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Der Dynamikbereich von 2-m-Geräten 1

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Einführung

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 Überlagerungsoszillatoren. 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.

Tabelle 1: Erforderlicher Dynamikbereich und Rauschseitenband-Abstand für drei typische Stations-Parameter
Sendeleistung
(W)
Antennen
(Elemente / Gewinn)
Abstand
(km)
Dynamikumfang
(B = 3 kHz)
Abstand der
Rauschseitenbänder (dB/Hz)
30048 / 17,5 dBD2149 dB-184
5010 / 11 dBD5120 dB-155
10Halo / -1 dBD589 dB-124

Die Werte in Tabelle 1 sollten uns gezeigt haben, daß ein sehr großer Dynamikumfang tatsächlich nützlich ist, und daß konsequenterweise die diesbezüglichen Geräte-Eigenschatten 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 üblicherweise durch fehlende Sorgfalt bei der Schaltungsentwicklung begrenzt ist.

In diesem Artikel, wie auch in den folgenden detaillierten Änderungs-Beschreibungen, bezieht 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. Für Sender ist die Bedeutung der Zahlenwerte unmittelbar 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 über dem Grundrauschen gemessen (bei 3 kHz Bandbreite). In heutigen Empfängern ist der 2-Ton-Dynamikbereich im allgemeinen durch die Rauschseitenbänder des Überlagerungsoszillators begrenzt; er kann aber auch von der Übersteuerungsfestigkeit irgendeiner Verstärker- oder Mischstufe bestimmt sein, und liegt in diesem Fall dicht beim 1-dB-Kompressionspunkt (in dB über 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 über 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 48MHz-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-Dynamikumfang hier nicht weiter behandelt, und zwar aus folgenden Gründen:

In der Praxis sind die durch Intermodulation verursachten Störungen nicht so schwerwiegend, weil mindestens zwei sehr starke Signale gleichzeitig vorhanden sein müssen; die dadurch verursachten Störungen treten nur auf einer begrenzten Zahl von Frequenzen auf, denen ein geübter Operator ausweichen kann.

Ein Empfänger mit einem guten 2-Signal-Verhalten hat automatisch einen guten 3-SignalUmfang, wogegen das Gegenteil wegen der Rauschseitenbänder nicht unbedingt zutreffen muß.

Schließlich wurden die mit dem Intercept-Punkt zusammenhängenden Fragen schon früher in der Amateur-Literatur ausführlich behandelt.

Fragen sie von dem Gerätekauf nach daten über den Dynmakikumfang

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 2Signal-Dynamikumfang des Empfängers spezifizieren kann, sollte einen beträchtlichen Vorsprung vor seinen Mitbewerbern haben.

Meßwerte zeigenden gegenwärtigen Geräte-Standard auf

Die Kosten, um den vorstehend angegebenen Dynamikumfang 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.

Bild 1
Bild 1: Vertikal = Leistungsabstand zum Nutzträger; horizontal = Frequenzabstand zum Nutzträger. Störende Seitenbänder des FT225 vor (oben) und nach (unten) der Modifikation des Geräts.

Bild 2
Bild 2: Wie Bild 1 - hier für den FT221.

Bild 3
Bild 3: Wie Bild 1 - hier für die Geräte IC211 / IC245.

Bild 4
Bild 4: Wie Bild 1 - hier für den TS700 (siehe Teil 2 dieser Reihe).

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 mangelhafte Filterung im Phasenregelkreis.

Bild 5
Bild 5: Wie Bild 1 - hier die Streuungen des Typs IC260E / IC251E im Originalzustand.

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 6
Bild 6: Wie Bild 1 - hier 2 Exemplare des Typs FT480R im Originalzustand.

Bild 7 zeigt Meßwerte von 2 verschiedenen TR2400. Dieser Gerätetyp ist offensichtlich schlecht konstruiert; ich möchte dem Hersteller raten, diesen Typ schnellstens zu verbessern.

Bild 7
Bild 7: Wie Bild 1 - hier 2 Exemplare des Typs TR2400 im Originalzustand.

In Bild 8 sind die für die Gerätetypen IC202 und IC2E typischen Meßkurven eingetragen. Von diesen beiden Typen wurden viele Geräte gemessen - sie zeigten 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, weil nur ein einziges Gerät zur Verfügung stand.

Bild 8
Bild 8: Die Störseitenbänder vieler Geräte der Typen 1 und 3 ergeben immer wieder die gleichen Kurven.

Auch die Bilder 9,10 und 11 basieren auf nur einem Gerät pro Typ. In welchem Ausmaß Exemplarstreuungen dieser Meßwerte auftreten, ist deshalb unbekannt.

Bild 9
Bild 9: Die Störseitenbänder von 3 weiteren Gerätetypen.

Bild 10
Bild 10: Die Störseitenbänder von 3 Typen der Fa. Braun.

Bild 11
Bild 11: Gerät Nr.1 fällt mit seinen Störseitenbändern negativ auf.

Alle Messungen wurden mit einem selbstgebauten Transceiver mit sehr großem Dynamik-umfang durchgeführt. Bild 12 zeigt die Qualität des Meßsystems; sie wurde mit einem IC202, dem ein 144-MHz-Quarzfilter nachgeschaltet war, gemessen.

Bild 12
Bild 12: Zum Überlagern wurde ein IC 202 mit nachgeschaltetem 144-MHz-Quarzfilter benutzt.

Im allgemeinen folgt der 2-Signal-Dynamikumfang der Empfänger den Meßwerten für die Reinheit des Sendesignals; Messungen wurden allerdings nur an einigen Typen durchgeführt.

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 gezeigt werden.

Literatur

  1. Martin, M., DJ7VY: Rauscharmer UKW-Oszillator mit Diodenabstimmung, digitaler Frequenzrastung und Frequenzanzeige, UKW-Berichte 20 (1980) Heft 4, Seite 194-209

SM5BSZ, Leif Asbrink.