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%20mit%20Pegelplan_01.pdf
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
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 dBhttp://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.
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!
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?
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
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.
