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

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Großsignalverhaltenvon 144-MHz-Transceivern

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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)

FrequenzabhängigkeitRichtungsabhängigkeitam 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-V-Antenne

= viele sehr starke Signale

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Signalleistung im 40-m-Band

Signalpegel im abendlichen 40-m-Band

gemessen bei DL0MB an einem full-size-Dipol

= viele starke Signale

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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

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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

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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 dBmGrenze desintermodulations-freien Bereichs

-139 dBmRauschflur

86 dBIM-freieDynamik

Annahme RX: NF = 1 dB IP = -10 dBm

Simulation der IM-Produkte 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 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 unterscheidbarLO

Seitenband-rauschen

NutzsignalStörsignal

Seitenband-rauschen

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Rauschen im RX

-139 dBmRauschflur

Annahme RX: LO wie IC910HLO wie IC275E

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.

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Rauschen im TX

-139 dBmRauschflur

Annahme TX: Rauschen wie IC910HRauschen wie IC275E

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.

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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

LO

Quarz-filter

IM

ALC-Transienten

Phasen-rauschen

additivesRauschen

TX

im Sender:

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Mechanismen der Störung

im Empfänger:

LO

Quarz-filter

IMFilterübersprechen

Phasen-rauschen

RX

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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, „Blocking-Dynamikbereich“ (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

durchNotch-filterteil-

weiseblockiert

Trägerleistung +20 dB

-20 dB

-40 dB

-60 dB

-80 dB

-100 dB

-120 dB

200 kHz SPAN

• Messung mit CW- Dauerträger

• Messung mit SSB- Modulation und MAX HOLD, um Transienten zu erfassen

Grundrauschen Meßplatz

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Beispiel: IC910H

NF = 3,7 dB IP = -8,5 dBm

IM-freier Dynamikbereich 85 dB

Rauschen in 2,5 kHz Meßbandbreite

f =20 kHz

f =50 kHz

f =200 kHz

RX -81 dB -89 dB -100 dB

TX -78 dB -88 dB -98 dB

A

Ref 0 dBm Att 10 dB*

Center 415 kHz Span 200 kHz20 kHz/

*

*

RBW 3 kHzVBW 100 HzSWT 1.35 s

2 PKVIEW

1 PKVIEW

-100

-90

-80

-70

-60

-50

-40

-30

-20

-10

0

1

Marker 1 [T1 ] -70.22 dBm 515.000000000 kHz

Date: 4.FEB.2006 17:03:01

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Beispiel: FT857D

NF = 6,1 dB IP = -2 dBm

IM-freier Dynamikbereich 88 dB

Rauschen in 2,5 kHz Meßbandbreite

f =20 kHz

f =50 kHz

f =200 kHz

RX -86 dB -96 dB -106 dB

TX -84 dB -93 dB -99 dB

A

Ref 0 dBm Att 10 dB*

Center 415 kHz Span 200 kHz20 kHz/

*

*

RBW 3 kHzVBW 100 HzSWT 1.35 s

2 PKVIEW

1 PKVIEW

-100

-90

-80

-70

-60

-50

-40

-30

-20

-10

0

1

Marker 1 [T1 ] -74.31 dBm 515.000000000 kHz

Date: 4.FEB.2006 17:09:15

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Beispiel: IC275E

NF = 5,6 dB IP = -7,5 dBm

IM-freier Dynamikbereich 85 dB

Rauschen in 2,5 kHz Meßbandbreite

f =20 kHz

f =50 kHz

f =200 kHz

RX -98 dB -110 dB -117 dB

TX -97 dB -104 dB -109 dB

RBW 3 kHzVBW 100 HzSWT 1.35 s

*

*

A

Ref -10 dBm

Center 445 kHz Span 200 kHz20 kHz/

Att 0 dB*

1 PKMAXH

-110

-100

-90

-80

-70

-60

-50

-40

-30

-20

-10

Date: 10.JUN.2005 09:15:55

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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

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A

Ref -10 dBm

Center 445 kHz Span 200 kHz20 kHz/

Att 0 dB*

* RBW 3 kHz

SWT 1.35 sVBW 100 Hz*

2 PKVIEW

-110

-100

-90

-80

-70

-60

-50

-40

-30

-20

-10

Date: 9.JUN.2005 20:44:32

Beispiel: Eigenbau DK2DB 1977

IP = -5,5 dBm

Rauschen in 2,5 kHz Meßbandbreite

f =20 kHz

f =50 kHz

f =200 kHz

RX -109 dB -110 dB -112 dB

TX -103 dB -107 dB -110 dB

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Beispiel: IC746@4W+TR144H40

NF = 1,2 dB IP = -5,5 dBm

IM-freier Dynamikbereich 89 dB

Rauschen in 2,5 kHz Meßbandbreite

f =20 kHz

f =50 kHz

f =200 kHz

RX -99dB -106 dB -119 dB

TX Siehe Bild!

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51. UKW-Tagung Weinheim 9.2006 Wolf-Henning Rech DF9IC 32

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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51. UKW-Tagung Weinheim 9.2006 Wolf-Henning Rech DF9IC 33

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

A

* RBW 3 kHz

SWT 1.35 sVBW 100 Hz*

Ref -10 dBm

Center 445 kHz Span 200 kHz20 kHz/

Att 0 dB*

1 PKMAXH

-110

-100

-90

-80

-70

-60

-50

-40

-30

-20

-10

Date: 9.JUN.2005 21:36:20

A

* RBW 3 kHz

SWT 1.35 sVBW 100 Hz*

Ref -10 dBm

Center 445 kHz Span 200 kHz20 kHz/

Att 0 dB*

1 PKMAXH

-110

-100

-90

-80

-70

-60

-50

-40

-30

-20

-10

Date: 9.JUN.2005 21:35:39

„Aaaaah.....“ „CQ Contest CQ Contest...“

in beiden Fällen FT817 in SSB in MAX-HOLD-Darstellung.

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Intermodulation von PAs

Steuersender(DK2DB Eigenbau)

A

Ref -10 dBm

Center 445 kHz Span 200 kHz20 kHz/

Att 0 dB*

* RBW 3 kHz

SWT 1.35 sVBW 100 Hz*

2 PKVIEW

-110

-100

-90

-80

-70

-60

-50

-40

-30

-20

-10

Date: 9.JUN.2005 20:44:32

A

* RBW 3 kHz

SWT 1.35 sVBW 100 Hz*

Ref -10 dBm

Center 445 kHz Span 200 kHz20 kHz/

Att 0 dB*

1 PKVIEW

-110

-100

-90

-80

-70

-60

-50

-40

-30

-20

-10

Date: 9.JUN.2005 21:15:32

A

* RBW 3 kHz

SWT 1.35 sVBW 100 Hz*

Ref -10 dBm

Center 445 kHz Span 200 kHz20 kHz/

Att 0 dB*

1 PKVIEW

-110

-100

-90

-80

-70

-60

-50

-40

-30

-20

-10

Date: 9.JUN.2005 20:59:46

QQE 06/40

4CX350A

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51. UKW-Tagung Weinheim 9.2006 Wolf-Henning Rech DF9IC 36

A

* RBW 3 kHz

SWT 1.35 sVBW 100 Hz*

Ref -10 dBm

Center 445 kHz Span 200 kHz20 kHz/

Att 0 dB*

1 PKVIEW

-110

-100

-90

-80

-70

-60

-50

-40

-30

-20

-10

Date: 9.JUN.2005 21:19:31

A

* RBW 3 kHz

SWT 1.35 sVBW 100 Hz*

Ref -10 dBm

Center 445 kHz Span 200 kHz20 kHz/

Att 0 dB*

1 PKMAXH

-110

-100

-90

-80

-70

-60

-50

-40

-30

-20

-10

Date: 9.JUN.2005 20:53:49

A

* RBW 3 kHz

SWT 1.35 sVBW 100 Hz*

Ref -10 dBm

Center 445 kHz Span 200 kHz20 kHz/

Att 0 dB*

1 PKVIEW

-110

-100

-90

-80

-70

-60

-50

-40

-30

-20

-10

Date: 9.JUN.2005 21:16:06

Intermodulation von PAs

MRF151G

RA60H13172 Module parallel

oben mit Linear-NT

unten mit Schalt-NT EA3022

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51. UKW-Tagung Weinheim 9.2006 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

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51. UKW-Tagung Weinheim 9.2006 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

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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 Dämpfungs- ausgleich im Signalpfad

ca. 10 kHz Bandbreite um die „Hausfrequenz“

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Quarzfilter

Mittenfrequenz 14,393 kHzzweipolig, 1-dB-Bandbreite 11 kHz

aber: starke Nebenresonanzen

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Quarzfilter

Mittenfrequenz 28,225 kHzvierpolig, 1-dB-Bandbreite 10 kHz

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51. UKW-Tagung Weinheim 9.2006 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 2.0QuickUSB

XO XO

144 MHz 10,7 MHzBW = 250 kHz

725-975 kHz

9,85 MHz133,525 MHz

RF Downconverter

IF-A/D-Converter

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Messtechnik für Sender

AD7760: SFDR:

110-120 dBin Suboktav-Betriebsart

SNR:126 dB bezogenauf 2,5 kHz Bandbreite

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51. UKW-Tagung Weinheim 9.2006 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“