Wolf-Henning Rech DF9IC http://www.df9ic.de

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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 NF0 dB in B1 Hz -174 dBm
• Rauschflur bei NF0 dB in B2,5 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

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Signaldynamik Rauschen

• Rauschtemperatur der Antenne (290 K 0 dB)

Richtungsabhängigkeit am Contest-QTH von S53WW
Frequenzabhängigkeit
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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 KW144MHz

• 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 lt100 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
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
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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 Senderbreitbandrausc
  hen
• 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 Seitenbandrauschendes Lokaloszillators
  mischt Störsignale außerhalb des
  Übertragungskanals in ein Rauschsignal im
  Übertragungs-kanal (reziprokes Mischen)
• Wirkung exakt wie im Sender, daher nicht
  unterscheidbar

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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
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Rauschen im TX
Simulation einer Störung durch Senderrauschen da
s 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
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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

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Mechanismen der Störung

• im Empfänger

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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

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
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Beispiel IC910H

• NF 3,7 dB IP -8,5 dBm
• IM-freier Dynamikbereich 85 dB

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Beispiel FT857D

• NF 6,1 dB IP -2 dBm
• IM-freier Dynamikbereich 88 dB

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Beispiel IC275E

• NF 5,6 dB IP -7,5 dBm
• IM-freier Dynamikbereich 85 dB

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Beispiel Hohentwiel

• NF 11,4 dB IP -5,5 dBm
• IM-freier Dynamikbereich 82 dB

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Beispiel Eigenbau DK2DB 1977

• IP -5,5 dBm

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Beispiel IC746_at_4WTR144H40

• NF 1,2 dB IP -5,5 dBm
• IM-freier Dynamikbereich 89 dB

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Beispiel FT1000MPJavornik

• NF 1,4 dB IP 1 dBm
• IM-freier Dynamikbereich 93 dB

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Beispiel TS850LT2S

• NF 3,7 dB IP -26,5 dBm
• IM-freier Dynamikbereich 73 dB

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ALC-Einschwingvorgänge
Aaaaah..... CQ Contest CQ
Contest... in beiden Fällen FT817 in SSB in
MAX-HOLD-Darstellung.
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Intermodulation von PAs
QQE 06/40
Steuersender (DK2DB Eigenbau)
4CX350A
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Intermodulation von PAs
RA60H1317 2 Module parallel oben mit
Linear-NT unten mit Schalt-NT EA3022
MRF151G
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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
Dämpfungs- ausgleich im Signalpfad ca. 10 kHz
Bandbreite um die Hausfrequenz
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Quarzfilter
Mittenfrequenz 14,393 kHz zweipolig,
1-dB-Bandbreite 11 kHz aber starke
Nebenresonanzen
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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-Spektrum-analysato
  r 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
9,85 MHz
133,525 MHz
RF Downconverter
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Messtechnik für Sender

• AD7760
• SFDR110-120 dBin Suboktav-Betriebsart
• SNR126 dB bezogenauf 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