Messungen jeweils an OE3HKL-RX, FT-1000-Field, IC-751A, K3 und IC 7300

 

 

+3dB S+N/N  NPR-Messungen mit Q-Notch 40m-SSB. Teilweise auch mit Vorverstärker: ROT eingezeichnet( 2018 01 20)

Da bei den +3dB (S+N)/N Messungen das NPR(Meßgröße) bei analogen Geräten mit und ohne Vorverstärker praktisch gleich ist(auch bei Messungen anderer OM im Internet), kann da noch keine IM-3.Ordnung(IM3) erfaßt sein!!! Deshalb wurde der Rausch-Meßpegel soweit erhöht, bis daß eine Pegelerhöhung am RX-Eingang von +1dB, am RX-Ausgang eine Erhöhung von +3dB ergab. Deshalb Bezeichnung: " Messungen bis zur Dritten-Potenz". Somit können nun die Analogen-RX auch mit Rauschen auf Großsignalfestigkeit, incl. IM3 gemessen und verglichen werden. Vielleicht sollte diese Messung nun nicht mehr "NPR-Messung", sondern "Mit Breitband-Rauschen Messung der Großsignalfestigkeit von RX bis zu Höherer-Ordnung(IM3)" bezeichnet werden???

 

Wie man sieht, hat nun bei der "Dritten-Potenz" mein RX (mit IP3> +50dBm) Ergebnisse, die man erwartet hat. Bei Messungen in Analogen-RX nur bis +3dB (S+N) : N , werden sicher noch keine Intermodulationsprodukte Dritter-Ordnung(IM3) erfaßt. sondern die Summe aus: IM2 sowie Kopplungen über die vielen Filter zur Versorgung von Relais, Verstärker, Vorkreise, Quarz-Filter, etc. direkt auf den sehr empfindlichen und breitbandigen ZF-Verstärker. Weiters direkte Einstrahlungen und Einkopplungen vom Eingang(Vorkreise) auf die vielen Leitungen und dünnen Koaxilkabel im RX. Dies wurde an allen 3 Geräten, soweit als möglich, durch einschleifen von Abschwächern zwischen: Vorkreise - Mixer, Mixer - Roofingfilter, Roofingfilter - ZF-Selektionsfilter, ZF-Selektionsfilter - breitbandiger Eingang des ZF-Verstärkers, experimentel ermittelt!

Um auch Intermodulation 3. Ordnung im Close-IN(nahe Nutzsignal) messen zu können, müssen die Notchfilter entsprechend steile und schmale Filter darstellen. Jedoch gilt: Notchfilter-Bandbreite immer größer als zu testende RX-Bandbreite!!!

Die Rauschbandbreite sollte möglichst groß, unter Berücksichtigung der Notch-Kennwerte, gewählt werden. Auf 20m geht sie bei meinem Meßplatz von 1,9MHz bis 32,1 MHz. Es werden somit nicht nur alle Kurzwellenbänder erfaßt, sondern auch die Spiegelfrequenzfestigkeit von zB OE3HKL-RX und K3.

 

Messungen bei IC 7300 mit +3dB (S+N)/N :  Knapp oberhalb der Pegel zur Messung des NPR, bereits bei +4dB(S+N)/N, kommt es zur Begrenzung des ADC: Sprunghafter Anstieg des Rauschens auf Notchfrequenz - keine höhere Potenz meßbar! !!!!!!!!!!!!!!!!!Bei SDR-RX also grundlegender Unterschied zu Analog-RX!!!!!!!!!!!!!!!!!

 

Fazit zu den Messungen:

Grundsätzlich wird beim NPR der schlechteste RX-Parameter dominant angezeigt. zB. konnte beim FT-1000 durch das Einschleifen eines 8,2MHz-Notch(2.ZF) vor den Antennenanschluß, das NPR um einige dB verbessert werden. Desgleichen auch bei meinem RX auf 7MHz durch ein zusätzliches 9,0MHz-Notch, obwohl der ZF-Durchschlag mit Sinusgenerator(SMDU von R&S) zu-105dB gemessen wurde. Möglicherweise gehen beim hohen und breitbandigen Rauschpegel die Vorkreise und eingebautes 9MHz-Notch ev. schon in die Sättigung(Trotz T50-6 Eisenpulverkerne)?

Weiters brachte das Ablöten der HF-Stabkerndrosseln für die Kontaktfrittung von den Vorkreis-Umschaltrelais, ebenfalls einige dB Verbesserungen. Über diese Drosseln ist die Versorgungsspannung direkt an der Antennenleitung angeschlossen und geht über Vorwiderstand und die Relaiskontakte auf Masse. Diese Drosseln dürften ebenfalls in die Sättigung gekommen sein. Bei den IP3-Messungen (Zweitonsignal) mit bis zu > +50dBm ergab sich durch die Drosseln, trotz der hohen Pegel von bis zu -3dBm, keinerlei Verschlechterung!!!

Es ist beim NPR also nicht ersichtlich, ob die Störung vom ZF-Durchschlag, Drossel für Kontaktfrittung, Oszillatorrauschen, Spiegelfrequenz, IM2 od. IM3, Blocking etc......hervorgerufen wird.

Wie aus den Messungen ersichtlich, steigen mit kleinerer Vorkreis-Bandbreite(Preselektor: B = 120kHz oder 550kHz, siehe[3]) die NPR-Werte stark an. Ein Preselektor macht also auch bei sehr guten Geräten Sinn!!!

Obwohl mein RX einen IP3 von ca. 50dBm besitzt, habe ich bei 7MHz mit einer Vorkreisbandbreite von 1800kHz doch einen kleinen Schwachpunkt entdeckt, der auf 14MHz, trotz größerer Bandbreite des Vorkreise von 3000kHz, so nicht auftrat. Dies bei 7 MHz auf Grund des kleineren Frequenzabstandes zur 9 MHz ZF!

Wenn man jedoch den Rauschpegel soweit erhöht, sodaß sich am Ausgang eine 3. Potenz ergibt(+1dB am Eingang, ergeben +3dB am Ausgang), ist der OE3HKL-RX dann wie zu erwarten, auch auf 7 MHz doch wesentlich besser , als die anderen Geräte.

Da ich zu Beginn der NPR-Messungen von den Meßwerten bei meinem RX auf 7 MHz/1800kHz Bandbreite doch etwas enttäuscht war, habe ich mit vielen Experimenten am Mixer(IC-Tausch, verschiedene Übertrager ausprobiert,etc....) versucht, das Ergebnis bei 1800 kHz Vorkreis-Bandbreite zu verbessern. Dies jedoch ohne Erfolg. So war es für mich dann doch sehr beruhigend, als OE3GSA – OM Gerd dankenswerter Weise mit seinem K3 zu mir auf Besuch kam und wir gemeinsam NPR-Messungen durchführten: Bei einer gleichen Vorkreisbandbreite von 450kHz ergaben sich bei 7 MHz praktisch die gleichen Meßwerte(NPR=78dB). (Habe zwecks Vergleich den 40m-Vorkreis vom K3 exakt mit 2x T50-2 Kernen nachgebaut).Der K3 besitzt einen ähnlichen Schaltmixer, wie mein RX.

Die schlechteren NPR-Meßwerte des K3 bei 14 MHz sind durch die niedrige Spiegelfrequenzunterdrückung (fs= fe + 2xfz = 14,2 + 2x8,215 = 30,63 MHz) des Vorkreises(2-Kreis Bandfilter) begründet. Dies hat in der Praxis beim Empfang jedoch kaum einen Einfluß, da ja um die 30,63 MHz keine stärkeren Stationen zu erwarten sind!

Da auf 7MHz der Tiefpaß des SSB-Notchfilters das Rauschsignal(1,3 - 13,3MHz) auf der Spiegelfrequenz des K3(23,5MHz) bereits um mehr als 90dB abschwächt, hat die Spiegelfrequenzunterdrückung hier keinen Einfluß auf das NPR-Ergebnis. Außerdem ist diese beim K3 auf 40m ohnedies um einiges besser als auf 20m! Die obere Grenzfrequenz des Rauschsignals von 13,3MHz ergab sich vor allem wegen der notwendigen Induktivitäten in Serie, zur Erreichung der Notchtiefe von an die 100dB(Spannungsteiler L in Serie zu Serienresonanz-Impedanz Quarze auf Masse)

Der 20m-Vorkreis vom K3 wurde von mir zwecks Vergleich ebenfalls exakt nachgebaut(2xT50-6) und besitzt eine Bandbreite von ca. 1000 kHz.

Aus Platzmangel konnten bei meinem RX auch nur T50 Eisenpulverkerne verwendet werden. Um einen IP3 > 50dBm zu erreichen, mußten die angeführten hohen Vorkreis-Bandbreiten ausgeführt werden! Da die Vorkreise des OE3HKL-RX generell mit 3 Schwingkreisen für das Nutzsignal und 2 Sperrkreisen für die Spiegelfrequenzunterdrückung(fs=fe + 2xfz = 14,1 + 2x9 = 32,1 MHz) ausgeführt sind, ist hier die Spiegelfrequenzunterdrückung > 100dB  sicher kein Thema, sofern die Kerne durch den hohen breitbandigen Pegel ev. nicht schon teilweise in die Sättigung kommen??! !

Der FT-1000 sowie der IC-751A mit Ihrer hohen 1.ZF von über 70MHz, tun sich mit der Spiegelfrequenzunterdrückung und 1. ZF-Durchschlag natürlich leichter. Bei der 2. ZF des FT-1000 von 8,2MHz gab es ja einen leichten Einfluß(siehe oben).

Der Rauschgenerator mit seiner großen Rauschbandbreite und hohem Pegel, ist offensichtlich doch für einen RX noch eine andere Herausforderung, als die Zweitonmessung für den IP3, und sicher auch eine bessere Nachbildung der vielen Antennensignale, die ein RX zu verarbeiten hat. Vielleicht kommt in Zukunft, nicht zuletzt in Zusammenhang mit SDR-RX, ein genereller Test mit Rauschgenerator und Notch-Filter! Siehe auch Anhang[10], wo im ANALOG-DEVICES Tutorial-MT-005 von Walt Kester, NPR-Messungen und Theorie von ADC`s  in "modern multichannel wireless systems" vorgestellt werden!

 Auf 20m konnten die Q-Notch-Filter relativ leicht realisiert werden.

Auf 40m und hier vor allem beim SSB-Filter, war der Weg ein sehr steiniger: Letztlich benötigte ich hiefür 12xHalf-Lattice-Filter auf Masse – insgesamt mit den Quarzen zur Unterdrückung von Resonanzstellen im Sperrbereich, waren 32Stk Quarze notwendig!!!!

Habe für die vier Filter durchwegs Billigquarze(ca.3 EURO/Stk, [8]) verwendet: Mind. 20% mehr bestellen und die Serienresonanz sowie Pegel vor „Durchbruch“(Blow-Through) ausmessen: Hilft Zeit und Nerven sparen- mußte auch erst daraufkommen!

Die Notch-Filter niemals(auch nicht kurz) am Ausgang in Leerlauf ohne 50 Ohm Abschluß betreiben, denn sonst gibt es sicher einen Quarzfriedhof !!!!!(Mußte mehrmals Quarze nachbestellen........HI)

Weiters hat es sich gezeigt, daß die 20m-Quarze wesentlich empfindlicher auf Pegel-Überlastungen reagieren(wahrscheinlich auf Grund der kleineren Abmessungen?).

 

Zum Abschluß meines Artikels möchte ich mich bei OE3RAA(OM Ralf) für die Literatur-Informationen sowie seinen Besuch, zur Diskussion der ganzen NPR-Problematik bedanken.

Mein Dank gilt vor allem aber auch meinem alten Freund OE4DS(OM Adi, den ich seit 1960 noch aus OE5 kenne) für seinen Besuch aus dem Burgenland, das Brain-Storming und die gemeinsamen Messungen bis spät in die Nacht. Er ist auch der Meinung, daß man zur Erfassung der Intermodulation Höherer-Ordnung, den Rausch-Pegel bis zum Auftreten von Produkten 3. Ordnung erhöhen sollte.

 

Um die Spiegelfrequenzfestigkeit des OE3HKL-RX(9MHz -ZF) und des K3(8,215 MHz -ZF) in die NPR-Messung auch einbeziehen zu können, wurde die Grenzfrequenz des Tiefpasses vom Notch-Filter von 28 MHz auf 32,1 MHz erhöht(Spiegelfrequenzberechnung siehe oben). Unter Beibehaltung des Wellenwiderstandes wurden die L und C entsprechend reduziert, was nun auf Grund der kleineren Serienimpedanz auch eine leichte Verschlechterung der Notchtiefe ergab(Spannungsteiler L in Serie, Serienresonanz - Impedanz - Quarz auf Masse).

+3 dB S+N/N  NPR-RX-Messungen mit oberer Rauschbandbreite 32,1MHz rot dargestellt: Q-Notch 20m SSB    

 

2017 11 27: Nachmessung des K3 mit Rauschbandbreite bis 32,1MHz: Auf Grund eines Zweikreis - Bandfilters auf 14 MHz, mit einer Dämpfung von ca. 50 dB auf der Spiegelfrequenz(fs = fe + 2xfz = 14,2 + 2x8,215MHz = 30,63 MHz) ergab sich gegenüber der Rauschbandbreite bis 28 MHz, jeweils ein NPR = ca. 50 dB. Da sich auf 30,63 MHz kaum Sender befinden, hat dies in der Praxis  keinen neg. Einfluß.

Beim OE3HKL-RX ergaben sich bei der Rauschbandbreite bis 32.1 MHz keinerlei Verschlechterungen. Dies deshalb, weil die 3-kreisigen Vorkreise mit ihren 2 Dämpfungspolen eine Spiegelfrequenzunterdrückung(fs = fe + 2xfz = 14,1 + 2x9MHz = 32,1MHz)  von > 100 dB besitzen.

Beim FT 1000 und dem IC 751A ergaben sich auf Grund der hohen ZF von über 70MHz, bei oberer Rauschbandbreite von 32,1 MHz, naturgemäß keinerlei Verschlechterungen durch die Spiegelfrequenz(fs = fe + 2xfz = ca. 154 MHz)!

 

 

 Literatur und Bezugsquellen

[1] www.oe3hkl.com/HF-Measurements

[2] www.oe3hkl.com/TRX-Modification`s

[3] www.oe3hkl.com/Preselector (IP3>+40dBm)

[4] www.i2vgo

[5] www.va7oj/ab4oj

[6] Adam Farson, va7oj/ab4oj : „Noise Power Ratio (NPR) Testing of HF Receivers“, QEX March/April 2015, Seite 20 - 27

[7] Harald Kuhl, DL1ABJ; Adam M. Farson, VA7OJ, AB4OJ: „Komfortable Mittelklasse: Yaesu Ftdx1200“, FA 12/2013, Seite 1283 und 1284.

[8] FUNKAMATEUR-Leserservice: Diese E-Mail-Adresse ist vor Spambots geschützt! Zur Anzeige muss JavaScript eingeschaltet sein!

[9] Wesley H Hayward, W7ZOI: "Oscillator Noise Evaluation with a Crystal Notch Filter", QEX July/August 2008, Seite 6 bis Seite12

[10] Walt Kester: "Noise Power Ratio (NPR) - A 65-Year Old Telephone System Specification Finds New Life in Modern Wireless Applications", ANALOG-DIVICES Tutorial MT-005, in 2009

 

Mai 2015, K3-Nachtrag in Feb. 2016