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Forum: HF, Funk und Felder Pegelplan Receiver


Autor: Torro (Gast)
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Ich bin gerade dabei mir ein paar Empfängergrundlagen anzuarbeiten und 
bin
dabei auf ein Projekt gestoßen, in dem drei Funkamateure einen 
Kurzwellenempfänger aufbauen (Bavarix / HSDR-4512). Die drei OM’s haben 
dazu ein Blockschaltbild mit entsprechendem Pegelplan online gestellt, 
den ich nachzuvollziehen versuche:
http://dl7mwn.de/doc/Blockschaltbild%20HSDR-4512%2...


Mit der Zeile Pn (Rauschleistung in einer Bandbreite von 2,4 kHz) komme 
ich noch nicht ganz klar. Wie berechnet sich diese?

Was ich dabei z.B. nicht verstehe:
- Der erste Mischer hat einen Gain von -7 dB -> die Rauschleistung
bleibt aber laut Pegelplan von Eingang zu Ausgang konstant
- Der zweite Mischer hat ebenfalls einen Gain von -7 dB -> die
Rauschleistung nimmt hier aber zum Ausgang hin um diese 7 dB ab


Wieso wirkt sich eine Dämpfung / negativer Gain in einem Fall auf die
Rauschleistung aus (2. Mischer, Tiefpass 18kHz), aber im anderen Fall 
nicht (Preselektor, 1. Mischer)?

Wieso heben die 13 dB Gain vom ersten ZF-Verstärker die Rauschleistung 
nur
um 11,8 dB an, während Sie das Nutzsignal um 13 dB anheben?



Steckt da vielleicht ein Fehler im Plan, oder verstehe ich etwas noch 
nicht
richtig (wovon ich ehrlich gesagt eher ausgehe)?

Gruß,Torro

Autor: B e r n d W. (smiley46)
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Ueff = sqr(4*Kb*T*R*dF)
Ueff = 0,043µV = -134 dBm

Möglicherweise werden die Innenwiderstände der Signalquelle und der 
Eingangswiderstand des Empfängers parallel gerechnet.
Dann komme ich auf -137 dBm, es fehlen aber noch 3 dBm zu -140.

Boltzmann-Konstante  Kb = 1,3806504 · 10−23
Temperatur T = 290K
Widerstand R = 50 Ohm
Frequenzbereich dF = 2400 Hz

1. Mischer
Grob gesagt, produziert der Mischer den gleichen Betrag an 
Eigenrauschen, wie seine Dämpfung (7 dB). Wenn sich also der 
Rauschabstand nicht verschlechtern soll, muß vor dem 1. Mischer 
verstärkt werden.

Rauschspannungen werden quadratisch addiert:
Nges = sqr(Na^2 + Nb^2)
Dadurch fällt der kleinere Betrag kaum ins Gewicht.

2. Mischer
Vor diesem wird insgesamt um 16 dB verstärkt. Das Rauschen des 2. 
Mischers hat jetzt nur noch einen Einfluß von 0,1 dB.

>Wieso 13 dB Gain und Rauschleistung nur um 11,8 dB
http://dl7mwn.de/doc/Pegelplan%20HSDR-4512%20V0.1.pdf
Im Plan kann ich nur eine Anhebung der Rauschleistung um 0,8 dB 
entdecken. Vermutlich ist der 1. ZF-Verstärker so rauscharm, daß seins 
gegenüber dem verstärkten Rauschen des 1.Mischers nicht ins Gewicht 
fällt.

Autor: Torro (Gast)
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Die Rauschleistung am Eingang verstehe ich noch. In 1 Hz Bandbreite 
beträgt das thermische Rauschen -174 dBm. Für eine Bandbreite von 2,4 
kHz bedeutet das Pn = -174 + 10 * log(2400) = -140,1 dBm, also exakt den 
angegebenen Wert.

Für die restlichen Punkte hast du dich glaube ich auf die Noise Figure 
(NF) bezogen, nicht auf die Rauschleistung?! Die Werte für die Noise 
Figure kann ich nachvollziehen, die Entwicklung der Rauschleistung nach 
der Antenne verstehe ich nicht richtig.


Ich unterlege meine Fragen mal mit den entsprechenden Zahlen aus dem 
Pegelplan, damit klar ist, worauf sich meine Fragen beziehen:

### Wieso wirkt sich eine Dämpfung / negativer Gain in einem Fall auf 
die
Rauschleistung aus, aber im anderen Fall nicht?
Preselektor: Rauschleistung (Pn) Eingang -140,1 dBm / Ausgang -140,1 dBm
1. Mischer:  Rauschleistung (Pn) Eingang -140,1 dBm / Ausgang -140,1 dBm
2. Mischer:  Rauschleistung (Pn) Eingang -113,5 dBm / Ausgang -120,5 dBm
Tiefpass:    Rauschleistung (Pn) Eingang -120,5 dBm / Ausgang -122,4 dBm

-> Beide Mischer haben -7 dB Gain (=7 dB NF), Preselector und Tiefpass 
haben je -2 dB Gain (=2 dB NF). Preselektor und 1. Mischer haben jedoch 
laut Pegelplan keinen Einfluss auf die Rauschleistung, 2. Mischer und 
Tiefpass hingegen schon. Wieso?


### Wieso heben die 13 dB Gain vom ersten ZF-Verstärker die 
Rauschleistung
nur um 11,8 dB an, während Sie das Nutzsignal um 13 dB anheben?
-> Die Signalleistung wird von -116 auf -113 dBm angehoben (13 dB), die 
Rauschleistung allerdings nur von -140,1 auf -128,3 dBm (11,8 dB). 
Müsste die Rauschleistung hier nicht um 13,8 dB angehoben werden (um 
Verstärkung + NF)?


Ich hoffe mal, damit wird klarer, wo ich noch meine Verständnisprobleme 
habe!

Autor: Torro (Gast)
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Die zweite Frage hat sich erledigt, ich sehe gerade, das sich da ein 
Tippfehler im Blockschaltbild eingeschlichen hat. Im eigentlichen 
Pegelplan (danke für den Link Bernd) beträgt die Rauschleistung am 
Ausgang des ersten Verstärkers -126,3 dBm (nicht -128,3 dBm wie ins 
Blockschaltbild übertragen). Damit komme ich auf den erwarteten Anstieg 
der Rauschleistung von 13,8 dB.

Bleibt noch meine erste Frage, wieso sich eine Dämpfung / negativer Gain 
in einem Fall auf die Rauschleistung auswirkt, aber im anderen Fall 
nicht?

Autor: B e r n d W. (smiley46)
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Um mein obiges Posting zu vervollständigen:

Der Widerstand kann als rauschende Spanungsquelle mit dem 
Innenwiderstand R=50 Ohm aufgefasst werden

Leerlaufspannung:
Uo = sqr(4*Kb*290K*50*2400Hz)
Uo = 0.043µV = -134 dBm

Leistungsanpassung:
Ueff = Uo / 2 = 21,5nV = -140.1 dBm

Rauschleistung:
Der Mischer verhält sich im Prinzip wie ein Dämpfungsglied, ein passives 
Bauteil. Fällt durch die Dämpfung die Rauschleistung unter die -140.1 
dBm, so sieht die folgende Stufe den Widerstand seiner Quelle, welcher 
ebenfalls als rauschender 50 Ohm Widerstand angesehen werden kann. 
Dadurch werden die -140.1 dBm nicht unterschritten.

Vor dem 2. Mischer beträgt die Rauschleistung -113.5 dBm. Dieser Betrag 
wird um 7 dB gedämpft.

Signal:
Bei beiden Mixern ist ein Signal oberhalb der Grasnarbe vorhanden und 
deshalb wird es jeweils um 7 dB gedämpft.

Gruß, Bernd

Autor: Torro (Gast)
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Tolle Erklärung, vielen Dank!

Das hört sich logisch und nachvollziehbar an, mir fehlen glaube ich die 
Zusammenhänge noch ein wenig - aber deswegen schaue ich mir die Sache ja 
auch an.

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