Inhaltsverzeichnis. Parameter Verifikation des ADT-200A. Version 1.3 vom

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1 Version 1.3 vom Inhaltsverzeichnis 1 Messungen am Empfänger Zusammenfassung der Empfängerdaten Intermodulation Bestimmung des Interceptpunktes IP Bestimmung des IM3-freien Dynamikbereiches Die Interceptpunkte zweiter Ordnung, IP IM2-freier Dynamikbereich Selektivität der CW-Filter Gemessene Dämpfungscharakteristiken der CW-Filter Selektivität der SSB-Filter Gemessene Dämpfungscharakteristiken der SSB-Filter Eigenschaften des AM-Demodulators Frequenzgang des AM-Demodulators Inband Intermodulation Reziprokes Mischen Messungen am Tx_Modul Die adaptive Predistortion Wirksamkeit der Predistortion bei verschiedenen Modulationsfrequenzen Sendespektren als Funktion der Sendeleistung Neben- und Oberwellen Spektrum CW-Keyer Ein- und Ausschaltverzögerung für die PA-Steuerung Seite 1

2 1 Messungen am Empfänger 1.1 Zusammenfassung der Empfängerdaten a) SSB, Bandbreite = 24Hz Vorverst. 1dB VV = db, Att = db Att = 1dB Att = 25dB MDS -132dBm -122dBm -112dBm -97dBm NF 9dB 19dB 29dB 44dB max.input -18.5dBm -8dBm 2dBm +17dBm stat. DR 113.5dB 114dB 114dB 114dB IP3 1) 18dBm 29dBm 39dBm >4dBm IP2 >6dBm DR3 theor. 1dB 1.6dB 1.6dB 1.6dB DR3 eff. 96dB 96dB a) CW, Bandbreite = 5Hz Vorverst. 1dB VV = db, Att = db Att = 1dB Att = 25dB MDS -138dBm -128dBm -118dBm -13dBm NF 9dB 19dB 29dB 44dB max.input -18.5dBm -8dBm 2dBm +17dBm DR 119.5dB 12dB 12dB 12dB IP3 1) 18dBm 29dBm 39dBm >4dBm IP2 >6dBm DR3 theor. 14dB 14.7dB 14.7dB 14.7dB DR3 eff. 99dB 1) nahe am Kompressionspunkt (max. Input) gemessen, d.h. P Carrier = Max_Input 6dB Begriffserklärungen: MDS Minimum Discernible Signal ( = -174dBm + 1*log(B) + NF) NF Noise Figure ( = Rauschmass in db) max_input maximales Eingangssignal an der Übersteuerungsgrenze des AD-Wandlers DR Dynamikbereich ( = max. Input MDS) DR3 eff. Intermodulationsfreier Dynamikbereich, wenn IM3-Produkt = MDS Seite 2

3 1.2 Intermodulation Die Intermodulation wird üblicherweise durch den Intercept Point (IP) ausgedrückt. Der IP ist eine rein rechnerische Grösse und setzt ein bestimmtes Verzerrungsverhalten eines analogen Vierpols voraus, das bei AD-Wandlern nicht gegeben ist. Während die IM3-Produkte eines analogen Vierpols mit 3dB pro 1dB Erhöhung des Einganssignals ansteigen, sind sie bei einem AD-Wandler in erster Näherung konstant. Dadurch wird der IP3 abhängig vom Eingangspegel und erreicht sein Maximum an der Übersteuerungsgrenze Bestimmung des Interceptpunktes IP3 IP3 [dbm] 32. IP3 bei 14.2MHz Att = db, VV = db Abstand 2kHz Abstand 5kHz Abstand 2kHz Pin [dbm pro Träger] Ein atypisches Merkmal des AD-Wandlers ist, dass der IP3 bei Verringerung des Trägerabstandes zunimmt. Die Tatsache, dass die IM3-Produkte nicht kubisch zum Eingangssignal abnehmen, lässt eine IP3-Berechnung nur nahe an der Übersteuerungsgrenze zu Seite 3

4 IP3 [dbm] 22. IP3 bei 14.2MHz mit Vorverstärker 1dB Abstand 5kHz Pin [dbm pro Träger] Bestimmung des IM3-freien Dynamikbereiches Bei der herkömmlichen Berechnung des IM3-freien Dynamikbereiches (DR3) hat man den Punkt herangezogen, bei dem die Bedingung P IM3 = MDS erfüllt ist. Nach der untenstehenden Formel würde der DR3 15.2dB betragen. Diese gilt aber nur unter der Voraussetzung, dass das der IP3 unabhängig vom Eingangssignal ist, was im vorliegenden Fall nicht gegeben ist. 2[IP3 MDS] DR3 = = 14.7dB (B = 5Hz) 3 Durch die Tatsache, dass im AD-Wandler mit der Verringerung des Eingangspegels die Auflösung von anfänglich 14 bits linear abnimmt, führt dazu, dass die IM3-Produkte innerhalb einem bestimmten Schwankungsbereich konstant bleiben. Damit nimmt der DR3 in erster Näherung linear mit dem Eingangssignal ab Seite 4

5 IM3 [dbm] Intermodulation 3.Ordnung bei 14.2MHz f2 - f1 = 5kHz -12 theoreitscher Verlauf für IP3 = 3dBm Pin [dbm pro Träger] Bei der oben abgebildeten IM-Messung lässt sich ein Kompressionspunkt von -14dBm ermitteln. Dabei handelt es sich um die Leistung des einen von zwei Trägern. Die Summenspannung ist um 6dB höher. Daher beträgt die maximale Eingangsspannung: Max. Input = -14dBm + 6 db = -8dBm an 5Ω Dieser Wert gilt, wenn Vorverstärker und Attenuator ausgeschaltet sind. DR3 [db] 12 1 IM3-freier Dynamikbereich bei 14.2MHz f2 - f1 = 5kHz, Att = db, VV = db Rauschgrenze B = 24Hz 8 6 DR3 = 96dB Pin [dbm pro Träger] Seite 5

6 Der Einbruch des DR3 bei -42dBm rührt von Ungenauigkeiten her im Übergang zwischen zwei Wandler-Segmenten im AD-Wandler. Durch ein zusätzliches niederfrequentes Rauschsignal, dem sogenannten Dithering, kann dieser Effekt verringert werden. Im realen Betrieb des Empfängers sind genügend stochastische Signale vorhanden, die das Dithering ersetzen. DR3 [db] 12 1 IM3-freier Dynamikbereich bei 14.2MHz f2 - f1 = 5kHz, mit Vorverstärker 1dB Rauschgrenze B = 24Hz DR3 = 96dB Pin [dbm pro Träger] Die Interceptpunkte zweiter Ordnung, IP2 Der Intercept-Punkt 2.Ordnung bezieht sich auf Verzerrungsprodukte, die durch die Summe oder Differenz von zwei Frequenzen entstehen. Obschon auch hier die Verzerrungen mehrheitlich im AD- Wandler entstehen, kann der IP2 in hohem Masse durch eine geeignete Vorselektion verringert werden, was beim IP3 nicht der Fall ist Seite 6

7 IP2 [dbm] Intercept-Punkt 2. Ordnung 9 85 f1 = 7.1MHz, f2 = 7.2MHz, fe = 14.3MHz f1 = 2.6MHz, f2 = 6.3MHz, fe = 3.7MHz Pin [dbm pro Träger] IM2-freier Dynamikbereich DR2 [dbm] Intermodulation 2. Ordnung bei f1 = 2.6MHz, f2 = 6.3MHz, fe = 3.7MHz Rauschflur B = 24Hz Pin [dbm pro Träger] Seite 7

8 1.3 Selektivität der CW-Filter Die CW-Filter sind ab der FW-Version 1.3 neu dimensioniert und wesentlich versteilert worden. Diese Filter haben nun die folgenden Eigenschaften: B (-6dB) B (db) Shape-Factor Rauschbandbreite Gruppenlaufzeit [Hz] [Hz] [ - ] [Hz] [ms] Die Gruppenlaufzeit bezieht sich auf die Signallaufzeit des gesamten Empfängers Gemessene Dämpfungscharakteristiken der CW-Filter Die nacholgenden Durchlasskurven sind mit Hilfe der im ADTA eingebauten SCAN-Funktion gemessen worden. Als Testsignal ist eine rauscharme 1MHz Signalquelle (HP 1544A) verwendet worden. Die Messung ist mit eingeschaltetem Vorverstärker bei einem Eingangssignal von -21dBm ausgeführt worden. [db] 2 CW-Filter B = 5Hz [Hz] Seite 8

9 [db] 2. CW-Filter B = 15Hz [Hz] 5 Die Frequenz auf der X-Achse entspricht der Verstimmung gegenüber der eingestellten Trägerfrequenz. Aus diesen Messungen lässt sich das extrem geringe Oszillatorrauschen bei 3 Hz Trägerabstand ermitteln zu: Γ o = -15dB -1 * Log 1 (B r ) /db = -126dBc/Hz ( f = 3Hz!) f ist gemessen vom Träger zum 3dB-Punkt der Filterflanke. Der Beitrag des Seitenbandrauschens von der Signalquelle (HP1544A) ist nicht bekannt. Die den gemessenen Dämpfungswerte im Bereich von f >4Hz können deshalb noch besser sein. [db] 2. CW-Filter B = 3Hz [Hz] Seite 9

10 1.4 Selektivität der SSB-Filter Die SSB-Filter sind ab der FW-Version 1.3 neu dimensioniert worden. B (-6dB) B (db) Shape-Factor Rauschbandbreite Gruppenlaufzeit [Hz] [Hz] [ - ] [Hz] [ms] Die Gruppenlaufzeit bezieht sich auf die Signallaufzeit des gesamten Empfängers Noise Blanker 1 Main Filters Noise Blanker 2 Post Filters Complex Mixer Interpolation Filter I-In I out n 1 n 2 n 3 NB1 NB2 +/- +/- AF out Q-In Q out n 1 n 2 n 3 +/ USB / LSB Selection +/ BFO Blockschema der Filterung für CW und SSB Seite 1

11 1.4.1 Gemessene Dämpfungscharakteristiken der SSB-Filter Die nachfolgenden Messungen sind mit einem konstanten Eingangssignal von -21dBm ausgeführt worden. [db] 2 SSB-Filter B = 3Hz, LSB [Hz] 1 Die Frequenz von Hz entspricht der Trägerfrequenz bei LSB-Betrieb. [db] 2. SSB-Filter B = 1Hz, LSB [Hz] Seite 11

12 [db] 2. SSB-Filter B = 24Hz, LSB [Hz] [db] 2. SSB-Filter B = 35Hz, LSB [Hz] Die Funktion Pass Band Tuning ist neu hinzu gefügt worden. Damit lässt sich der Durchlassbereich des Filters um verschieben, ohne die Überlagerungsfrequenz (Pitch) zu verändern. Im nachfolgenden Diagramm sind die Durchlasskurven von demselben Filter bei drei verschiedenen PBT-Einstellungen aufgenommen worden: Seite 12

13 [db] SSB-Filter B = 24Hz, USB [Hz] 4 PBT = Hz PBT = Hz PBT = +2Hz Durch die PBT-Funktion können die Eckfrequenzen des Empfangskanals verändert und damit dem bevorzugten Klangbild angepasst werden. Die Stellung Hz kann beim Empfang von AM- Stationen im Mode SSB dazu benutzt werden, den AM-Träger in den Durchlassbereich des SSB- Filters zu bringen, um zu verhindern, dass die AGC in den Modulationspausen aufregelt. 1.5 Eigenschaften des AM-Demodulators Die Eigenschaften vom AM-Demodulator sind gemessen worden bei den folgenden Einstellungen: o Frequenz = 1MHz, Stellung AM, Modulationsgrad M = 8% o o o Bandbreite B = 9kHz AGC-Schwelle dbm Vorverstärker und Attenuator: off Verwendete Messgeräte: o o o o Pegelmesser W&G, PMG-13 Audio-Analyzer HP 893A Messsender HP 864B Spectrum Analyzer R&S FSAS Seite 13

14 1.5.1 Frequenzgang des AM-Demodulators Signal [db] 1 Frequenzgang AM-Demodulator B = 1kHz, HF-Signal: dbm Mod.-Frequenz [Hz] B = 1kHz B = 6kHz PMG Hz PMG-13 In + HP 864 ADTA R&S FSAS 9 Hz f = 1MHz VV: off Für die Messungen des AM-Demodulators verwendeter Messaufbau Seite 14

15 Line_Out [dbv] -1 AM-Demodulator Mod.-Signal: 1.6kHz, Mod.-Grad: 8% RF-Signal In [dbµv] o Empfindlichkeit für 12dB SINAD: 1.8µV (-12dBm) ohne Vorverst.57µV (-112dBm) mit 1dB Vorverst. o Störabstand bei Ue = dbm 57dB Klirrfaktor [%] 3 Verzerrungen AM-Demodulator Mod.-Grad: 8%, HF-Signal: dbm Modulationfrequenz [khz] Seite 15

16 1.5.2 Inband Intermodulation ATT: 41. db BW VIDEO:.3 khz BW RES:.2 khz -1 MARKER: dbm, 5 khz Frequency [khz] Eingangssignal: dbm, f1 = 9Hz, f2 = 12Hz, M = 6% ATT: 41. db BW VIDEO:.3 khz BW RES:.2 khz -1 MARKER: dbm, 5 khz Frequency [khz] Eingangssignal: dbm Seite 16

17 ATT: 41. db BW VIDEO:.3 khz BW RES:.2 khz -1 MARKER: dbm, 5 khz Frequency [khz] Eingangssignal: dbm 1.6 Reziprokes Mischen dbc/hz Reziprokes Mischen Messgrenze f [khz] Seite 17

18 2 Messungen am Tx_Modul 2.1 Die adaptive Predistortion Der Betrieb der Endstufe mit einem hohen Wirkungsgrad bedingt eine hohe Aussteuerung, verbunden mit einem geringen Ruhestrom (nahe B-Betrieb). Ohne Gegenmassnahmen entstehen dadurch unzulässig hohe Intermodulations-Verzerrungen, wie die folgende Abbildung zeigt: ATT: 6. db BW VIDEO:.1 khz BW RES:.1 khz MARKER: -6.5 dbm, MHz Im Vergleich der unverzerrten Envelope mit der aus dem Sendesignal zurückgewonnenen zeigt deutliche Nichtlinearitäten: Seite 18

19 1,2 1,,8,6,4,2, -,2, 25, 5, 75, 1, 125, rot: unverzerrtes, blau: zurückgewonnenes Sendesignal Mit Hilfe der adaptiven Predistortion werden vorerst die AM-AM-Verzerrungen eliminiert. Daraus entsteht bei gleicher Sendeleistung wie oben das folgende Spektrum: ATT: 65. db BW VIDEO:.1 khz BW RES:.1 khz MARKER: dbm, MHz Im Vergleich der Envelopen (rot: Soll, blau Ist) sind keine Abweichungen sichtbar. Dennoch sind die IM3- und die IM5-Produkte recht hoch (Stand FW-Version 1.1i): Seite 19

20 1,2 1,,8,6,4,2, -,2, 25, 5, 75, 1, 125, Eine Verbesserung des IM-Abstandes kann durch die zusätzliche Korrektur der AM-PM-Verzerrungen erreicht werden: ATT: 65. db BW VIDEO:.1 khz BW RES:.1 khz MARKER: -6.9 dbm, MHz Ton Modulation: Pout = 48Wpep, f1 = 7Hz, f2 = 17Hz Das nachfolgende Diagramm zeigt den Vergleich zwischen dem Phasenverlauf des unverzerrten (rot) mit dem zurückgewonnenen (blau) im Basisband: Seite 2

21 7,5 5, Phase/rad 2,5, -2,5, 25, 5, 75, 1, 125, Zeit [Samples] Die IM3- und IM5-Produkte sind nun deutlich abgeschwächt, währenddem das IM9-Produkt angestiegen ist. Dies rührt daher, dass dieses sich frequenzmässig auf der Flanke des PD-Postfilters befindet, das seinerseits eine Phasenverzerrung hervorruft. Der Versuch mit einer grösseren Bandbreite verschiebt das Problem gegen IM-Produkte höherer Ordnung. -> die IM9-Produkte nehmen bei der Reduktion der Sendeleistung von 1dB um 9dB ab! Wirksamkeit der Predistortion bei verschiedenen Modulationsfrequenzen ATT: 65. db BW VIDEO:.1 khz BW RES:.1 khz MARKER: dbm, MHz Ton Modulation: Pout = 48Wpep, f1 = 5Hz, f2 = 22Hz Seite 21

22 ATT: 65. db BW VIDEO:.1 khz BW RES:.1 khz MARKER: dbm, MHz Ton Modulation: Pout = 48Wpep, f1 = 7Hz, f2 = 15Hz ATT: 65. db BW VIDEO:.1 khz BW RES:.5 khz MARKER: dbm, MHz Ton Modulation: Pout = 48Wpep, f1 = 9Hz, f2 = 11Hz (Span = 1kHz) Seite 22

23 ATT: 65. db BW VIDEO:.1 khz BW RES:.1 khz MARKER: dbm, MHz Peak Hold Spektrum von Sprachsignal (BBC-London), aufgenommen während 1Min bei Pout = 5Wpep Seite 23

24 2.1.2 Sendespektren als Funktion der Sendeleistung ATT: 65. db BW VIDEO:.1 khz BW RES:.1 khz MARKER: dbm, MHz Pout = 48Wpep ATT: 65. db BW VIDEO:.1 khz BW RES:.1 khz MARKER: -6.4 dbm, MHz P = 4Wpep Seite 24

25 ATT: 65. db BW VIDEO:.1 khz BW RES:.1 khz MARKER: -6.4 dbm, MHz Pout = 2Wpep ATT: 5. db BW VIDEO:.1 khz BW RES:.1 khz MARKER: dbm, MHz Pout = 1Wpep Seite 25

26 ATT: 5. db BW VIDEO:.1 khz BW RES:.1 khz MARKER: dbm, MHz Pout = 1Wpep ATT: 5. db BW VIDEO:.1 khz BW RES:.1 khz MARKER: dbm, MHz Ausgangsspektrum vom Driver, Pout = +3dBm, verwendbar für Transverter oder Netzwerkanalyse Seite 26

27 2.2 Neben- und Oberwellen ATT: 1. db BW VIDEO: 1. khz BW RES: 1. khz MARKER: -.98 dbm, MHz Nebenwellen bei fo ± 5kHz bei Pout = 48W ATT: 1. db BW VIDEO:.3 khz BW RES:.2 khz MARKER: -5.5 dbm, 141 khz Nebenwellen bei fo ±2.5kHz bei Pout = 48W Seite 27

28 ATT: 2. db BW VIDEO: 1. khz BW RES: 7.36 khz MARKER: -.5 dbm, MHz Oberwellenspektrum bei 16m (Bemerkung: die Harmonischen entstehen im Antennenschalter) ATT: 3. db BW VIDEO: 1. khz BW RES: 7.36 khz MARKER: -.5 dbm, MHz Oberwellenspektrum bei 8m Seite 28

29 ATT: 3. db BW VIDEO: 1. khz BW RES: 7.36 khz MARKER: -.99 dbm, 7.1 MHz Oberwellenspektrum bei 4m ATT: 32. db BW VIDEO: 1. khz BW RES: 7.36 khz MARKER: -.83 dbm, 1.7 MHz Oberwellenspektrum bei 3m Seite 29

30 ATT: 32. db BW VIDEO: 1. khz BW RES: 7.36 khz MARKER: -.81 dbm, MHz ATT: 32. db BW VIDEO: 1. khz BW RES: 7.36 khz Oberwellenspektrum bei 2m MARKER: -.6 dbm, MHz Oberwellenspektrum bei 17m Seite 3

31 ATT: 32. db BW VIDEO: 1. khz BW RES: 7.36 khz MARKER: dbm, MHz Oberwellenspektrum bei 15m Bemerkung: die Nebenwellen im Bereich von 1 3MHz stammen vom TxDAC (AD9754) und liegen innerhalb dessen Spezifikation ATT: 32. db BW VIDEO: 1. khz BW RES: 7.36 khz MARKER: -.3 dbm, MHz Oberwellenspektrum bei 12m Seite 31

32 ATT: 32. db BW VIDEO: 1. khz BW RES: 7.36 khz MARKER: -.78 dbm, MHz Oberwellenspektrum bei 1m 2.3 Spektrum CW-Keyer Seite 32

33 ATT: 3. db BW VIDEO:.3 khz BW RES:.2 khz MARKER: dbm, MHz Amplitude [dbc] Träger [Hz] Spektrum CW-Keyer bei Tempo 8 (16WpM) 1 > 1 1) Ch 1: 5 Volt 25 ms Sendesignal bei Tempo 8 (16WpM) Seite 33

34 ATT: 3. db BW VIDEO:.3 khz BW RES:.2 khz MARKER: dbm, MHz [Hz] Spektrum CW-Keyer bei Tempo 14 (28WpM) 1 > 1 1) Ch 1: 5 Volt 25 ms Sendesignal bei Tempo 14 (28WpM) Seite 34

35 2.4 Ein- und Ausschaltverzögerung für die PA-Steuerung 1 > 1 Schalter PA 2 > HF -Signal 1) Ch 1: 2 Volt 1 ms 2) Ch 2: 1 Volt 1 ms Einschaltvorgang: PA-CTRL = on, Tx-DEL = 1ms Schalter PA 1 > 1 2 > HF -Signal 1) Ch 1: 2 Volt 1 ms 2) Ch 2: 1 Volt 1 ms Ausschaltvorgang: PA-CTRL = on, Tx-DEL = 1ms Seite 35

36 Schalter PA 1 > 1 2 > HF -Signal 1) Ch 1: 2 Volt 1 ms 2) Ch 2: 1 Volt 1 ms Einschaltvorgang: PA-CTRL = on, Tx-DEL = 5ms Schalter PA 1 > 1 2 > HF -Signal 1) Ch 1: 2 Volt 1 ms 2) Ch 2: 1 Volt 1 ms Ausschaltvorgang: PA-CTRL = on, Tx-DEL = 5ms Seite 36