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Für Satelliten und EME
Die Verwendung von Vorverstärkern direkt an der Antenne ist eine bewährte Methode zum Ausgleich der Kabelverluste. Dabei gilt es aber, die Pegelverhältnisse sorgsam im Auge zu behalten, sonst kommt es zu übersteuerungen. Nur zu schnell sind Pegel erreicht, die der nachfolgende Empfänger nicht mehr sauber verarbeiten kann.
Gegenüber terrestrischem Funkbetrieb, bei dem das Erdrauschen die Empfangsleistung begrenzt, kann man überca. 15° Elevation in Richtung zum kalten Himmel bis zu 3,5 dB mehr ausnutzen. Bei kleinen Antennen und hei EME-Betrieb ist dies zwingend erforderlich, wenn man bedenkt, daß für CW-Verständlichkeit ein Signal von 4 dB über dem Rauschen bereits ausreicht. Nachfolgend werden Meßergebnisse für 23 cm ausgewertet. ähnliches Verhalten ergibt sich für die Bänder 70 cm bis 3 cm.
Auf 2 m gelten wegen allgemein geringerer Kabeldämpfung sowie des höheren Grundrauschens von ca. 2 dB andere Bedingungen. Dabei sollte man ohnehin nur einstufige Vorverstärker verwenden! Für 23 cm gibt es inzwischen Vorverstärker, Bausätze und Baubeschreibungen mit rauscharmen HEMT-Transistoren, die nur eine Rauschzahl von 0,3 dB aufweisen. Verwendet man am Eingang ein erforderliches Koaxrelais mit gutem SWR und geringer Durchgangsdämpfung (z.B. SMA-Version), werden etwa 0,4 dB NF erreicht. Beim Nachmessen der einzelnen Komponenten bestätigen sich die hervorragenden Daten. Somit läßt sich leicht das tatsächliche Gesamtrauschen des Empfangssystems errechnen. Voraussetzung ist, daß der Vorverstärker mit dem Relais direkt am Feed montiert wird.
Für die aufgeführten Berechnungen wird als Kabeldämpfung 6 dB zwischen Antenne und Empfänger (TS790E) angenommen.
Das Eingangsrauschen des Gerätes auf 23 cm lag bei 3,05 dB. Am Ausgang des Vorverstärkers ist F dann 9,05 dB (= F2) (Bild 1).
Bild 1: Die Normalanwendung reicht.
Nach der Rauschsummenformel ergibt sich damit am Verstärkereingang der ATF10136-Version [1] aus VP 14 dB und F 0,6 dB (= F1) ein Gesamtrauschen von:
(alle Einheiten in dB)
Das Ergebnis mit F 1.55 dB ist für "Erd"Verbindungen ausreichend, da bereits das Grundrauschen bei ca. 1,6 dB liegt und nicht unterboten werden muß.
Für Satelliten- und EME-Betrieb ist dies jedoch mehr als mangelhaft, zumal gegenüber dem kalten Himmel (meist un- ter 36 K) die erwähnten 3,5 dB Empfangsleistung verlorengehen. Nun liegt es nahe, einen weiteren Vorverstärker zu kaskadieren. Ideal wäre u.a. die neue HEMT-Ausführung FHX 35 (2). Der Verstärker "macht" 16 dB VP und rauscht nur mit 0,3 dB bzw. mit Relais 0,4 dB (=F1). F2 des Folgeverstärkers beträgt nunmehr ohne Relais 1,47 dB.
Am Feed ergeben sich damit rechnerisch stolze 0,44 dB für F gesamt (Bild 2). Die resultierende Verstärkung Antenne/ RX wird mit 16db+14 dB= 30dBabzüglich 6 dB = 24 dB wirksam. Die Frage stellt sich nun nach dem praktischen Erfolg. Auf dem S-Meter war jetzt erstmalig ein Zeigerausschlag durch das Grundrauschen vorhanden. Außerdem ließ sich das Sonnenrauschen mit Dämpfungsgliedern einmessen. Entsprechend verursachten auch schwache Signale einen Ausschlag. Dabei war die Verständlichkeit jedoch schlecht. Das Rauschen wurde als unangenehm rauh empfunden. Es gab nur die Möglichkeit, das Gesamtsystem auf dem Meßplatz zu simulieren, um ungerechtfertigte subjektive Einschätzungen zu vermeiden.
Dem Verfasser stand ein automatischer Meßplatz zur Verfügung, der mit Niederfrequenz-Rauschauswertung arbeitet. Nur so konnte das gesamte Empfangssystem mit einer korrekten Messung beurteilt werden.
Empfänger übersteuert
Es stellte sich tatsächlich heraus, daß der Empfänger die angebotenen 24 dB Vorverstärkung nicht verarbeiten konnte. Zur Vermeidung einer Fehlmessung wurde die AGC wechselweise ein- und ausgeschaltet. Einzelkomponentenmessungen, wie häufig durchgeführt, können das Problem nur lösen,wenn die spätere Konfiguration und die Parameter aller Geräte bekannt sind. Im vorliegenden Fall ergab der umgerechnete Wert für Fges 1,8 dB. Damit war die Kaskadierung schlechter als die einstufige Version! In einer aufwendigen Testreihe wurde die Durchgangsverstärkung der Vorstufeneinheit in Schritten verändert, neu gemessen und wieder im Gesamtsystem aktiviert. Dabei ergab sich für den verwendeten RX (TRX) bei 500 Hz Bandbreite ein Schnittpunkt von 18 dB für die Gesamtverstärkung (Bild 3).
Bild 3: Die Kurve C zeigt das theoretische, in der Praxis nicht erreichbare Ergebnis
Bei 6 dB Kabelverlusten sollte der Vorverstärker also 24 dB erreichen. Damit ist im Maximum ein Fges von 0,89 dB möglich. Wie ist dieses Verhalten zu erklären? Zu vermuten ist, daß die RX-Signale durch Nichtlinearität oder/und Begrenzung in den Mischern,den letzten HighPegel-ZF-Stufen und dem Produktdetektor komprimiert werden. Dies bestätigt auch eine parallel durchgeführte S+N/ N-Messung. Dagegen dürften bei FM-Betrieb keine Auswirkungen spürbar sein. Interessierte, die keine Gesamtrauschmessung durchführen können, haben zur Ermittlung des Maximums auch die Möglichkeit, mit einem Meßsender oder dessen Oberwel le eine relative S+N/N-Messung vorzunehmen.
Ein verbreitetes Leiden
Da immer wieder verblüffend unterschiedliche Rapporte verteilt werden, muß man davon ausgehen, daß viele Nutzer unter diesem Effekt leiden, ohne es zu wissen oder auch nur zu ahnen. Welche Abhilfe ist möglich? Das verwendete Gerät kann natürlich weiterhin für den Sendebetrieb genutzt werden. Für den Empfang sollte man die Großsignalfestigkeit eines KW-RX (TRX) nutzen und einen 1296/28-MHz-Konverter verwenden. Dies ist insofern unproblematisch, da RX- und TX-Frequenzen durch den Dopplereffekt ohnehin nicht deckungsgleich sind.
Es standen nur einige KW-Testgeräte zur Verfügung. Trotzdem ergaben sich sogar hierbei gravierende Unterschiede, wobei ein Rückschluß vom Preis auf die Qualität nicht immer gegeben war. Der Verfasser ist gern bereit, ihm zur Verfügung gestellte Geräte zu messen.
Allgemein war das Verhalten dieser Geräte jedoch um eine Dekade besser. Für den Vorschalt-Konverter ist zu beachten, daß die Durchgangsverstärkung nur einige dB (4...7) betragen darf. Weiterhin ist eine Doppelmischung erforderlich, damit das Seitenbandrauschen mit bis zu 3 dB keine Verschlechterung bringt. Der Verfasser plant die Entwicklung eines speziell zugeschnittenen Konverters. Von den bisher gemessenen KW-Geräten mit einem 500-Hz-CWFilter kamen vorerst folgende Typen als Nachsetzer in die engere Wahl: TS140S und TS680S (interne Vorstufe abgeschaltet) bei einem Eingangsrauschen von 9,4 dB. Dabei lag die Vorverstärkung für die optimale Signalausnutzung bei 31 dB (Bild 4).
Bild 4: Verstärkung, Feed-Rx (mit 23-cm-Konverter). Die Kurve C zeigt wieder das theoretische, in der Praxis nicht erreichbare Ergebnis auf 23 cm.
Da die Schnittpunktlinien etwas flacher verlaufen, kann die Gesamtverstärkung mit leichten Einbußen zwischen 26 und 35 dB verlaufen. Bei 31 dB wird ein Fges von 0,46 dB erreicht. Die 31 dB ergeben sich aus zweistufiger Vorverstärkung 32 dB minus Kabel 6 dB zuzüglich Konverter 5 dB. Beim Meßaufbau mit einem 50Ω-Abschluß (Zimmertemperatur) zeigen die S-Meter das Rauschen mit ca. 5...15 % vom Endausschlag an. Beim Anschluß der zum kalten Himmel gericheten Antenne geht die Anzeige wieder gegen 0.
Sonnenrauschmessung mit Millivoltmeter
Wegen dieser Tatsache darf der Betrag der Gesamtverstärkung gegenüber der Raumtemperatur-Messung um 3,5 dB angehoben werden.
Eine Sonnenrauschmessung sollte mit einem NF-Millivoltmeter an einem entsprechenden Ausgang ausgeführt werden. Ansonsten ließen sich die S-Meter nur für relative Betrachtungen und grobe Vergleiche nutzen, da vielfach die Anzeige der ersten 2 ...4 S-Stufen ganz unterblieb. Nun wünsche ich allen SkyDXern viel Erfolg beim Test und der Verbesserung ihrer Anlagen.
Literatur
Heinrich Reckemeyer, DJ9YW