-Henning Rech DF9IC

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

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

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

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

  30. Beispiel: Eigenbau DK2DB 1977 • IP = -5,5 dBm Wolf-Henning Rech DF9IC

  31. Beispiel: IC746@4W+TR144H40 • NF = 1,2 dB IP = -5,5 dBm • IM-freier Dynamikbereich 89 dB Wolf-Henning Rech DF9IC

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

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

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

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

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

  39. 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“ Wolf-Henning Rech DF9IC

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

  41. Quarzfilter Mittenfrequenz 28,225 kHz vierpolig, 1-dB-Bandbreite 10 kHz 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) ADCAD7760 USB 2.0 QuickUSB 144 MHz 10,7 MHz BW = 250 kHz 725-975 kHz XO XO IF-A/D-Converter 133,525 MHz 9,85 MHz RF Downconverter Wolf-Henning Rech DF9IC

  43. Messtechnik für Sender • AD7760: • SFDR:110-120 dBin Suboktav-Betriebsart • SNR:126 dB bezogenauf 2,5 kHz Bandbreite Wolf-Henning Rech DF9IC

  44. 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“ Wolf-Henning Rech DF9IC

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