Hallo zusammen,
wie sollte sich das Grundrauschen des Empfängers beim Betrieb mit LNA
verhalten?
Eigentlich hätte ich mit LNA nur eine unwesentliche Erhöhung des
Rauschteppichs erwartet.
In der Realität erhöht sich der Rauschteppich um ~20dB, selbst wenn der
LNA-Eingang mit 50 Ohm abgeschlossen ist.
Meine einzige Erklärung wäre, dass der LNA auch das thermische Rauschen
der 50Ohm verstärkt (der LNA hat ~20dB Verstärkung) und die
Empfindlichkeit des Empfängers ebenfalls schon am thermischen Rauschen
ist. Aber irgendwie erscheint mir das nicht schlüssig.
Mein Aufbau für die angehängten Screenshots:
Als Empfänger ein SDRplay RSP1, davor ein MMIC-LNA mit PSA4-5043+, der
Eingang wurde mit 50 Ohm abgeschlossen. Die Parameter des SDR wurden
nicht verändert.
Das Verhalten tritt mit allen meinen gerade verfügbaren LNA auf, auch
z.B. mit einem SPF5189Z oder wenn der LNA komplett entkoppelt von einer
Batterie gespeist wird.
Viele Grüße
Bernd
Thermisches Rauschen kann durch aus sein, wenn du mal so Sektorenweise
die Elektronik Kühlst (Kältespray) sollte sich dann aber wenn du den
Sündenbock findest das Rauschen verändern.
Wäre es auch möglich dass das Rauschen ein Rückkoppelrauschen von der
übrigen Elektronik ist an dem du den LNA anhängst? oder ev eine
Lötverbindung die thermisch als "Thermoperle"wirkt, weil 2
unterschiedliche Metalle aufeinander treffen?
Bei 20dB Verstärkung kann das dann schon, ganz schön rauschen.
(Etwa einen Nickelstecker in einer Messingbuchse oder umgekehrt), das
kann dann schon mit dem Peltjer-Effekt ein paar µV Produzieren die dann
natürlich verstärkt werden. Kontrolliere mal dein Abschlusswiderstand,
ist das etwa ein vernickelter Stecker?
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Ich habe das nicht ganz verstanden. Du hast einen externen LNA vor dein
SDR gesetzt. War der interne LNA im SDR dabei eingeschaltet oder nicht?
Habe mal kurz das Blockschaltbild vom SDR angeschaut. Einen internen hat
das SDR ja.
Bernd schrieb:> Meine einzige Erklärung wäre, dass der LNA auch das thermische Rauschen> der 50Ohm verstärkt.
Ja natürlich. Der verstärkt alles was in seinem Bereich (Frequenz)
liegt. Wenn da also ein Rauschen bei -60db in den LNA reingeht, und der
20dB Verstärkung hat, dann kommt das bei -40dB aus dem LNA raus.
Patrick L. schrieb:> Wäre es auch möglich dass das Rauschen ein Rückkoppelrauschen von der> übrigen Elektronik ist an dem du den LNA anhängst? oder ev eine> Lötverbindung die thermisch als "Thermoperle"wirkt, weil 2> unterschiedliche Metalle aufeinander treffen?> Bei 20dB Verstärkung kann das dann schon, ganz schön rauschen.> (Etwa einen Nickelstecker in einer Messingbuchse oder umgekehrt), das> kann dann schon mit dem Peltjer-Effekt ein paar µV Produzieren die dann> natürlich verstärkt werden. Kontrolliere mal dein Abschlusswiderstand,> ist das etwa ein vernickelter Stecker?
Stecker sind alle vergoldete SMA-Stecker, der 50 Ohm Abschluss z.B. von
Amphenol, Dämpfungsglieder von Mini-Circuits...
Wird ein 10dB Dämpfungsglied zwischen LNA und SDR geschaltet reduziert
sich auch das Rauschen um 10dB.
Bei einem LNA hätte ich auf einen Defekt getippt, kalte Lötstelle,
defekter MMIC usw. Aber da bei 4 verschiedenen LNA das Verhalten immer
vergleichbar ist, gehe ich von einem Denk- oder Messfehler meinerseits
aus.
Eigentlich hätte ich ein Verhalten wie hier erwartet:
https://www.youtube.com/watch?v=sDLl7Mpa08I
Der LNA ändert dort nichts am Rauschteppich da der RTL-SDR mit irgendwas
um die 5-13dB Rauschen sowieso sehr schlecht ist. Beim RSP1 werden
übrigens 3,5-5dB angegeben,.
Interessant ist noch:
Mit 50 Ohm Abschluss am LNA-Eingang erhöht sich das Rauschen um ~20dB.
Mit offenem Eingang erhöht sich das Rauschen um ~10dB.
Mit kurzgeschlossenem Eingang erhöht sich das Rauschen um ~18dB.
Silvio K. schrieb:> Ich habe das nicht ganz verstanden. Du hast einen externen LNA vor> dein> SDR gesetzt. War der interne LNA im SDR dabei eingeschaltet oder nicht?> Habe mal kurz das Blockschaltbild vom SDR angeschaut. Einen internen hat> das SDR ja.
Interessanter Gedanke, bei den Screenshots oben war der interne LNA
aktiv. Habe gerade nochmals mit deaktiviertem LNA getestet, das Ergebnis
ist bis auf 1-2dB identisch.
Bei aktivierten LNA wird automatisch die ZF-Verstärkung um 7dB
abgesenkt,
der Rauschteppich verändert sich kaum.
Helmut -. schrieb:> Welche Rauschzahl hat denn dein LNA?
PSA4-5043+: 0,65dB @ 400MHz
SPF5189Z: 0,52dB @ 800 MHz
Helmut -. schrieb:> Jeder Verstärker erhöht die> Rauschzahl der Empfängerkette! Siehe auch diesen Artikel:> https://www.digikey.de/de/articles/low-noise-amplifiers-maximize-receiver-sensitivity
Genau, nach der Friis-Formel hat die erste Verstärkerstufe den größten
Einfluss auf das Rauschen. Deshalb auch die Versuche mit dem LNA.
Helmut -. schrieb:> Welche Rauschzahl hat denn dein LNA?
Falsche Frage.
Interessant wäre: Welche Rauschzahl hat der SDR?
> Jeder Verstärker erhöht die Rauschzahl der Empfängerkette!
Das stimmt doch gar nicht.
Bernd schrieb:> Meine einzige Erklärung wäre, dass der LNA auch das thermische Rauschen> der 50Ohm verstärkt (der LNA hat ~20dB Verstärkung) und die> Empfindlichkeit des Empfängers ebenfalls schon am thermischen Rauschen> ist. Aber irgendwie erscheint mir das nicht schlüssig.
Doch, das ist genau das erwartete Verhalten wenn bereits die Rauschzahl
des SDRplay niedrig ist. Dein LNA hat bei 500MHz typ 21dB Gain. Um viel
weniger als 20dB Rauschanstieg zu sehen müsste der Empfänger eine SEHR
schlechte Rauschzahl haben.
Die Abhängigkeit des Rauschens je nach Eingangsimpedanz am LNA ist
ebenfalls normal, das passt alles zur Theorie. Die verfügbare
Rauschleistung von Leerlauf oder Kurzschluss ist Null, der 50 Ohm am LNA
Eingang rauscht mehr. Alles lehrbuchmässig erwartet.
Helmut -. schrieb:> Jeder Verstärker erhöht die> Rauschzahl der Empfängerkette!
Falsch. Wenn das stimmen würde, bräuchte man keinen LNA.
Richtig ist: jeder Verstärker fügt sein Eigenrauschen hinzu. Wenn aber
das Eigenrauschen eines vorangestellten LNA sehr klein ist und seine
Verstärkung groß, dann spielt das Rauschen der zweiten Stufe nur noch
eine geringere Rolle. Ein rauscharmer LNA kann also die Rauschzahl der
Gesamt-Cascade verbessern. Das lässt sich mit einer Beispielrechnung
nach der Friis Formel leicht nachvollziehen.
https://www.qorvo.com/design-hub/design-tools/interactive/cascade-calculatorsimulant schrieb:> Die Abhängigkeit des Rauschens je nach Eingangsimpedanz am LNA ist> ebenfalls normal, das passt alles zur Theorie.
voll d'accord
Jo, wenn der interne LNA schon eingeschaltet war, wird die
Gesamtrauschzahl nicht mehr besser. Die Pegel (Rauschen und Signale)
werden nur größer mit weiteren LNAs aber nicht "rauschfreier".
Mit einem kleinen Testsignal aus einen Generator sollte man den
Unterschied im Rauschabstand sehen mit und ohne LNA.
Silvio K. schrieb:> Jo, wenn der interne LNA schon eingeschaltet war, wird die> Gesamtrauschzahl nicht mehr besser. Die Pegel (Rauschen und Signale)> werden nur größer mit weiteren LNAs aber nicht "rauschfreier".
Jo, Falsch!
Wenn der externe LNA eine bessere Rauschzahl hat, als der interne und
seine Verstärkung >1 beträgt, dann wird nach der Friis Formel die
Gesamtrauschzahl besser.
Inwieweit das Sinn macht, viel Vorverstärkung zu machen und sich andere
Probleme wie IM einzufangen steht dabei auf einem anderen Blat.
Statt schwadronieren, einfach mal die Grundlagen der
Rauschzahlermittlung von kaskadierten Verstärkern nachvollziehen oder -
wenn man nicht selber rechnen will - mal ein Musterbeispiel in dem
weiter oben verlinkten Online-Rauschzahl Calculator eintippen.
swl schrieb:> Jo, Falsch!
Okay, akademisch gesehen hast du recht. Null komma irgendwas könnte man
tatsächlich gewinnen, aber das macht in der Praxis keinen Sinn. Wichtig
ist, dass man überhaupt irgendeinen LNA verwendet. Ob man nun 2 dB
Rauschzahl hat oder 1 dB macht nicht so viel aus, halt 1 dB im SNR.
Solange man nicht direkt auf den Mischer geht, der 10 dB hat, ist das
okay.
Das meiste gewinnt man an anderen Stellen. Bandbreite und eventuell
Antennengewinn, wenn man an diesen Schrauben drehen kann.
keinen
Silvio K. schrieb:> Null komma irgendwas könnte man> tatsächlich gewinnen, aber das macht in der Praxis keinen Sinn. Wichtig> ist, dass man überhaupt irgendeinen LNA verwendet. Ob man nun 2 dB> Rauschzahl hat oder 1 dB macht nicht so viel aus
Der Vollständigkeit halber: Es kommt auch drauf an, wofür man den LNA
verwendet. Wenn du EME machst wo die Antenne auf einen kalten
rauscharmen Hintergrund gerichtet ist, so lohnen sich auch extrem
niedrige Rauschzahlen spürbar.
Also ich kann deine Messungen nicht nachvollziehen mit einem RSP1A.
Vielleicht überdenkst du nochmal deine Einstellungen für deinen
Messaufbau.
Ich gehe davon aus das du um vergleichbare Ergebnisse zu bekommen
natürlich auch alle regelschleifen und Automatismen deaktiviert hast?
Und bitte rechne dir mal das "thermische Rauschen" deines 50Ohm
Widerstandes aus und rechne die 20dB Gain drauf und stelle uns deine
Rechnung zur Verfügung.
Hallo,
die Rauschleistungsdichte, die bei Raumtemperatur ein 50 Ohm-Widerstand
in ein 50Ohm-Port speist, liegt etwa bei -174dBm/Hz (kT = 1,38e-23 J/K
* 300 K = 4.1e-21 W/Hz entspr. -173.8 dBm/Hz ). Wenn Du mit dem
Spektrumanalysator misst, der auf eine Auflösebandbreite von 100 kHz
eingestellt ist, so siehst Du einen Rauschteppich von -124dBm (sofern
Dein Spektrumanalysator das noch messen kann). Wenn du eine hypothetisch
rauschfreie Verstärkerkette mit 80 dB Verstärkung zwischen besagten 50
Ohm-Widerstand und Spektrumanalysator schaltest, dann siehst Du nach der
Verstärkerkette einen Rauschteppich von -44 dBm.
Mit dieser Rechenweise würde ich an Deiner Stelle nachrechnen, wie groß
die auf den Verstärkereingang zurück gerechnete Rauschleistungsdichte
ist. Wenn die kaum höher ist als -174 dBm/Hz, dann kannst Du an Deinem
Verstärker nicht mehr viel machen. Der Wert, um den der Messwert höher
als -174dBm/Hz ist, ist übrigens die Rauschzahl Deines Systems.
Schöne Grüße,
der Schmied
Bernd schrieb:> Eigentlich hätte ich mit LNA nur eine unwesentliche Erhöhung des> Rauschteppichs erwartet.
Wieso das?
Der LNA soll lediglich dafür sorgen, dass das SNR nicht durch die
Kabelverluste ansteigt.
Wolfgang schrieb:> Bernd schrieb:>> Eigentlich hätte ich mit LNA nur eine unwesentliche>> Erhöhung des Rauschteppichs erwartet.>> Wieso das?
Weil er die Rauschzahl fälschlich für ein Maß für die
ABSOLUTE Größe des Rauschens hält -- was sie aber
nicht ist.
Grummler schrieb:> Rauschzahl fälschlich für ein Maß für die> ABSOLUTE Größe des Rauschens hält
Insofern ist die Erklärung auf der deutschen Wikipediaseite
https://de.wikipedia.org/wiki/Rauschzahl
auch nicht vollständig, da sie nur über Rausch"zahl" (=Rauschfaktor)
schreibt, tatsächlich mit F = SNR(out)/SNR(in) ein Faktor, während auf
der englischen Seite
https://en.wikipedia.org/wiki/Noise_figure
erklärt wird, dass "noise factor" = F = SNR(out)/SNR(in) und
"Noise figure" (deutsch: Rauschmaß) = NF = 10 x log10 (F) in dB sind.
Jeweils ist aber korrekt erklärt, wie bei kaskadierten Stufen F bestimmt
wird, von einem eingangs angenommenen SNR und den jeweiligen
Stufenverstärkungen oder -dämpfungen ausgehend.
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