Hallo, ich bin rechter HF-Neuling und möchte ein HF-Kette (BPF - LNA -
BPF - Mischer - BPF - VGA - ADC) durchrechnen. Ich möchte gerne
Eingangs- und Ausgangsspannungen der Elemente durchrechnen damit ich
abschätzen kann welche LNA/VGA Kombinationen brauche. Nun tue ich mich
noch schwer mit dB/dBm und weiß vor allem nicht mit welchem Wert ich von
der Antenne anfangen soll. Theoretisch könnte ich dann ja einfach dBm
und dBm addieren (Au multiplizieren) oder stelle ich mir das zu einfach
vor ?! Vielen Dank und frohe Ostern
jaja 30 dBm plus 30 dBm macht 60 dBm - die darf man gerade nicht
addieren.
So ein Empfänger soll ja möglichst viel Dynamik haben und gleichzeitig
rauscharm sein.
Also würde ich mit dem minimal und dem maximal gewünschten Eingangspegel
rechnen, der von der Antenne kommt. Der wird tatsächlich in dBm (oder
dBµV) gemessen. Das sind absolute Massangaben, auf ein Milliwatt an 50
Ohm (oder 1 Mikrovolt an 75 Ohm) bezogen.
"dB" ohne Bezugsgröße sind relative Zahlen, das ist keine Masseinheit,
sondern eine Rechenvorschrift wie das Prozentzeichen. Die nimmt man
zwischen den einzelnen Blöcken des Pegelplans.
Am Ausgang steht dann wieder ein Absolutwert an, solange der Empfänger
linear umsetzt, also kein FM-Empfänger mit Begrenzerverstärker.
Christoph Kessler (db1uq) schrieb:> Der wird tatsächlich in dBm (oder> dBµV) gemessen. Das sind absolute Massangaben, auf ein Milliwatt an 50> Ohm (oder 1 Mikrovolt an 75 Ohm) bezogen.
Kann mal jemand erklären, weshalb in Zusammenhang mit Spannungs- und
Leistungspegeln immer wieder diese Bezugsimpedanzen genannt werden? Die
sind doch völlig schnurz! Ein Milliwatt an 500 Ohm sind auch 0 dBm. Ein
Mikrovolt an 20 Ohm sind auch 0 dBµV.
0 dBm sind 1 mW, egal, an welchem Widerstand. Und 0 dBµV sind 1 µV, auch
egal, an welchem Widerstand.
Schlumpf schrieb:> 0 dBm sind 1 mW, egal, an welchem Widerstand. Und 0 dBµV sind 1 µV, auch> egal, an welchem Widerstand.
Und jetzt rechne beides mal in das jeweils andere um...
aha schrieb:> Und jetzt rechne beides mal in das jeweils andere um...
Und? Natürlich muss man den Widerstand kennen, um Leistung in Spannung
umzurechnen. Der ist aber bei der Definition von dBm und dBµV nicht
festgelegt. dBm ist äquivalent zu Milliwatt, dBµV ist äquivalent zu µV.
Da kommt nirgendwo ein Widerstand ins Spiel. 0 dBm ist 1 Milliwatt.
Punkt. Nicht "1 Milliwatt an 50 Ohm".
Oder willst du sagen, dass man 50 Ohm annehmen muss, um dBm in dBµV
umzurechnen und dass man 75 Ohm annehmen muss, um dBµV in dBm
umzurechnen, oder was?
Christoph Kessler (db1uq) schrieb:> Also würde ich mit dem minimal und dem maximal gewünschten Eingangspegel> rechnen, der von der Antenne kommt.
Mein Problem ist, dass ich keine Ahnung habe was da ungefähr ankommt.
Zum Hintergrund: Es soll offensichtlich ein recht breitbandiger Scanner
werden. Womit kann ich ca. rechenen? Hat jemand ein paar Daten von
üblichen Eingangspegel? Mit denen könnte ich ja dann weiterrechnen
oder?!
@Thomas R. (tinman) Vielen vielen Dank für den Link - genau das was ich
gesucht habe.
WinWon schrieb:>> Also würde ich mit dem minimal und dem maximal gewünschten>> Eingangspegel rechnen, der von der Antenne kommt.>> Mein Problem ist, dass ich keine Ahnung habe was da ungefähr> ankommt.
Hmm. Wie kommt es denn, dass Du ein HF-System auslegst, ohne
Grundkenntnisse über Hochfrequenztechnik zu haben?
> Zum Hintergrund: Es soll offensichtlich ein recht breitbandiger> Scanner werden.
"Offensichtlich"? - Du wirst doch wohl wissen, was die Kiste
machen soll?
> Womit kann ich ca. rechenen?
Naja, ein Anhaltspunkt "nach unten" wäre die rauschbegrenzte
Empfindlichkeit: Ein 50-Ohm-Widerstand rauscht bei üblichen
Temperaturen mit ca. 1nV/sqrt(Hz).
Ein Empfänger mit 10kHz Bandbreite braucht also ein Eingangs-
signal von mindestens 100nV, um auf einen Signal-Rausch-Abstand
(HF-SNR) von 3dB zu kommen.
Hallo WinWon alias Gerri
Du solltest Dich auf einen Namen beschränken!
Du rechnest also durch, wie aus den 100nV z.B. 2.8 Volt für den
Lautsprecher erzeugt werden. Das entspricht 1 Watt an 8 Ohm. Dazu sind
grob 150 dB Verstärkung notwendig.
Dann definierst Du Dein größtes noch zu verarbeitendes Signal. Das
können 100mV sein von einer Langdrahtantenne. Jetzt berechnest Du, was
Stufe um Stufe aus diesem Signal wird. Keine der Stufen darf begrenzen
bzw. verzerren. Die Verstärkung beträgt jetzt 40 dB.
Die Verstärkung kann reduziert werden durch einen HF-Regler, durch eine
AGC und mit Hilfe des Lautstärkepotis. Jedenfalls sollte die
Dynamik/Verstellbereich bei diesem Beispiel 110 dB betragen.
Welchen Frequenzbereich soll denn der Scanner überstreichen?
Gruß, Bernd
Hallo,
dankeschön so langsam komme ich glaube ich auf die Spur des ganzen.
Possetitjel schrieb:> 1nV/sqrt(Hz).> Ein Empfänger mit 10kHz Bandbreite braucht also ein Eingangs-> signal von mindestens 100nV, um auf einen Signal-Rausch-Abstand> (HF-SNR) von 3dB zu kommen.
Wie ist denn da der Zusammenhang zwischen 1nV/sqrt(Hz), der Bandbreite,
dem Eingangssignal und dem SNR?
B e r n d W. schrieb:> Keine der Stufen darf begrenzen> bzw. verzerren.
Habe ich richtig verstanden, dass der Anhaltspunkt für die
Verzerrung/Sättigung bei einem Glied meiner Kette der "Input 1 dB
Compression Point" (P1dB)ist ? Das heißt bis zu dieser
"Eingangsleistung" habe ich maximal eine "Verzerrung" von der Ideallinie
um 1dB ?
> Wie ist denn da der Zusammenhang zwischen 1nV/sqrt(Hz)> der Bandbreite, dem Eingangssignal und dem SNR?
Bei welchem Rauschabstand gemessen wird, ist Definitionssache, bei 10dB
ist das Nutzsignal gerade verständlich.
Rechenbeispiel:
1nV * sqrt(10kHz)
----------------- = 100nV
sqrt(Hz)
1nV * sqrt(100Hz)
----------------- = 10nV
sqrt(Hz)
Für den Rauschabstand von 10 dB ist ganz grob ein um Faktor 3 größeres
Signal notwendig. Ein AM-Signal ist also mit 300nV gerade noch
verständlich, ein Morsesignal mit 30nV. Dies gilt jedoch nur für den
Fall, daß der Empfänger nicht noch zusätzliches Rauschen beisteuert.
https://de.wikipedia.org/wiki/W%C3%A4rmerauschen#Rauschgr.C3.B6.C3.9Fen> Input 1 dB Compression Point
Bei kleinen Signalen folgt das Ausgangssignal proportional dem
Eingangssignal. Der 1dB Kompressionspunkt ist erreicht, wenn bei
Signalerhöhung das Ausgangssignal um 1dB hinter seinem Sollwert
zurückbleibt.
Messungen an Receivern werden verfälscht, falls das Signal über den 1dB
Kompressionspunk ansteigt. Schon in der Nähe entsteht ein ganzer Kamm
aus Harmonischen.
Werde zwei gleich große Signale unterschiedlicher Frequenz auf den
Empfängereingang gegeben, entstehen Mischprodukte mit einer typischen
Anordung. Die Leistung dieser Mischprodukte wird als IP3-Wert angegeben.
Der IP3 ist ein virtueller Schnittpunkt aus zwei Linien, welcher
oberhalb des 1dB Kompressionspunktes liegt. Ein direktes Messen bei
diesem Punkt würde so manchen Empfänger zerstören.
Vielen Dank für die Erklärungen.
Wenn ich nun zum Beispiel die maximale Leistung die ich auf meinen
Mischer draufgeben darf aus dem Datenblatt ermitteln möchte - nach was
für einem Wert suche ich denn dann? Also das was man noch
"verzerrungsfrei" versteht? (Ich denke ideal ist ja nichts ...)
Ich soll nun einen recht breitbandigen Scanner durchrechnen. Sprich von
100 MHz bis 4,4 GHz. Ich wollte das ganze dann mit einem entsprechend
flexiblen LO auf eine einzigen Mischerstufe runtermischen und dann mit
30 MHz Bandbreite digitalisieren.
1 nV * sqrt(50 MHz)
------------------- = 5,48 µV ???
sqrt(Hz)
das würde ja heißen je Breitbandiger ich werde desto unempfindlicher
wird mein Empfänger ?!
Die 5,48 µV (-92 dBm) beziehen sich auf die Summe bei einer Bandbreite
von 30MHz. Die spätere Auswertung nach dem Digitalisieren hat eine
andere Auflösung bezüglich Zeit und Bandbreite. Können da 100Hz
aufgelöst werden, gilt für ein CW-Signal wieder das obige
Rechenbeispiel.
Schwieriger wird die Großsignalfestigkeit, denn innerhalb einer
Bandbreite von 30MHz können sich viele starke Signale befinden. 100
Signale machen viel mehr Lärm als eines oder zwei. Die Frage ist auch,
an welcher Stelle die 30MHz selektiv begrenzt werden. Im ungünstigsten
Fall muss der Mischer noch die ganzen 4,3 GHz verkraften können.
Wie wird die Spiegelfrequenz unterdrückt, mit einem Quadraturverfahren?
B e r n d W. schrieb:> Die Frage ist auch,> an welcher Stelle die 30MHz selektiv begrenzt werden. Im ungünstigsten> Fall muss der Mischer noch die ganzen 4,3 GHz verkraften können.
Ja genau das wird er müssen. Die 30 MHz wollte ich auf der IF filtern.
Aber wie könnte man das sonst machen? Selbst wenn ich eine zweite IF
reinmache, dann wird ja immernoch ein Mischer mit allem (4,3 GHz)
zugemüllt. Wie könnte ich das anderst lösen?
B e r n d W. schrieb:> Wie wird die Spiegelfrequenz unterdrückt, mit einem Quadraturverfahren?
Könntest du mir kurz erläutern wie man mit einem IQ-Verfahren die
Spiegelfrequenz unterdrücken kann? Ich bin im Moment davon ausgegangen,
dass das ganze digital erfolgen kann. Darum habe ich explizit auf eine
IQ Demodulation verzichtet ...
> HF-Kette (BPF1 - LNA - BPF2 - Mischer - BPF3 - VGA - ADC)
Wenn BPF1 und BPF2 messerscharf genau 30 MHz breit wären, würde das
schon funktionieren. Allerdings müssten die dann durchstimmbar sein oder
es müsste 143 Stück davon geben.
> TPF - LNA - Mischer - BPF - Mischer - BPF - Mischer - VGA - TPF - ADC
Diese Topologie haben ältere Spektrum-Analyser Dazu wäre ein Tiefpass
mit 4,4GHz und ein Bandfilter irgendwo bei 5 GHz, also oberhalb des
Empfangsbereiches, notwendig. Genaugenommen wäre noch ein weiterer
Mischer und eine weitere ZF notwendig, da es sich von 5GHz bis 30 MHz um
einen ziemlich großen Sprung handelt.
> TPF - LNA - Mischer_i - TPF - VGA - ADC_i> | LO_0°> | LO_90°> - Mischer_q - TPF - VGA - ADC_q
Das sieht auf den ersten Blick nicht kompliziert aus. Aber wie kann beim
LO eine Phasenverschiebung von 90° im Bereich von 100MHz bis 4,4 GHz
gewährleistet werden?
Falls es aber einen Chipsatz gäbe, der das schon kann. Das neuere WLAN
spielt doch auf 5 GHz. Falls der Frequenzbereich in 30 MHz Schritten
nach 5 GHz gemischt werden würde, könnte das Signal von dort
weiterverarbeitet werden.
Ich stell mir sowas vor, nur für 5GHz:
http://www.superkuh.com/gnuradio/Elonics-E4000-Low-Power-CMOS-Multi-Band-Tunner-Datasheet.pdf
Allerdings ist es dann mit der Großsignalfestigkeit nicht weit her.
Womit möchtest Du Deine Empfängerkette denn speisen? Außenantenne oder
geht es um einen Messplatz? Im Falle einer exponierten und breitbandigen
Antenne wirst Du um einen mitlaufenden Eingangsbandpass nicht umhin
kommen. Was von so einer Antenne kommt ist erheblich und kann einen
Widerstand messbar erwärmen! Und wenn dann noch die untere
Empfindlichkeit in der Gegend des thermischen Rauschens liegen soll,
also keine Dämpfung des Signals vor dem Mischer zulässig ist, dann ist
der erste Mischer (bzw. dann sind die beiden IQ Mischer in der Skizze
von Bernd) schnell kaputt gemacht. Und ein mitlaufendes Filter von
100MHz bis 4,4GHz ist nicht trivial, ein umschaltendes Filter ziemlich
umfangreich.
Ok da werde ich mir nochmal Gedanken machen.
Nun habe ich immernoch ein Problem - Wenn ich jetzt einen LNA habe z.B.
http://www.rfmd.com/CS/Documents/3377DS.pdf
Was ist nun die maximale sinnvolle Eingangsleistung mit der ich auf den
drauf gehen kann (ohne Verzerrung, etc)? Wo finde ich diese im
Datenblatt?
Wenn Du vom output P1dB die Verstärkung abziehst kommst Du zu -6dBm
Eingangspegel bei dem der Verstärker bereits nichtlinear ist. Die
Kompressionspunktmessung erfolgt allerdings mit einem Einzelsignal, von
einer Antenne kommen sehr viele Signale. Wenn die sich nicht alle
miteinander mischen sollen musst Du deutlich im linearen Bereich
bleiben.
ZF schrieb:> Wenn Du vom output P1dB die Verstärkung abziehst kommst Du zu -6dBm> Eingangspegel bei dem der Verstärker bereits nichtlinear ist. Die> Kompressionspunktmessung erfolgt allerdings mit einem Einzelsignal, von> einer Antenne kommen sehr viele Signale. Wenn die sich nicht alle> miteinander mischen sollen musst Du deutlich im linearen Bereich> bleiben.
Cool - also
max. inp. Pwr = P1dB - Gain
? Aber dann ziehe ich doch dB von dBm ab? Kann ich das so einfach?
Danke an alle die mir hier zur Seite stehen.
> ? Aber dann ziehe ich doch dB von dBm ab? Kann ich das so einfach?
Ja das geht. dBm ist eine Leistung, statt 13dBm kannst Du auch 20mW
schreiben. Von dBm kann man also dB abziehen.
ZF schrieb:> Ja das geht. dBm ist eine Leistung, statt 13dBm kannst Du auch 20mW> schreiben. Von dBm kann man also dB abziehen.
Und nachdem dB ein reines Verhältnis ist, ist das Ergebnis logischer
Weise dann auch auf 1mW berzogen - also dBm. Aaaah.
Hallo Gerri
Versteif dich nicht zu sehr auf den Kompressionspunkt. Störungen wie
Kreuzmodulation tauchen schon viel früher auf. Diese Mischprodukte
steigen 3 mal so schnell an wie das Nutzsignal. Kaum tauchen sie auf,
zischelt es schon überall. Beim DAB-Stick gibts dann überall
Phantomlinien im Wasserfall.
2/3 der Linien im Wasserfall kommen nicht von der Antenne:
Beitrag "Re: 2m-Empfang mit DAB-Stick"
Ein Dioden-Ringmischer dämpft mit 6-7 dB. Das ist schlecht fürs
Rauschen, also will man vorher mit z.B. 10 dB rauscharm verstärken.
Jetzt bekommt aber der Mischer und die folgenden Stufen mehr Signal ab
und die Mischprodukte steigen um 30 dB.
Stell dir vor, direkt neben einem durch Kreuzmodulation entstehenden
Produkt befindet sich ein wichtiges, aber schwaches Signal. Dann wird
das Nutzsignal durch das unerwünschte verdeckt/übertönt. Da nutzt auch
ein rauscharmer Vorverstärker nichts, der hat es eher verursacht.
Schon durch die riesige Bandbreite von 30 MHz gibt das eine
Gratwanderung. Desahlb ist auch IM2 ein Thema, weil Harmonische vieler
Signale in den Empfangsbereich fallen können.
Gruß, Bernd
Ok ich verstehe. Ich brauch nur irgendwie einen Faden an dem ich mich
entlanghangeln kann. Das erste Ergebnis muss / kann ja kaum perfekt
sein. Jetzt hätte ich noch eine weitere (dilettantische) Frage. Ich habe
mal rumgerechnet (via P1db) mit meinem Mischer und meinem (vermuteten)
Eingangssignal von -120 dBm = 0.244µV. Mein Mischer hat seinen Input
P1dB irgendwo um die +10 dBm . Alles Hin und Her müsste ich dann ja
eine Gesamtverstärkung von 130 dB haben. Wenn jetzt ein gewöhnlicher
LNA +12 dB hat, dann brauch ich da ja 13 Stück hintereinander. Hab ich
einen Denkfehler und ist sowas normal und sinnvoll realisierbar ???
Die Verstärkung eines Empfängers verteilt sich auf die verschiedenen
Stufen. Das Suchwort dazu heißt Pegelplan. Übern Daumen: Vor dem ersten
Mischer nicht mehr Verstärkung als dessen Mischverluste + die Rauschzahl
des nächsten Verstärkers um die unerwünschten Mischprodukte klein zu
halten.
Wegen der von Dir errechneten 130dB: Nicht dass hier ein Missverständnis
vorliegt, das Ziel ist nicht ein schwaches Wunschsignal schon an die
Pegelgrenze des ersten Mischers zu bringen.
Falls das später mit einem ADC ausgewertet werden soll, reicht es soweit
zu verstärken, bis das schwächste Signal die Auflösung des ADC erreicht
oder das Doppelte.
Falls ein 12Bit ADC mit einem Bereich von +/- 1Volt +/- 2048 Schritte
darstellen kann, müssen die 0,25µV auf 1mV verstärkt werden. Das
entspricht 4000fach -> 72 dB. Falls jetzt ein 0,5mV Signal kommt, ist
der ADC bereits am Anschlag.
Nur bei den ersten 1 oder zwei Stufen muss es sich um einen besonders
rauscharmen Verstärker handeln. Es gibt auch welche, die 22 dB machen.
Vorteilhaft wäre eine regelbare Stufe wie z.B. ein MC1350.
ZF schrieb:> or dem ersten> Mischer nicht mehr Verstärkung als dessen Mischverluste
Können Mischverluste auch negativ sein (also z.B. +1.2 dB) oder habe ich
falsch geschaut ? (Power Conversion Gain)
B e r n d W. schrieb:> Nur bei den ersten 1 oder zwei Stufen muss es sich um einen besonders> rauscharmen Verstärker handeln.
Was versteht man denn in Zahlen unter rauscharm? Also mal im Angesicht
der momentanen Technologiemöglichkeiten von COTS-Teilen die ich bei
Digikey/Farnell bekomme? So ca?
> Können Mischverluste auch negativ sein
Dioden-Ringmischer sind passiv, deshalb 6-7 dB Verluste. Aktive Mischer,
wie z.B. die Gilbertzelle, können Verstärkungen >=15dB haben. Wichtiger
ist hier jedoch auch die Linearität des Frequenzgangs von 0,1 bis 4,4
GHz und die Großsignalfestigkeit. Letztere wirkt sich direkt auf den
Stromverbrauch aus.
> Was versteht man denn in Zahlen unter rauscharm?
Mini-Circuits wäre so eine Anlaufstelle:
http://217.34.103.131/products/amplifiers_smt_low_noise_high_lin.shtml
> Was versteht man denn in Zahlen unter rauscharm?
Das hängt wesentlich von Deiner Anwendung ab. Die Anforderung bei
Radioastronomie ist anders als bei der Untersuchung des
Oberwellenspektrums an Sendeanlagen.
Was genau hast Du denn vor? Willst Du z.B. Audio demodulieren (welche
Modulationsart?) oder eine graphische Spektrumdarstellung (welche
Parameter wie Dynamik, RBW, ... ?)? Wieviel der Schaltung soll analog
sein, wieviel digital? Und welche Anforderungen sind verhandelbar? 0,1
bis 4,4GHz ist für ein Erstlingswerk optimistisch.
ZF schrieb:> Was genau hast Du denn vor? Willst Du z.B. Audio demodulieren (welche> Modulationsart?)> 0,1> bis 4,4GHz ist für ein Erstlingswerk optimistisch.
Die ursprüngliche Idee war es - solche nun ganz hippe - SDRs wie BladeRF
oder HackRF zu bauen. Nur wollte ich - zu Lernzwecken - das ganze
"diskret" aufbauen. Also keinen voll integrierten Empfänger (wie
LMS6002D, LMS7002D oder AD9364) verwenden. Sondern alles selbst zu
erarbeiten - Filter, LNA, Mischer, LO, ADC, FPGA und dann USB3.0. Dann
träumt man ja von weiten Frequenzbereichen. Aber ich glaube ich
reduziere mich jetzt auf 0 bis 500 MHz. Vielleicht ist das besser zu
machen. Behalte ich mir eben die Utopie bei der 30 MHz Bandbreite bei.
Der Receiver der UNI-Twente ist ja sicher bekannt:
http://wwwhome.cs.utwente.nl/~ptdeboer/ham/sdr/
Dann fang doch damit an:
- Bandpass von 40...70 MHz
- Oszillator bei ca. 55 MHz
- Phasenschieber mit festen 0° und 90°
- mit zwei Mixern per Quadratur ins Basisband mischen
- die Signale I und Q durch je einen 15 MHz Tiefpass jagen
- 2 ADCs zum sampeln, Samplerate ca. 38 MHz
- mit FPGA weiterverarbeiten
- mit GBit Netzwerk oder USB3.0 in den PC
Jetzt kann jedes beliebige Signal auf den Bereich 40...70 MHz umgesetzt
und von dort gesampelt werden. Ob das jetzt 200-230 MHz sind oder von
einer 1.ZF, die bei 600-630 MHz liegen könnte, kannst Du Dir später
überlegen. Der Bereich 0-80 MHz ist dann allerdings wegen
Überschneidungen nur über den Umweg der 1.ZF erreichbar.
