SM 5 BSZ - Der Dynamikbereich von 2-m-Geräten. Teil 1: Einführung
Published in UKW berichte 4 1981.
English
Die Freude an Weitverkehrs-Funkverbindungen im 2-m-Band wird einem heutzutage oft durch Störungen getrübt, die andere, nahegelegene Funkamateure hervorrufen - die Ursache: zu geringer Dynamikumfang in Empfängern und Sendern ! Die schlimmsten Probleme mit derzeit angebotenen Geräten haben ihre Ursache in Rauschseitenbändern der Uberlagerungsoszillatoren. Sie vermindern den Dynamikbereich sowohl in Empfängern wie auch von Sendern - oft genug in sehr grossem Ausmass. In einer Veröffentlichung von DJ7VY (1) wurden diese Probleme besprochen und ein guter VFO beschrieben.
Der vorliegende Beitrag ist eine Einführung in eine Artikel-Serie, in welcher einfache Modifikationen an weitverbreiteten kommerziellen 2-m-Transceivern beschrieben werden. Alle Modifikationen werden eine beträchtliche Verbesserung des Dynamikumfangs ergeben.
GRUNDLAGEN - GANZ KURZ
Wie gross der Dynamikbereich und wie gering die Rauschseitenbänder sein müssen, wenn zwei Funkstationen gleichzeitig arbeiten wollen, ist in Tabelle 1 für 3 typische Situationen aufgeführt. Dabei ist der schlimmste Fall zugrunde gelegt, nämlich dass die Antennen zueinander gerichtet sind.Die Werte in Tabelle 1 sollten uns gezeigt haben, dass ein sehr grosser Dynamikumfang tatsächlich nützlich ist, und dass konsequenterweise die diesbezüglichen Geräte-Eigenschaften so weit wie von den Kosten her vertretbar optimiert werden sollten. Ganz im Gegensatz dazu ist die Situation bei den heute angebotenen Geräten so, dass der Dynamikbereich ublicherweise durch fehlende Sorgfalt bei der Schaltungsentwicklung begrenzt ist.
Sendeleistung Antennen Abstand Dynamikumfang Abstand der Rausch- (W) (Elemente/Gewinn) (km) (B = 3 kHz) seitenbänder (dB/Hz) 300 48/17.5 dBd 2 149dB -184 50 10/11 dBd 5 120dB -155 10 Halo/- 1 dBd 5 89dB -124Tabelle 1: Erforderlicher Dynamikbereich und Rauschseitenband-Abstand für drei typische Stations-Parameter
In diesem Artikel, wie auch in den folgenden detaillierten Änderungs-Beschreibungen, beziebt sich der Dynamikumfang stets auf die SSB-Bandbreite, also Ungefähr 3 kHz. Die dB-Skala in den Diagrammen kann somit direkt mit den in Tabelle 1, Spalte 4, angegebenen Werten verglichen werden. Fur Sender ist die Bedeutung der Zahlenwerte Unmitteibar verständlich; bei Empfängern unterscheiden wir zwischen dem 2-Signal-Dynamikbereich und dem 3-Signal-Dynamikbereich.
Der 2-Signal-Dynamikumfang wird als Pegel eines Störsignals gemessen, welches den Signal-Rausch-Abstand eines schwachen Nutzsignals um 3 dB verringert. Dabei wird der Störsignal-Pegel in dB uber dem Grundrauschen gemessen (bei 3 kHz Bandbreite). In heutigen Empfängern ist der 2-Ton-Dynamikbereich im allgemeinen durch die Rauschseitenbänder des Uberlagerungsoszilllators begrenzt; er kann aber auch von der Ubersteuerungsfestigkeit irgendeiner Verstärker- oder Mischstufe bestimmt sein, und liegt in diesem Fall dicht beim 1-dB-Kompressionspunkt (in dB uber dem Grundrauschen).
Der 3-Signal-Dynamikbereich - oder der intermodulationsfreie Dynamikumfang - hängt mit dem Intercept-Punkt (IP) 3. Ordnung zusammen; er wird als Pegel in dB uber dem Grundrauschen von einem von 2 gleich grossen Signalen gemessen, die Intermodulationsprodukte von der gleichen Grösse wie das Grundrauschen erzeUgen.
In der obigen Diskussion ist vorausgesetzt, dass sich alle Signale im 2-m-Band befinden. Spiegelfrequenzdurchschlag, Intermodulation 2. Ordnung (beispielsweise können sich 48-MHz-Fernsehsignale mit 96-MHz-RundfUnksignalen mischen Und 144-MHz-Signale erzeugen) und andere Probleme, die durch Signale ausserhalb des Amateurbandes verursacht werden, sollen hier nicht diskutiert werden, weil sie sich durch entsprechende Filter leicht beseitigen lassen.
Der 2-Signal-Dynamikbereich kann bei bestimmten Frequenzen durch Nebenempfangsstellen sehr klein werden, doch das ist ein zweitrangiges Problem welches in modernen 2-m-Transceivern kaum mehr auftritt, und wird hier auch nicht besprochen.
Schliesslich wird auch der 3-Signal-Dynamik-Umfang hier nicht weiter behandelt, Und zwar aus folgenden Grunden:
In der Praxis sind die durch Intermodulation verursachten Störungen nicht so schwerwiegend, weil mindestens zwei sehr starke Signale gleichzeitig vorhanden sein mussen; die dadurch verursachten Störungen treten nur auf einer begrenzten Zahl von Frequenzen auf, denen ein geubter Operator ausweichen kann.
Ein Empfänger mit einem guten 2-Signal-Verhalten hat automatisch einen guten 3-Signal-Umfang, wogegen das Gegenteil wegen der Rauschseitenbänder nicht Unbedingt zutreffen muss.
Schliesslich wurden die mit dem Intercept-Punkt zusammenhängenden Fragen schon fruher in der Amateur-Literatur ausführlich behandelt.
FRAGEN SIE VOR DEM GERÄTEKAUF NACH DATEN UBER DEN DYNAMIKUMFANG
Das Ziel dieser Artikelserie, die zum Teil bereits in der schwedischen Zeitschrift "Radio och Television" erschien, ist es, die gegenwärtige sehr Unbefriedigende Situation zu verbessern. Ich möchte den Amateuren die Tatsache bewusst machen, dass zwischen den verschiedenen Transceivern sehr grosse Unterschiede im Dynamikumfang bestehen. Wenn die Amateure nach den Dynamikdaten fragen, werden die Hersteller gezwungen, sich etwas mehr Mühe mit den hiermit zusammenhängenden Problemen zu machen, um ihre Geräte weiterhin verkaufen zu können. Derjenige Hersteller, der für sein Sendesignal eine Reinheit von -100 dB in 25 kHz Abstand und von -110 dB in 100 kHz Abstand (Bandbreite 3 kHz), und die gleichen Zahlenwerte für den 2-Signal-Dynamikumiang des Empfängers spezifizieren kann, sollte einen beträchtlichen Vorsprung vor seinen Mitbewerbern haben.
Bild 1: Vertikal = Leistungsabstand zum Nutzträger;
horizontal = Frequenzabstand zum Nutzträger.
Störende Seitenbänder des FT 225 vor (oben) und nach (unten) der Modifikation des Geräts
Bild 2: Wie Bild 1 - hier für den FT221
Bild 3: Wie Bild 1 - hier für die Geräte IC211 /IC245
Bild 4: Wie Bild 1- hier für den TS700 (siehe Teil 2 dieser Reihe)
Bild 5: Wie Bild 1 - hier die Streuungen des Typs IC260E / IC251E im Originalzustand
Bild 6: Wie Bild 1 - hier 2 Exemplare des Typs FT480R im Originalzustand
Bild 7: Wie Bild 1 - hier 2 Exemplare des Typs TR2400 im Originalzustand
Bild 8: Die Störseitenbänder vieler Geräte der Typen 1 und 3 ergeben immer wieder die gleichen Kurven
{At 10kHz the upper curve is IC2E and the lower IC202.}
Bild 9: Die Störseitenbänder von 3 weiteren Gerätetypen
{At 15kHz the upper curve is TS770 and the lower TR9000.}
Bild 10: Die Störseitenbänder von 3 Typen der Fa. Braun
{At 15kHz the upper curve is SE600 and the lower SE300.}
Bild 11: Gerät Nr.1 fällt mit seinen Störseitenbändern negativ auf
Fig. 12: Bild 12: Zum Uberlagern wurde ein IC202 mit nachoeschaltetem 144-MHz-Quarzfilter benutzt
MESSWERTE ZEIGEN DEN GEGENWÄRTIGEN GERÄTE-STANDARD AUF
Die Kosten, um den vorstehend angegebenen Dynamikomfang zu verwirklichen, sind vernachlässigbar gering, wie die kommenden Teile dieser Serie beweisen werden. Um die gegenwärtige Situation zu illustrieren, zeige ich hier die Resultate von Messungen, die hauptsächlich auf dem VHF-Treffen 1981 in Annaboda durchgeführt wurden. Die Bilder zeigen die Signal-Reinheit von Sendern im Telegrafiebetrieb.Die Bilder 1 bis 4 zeigen der Reihe nach für die Typen FT225RD, FT221, IC211/245 und TS700 die typischen Messwerte, jeweils im Originalzustand (obere Kurve) und nach den Modifikationen (untere Kurve), wie sie in den späteren Teilen dieser Serie beschrieben werden.
Beim Gerätetyp IC260E / IC251E streuen die Messwerte von Exemplar zu Exemplar; Bild 5 zeigt 4 davon. Den Grund für diese Streuung haben wir nicht untersucht. Es wurde auch noch kein Versuch unternommen, diesen Typ zu verbessern. Immerhin deutet der Verlauf der beiden obersten Kurven auf eine mangel- hafte Filterung im Phasenregelkreis.
Bild 6 gibt die Messresultate für 2 Exemplare des Typs FT480R wieder. Bei diesen Geräten wird das Rauschen durch einen zu niedrigen Signalpegel am Ausgang des Quarzfilters verursacht. Im Prinzip sollte dies leicht zu ändern sein; doch wegen des gedrängten Aufbaus könnten sich in der Praxis Schwierigkeiten ergeben.
Bild 7 zeigt Messwerte von 2 verschiedenen TR2400. Dieser Gerätetyp ist offensichtlich schlecht konstruiert; ich möchte dem Hersteller raten, diesen Typ schnellstens zu verbessern.
In Bild 8 sind die für die Gerätetypen IC202 und IC2E typischen Messkurven eingetragen. Von diesen beiden Typen wurden viele Geräte gemessen - sie zeipten sämtlich dicht bei diesen Kurven liegende Werte. Zusätzlich ist in Bild 8 die Messwertkurve für den Typ IC22 eingetragen; wie repräsentativ diese ist, kann leider nicht beurteilt werden, well nur ein einziges Gerät zur Verfügung stand.
Auch die Bilder 9, 10 und 11 basieren auf nur einem Gerät pro Typ. In welchem Ausmass Exemplarstreuungen dieser Meßwerte auftreten, ist deshalb unbekannt.
Alle Messungen wurden mit einem selbstge bauten Transceiver mit sehr grossem Dynamikumfang durchgeführt. Bild 12 zeipt die Qualität des Meßsystems; sie wurde mit einem IC202, dem ein 144-MHz-Quarzlilter nachpeschaltet war, gemessen.
Im allgemeinen folgt der 2-Signal-Dynamikumfang der Empfanger den Messwerten für die Reinheit des Sendesignals; Messungen wurden allerdings nur an einigen Typen durchpefühet.
Wenn die Sender moduliert werden, produzieren sie möglicherweise zusätzliche Störsignale. Einige geben schreckliche Tastklicks ab, andere starke Breitband-Splatter bei SSB. Im allgemeinen sind derartige Probleme leicht zu heilen; entsprechende Modifikationen werden für einige Transceiver beschrieben werden.
Abschliessend möchte ich - mit Tabelle 1 im Sinn - noch einmal die Wichtigkeit sauberer Sendesignale und entsprechend guter Empfänger betonen. Die Zahl der Funkamateure wird sicher weiterhin ansteigen - dabei ist die Situation in dicht bewohnten Gebieten heute schon schlimm genug, was man verstehen kann, wenn man die Zahlen in Spalte 4 der Tabelle 1 mit den Meßwerten heutiger Transceiver vergleicht, wie sie in den Diagrammen dieses Artikels gezeipt werden.