Vorverstärker vor oder nach Mischer

Ein Empfänger besteht aus mehreren Verstärkern, besser gesagt, 
Verstärkerstufen.
Die Antenne liefert nur ganz geringe Spannungen, meist im µV-Bereich.
Ohne Vorverstärkung würden die Empfangssignale meist im Rauschen des 
Mischers untergehen. Deshalb haben die meisten Superhet-Empfänger 
erstmal eine Verstärker-Eingangsstufe.
Nach dem Mischer folgt dann meist ein ZF-Verstärker und ganz zum Schluss 
ein NF-Verstärker.

Es gibt natürlich auch eine Vielzahl von Sonderformen, wie Direktmischer 
u.ä., aber das ist eine andere Geschichte.

Julian S. schrieb:
> Ich frage mich gerade an welcher Stelle man bei einem Empfänger den
> Verstärker setzt.

Die Frage hast du dir doch in deinem selbst vergebenen Thread-Titel 
schon beantwortet: Vor-Verstärker gehören vor und nicht nach den 
Mischer.

Die Gesetzmäßigkeiten um das Kaskadieren von rauschenden Vierpolen führt 
dich zu Lösung. Google Stichwort: "Rauschzahl" und "Friis Formel"

Worum es konkret geht. Ich baue eine Messbrücke für die Reflektion eines 
Signals. Dazu wird über einen -10dB Koppler die Reflektion gemessen bei 
einem 0dBm Anregungsignal. Also maximal können so -10dBm vor dem Mischer 
anliegen (Eher weniger wenn man Leitungen und Stecker einbezieht). Das 
Anregungssignal kann aber auch durchaus schwächer sein. Ich habe also 
eine hohe erwartete Dynamik.

Kommt auf den Mischer auch an. Eine Gilbert Zelle hat 
Mischverstärkung,ein passiver Diodenringmischer Mischverluste von etwas 
6db. Da sollte man einen Vorverstärker benutzen um diesen Mischverlust 
auszugleichen. Wenn man alles richtig machen will benutzt man dazu 
selektive Vorverstärker.

Lotta  . schrieb:
> Deshalb macht man ja den Vorverstärker regelbar,
> mit ner automatischen Schwundregelung, Handregelung
> oder Beides.

Professionelle Geräte verwenden so etwas nicht sondern schalten
die Verstärkung ein/aus damit die Gesamtverstärkung im
Signalpfad bekannt bleibt. Bei einer Regelung geht die
Genauigkeit über die Verstärkung verloren.

herbert schrieb:
> passiver Diodenringmischer Mischverluste von etwas 6db.

Von mindestens 6db.

herbert schrieb:
> Wenn man alles richtig machen will benutzt man dazu
> selektive Vorverstärker.

Wenn man alles falsch machen will benutzt man dazu
selektive Vorverstärker.

Weil man z.B. einen breiten Frequenzbereich abdecken will/muss.

uff basse schrieb:
> Wenn man alles falsch machen will benutzt man dazu
> selektive Vorverstärker.

Für welchen Zweck richtet man sich bewusst ein "Scheunentor" am RX ein ?
Wenn dieses "Scheunentor" Ziel der Arbeit ist , dann sind alle Selektion 
Anstrengungen kontraproduktiv....natürlich.

uff basse schrieb:
> Weil man z.B. einen breiten Frequenzbereich abdecken will/muss.

Kann man schaltbar realisieren ...beim normalen Anwendungsfall.

herbert schrieb:
> Für welchen Zweck richtet man sich bewusst ein "Scheunentor" am RX ein ?

Wenn der "RX" das Frontend eines VNAs oder eines breitbandigen
Messempfängers sein soll.

Die genaue Anwendung ist in diesem Thread (noch) nicht bekannt.

Hallo Julian,

das hängt auch vom Frequenzbereich ab. Bei Frequenzen über 100MHz wird 
normalerweise ein rauscharmer VV (oft direkt an der Antenne - 
"Mastverstärker") eingesetzt. Bei KW-Empfängern wird (hinter 
entsprechenden Bandfiltern) meistens zwischen einem VV (g=8-12db), Kein 
VV und Abschwächer (10-20db) umgeschaltet, um besser auf die Stärke der 
Eingangssignale reagieren zu können.

Bei passiven Schaltmischern DBM (egal ob mit Dioden, FETs oder 
Schalt-ICs) wird ein sehr rauscharmer, aber auch übersteuerungsfester NV 
benötigt, meist hinter einem Diplexer. Ist sowieso nötig, um die 
nachfolgenden ZF-Filter vom Mixer zu isolieren (sonst Verschlechterung 
des Mixer-Dynamikbereichs).

Wie von ghz-nerd schon angesprochen, ist das immer ein Kompromiss 
zwischen Empfindlichkeit und Großsignalfestigkeit. Es gibt auch ein 
Programm "Cascade" (Bestandteil des LADPAC-Pakets auf der "EMRFD"-CD), 
das die Berechnung zur Optimierung solcher Stufen elegant erlaubt - 
siehe Bild. leider ist LADPAC nicht mehr im Inet als Download verfügbar.

Eine Auswahl der unzähligen Beispiele solcher Konzepte kannst du hier 
finden:
https://www.robkalmeijer.nl/techniek/electronica/radiotechniek/hambladen/ukw-berichte/1986/page242/index.html
oder hier
https://www.bartelsos.de/empfaengerprojekte

MfG,  Horst

Wenn man so will ist es ein VNA ich will allerdings nur die Refkletion 
messen. Da auch vollreflektion am Ausgang sein kann wird bei -10dB 
Koppelung und +10dBm Ausgangsleistung durchaus mal 0dbm Leistung am 
Vorverstärker anliegen können, was ihn übersteuern kann. Vielleicht kann 
man einen step attentuator benutzen.

Na, wenn du das gleich gesagt hättest, hätten wir uns den ganzen Kram 
sparen können 8-).
Ja, Generatorleistung einfach mit 20db-Pad auf -10dbm reduzieren - dann 
kann nichts passieren.
MfG Horst

Julian S. schrieb:
> Wenn man so will ist es ein VNA

Wieder jemand dem man nach äußerst dürftigem Eingangspost, die Rosinen 
aus der Nase ziehen muß.

HST schrieb:
> Na, wenn du das gleich gesagt hättest, hätten wir uns den ganzen
> Kram
> sparen können 8-).
> Ja, Generatorleistung einfach mit 20db-Pad auf -10dbm reduzieren - dann
> kann nichts passieren.
> MfG Horst

Ja nur will ich die Generatorleistung durchaus in einem Bereich von 
-20dBm bis +10dBm variieren können. Also kann am gekoppelten Port -30dBm 
bis 0dBm ankommen. Die Frage ist eigentlich wie die Verstärkerkaskade 
aussehen muss bevor der ADC kommt.

HST schrieb:
> das hängt auch vom Frequenzbereich ab. Bei Frequenzen über 100MHz wird
> normalerweise ein rauscharmer VV (oft direkt an der Antenne -
> "Mastverstärker") eingesetzt. Bei KW-Empfängern wird (hinter
> entsprechenden Bandfiltern) meistens zwischen einem VV (g=8-12db), Kein
> VV und Abschwächer (10-20db) umgeschaltet, um besser auf die Stärke der
> Eingangssignale reagieren zu können.

Danke für die Ausführung. Es geht um einen Frequenzbereich von 100MHz 
bis 4.5GHz mit zwei Mischerstufen. Ich hatte mir das jetzt so überlegt. 
Direkt am Empfänger kommt ein PE43712B-Z als Step attentuator, damit ich 
maximale flexibilität bezüglich des Eingangspegels habe. Danach der 
erste vorverstärker TRF37A73 (Wobei ich nicht sicher bin, ob der 
reicht). Von dort aus geht es zum ersten Dodenmischer SYM-63LH+. Dann 
noch einmal ein Verstärker und filter für den nächsten Mischer.

Warum eigentlich ein diplexer? Die meisten Mischer von minicircuits sind 
balanced.

Robert M. schrieb:
> Damit der RF Port des Mischers auch eine 50 Ohm Last für den
> Richtkoppler darstellt, muss der ZF-Port idealerweise von DC-6GHz mit 50
> Ohm abgeschlossen sein. Entweder stellt das der ZF-Verstärker über die
> gesamte Bandbreite sicher oder aber ein Diplexer in Zusammenhang mit
> einem 50 Ohm ZF-Verstärker geringer Bandbreite.
Das ist hier mal ganz ohne Herleitung und Formeln dargestellt:
https://www.robkalmeijer.nl/techniek/electronica/radiotechniek/hambladen/qex/2001/05_06/page45/index.html
Es gibt auch die Möglichkeit, ein schmales Quarzfilter direkt hinter dem 
Mischer breitbandig anzupassen. Dazu nimt man zwei gleiche Quarzfilter 
und teilt den Pfad über 90°-Koppler mit Abschlüssen am Differenzport. 
Die Koppler sind breitbandig und können in gewohnter Weise über 
Splitfilter angekoppelt werden. So umgeht man die Realisierung des 
inversen Verhaltens der Quarzfilter.

Robert M. schrieb:
> Julian S. schrieb:
>> Ja nur will ich die Generatorleistung durchaus in einem Bereich von
>> -20dBm bis +10dBm variieren können. Also kann am gekoppelten Port -30dBm
>> bis 0dBm ankommen. Die Frage ist eigentlich wie die Verstärkerkaskade
>> aussehen muss bevor der ADC kommt.
>
> Bsp: Richtkoppler (-10dB), min. 10dB Dämpfungsglied, 7dBm
> Diodenringmischer, Diplexer, rauscharmer ZF-Verstärker, Tief- oder
> Bandpassfilter, ADC.

Zu dem Diplexer vor dem ersten IF Verstärker habe ich eine Frage. Meine 
erste IF liegt bei 100MHz. Ich habe keinen fertigen gefunden, der mir 
100MHz durchlässt und bis 6GHz geht um um über 100MHz alles mit 50Ohm 
abzuschließen, damit das LO Signal nicht an den Verstärker kommt.

Julian S. schrieb:
> Zu dem Diplexer vor dem ersten IF Verstärker habe ich eine Frage. Meine
> erste IF liegt bei 100MHz. Ich habe keinen fertigen gefunden, der mir
> 100MHz durchlässt und bis 6GHz geht um um über 100MHz alles mit 50Ohm
> abzuschließen, damit das LO Signal nicht an den Verstärker kommt.

Der Diplexer stellt nur sicher ,dass der Mischer von DC - 500MHz (IE500)
50 Ohm sieht. Selektion kommt danach....auf 50 Ohm Schnittstellen 
Basis...

herbert schrieb:
> Julian S. schrieb:
>> Zu dem Diplexer vor dem ersten IF Verstärker habe ich eine Frage. Meine
>> erste IF liegt bei 100MHz. Ich habe keinen fertigen gefunden, der mir
>> 100MHz durchlässt und bis 6GHz geht um um über 100MHz alles mit 50Ohm
>> abzuschließen, damit das LO Signal nicht an den Verstärker kommt.
>
> Der Diplexer stellt nur sicher ,dass der Mischer von DC - 500MHz (IE500)
> 50 Ohm sieht. Selektion kommt danach....auf 50 Ohm Schnittstellen
> Basis...

Müsste er das nicht für den gesamten Frequenzbereich sicherstellen? Wenn 
meine LO Frequenz bis GHz gehen kann um herunterzumischen dann sind ja 
auch diese LO Anteile im IF Signal und dann brauche ich einen Diplexer 
am IF Anschluss, der einen Tiefpass bis 100MHz liefert, woran der IF 
Verstärker angeschlossen ist und einen Hochpass ab 100MHz bis zur 
maximalen Frequenz und mit 50 Ohm abschließt.

Julian S. schrieb:
> Ich frage mich gerade an welcher Stelle man bei einem Empfänger
> den
> Verstärker setzt. Vor den ersten Mischer oder danach. Bei Mischern soll
> ja das RF Signal schwach gegenüber dem LO Signal sein daher wäre meine
> Annahme, dass man das IF Signal verstärkt, was auch noch den Vorteil
> hätte, dass man nicht mehr so einen hochfrequenten Verstärker braucht.

Vorverstärker ist vorn, das andere ist ein Nachverstärker. Klaro?

aufs Auge schrieb:
> Julian S. schrieb:
>> Ich frage mich gerade an welcher Stelle man bei einem Empfänger
>> den
>> Verstärker setzt. Vor den ersten Mischer oder danach. Bei Mischern soll
>> ja das RF Signal schwach gegenüber dem LO Signal sein daher wäre meine
>> Annahme, dass man das IF Signal verstärkt, was auch noch den Vorteil
>> hätte, dass man nicht mehr so einen hochfrequenten Verstärker braucht.
>
> Vorverstärker ist vorn, das andere ist ein Nachverstärker. Klaro?

Der Vorverstärker ist mir schon klar aber es geht gerade um den 
Nachverstärker mit Diplexer vorne angeschlossen. Vielleicht mache ich 
einen extra Thread dazu auf.

Könnte man nicht einen diskret aufgebauten Hochpass und Tiefpass 
parallel schalten? Das wäre die naive Überlegung.

Weswegen erst 100MHz: Ich will maximale Isolation und die Filter können 
dann etwas entspannter ausgeführt werden.

Julian S. schrieb:
> auch diese LO Anteile im IF Signal und dann brauche ich einen Diplexer

ES gibt es bei einem streng symetrischen Mischer und das sind diese 
Diodenmischer ja keine Signale des Lokaloszillaors am Mischerausgang,
nur Mischprodukte plus minus LO und harmonische davon. FE und FO 
erscheinen nicht im Ausgangssignal.

herbert schrieb:
> Julian S. schrieb:
>> auch diese LO Anteile im IF Signal und dann brauche ich einen Diplexer
>
> ES gibt es bei einem streng symetrischen Mischer und das sind diese
> Diodenmischer ja keine Signale des Lokaloszillaors am Mischerausgang,
> nur Mischprodukte plus minus LO und harmonische davon. FE und FO
> erscheinen nicht im Ausgangssignal.

Datenblätter von so ziemlich allen Diodenmischer sagen aber etwas 
anderes. Da gibt es eine LO-IF Isolation und die kann auch gerne mal bei 
20dB liegen. Verstehe ich das gerade völlig falsch? Wenn ja bitte 
erleuchtet mich.

Julian S. schrieb:
> Wenn ja bitte erleuchtet mich.

herbert spricht vom idealen Mischer aus der Theorie. Das ist
der streng symmetrische Mischer. Den gibt es in der Realität
aber nicht.

herbert schrieb:
> ES gibt es bei einem streng symetrischen Mischer ......

herbert schrieb:
> FE und FO erscheinen nicht im Ausgangssignal.

Nach dieser Sichtweise strahlt auch nieeeemals ein LO aus dem
Empfängereingang heraus.

Julian S. schrieb:
> Da gibt es eine LO-IF Isolation und die kann auch gerne mal bei
> 20dB liegen.

Eher 40 db bei doppelt balancierten Mischern ist so das normale...

herbert schrieb:
> Julian S. schrieb:
>
>> Da gibt es eine LO-IF Isolation und die kann auch gerne mal bei
>> 20dB liegen.
>
> Eher 40 db bei doppelt balancierten Mischern ist so das normale...

40dB ist ja eher besser.

Du meine Güte, das Ganze fährt mittlerweile auf einem falschen Dampfer. 
Liegt daran, dass die Anwendung (VNA) nicht klar war und deshalb viel 
über Empfängertechnik reingerutscht ist.
Vielleicht erleichtert es die Diskussion etwas, wenn folgendes zur 
Klarstellung dient:

Gute Empfänger (ganz speziell Spektrumanalysatoren) erfordern einen 
großen Aufwand, um jegliche Phantomsignale durch Intermodulation und 
Harmonischenmischung zu unterdrücken. Hier hat man es ja mit einer 
unbestimmbaren Anzahl und Amplitude gleichzeitig vorhandener 
Eingangssignale zu tun. Daher der Aufwand bezüglich eines breitbandig 
reellen Mixerabschlusses (wie Diplexer+Isolationsverstärker mit 
breitbandig reflexionsfreiem Eingang) und Oszillatoren mit extrem 
niedrigem Seitenbandrauschen. Außerdem muss die nutzbare Signalstärke 
weit unterhalb des 1db-Kompressionslevels liegen.

Das ist alles bei einem VNA überhaupt nicht nötig. Hier haben wir es nur 
mit einem definierten Generatorsignal (bzw. den entstehenden S11 und S21 
des DUT) zu tun. Wir brauchen uns daher überhaupt nicht um eventuelle 
reaktive Abschlüsse der Mixer zu kümmern, da ja keine 
Intermodulationsprodukte entstehen können. Hier ist nur von Bedeutung, 
dass keine Übersteuerung der Empfangsketten im VNA erfolgt. Diese Werte 
sind aus den Daten der Komponenten ersichtlich.

Julian, vergiss den Diplexer. Ich würde den Mixer einfach mit einem 
Bandfilter mit geringer Einfügungsdämpfung vor dem ZF-Verstärker 
abschließen. Ansonsten reicht m.E. ein Pegelplan, der "von hinten", d.h. 
vom nutzbaren Ampltitudenfenster der ADCs ausgeht.

Übrigens: der VNWA von DG8SAQ (bis 1300MHz) benutzt eine ZF von nur 
2,4kHz(einstellbar) und simple 16bit Stereo-Audio-ADCs.

Ach ja, zum Mixer (DBM et al):
Wer schon einmal das Ausgangsspektrum eines DBMs mit einem Speki 
gemessen hat, weiß wovon ich rede: es entstehen praktisch unendlich 
viele Mischprodukte, natürlich mit fallender Amplitude bei höheren 
Harmonischen. Selbst bei einer Oszi-Unterdrückung von >40db entstehen 
die Mischprodukte mit fe und ihren eventuellen Harmonischen. Ein DBM hat 
grundsätzlich sehr starke Oszllatorharmonische (überwiegend 
ungeradzahlig). Nicht umsonst heißt die klassische Mixergleichung:
 fZF = (+/-n*fe +/-m*fo).
Das war schon immer ein Riesenproblem mit den entstehenden ungewollten 
Pfeifstellen ("birdies") im Empfänger, wenn man die falschen Frequenzen 
bei der Konzeption gewählt hat.

Diplexer werden auch in ihrer Wirkung überschätzt, da sie leider eine 
niedrige Betriebsgüte Qb (typisch 2-5) und damit einen recht breiten 
Durchlassbereich haben. Innerhalb diesem wird jede Impedanz eines 
schmaleren Filters an den Mixer praktisch ohne Dämpfung durchgereicht. 
Sie dienen hauptsächlich zur Entlastung eines nachfolgenden 
Isolationsverstärkers. Aber das wird schon etwas O.T.

Jetzt reicht's aber - MfG, Horst

Julian S. schrieb:

> herbert schrieb:
>> Der Diplexer stellt nur sicher ,dass der Mischer von
>> DC - 500MHz (IE500) 50 Ohm sieht. Selektion kommt
>> danach....auf 50 Ohm Schnittstellen Basis...
>
> Müsste er das nicht für den gesamten Frequenzbereich
> sicherstellen?

Natürlich.


> Wenn meine LO Frequenz bis GHz gehen kann um herunterzumischen
> dann sind ja auch diese LO Anteile im IF Signal

Richtig.
Der Diplexer sollte mindestens bis zur höchsten Oszillator-
frequenz arbeiten. f_ein + f_osz ist am IF-Port auch mit
nennenswerter Amplitude vorhanden; ob es realistisch ist,
dass der Diplexer bis f_ein_max + f_osz_max arbeitet, weiss
ich nicht.

Julian S. schrieb:

> Könnte man nicht einen diskret aufgebauten Hochpass
> und Tiefpass parallel schalten?

Ja; wenn man es richtig macht, müsste das gehen.

"Müsste" deshalb, weil ich das nur mal für den Bereich
unter 1GHz berechnet, aber nie aufgebaut habe.


> Weswegen erst 100MHz: Ich will maximale Isolation

Isolation wozwischen?


> und die Filter können dann etwas entspannter
> ausgeführt werden.

Grundsätzlich richtiges Argument. Andererseits kommt
es auch auf die konkrete Anwendung an. Bei Messtechnik
spielt z.B. manchmal die Spiegelselektion keine große
Rolle, das entspannt dann die Situation zusätzlich.

herbert schrieb:

> Julian S. schrieb:
>> auch diese LO Anteile im IF Signal und dann brauche
>> ich einen Diplexer
>
> ES gibt es bei einem streng symetrischen Mischer

Außerhalb des Elfenbeinturmes gibt es keine STRENG symmetrischen
Mischer.


> und das sind diese Diodenmischer

Leider nicht.


> ja keine Signale des Lokaloszillaors am Mischerausgang,
> nur Mischprodukte plus minus LO und harmonische davon.

In der Praxis gibt es außerdem den Oszillatordurchschlag,
und der kann im GHz-Bereich schon mal -20dB des LO-Pegels
sein. Bei einem 17dBm-Mischer sind das -3dBm!


> FE und FO erscheinen nicht im Ausgangssignal.

f_ein ist selten ein Problem, weil der Pegel deutlich
geringer ist. f_osz kann ein Problem werden.

HST schrieb:
> Diplexer werden auch in ihrer Wirkung überschätzt, da sie leider eine
> niedrige Betriebsgüte Qb (typisch 2-5) und damit einen recht breiten
> Durchlassbereich haben. Innerhalb diesem wird jede Impedanz eines
> schmaleren Filters an den Mixer praktisch ohne Dämpfung durchgereicht.
> Sie dienen hauptsächlich zur Entlastung eines nachfolgenden
> Isolationsverstärkers. Aber das wird schon etwas O.T.
Hatte ich weiter oben schon erwähnt: Zwei gleiche schmale Filter werden 
über einen 90°-Splitter mit terminiertem Differenz-Port parallel 
betrieben. Innerhalb einer etwa halben Oktave hat man so eine sehr gute 
Anpassung. Der Diplexer davor braucht dann nur diese halbe Oktave 
abzudecken.

Hallo dflas,

Richtig, aber das ist nur bei High-Level Empfängern nötig, wie ich oben 
explizit ausgeführt hatte. Bei einem VNA ist das völlig überflüssig.

Mit dem Hybrid-Prinzip + H-Mode Mischer (nach G3SBI) hatten wir uns 
schon vor >25 Jahren herumgeschlagen (siehe z.B. "Technical Topics" Jan. 
1994(!), RadCom der RSGB). Wie die Zeit vergeht....
Ist zwar hier völlig daneben, aber anbei zwei Simulationen von damals 
(9MHz-Diplexer+Filter ohne und mit Hybridschaltung). Man achte auf die 
blauen Kurven für S11.
MfG,  Horst

Phasenschieber S. schrieb:
> Deshalb haben die meisten Superhet-Empfänger
> erstmal eine Verstärker-Eingangsstufe.

Nein. Die meisten sind lowbudget (Werbewegwerfkram), da wird an jeder 
Schraube gespart, Hauptsache der Ortssender ist zu hören.