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Erweiterte Fassung eines Vortrags auf der UKW-Tagung 1975 in Weinheim
In den letzten Jahren hat die Halbleiter-Technologie auf dem Gebiet der sehr hohen Frequenzen so enorme Fortschritte gemacht, daß auch für den SHF-Amateur rauscharme Transistoren zu erschwinglichen Preisen erhältlich sind. Ihre Zahl ist schon recht groß, und man hat Mühe, aus dem weiter zunehmenden Angebot diejenigen Typen herauszufinden, die das beste Leistungs/Preis-Verhältnis bieten. Hier soll die vergleichende Darstellung in Tabelle 1 helfen. Eine richtige Wahl kann jedoch nur getroffen werden, wenn verstanden und berücksichtigt wird, welche Rauschbeiträge von den einzelnen Stufen kommen können. Hierzu sollen die folgenden Betrachtungen in Weiterführung des Beitrages (11) dienen.
Es darf als bekannt voraus gesetzt werden, warum man die nötige Empfängerempfindlichkeit nur durch Anwendung des Überlagerungsprinzips erreichen kann, und man darf hier ferner unterstellen, daß die Umsetzung von den hohen zu niedrigeren Frequenzen stets "ablesungsgetreu" vorgenommen wird. Frequenzablesung in gleicher Richtung erhält man, wenn die Frequenz des Überlagerungsoszillators um den Betrag der gewünschten ersten Zwischenfrequenz unterhalb der Signalfrequenz liegt.
1. Der Mischer
Zur Mischung bieten sich in erster Linie die heute recht preiswert erhältlichen Schottky-Dioden an; die Grenze für den vertretbaren Einsatz von Transistoren im Mischer stellt etwa das 13-cm-Band dar. Gegenüber den Siliziumdioden der 1N21/23-Familie haben diese Dioden den Vorteil höherer Zuverlässigkeit und Robustheit, da sie um mindestens eine Größenordnung höher belastbar sind. Unzählige Vergleichsmessungen haben immer wieder gezeigt, daß Schottky-Dioden stets die angegebenen Rauschwerte bringen, wogegen nur wenige "E"- und "F"-Exemplare der 1N21/23-Serie gleich gute Werte erreichen. Es sei aber darauf hingewiesen, daß solch gute Stücke dann häufig mit einem relativ geringen Diodenstrom auskommen (30 - 100 µRA). Schottky-Dioden benötigen dagegen in der Regel 300 - 800 µA (in Einzelfällen bis zu 1,5 mA) um optimal zu arbeiten. In einer jüngeren Veröffentlichung (5) wird allerdings angegeben, daß ein Teil des nötigen Diodenstromes ohne Nachteile mit einer positiven Gleichspannung eingeprägt werden darf.
Dioden der Reihe 5082-xxxx von Hewlett-Packard, wie die speziellen Mischdioden 2213 (Stripline) und 2713 (Gehäuse) erreichen bei 2300 MHz (13-cm-Band) eine Rauschzahl von 5,5 dB, ein Wert der für Mischdioden eine Art Schallmauer darstellt. Preiswertere Typen wie die 2215, 2350 und 2817 (Glasgehäuse) liegen bei 6 bis 7 dB. Aber auch billige, nicht eigentlich für Mischanwendungen vorgesehene Typen wie 2810, 2811 etc. sind in der Regel nur 1 bis 2 dB schlechter. Braucht man aus Ersatzgründen die Gehäuseform der 1 N 21, so bietet sich die BAW 95-Reihe von VALVO an.
Es werden jedoch häufig zwei Datenblatt-Fußnoten übersehen. Die eine weist darauf hin, daß es sich um eine "Einseitenband-Rauschzahl" handelt (wir kommen darauf gleich zurück). Die andere besagt, daß die angegebenen Rauschzahlen nur dann gelten, wenn dem Mischer eine richtig angepaßte ZF-Stufe folgt, deren Gesamtrauschzahl 1,5 dB beträgt.
Mit einer billigen Diode, die schlecht angepaßt auf einen MOSFET-ZF-Verstärker mit F = 3 dB arbeitet, kommt man sehr schnell auf eine Rauschzahl von 10 bis 12 dB, selbst wenn Auslegung und Anpassung auf der HF-Seite optimal sind. Da der Diodenmischer nicht verstärkt, geht jede Verschlechterung der Rauschzahl der ersten ZF-Stufe voll ein. Umgekehrt aber kann der Einsatz eines geeigneten Typs in der Stufe nach dem Mischer 2 bis 3 dB Verbesserung bringen.
Im 24-cm-Band läßt sich das Nutzsignal durch erschwingliche Vorverstärker über das Mischrauschen wegheben. Für das 13-cm-Band wird ein Vorverstärker schon teurer, und für die höheren Bänder wohl noch geraume Zeit unerschwinglich ! Für die Zwischenfrequenz und für die Bänder 2 m und 70 cm gibt es mittlerweile auf dem deutschen Markt sehr rauscharme und dennoch hochverstärkende Transistoren bis 500 MHz, deren edelster Vertreter zur Zeit der BFT 66 ist (siehe Tabelle 1, erster Teil).
Wir kommen nun auf den Begriff der "Einseitenband-Rauschzahl" zu sprechen. Bekanntlich ist mit einem Überlagerungsvorgang unausweichlich das Auftreten eines "Spiegels" verbunden. In unserem Fall also neben fZF = fSIG - fOSZ auch noch fZF = fOSZ - fSPIEGEL.
Bei Empfängern für die Bänder um 2 m und 70 cm ist die "Spiegel-Selektion" in den Vorstufen bei Verwendung einer ZF von mindestens 10 MHz im allgemeinen so hoch, daß die Spiegelfrequenz allenfalls unerwünschte starke Signale in das Nutzband projiziert, aber jedenfalls keinen nennenswerten Rauschleistungsbeitrag liefert. Dies ist anders im hohen GHz-Bereich, wo die Antenne oft direkt an den Mischer angeschlossen ist. Zur Verdeutlichung betrachten wir die Verhältnisse bei der Messung eines Mischers am Rauschgenerator (Bild 1).
Bild 1: Rauschleistung als Funktion der Frequenz
Oben: Rauschgenerator mit Kompensation zur Erhöhung der oberen Nutzfrequenz-Grenze (fmin und fmax: Nutzfrequenzgrenzen)
Unten: Vom Empfänger aufgenommene Rauschleistungen aus Nutzfrequenz- und Spiegelfrequenz-Durchlaßbereich.
Ohne spezielle Selektionsmaßnahmen hat ein Mischer neben der "Soll"-Durchlaßkurve noch eine gleichartige "Spiegel=-Durchlaßkurve, die aus dem "weißen= Rauschleistungsspektrum des Generators eine zweite, gleichgroße Rauschleistung übernimmt und umsetzt. Dabei ist es gleichgültig, ob es sich um einen Eintakt- oder Gegentaktmischer handelt.
Die Folge davon ist, daß man um 3 dB "zu gut" mißt, denn man hat nicht die EinseitenbandRauschzahl, sondern eine Doppelseitenband-Rauschzahl gemessen. Es ist also nicht allzu-schwer, einen Meßwert von 6 bis 9 dB zu erhalten. Es gibt Mischer, die durch geeignete Phasenbeziehungen (analog der SSB-Phasenmethode) oder unter Einsatz sehr hoher Mischkreis-Güten (analog der SSB-Filtermethode) das unerwünschte Seitenband im Mischer selbst unterdrücken oder immerhin schwächen. Sie werden in der professionellen Technik auch angewendet, jedoch kommt der Amateur nur selten in den Besitz solcher "Goldstücke". Er hat es in der Regel mit recht breitbandigen Mischern zu tun (Lit. 1...5). Es gibt allerdings auch Beschreibungen von Mischern mit ausreichender Selektivität, die teilweise mit vertretbarem Aufwand nachzubauen sind (Lit. 6...8).
2. Spiegelrauschen und Vorstufen
Nicht nur wegen etwaigen Störsignalen aus dem Spiegelfrequenzband, sondern um die Einseitenband-Grenzempfindlichkeit zu erreichen, ist auch bei SHF-Konvertern eine Spiegeldämpfung von mindestens 10 dB anzustreben. Allerdings soll diese Selektion vor dem Mischer erfolgen und nicht etwa im Antenneneingang, denn sonst gelangt die Spiegelkanal-Rauschleistung, die von den Vorstufentransistoren selbst erzeugt wird, an den Mischer. Am besten ist eine Selektion im Mischer selbst, da er - wenn er auf der Spiegelfrequenz keinen reellen Anteil der Eingangsimpedanz sieht - kein Spiegelrauschen produziert. Dies ist vor allem von Bedeutung, wo es sich um Mischer ohne Vorstufen handelt. Man kann durchaus 1 bis 1,5 dB auf der HF-Seite für Selektionsmaßnahmen hergeben, um durch Elimination des Spiegelrauschens 2 bis 3 dB zu gewinnen. Stehen Vorstufen zur Verfügung, dann fällt das Rauschen des Mischers nicht mehr so stark ins Gewicht, wie wir gleich sehen werden.
Erschwert wird die Spiegelselektion, wenn der Konverter vom 23-cm-Band oder gar vom 13-cm-Band aus auf eine erste Zwischenfrequenz von 28 MHz umsetzt, wodurch der Abstand zur Spiegelfrequenz nur 56 MHz beträgt. Aber auch die Verwendung einer 1. ZF von 144 MHz - mit all ihrer Problematik beim Einfall starker 2-m-Signale - oder der Einsatz einer unzweckmäßigen Vorstufe bringt noch keine nennenswerte Spiegeldämpfung mit sich, wenn es sich nämlich um ein breitbandiges Konzept mit Pi-Anpassungen handelt wie z.B. in (2). Messungen an solchen Exemplaren haben gezeigt, daß die Spiegeldämpfung bei Verwendung einer ZF von 144 MHz nur 2 dB beträgt. Die Bandbreite der in den Rauscheigenschaften recht guten Vorstufen nach (9) und (10) beträgt mehr als 500 MHz und bringt daher ohne Einsatz zusätzlicher Filter nicht den gewünschten Einseitenband-Rauschwert. Man verschenkt also noch immer bis zu 3 dB Grenzempfindlichkeit.
Bevor man Ausgaben für rauscharme Transistoren macht, sollte man sich darüber klar werden, welches die "schwächste" Stelle im Empfangssystem ist. Hierzu wird auf die Ausführungen in (11) verwiesen, an die wir hier anknüpfen und aus Abschnitt 4 übernehmen:
In dieser Schreibweise erkennt man gut den Beitrag des rauschenden Abschlußwiderstandes, der bei Radioastronomie- und Satellitenantennen auch kleiner als 1 sein kann, wie in (11) ausführlich dargelegt wurde.
Ferner sieht man den Anteil der ersten Stufe und aller nachfolgenden Stufen. Es sei nochmals darauf hingewiesen, daß der Rauschfaktor beziehungsweise Zusatzrauschfaktor (genau wie der Verstärkungsfaktor) eine absolute Zahl ist, d.h. nicht identisch mit der häufiger gebräuchlichen logarithmischen Darstellungsweise, die auch den Werten der Tabelle 1 zugrunde liegt.
Zur Umrechnung zwischen Rauschzahl (engl. Noise Figure) und Rauschfaktor (engl. Noise Factor) bzw. Gewinn (engl. Gain) und Verstärkungsfaktor (engl. Gain Factor) sei wiederum auf (11) verwiesen.
In obiger Darstellung können wir allerdings die Rauschbeiträge von Signalkanal und Spiegelkanal noch nicht erkennen; wir wissen nur, daß FGesamt um den Faktor 2 (3 dB) größer ist, als es sich bei der Messung am Rauschgenerator darstellt, sobald es sich um eine "Doppelseitenband"-Rauschzahl statt um den "Einseitenband"-Wert handelt. Wir schreiben obige Formel (2) deshalb für 2 Vorstufen nochmals in anderer Form und führen uns mit einem dazu passenden Blockschaltbild die Zusammenhänge auch bildlich vor Augen (Bild 2):
Bild 2
Oder in Worten: Der Gesamt-Rauschfaktor setzt sich zusammen aus dem Rauschen des Abschlußwiderstandes (Generator oder Antenne) bei Raumtemperatur, plus Zusatzrauschfaktor der 1.Stufe, plus Zusatzrauschfaktor der 2.Stufe dividiert durch den Verstärkungsfaktor der ersten Stufe, plus Zusatzrauschfaktor des Mischers, dividiert durch die Verstärkungsfaktoren der beiden Vorstufen. Im Falle fehlender Spiegelselektion tritt das Ganze zweimal auf, so daß sich dann der Gesamtrauschfaktor verdoppelt.
Diese Darstellung zeigt sehr klar, warum die Spiegelselektion spätestens im Mischer selbst stattfinden muß. Setzt man nämlich ein Filter z.B. zwischen der Antenne und dem 1.Vorverstärker ein, dann entfällt zwar das Rauschen des "Spiegelabschlusses=, aber der Vorverstärker selbst, und auch noch die nachfolgende Stufe liefern zusätzliches Spiegelrauschen an den Mischer. Ein Filter vor dem Mischer dagegen vermeidet dies (gestrichelt in Formel 3), ebenso wie eine selektive Vorverstärkerkette.
3. Beispiele
| Typ | Hersteller | ZF - VHF - UHF | 1300 MHz | 2300 MHz | Einzelstückpreis (Okt. 75) DM netto | ||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Frequenz (MHz) | NF (dB) | G (dB) | NF (dB) | G (dB) | NF (dB) | G (dB) | |||
| K6001 | KMC | 30 | 1,0 | 33 | - | - | - | - | 120,- |
| 150 | 1,2 | 22 | - | - | - | - | |||
| K6007 | KMC | 30 | 1,0 | 35 | - | - | - | - | 150,- |
| 150 | 1,2 | 27 | - | - | - | - | |||
| 450 | 1,6 | 20 | - | - | - | - | |||
| BFR34A | Siemens | 30 | 2,0 | 28 | 3,2 | 12 | - | - | 14,- |
| 150 | 2,1 | 20 | |||||||
| 450 | 2,2 | 15 | |||||||
| MT2116 | Fairchild | 450 | 1,5 | 18 | - | - | - | - | 120,- |
| 0817 | Avantek | 450 | 1,7 | 16 | - | - | - | - | 67,- |
| BFT66 | Siemens | 30 | 1,0 | 28 | - | - | - | - | 43,- |
| 150 | 1,2 | 24 | - | - | - | - | |||
| 450 | 1,6 | 20 | - | - | - | - | |||
| MRF901 | Motorola | 150 | 1,6 | 19 | 2,3 | 10 | 3,1 | 7,5 | 35,- |
| GAT1 | Plessey | - | - | - | 3,5 | 11 | - | - | 78,- |
| GAT2 | " | - | - | - | 2,8 | 11 | 3,5 | 9 | 180,- |
| BFR14A | " | - | - | - | 3,0 | 13 | 4,0 | 11 | 115,- |
| DC5403 | AEI | - | - | - | 2,4 | 13 | 3,2 | 9,5 | 280,- |
| AT2645A | Avantek | - | - | - | 2,3 | 15 | 3,0 | 12 | 185,- |
| AT4642 | " | - | - | - | 2,2 | 14 | 2,7 | 10 | 245,- |
| AT4641 | " | - | - | - | 1,9 | 15 | 2,3 | 11 | 350,- |
| AT4631 | " | - | - | - | 1,8 | 15 | 2,3 | 11 | 464,- |
| BFR49 | Valvo | - | - | - | 3,0 | 12 | 4,3 | 9 | 98,- |
| FMT4578 | Fairchild nicht mehr lieferbar | ||||||||
| FMT4575 | " | 450 | 1,3 | 22 | 2,0 | 16 | 2,8 | 12 | 139,- |
| FMT4005 | " | - | - | - | 1,8 | 16 | 2,7 | 12 | 221,- |
| FMT4000 | " | 450 | 1,0 | 22 | 1,5 | 16 | 2,3 | 13 | 487,- |
| 2SC1236 | Toshiba | - | - | - | 2,3 | 13 | 3,2 | 10 | 100,- |
| 358... | Hewl. -Pack. | ||||||||
| 29E/Option 100 | " | - | - | - | 2,5 | 12 | 3,3 | 8,5 | 84,- |
| 21E/22 E/26 E | " | - | - | - | 2,7 | 11 | 4,2 | 6,5 | 78,-/89,-/57,- |
| 61/62 E/Opt. 100 | " | - | - | - | 2,2 | 14 | 2,8 | 10,0 | 310,- |
| 66E/Opt. 100 | " | - | - | - | 2,2 | 13 | 2,8 | 10 | 139,- |
| NE02103 | NEC | (= NE02107 = V021) | 2,9 | 11 | 3,8 | 8 | 66,- | ||
| NE41705-2 | " | (= NE41703-2 = V912B) | 2,8 | 14 | 3,7 | 10 | 82,- | ||
| NE41703-1 | " | (= 2SC1336 = V912A) | 2,6 | 12 | 3,5 | 9,5 | 102,- | ||
| NE57803-1 | " | (= /05-1 = /07-1 = V913A) | 2,3 | 14 | 2,8 | 10,5 | 260,- | ||
| NE22207-3 | " | (= V222-3) bei 4GHz: 4,5 6 | 2,7 | 11 | Grad D: 139,- | ||||
| NE22207-1 | " | (= V222-1) bei 4GHz: 3,5 7 | 2,4 | 11 | Grad D: 450,- | ||||
| NE24406 | " | (V244 C) bei 4GHz: 3,0 10 | 2,2 | 14 | 1040,- | ||||
| BFR91 | Valvo | 450 | 1,9 | 13 | 3,6 | 10 | 6,5 | 8 | 9,- |
Nachdem die theoretischen Zusammenhänge klar sind, sollen einige praktische Beispiele durchgerechnet werden. Dabei wird ein breitbandiger Mischer unterstellt. Sein Spiegelrauschen wird durch zweimalige Hinzunahme des Misch-Rausch-Anteils berücksichtigt. Ferner wird angenommen, daß zwischen Mischer und Vorverstärker im Zuge gründlicher Selektion 2 dB verloren gehen; dies berücksichtigt ein Faktor von 1,6 im Zähler. Die Gleichung (3) vereinfacht sich dann zu:
Bei zwei Vorstufen gilt der ganze Ausdruck, bei nur einer Vorstufe entfallen die in Klammern stehenden Anteile.
Nun ist noch zu beachten, daß bei den in Frage kommenden Transistoren in der Regel der Arbeitspunkt des geringsten Rauschens nicht dem optimaler Verstärkung entspricht. Dies gilt nicht nur für den Kollektorstrom, sondern auch für die Eingangs- und Ausgangs-Anpassung. Es hängt von der spezifischen Stufenkombination ab, welche Betriebsart die kleinere Gesamtrauschzahl ergibt. Es kann zweckmäßig sein, vor einem Mischer einen Transistor mit etwas schlechterer Rauschzahl aber höherer Verstärkung einzusetzen, vor allem wenn er billiger ist. Bei Einsatz von zwei Vorstufen ist es immer zweckmäßig, die 1. Stufe in "Rauschanpassung" und die 2. Stufe in "Leistungsanpassung" zu betreiben. Die in der Tabelle 1 angegebenen Rausch- und Gewinn-Werte gelten für Rauschanpassung. Sie sind aus den typischen Herstellerangaben für das 23-cm- und das 13-cm-Band extrapoliert. Obwohl von Typ zu Typ etwas verschieden, kann man als Daumenregel ansetzen, daß im Falle von Leistungsanpassung die Rauschzahl um 1 dB und der Gewinn um 2 dB höher zu veranschlagen ist. Um Verwechslungen der Zahlenwerte vorzubeugen, wird für den Zusatzrauschfaktor wie zuvor das Symbol FZ verwendet, für die Rauschzahl in dB jedoch die gebräuchliche Abkürzung NF (Noise Figure). NFE bedeutet, daß es sich beim jeweiligen Mischer um den Einseitenbandwert der Rauschzahl handelt.
3.1. Beispiele für 1296 MHz
a) Mischer mit NFE = 10 dB (FZM = 9), eine Vorstufe mit dem Transistortyp MRF901 in Rauschanpassung mit NF = 2,3 dB (FZ = 0, 7); G = 10 dB (V = 10):
b) Mischer wie 3.1.a) aber Vorstufe mit BFR 34A in Leistungsanpassung mit NF = 4,2 dB (FZ = 1,6); G = 14 dB (V = 25):
c) Mischer mit NFE = 8 dB (FZM = 5,3); eine Vorstufe mit FMT4005 in Rauschanpassung mit NF = 1,8 dB (FZ = 0,5); G = 16 dB (V = 40):
d) Mischer wie 3.1.c), aber zwei Vorstufen. Erste Vorstufe mit MRF901 in Rauschanpassung, zweite mit BFR34A in Leistungsanpassung:
e) Mischer mit NFE = 6 dB (FZM = 2) mit zwei Vorstufen. Erste Vorstufe mit FMT4575 (Rauschanpassung), NF = 2,0 dB (FZ = 0,58); G = 16 dB (V = 40); zweite mit MRF 901 in Leistungsanpassung mit NF = 3,3 dB (FZ = 1,14); G = 12 dB (V = 15,8):
f) Zum Schluß den in (7) angegebenen Mischer, kombiniert mit der in (9) beschriebenen doppelten Vorstufehversion. Der Mischer hat selbst hohe Spiegelselektion, daher entfällt der eigene Spiegelrauschanteil ebenso wie der Verlust von 2 dB eines angenommenen zusätzlichen Filters vor dem Mischer. Dieser ist mit NFE = 5,5 dB angegeben (was etwas optimistisch erscheint). Die Vorstufenkombination ist mit insgesamt 20 dB Gewinn und mit NF = 2,3 dB angegeben, so daß man sie wie eine Stufe behandeln kann:
3.2. Beispiele für 2304 MHz
a) Mischer mit NFE = 10 dB mit einer Vorstufe BFR34A in Leistungsanpassung, jedoch ohne Filter vor dem Mischer und daher vollem Spiegelrauschen. NF = 5,4 dB (FZ = 2,46), G = 12 dB (V = 15,8):
b) Mischer wie 3.2.a) jedoch mit Filter vor dem Mischer und BFR34A in Leistungsanpassung. NF = 5,4 dB (FZ = 2,46); G = 12 dB (V = 15,8):
c) Wie 3.2.b), jedoch mit einer zusätzlichen Vorstufe BFR14A in Rauschanpassung; NF = 4 dB (FZ = 1,5); G = 11 dB (V = 12,6):
d) Mischer mit NFE = 7 dB (FZM = 4);, 2. Vorstufe BFR34A (Leistungsanpassung); 1. Vorstufe MRF901 NF = 3,1 dB (FZ = 1,04); G = 7,5 dB (V = 5,6):
e) Mischer mit NFE = 7 dB (FZM = 4) 2. Vorstufe MRF901 (Leistungsanpassung); 1. Vorstufe V 222-3 (Rauschanpassung) NF = 2,7 dB; G = 11 dB:
Diese Beispiele und die Angaben der Tabelle 1 zeigen deutlich, daß man durch den Einsatz zweier Vorstufen und sorgfältige Auswahl der Transistoren gute Werte der Grenzempfindlichkeit erreichen kann, und zwar zu erschwinglichen Preisen.
4. Ergänzende Hinweise
Das Eingehen auf Schaltungseinzelheiten würde den Rahmen dieser Darlegungen sprengen, aber es sei daran erinnert, daß die eingesetzten Rauschzahlwerte für Rauschanpassung nur erreichbar sind, wenn man im Eingang der 1. Stufe auf ein selektives Filter verzichtet. Selektion geht immer einher mit Verlusten, die wir zwischen Antenne und Eingangstransistor, wie in (11) erläutert, so klein wie möglich halten müssen. Andererseits sollten die Selektionsmaßnahmen aus Kreuzmodulationsgründen so früh wie zulässig einsetzen, das heißt möglichst ab Kollektorkreis der 1. Stufe.
Betrachten wir noch einmal kurz das Beispiel 3.2.e) und nehmen wir an, daß die Spiegelselektion vor dem Mischer nur 10 dB betrage. Dann gehen die Vorwerte im Spiegelkanal noch zu 10 % ein, das heißt die Rauschzahl würde sich von 3,2 auf 3,6 dB verschlechtern. Bei 20 dB Spiegelselektion ergäbe sich analog 3,25 dB. Je besser die Vorstufe, desto wichtiger die Spiegelselektion. An dieser Stelle mag man fragen, ob es vertretbar war, in den vorstehenden Beispielen eine 100 %ige Spiegelunterdrückung vor dem Mischer anzunehmen. Die dadurch möglichen Fehler sind aber einerseits so klein, daß sie ohnehin keine praktische Bedeutung haben, zum anderen ist die Annahme, daß das Misch-Spiegelrauschen in voller Höhe eingeht, eigentlich etwas zu pessimistisch, da der Mischer in Richtung des angenommenen Filters auf der Spiegelfrequenz erhebliche Blindleitwert-Anteile sehen wird.
Man muß sich ohnehin stets vor Augen halten, daß die Rauschzahlen diverser Exemplare eines Typs von den propagierten Mittelwerten um ± 0,5 dB abweichen können (und eher nach oben als nach unten); Entsprechendes gilt natürlich für den Gewinn.
Es muß noch kurz auf das Verhalten von Rauschgeneratoren an ihrem oberen Frequenzende eingegangen werden. Sie sind nämlich häufig mit Kompensationsnetzwerken versehen, um auch bei höheren Frequenzen noch ein ausnutzbares Rauschspektrum zu liefern. Dies hat dann aber in der Regel zur Folge, daß die abgegebene Rauschleistung vor dem endgültigen Abfall etwas ansteigt. Vornehme Geräte werden mit einer frequenzabhängigen Korrekturtabelle geliefert, aber derartige Unterlagen pflegen nicht nur auf dem Surplus-Markt verloren zu gehen. Bei Messungen in der Nähe der oberen Grenzfrequenz ist also besondere Vorsicht geboten, sonst kann es Meßfehler bis zu einigen dB geben. Das Gleiche gilt auch für das Zwischenschalten hochselektiver Filter zwischen Rauschgenerator und Meßobjekt. Einerseits können hier in Verbindung mit unglücklichen Kabellängen erhebliche Verfälschungen des Abschlußwiderstandes des Rauschgenerators auftreten, andererseits täuscht das "Meßfilter" Verhältnisse vor, die nachher beim Anschluß des Meßobjektes an die Antenne nicht mehr gegeben sind. Dringend zu empfehlen ist es, Meßergebnisse von Rauschmeßplätzen immer wieder mit dem Signal-Rausch-Abstand eines stabilen und entsprechend schwachen Signals zu vergleichen; hierbei gibt es nicht selten Überraschungen. Nur reproduzierbare Befunde, die theoretisch erklärbar sind und auch sinnvollen Kontrollversuchen standhalten, dürfen Bestand haben.
Es sollte selbstverständlich werden, für SHF-Konverter (und nicht nur für diese) immer folgende Angaben zu machen: Rauschzahl, Durchgangsverstärkung, 3-dB-Bandbreite, Spiegelselektion, nach Möglichkeit auch Kreuzmodulations- und Großsignalfestigkeit.
Zum Schluß noch ein Tip für das Abstimmen auf bestes Signal-Rausch-Verhältnis: Man verwende einen Nachsetzer mit FM-Diskriminator und arbeite jeweils mit einem ganz schwachen Signal an der Rauschgrenze. In diesem Bereich ergibt eine Signal-Rausch-Verbesserung um 3 dB auf der HF-Seite mehr als 12 dB Rauschrückgang im NF-Kanal. Dadurch hat man ein deutliches akustisches Indiz für jede Verbesserung der Grenzempfindlichkeit.
Der Verfasser hat denjenigen OMs der SHF-Gruppe im Rhein-Main-Gebiet zu danken, die durch das Bereitstellen zahlreicher Konverter- und Vorstufen-Varianten, sowie die Durchführung unzähliger Messungen zur Formulierung dieser Überlegungen beigetragen haben.
5. Literatur
- Broschüre "Betriebsfertige Geräte" des Verlags, UKW-Berichte Beschreibung der Konverter MMC 1296/28 und MMC 1296/144
- Hupfer, K.: Empfangsmischer mit Vorstufe für das 13-cm-Band, UKW-Berichte 14 (1974) Heft 2, S. 66 - 73
- Schädlich, A.: Ein Empfangskonverter mit Diodenmischung für das 13-cm-Band, UKW-Berichte 14 (1974) Heft 4, S. 197 - 202
- May, L. und Lowe, B.: A Simple and Efficient Mixer for 2304 MHz, QST 58 (1974) Heft 4, S. 15 - 19 und 31
- Wade, P.C.: High-Performance Balanced Mixer for 2304 MHz, ham radio 8 (1975) Heft 10, S. 58 - 62
- Hunecke, E.: Ein 1297/145-MHz-Konverter mit Halbleitern, UKW-Berichte 8 (1968) Heft 2, S. 61 - 80
- Fisher, R.E.: Interdigital Converters for 1296 and 2304 MHz, QST 58 (1974) Heft 1, S. 11 - 21
- Shuch, P.: How to use double-balanced Mixers on 1296 MHz, ham radio 8 (1975) Heft 7, S. 8 - 15
- Shuch, P.: Microstripline Preamplifiers for 1296 MHz, ham radio 8 (1975) Heft 4, S. 12 - 27
- Shuch, P.: Low-cost 1296-MHz-Preamplifier, ham radio 8 (1975) Heft 10, S. 42 - 46
- Lentz, R.: Rauschen in Empfangsanlagen, UKW-Berichte 15 (1975) Heft 3, S. 164 - 180
DL3NO, Dieter Vollhardt.