Perusluokan palsta 2015-19/Vastaanottimen dynamiikka

Tämä sivu on osa Tomi Helpiön Perusluokan palsta 2015–19 -kirjaa, johon on uudelleentoimitettu Radioamatööri-lehdessä vuosina 2015–2019 julkaistut Perusluokan palsta -juttusarjan artikkelit.

Vastaanottimen dynamiikka

Transceivereiden paremmuutta vertaillaan yleensä niiden vastaanottimien ominaisuuksilla, erityisesti niiden dynamiikka-alueilla. Mitä nämä luvut tarkoittavat ja mikä on niiden käytännön merkitys? Jos mittausmenetelmien kuvaus tuntuu puuduttavalta, hyppää suoraan kohtaan ”vastaanottimen dynamiikka käytännössä”.

Dynaaminen alue

Dynaaminen alue tai dynamiikka-alue on yleisesti määriteltynä järjestelmän suurimman tason suhde pienimpään. Se ilmoitetaan yleensä desibeleinä. Jos järjestelmän suurin taso on 1 000 000 000 kertaa suurempi kuin pienin, on sen dynaaminen alue $10*\log {\frac {1\,000\,000\,000}{1}}\,{\text{dB}}$ eli 90 dB.

Nuorena ihmisen kuuloalueen dynaaminen alue ulottuu kuulokynnyksestä 0 dB kipukynnykseen 125 dB. Ihmiskuulon dynaaminen alue on siis 125 dB. Tämä alue supistuu iän myötä.

Esimerkkinä sinfoniaorkesterin dynamiikka-alue konserttisalissa on 90 dB eli orkesterin soittaessa täysillä (fff) orkesterikappaleen finaalia äänenvoimakkuus on 1 000 000 000-kertainen verrattuna sooloviulun hiljaisimpaan säveleen (ppp). Tavallisen 16 bitin CD-levyn dynamiikka-alue on 96 dB, eli se riittää hyvin orkesterikappaleen tallentamiseen.

Hyvin hiljaisenkin kuunteluhuoneen taustamelu kuulokynnykseen verrattuna on helposti 20 dB. CD:n dynamiikka-alueesta on siis käytössä vain (96 - 20) dB = 76 dB. Hyvälläkin äänentoistojärjestelmällä kaikkein hiljaisimmat äänet uppoavat taustameluun. Siksi monet Hifiharrastajat suosivatkin kuulokkeita. Umpinaisilla kuulokkeilla taustamelu eliminoituu, jäljelle jää vain heikko korvien verenkierron aiheuttama suhina, ja CD:n dynamiikka-alue on lähes kokonaan käytössä.

Henkilöauton matkustamon sisämelu moottoritiellä on kuulokynnykseen verrattuna tyypillisesti 70 dB. Se syntyy ajoviiman, renkaiden ja moottorin aiheuttamista äänistä. Kuunneltaessa CD-levyä autossa on sen dynamiikka-alueesta näin jäljellä enää (96 - 70) dB = 26 dB. Hiljaiset orkesterikohdat uppoavat kokonaan taustameluun, ja klassisen CD:n kuuntelu autossa voikin olla raivostuttavaa. Säädettäessä äänenvoimakkuutta siten, että hiljaiset kohdat edes jotenkin kuuluvat, ovat tärykalvot pian haljeta, kun orkesteri soittaa taas kovaa.

Iskelmä- ja popmusiikin dynamiikka-alue on tyypillisesti paljon pienempi kuin klassisen musiikin. Se sopii siis autossa kuunneltavaksi paremmin. Lisäksi monet FM-yleisradioasemat käyttävät kompressiota eli lähetteen dynamiikka-aluetta pienennetään tietoisesti, jotta se soveltuisi paremmin autossa tai yksinkertaisella matkaradiolla kuunneltavaksi.

Vastaanottimen dynamiikka

Radiovastaanottimen dynamiikka-alue voidaan ajatella analogiseksi, samankaltaiseksi, kuin yllä oleva esimerkki äänentoistosta. Tietyn vastaanottokaistan dynaaminen alue voidaan ymmärtää niiden voimakkaimman ja heikoimman signaalin suhteeksi, jotka vastaanotin kykenee säröttömästi toistamaan. Heikoin signaali määräytyy vastaanottimen herkkyyden mukaan. Voimakkain signaali taas määräytyy sen mukaan, minkä vastaanotin pystyy toistamaan ilman, että se yliohjautuu, so. signaali säröytyy. Signaalien S9 + 60 dB ja S0 suhde on 114 dB, joten vastaanottokaistan dynamiikan tulee olla vähintään näin suuri. Yleensä se ei olekaan ongelma. Nykyvastaanottimet ovat lähes poikkeuksetta riittävän herkkiä heikoimpien signaalien toistamiseen. Vastaanotettava signaali on myös hyvin harvoin niin voimakas, että vastaanotin yliohjautuisi.

Jos samalla taajuudella on kaksi signaalia, peittää voimakkaampi yksinkertaisesti heikomman tai kummastakaan ei saa selvää. Vastaanottimen ominaisuudet eivät tässä tilanteessa auta. Siksi tämä ei olekaan vastaanottimen testauksessa kiinnostavaa. Kiinnostavampi on tilanne, jossa voimakas signaali on lähellä vastaanotettavan heikon signaalin taajuutta.

Vastaanotinmittaukset

ARRL Lab tekee QST:ssä julkaistavissa laitetesteissä esitetyt mittaukset aina rigin virrankulutuksesta lähettimen ominaisuuksiin asti. Seuraavassa on esitetty tärkeimmät mittaukset vastaanottimen dynaamisen alueen suhteen CW/SSB-vastaanottimelle.

Herkkyys (Minimum Discernible Signal, MDS)

Vastaanottimen herkkyys, tai heikoin havaittavissa oleva signaali, on ensimmäinen mitattava ominaisuus ja se toimii alarajana myöhemmin mitattaville varsinaisille dynamiikka-alueille. MDS on se signaalinvoimakkuus, joka saa vastaanottimessa aikaan yhtä suuren audiotehon kuin vastaanottimen sisäinen kohina.

Kuvassa 1 on esitetty MDS:n määrittämisessä käytettävä mittausjärjestely. Vastaanottimen taajuudelle viritetty signaaligeneraattori syöttää askelvaimentimen kautta mittaussignaalin vastaanottimen antenniliitäntään. Vastaanottimen kaiuttimen rinnalle on kytketty audiovolttimittari (true-RMS). Vastaanotin on CW-modella, AGC on kytketty pois ja 500 Hz:n suodin on valittu. Ensin kytketään signaaligeneraattori pois päältä ja mitataan audiojännite vastaanottimen sisäisen kohinan määrittämiseksi. Sitten signaaligeneraattori kytketään päälle ja askelvaimentimen avulla etsitään se mittaussignaalin voimakkuus, joka saa aikaan 3 dB:n eli 1,414-kertaisen audiojännitteen nousun. Tämä dBm:nä ilmaistava arvo on MDS eli vastaanottimen herkkyys. dBm on ”desibeliä milliwattiin verrattuna”, jolloin 0 dBm = 1 mW. Jännitteenä 50 ohmin resistiiviseen kuormaan 0 dBm on siis ${\sqrt {P*R}}={\sqrt {0,001\,{\text{W}}*50\,\Omega }}\approx 0,22\,{\text{V}}$.

Kuvan 1 esimerkissä signaaligeneraattori on säädetty arvoon -133 dBm, ja askelvaimentimella etsitään vaimennus, joka saa aikaan tuon 3 dB:n nousun. Tässä tapauksessa se on -4 dB. Herkkyys on siis MDS = -133 dBm - 4 dB = -137 dBm.

Vaikka vastaanotin onkin herkkä (-130…-140 dBm), ei sillä HF-bandeilla ole juurikaan merkitystä. Taustakohina (pääasiassa ilmastohäiriöt, QRN) on joka tapauksessa suurempi ja määrää todellisen käytössä olevan herkkyyden. Vain 10 ja 6 m:n bandit, puhumattakaan ylemmistä VUHF-bandeista, ovat poikkeus. Näin korkeilla taajuuksilla ilmastohäiriöt ovat pieniä, ja vastaanottoketjun herkkyys on oleellinen. Ihmisen aiheuttamista häiriöistä kaupunkihäiriöt voivat tosin kaupunkialueella olla ongelma.

Kohinaluku on usein käytetty mitta kuvaamaan vastaanottimen herkkyyttä. Se on vastaanottimen herkkyyden (MDS) ja teoreettisen (termisen) minimikohinan erotus desibeleinä. Teoreettinen minimikohina määräytyy vastaanottimen ympäristön lämpötilan (kelvineinä) ja kaistanleveyden perusteella. Lämpötilaksi valitaan yleensä normaalilämpötila 290 K (n. 17 °C) ja kaistanleveydeksi 500 Hz. Tällöin teoreettinen minimikohina on - 147 dBm. Jos vastaanottimen herkkyys on -137 dBm, on kohinaluku $-137\,{\text{dBm}}-(-147\,{\text{dBm}})=10\,{\text{dB}}$.

Tukkeutuminen (Blocking Gain Compression Dynamic Range, BGCDR)

Vastaanottimen tukkeutuminen tarkoittaa sitä, että kuunneltavan taajuuden lähellä oleva voimakas signaali vaimentaa kuunneltavaa heikkoa signaalia. Vastaava dynaaminen alue (BGCDR) on sen läheisen signaalin voimakkuuden, joka saa aikaan 1 dB:n vaimenemisen kuunneltavassa heikossa signaalissa, ja vastaanottimen herkkyyden erotus. Herkkyys eli MDS on mitattu jo edellä.

BGCDR mitataan kuvan 2 mukaisella laitteistolla. Siinä kahden signaaligeneraattorin signaalit on yhdistetty ja tämä yhdistetty signaali syötetään askelvaimentimen kautta vastaanottimen antenniliitäntään. Vastaanottimen kaiuttimen rinnalle on kytketty audiovolttimittari (true-RMS). Vastaanotin on CW-modella, AGC on kytketty pois ja 500 Hz:n suodin on valittu. Toinen signaaligeneraattori (ylempi) syöttää heikkoa signaalia taajuudella, jolle vastaanotin on viritetty. Tämän heikomman signaalin voimakkuus on ARRL-standardin mukaan - 110 dBm: signaaligeneraattorin tasosta -97 dBm vähennetään yhdistäjän 3 dB ja askelvaimentimen 10 dB (pidetään tässä vakiona). Toinen signaaligeneraattori (alempi) taas syöttää voimakasta signaalia läheisellä taajuudella. ARRL Lab käyttää QST:ssä julkaistavissa laitetesteissä signaalien välillä taajuuseroja 2, 5 ja 20 kHz. Tämän voimakkaamman signaalin voimakkuutta säädetään signaaligeneraattorilla, kunnes volttimittarilla havaitaan tuo 1 dB:n vaimeneminen kuunneltavassa heikossa signaalissa.

Kuvan 2 esimerkissä 1 dB:n vaimeneminen saavutetaan, kun voimakkaan signaalin taso signaaligeneraattorissa on -7 dBm. Tästä vähennetään yhdistäjän 3 dB ja askelvaimentimen 10 dB. Antenniliitäntään syötettävän signaalin voimakkuus on siis $(-7-3-10)\,{\text{dBm}}=-20\,{\text{dBm}}$.

Nyt voidaan laskea tukkeutumisen dynaaminen alue (BGCDR). Kuvan 2 esimerkissä se on BGCDR = -20 dBm -(-137 dBm) = 117 dB. Häiritsevän signaalin on siis oltava todella voimakas, S9 + 53 dB (= -20 dBm), jotta se vaikuttaisi edes vähän kuunneltavalla taajuudella. Vaatimattomilla antenneilla (esim. dipoli) varustetulla asemalla ei tällaisia signaalinvoimakkuuksia juurikaan ole. Tosin jos lähellä on muita radioamatöörilähettimiä ja/tai asemalla on todella tehokkaat antennit, voi tukkeutuminen olla ongelma.

Käänteinen sekoittuminen, resiprookkimiksaus (Reciprocal Mixing Dynamic Range, RMDR)

Käänteisen sekoittumisen (resiprookkimiksaus) määräämä dynaaminen alue (RMDR) kuvaa vastaanottimen paikallisoskillaattorin hyvyyttä. Kuunneltavan taajuuden lähellä oleva voimakas signaali sekoittuu paikallisoskillattorin vaihekohinaan ensimmäisessä välitaajuusasteessa ja saa aikaan kuunneltavalla taajuudella häiritsevää kohinaa. Tämä sekoittuminen saattaa häiritä niin paljon, että heikko kuunneltava lähete peittyy kohinaan. Reijo, OH8OJ on kirjoittanut aiheesta hyvän artikkelin RA:ssa 2/2013. Suosittelen sen lukemista.

RMDR mitataan samanlaisella laitteistolla kuin MDS (kuva 1), paitsi että signaaligeneraattorin tilalla on erittäin pienikohinainen kideoskillaattori, jonka lähtötaso on +15 dBm (31,6 mW). Vastaanotin on CW-modella, AGC on kytketty pois ja 500 Hz:n suodin on valittu. Vastaanotin viritetään taajuudelle, joka on 2 (tai 5 tai 20) kHz:n päässä kideoskillaattorin taajuudesta. Askelvaimentimen avulla etsitään signaalitaso, joka saa aikaan 3 dB:n nousun audiovolttimittarilla mitatussa taustakohinassa. Jos askelvaimentimen arvo on silloin 60 dB, on signaalitaso vastaanottimen antenniliitännässä (15 - 60) dBm = -45 dBm ja RMDR = -45 dBm - (-137 dBm ≡ MDS edellä) = 92 dB.

Ensimmäisten taajuussyntetisaattoririgien paikallisoskillaattorit olivat huonomaineisen kohinaisia ja niiden RMDR-arvot vastaavasti huonoja. Analogisella VFO:lla varustetut vastaanottimet saavuttivat yli 100 dB:n RMDR-arvoja 20 kHz:n etäisyydellä mitattuna. Ensimmäiset digitaalisella VFO:lla varustetut vastaanottimet jäivät reilusti tämän alle. Vasta viime vuosina myös syntetisaattori-VFO:t ovat saavuttaneet yli 100 dB:n RMDR-arvoja.

Keskeismodulaatio (Intermodulation Distortion Dynamic Range, IMDDR)

Täydellisessä vastaanottimessa välitaajuussekoittimessa syntyy vain kuunneltavan taajuuden ja paikallisoskillaattorin summa- ja erotustaajuudet. Todellisuudessa kuitenkin sekoittimessa syntyy paljon muitakin sekoitustuloksia ja kahdesta sopivilla taajuuksilla olevista voimakkaasta signaalista syntyy keskeismodulaatiotuloksia, jotka voivat häiritä kuunneltavaa taajuutta. Erityisen haitallisia ovat ns. kolmannen kertaluvun keskeismodulaatiotulokset. Jos häiritsevät signaalit ovat taajuuksilla $f_{1}$ ja $f_{2}$, syntyvät kolmannen kertaluvun keskeismodulaatiotulokset (3IMD) taajuuksille $2f_{1}-f_{1}$ ja $2f_{2}-f_{1}$. Jos esimerkiksi kuunneltava taajuus $f$ on 14,020 MHz ja häiritsevien signaalien taajuudet $f_{1}=14,040\,{\text{MHz}}$ ja $f_{2}=14,060\,{\text{MHz}}$ (puhutaan 20 kHz:n etäisyydellä olevista signaaleista, $\Delta f=20\,{\text{kHz}}$), ovat keskeismodulaatiotulokset taajuuksilla 14,020 MHz (juuri kuunneltava taajuus!) ja 14,080 MHz. Samalla tavalla käyttäytyvät taajuudet 14,025 MHz ja 14,030 MHz (5 kHz:n etäisyys, $\Delta f=5\,{\text{kHz}}$) sekä 14,022 MHz ja 14,024 MHz (2 kHz:n etäisyys, $\Delta f=2\,{\text{kHz}}$). Tämä saattaa vaikuttaa hieman teoreettiselta; eihän käytännössä todennäköisyys ole suuri, että häiritsevät signaalit sijaitsisivat noin sopivasti suhteessa kuunneltavaan taajuuteen. Todellisuudessa kuitenkin kaikki taajuusparit $f\pm (\Delta f,2\Delta f)$ summautuvat kuunneltavalle taajuudelle, jos niillä on riittävän voimakkaat häiriösignaalit. DX-pileupeissa ja kontesteissa näitä tilanteita kyllä syntyy!

3IMDDR mitataan kuvan 3 mukaisella laitteistolla. Siinä kahden signaaligeneraattorin signaalit on yhdistetty ja tämä yhdistetty signaali syötetään askelvaimentimen kautta vastaanottimen antenniliitäntään. Vastaanottimen kaiuttimen rinnalle on kytketty audiovolttimittari (true-RMS). Vastaanotin on CW-modella, AGC on kytketty pois ja 500 Hz:n suodin on valittu. Toinen signaaligeneraattori (ylempi) syöttää signaalia taajuudella $f+\Delta f$. Toinen signaaligeneraattori (alempi) syöttää yhtä voimakasta signaalia taajuudella $f+2\Delta f$. ARRL Lab käyttää QST:ssä julkaistavissa laitetesteissä signaalien välillä taas taajuuseroja $\Delta f$ = 2, 5 tai 20 kHz. Mittausjärjestelyssä on tärkeää huolehtia riittävän suuresta eristyksestä signaaligeneraattoreiden välillä, jotta IMD ei tapahdu mittauskytkennässä ennen mitattavaa vastaanotinta. Signaalien voimakkuutta säädetään askelvaimentimella, kunnes volttimittarilla havaitaan 3 dB:n nousu kohinassa (taajuudella $f$). Signaaligeneraattoreiden tasosta vähennetään yhdistäjän 3 dB ja askelvaimentimen vaimennus.

Kuvan 3 esimerkissä signaaligeneraattoreiden taso on -10 dBm. Yhdistäjän vaimennus 3 dB ja askelvaimentimen vaimennus 30 dB vähennetään tästä ja näin saadusta arvosta -43 dBm vähennetään MDS (-137 dBm edeltä). Saadaan lopulta 3IMDDR = -43 dBm - (-137 dBm) = 94 dB.

Vastaavasti voidaan myös määrittää toisen kertaluvun keskeismodulaatiotuotteiden vaikutus. Esimerkiksi 6 MHz:n ja 15 MHz:n taajuuksilla olevien BC-lyhytaaltolähettimien signaalit saattavat summautua vastaanottimen sekoittimessa ja saada aikaan häiriösignaalin 21 MHz:n hamialueella.

3IMDDR 2 kHz:n erotuksella on muodostunut viime aikoina luvuksi, jolla vastaanottimien paremmuutta vertaillaan. Kuvassa 4 on esitetty vuoden 2018 kärki. Rob Sherwood, NC0B, on testannut rigien vastaanottimia vuodesta 1976 lähtien ja pitää yllä netissä listaa rigeistä osoitteessa http://www.sherweng.com/table.html. Siinä rigit on listattu juuri tuon 3IMDDR@2 kHz:n mukaisessa järjestyksessä.

Kolmannen kertaluvun leikkauspiste (Third-order Intercept Point, IP3)

Vielä muutama vuosi sitten vastaanottimien hyvyyttä vertailtiin usein tunnusluvulla IP3 (Third-order Intercept Point, kolmannen kertaluvun leikkauspiste). Nyt kun SDR-vastaanottimet, jotka tekevät AD-muunnoksen suoraan antenniliittimen jälkeen ilman analogista sekoitinta, ovat yleistyneet, on tämän tunnusluvun merkitys pienentynyt. Analogisessa sekoittimessa nimittäin pätee, että kolmannen kertaluvun sekoitustulosten voimakkuus kasvaa aina 3 dB sekoittuvien signaalien (ja kuunneltavan signaalin) voimistuessa 1 dB. Tämä ei kuitenkaan aina päde suoramuunnos-SDR-vastaanottimille.

Kuvassa 5 on esitetty tämä riippuvuus. Siinä kuunneltavan signaalin ja toisaalta 3. kertaluvun keskeismodulaation mitatut vasteet on piirretty yhtenäisellä viivalla. Mitattuihin arvoihin sovitetut suorat on taas piirretty katkoviivalla. Kolmannen kertaluvun leikkauspiste (IP3) on näiden kahden suoran leikkauspiste. Se on vain teoreettinen käsite, koska vastaanotin ylikuormittuu jo pienemmällä sisäänmenosignaalin tasolla. Nähdään, että kuunneltavaan signaaliin sovitetun suoran kulmakerroin on 1 ja toisaalta 3. kertaluvun keskeismodulaatiosignaaleihin sovitetun suoran kulmakerroin on 3. Kuvasta nähdään mm., että vahvistettaessa kuunneltavaa signaalia 10 dB vahvistuvat 3IM-tulokset 30 dB. Vastaavasti vaimennettaessa kuunneltavaa signaalia 10 dB vaimenevat 3IM-tulokset 30 dB. Tästä voi olla hyötyä, kuten kohta näemme.

Vastaanottimen dynamiikka käytännössä

Erään testatun vastaanottimen mitatut dynamiikka-arvot on esitetty kuvassa 6. Siinä on 2 kHz:n etäisyydellä mitatut tukkeutumisen dynaaminen alue (BGCDR), kolmannen kertaluvun keskeismodulaatiotulosten dynaaminen alue (3IMDDR) ja käänteisen sekoittumisen määräämä dynaaminen alue (RMDR). Vaaka-akselilla on signaalinvoimakkuus vastaanottimen antenniliitännässä eli koko käytettävissä oleva dynamiikka-alue. Kuvaan on merkitty myös signaalinvoimakkuuksia vastaavat S-mittarin arvot. Vastaanottimen herkkyydeksi (MDS) on määritetty -130 dBm.

Kuvassa 7 on sama vastaanotin kytkettynä antenniin. Nähdään, että pohjakohina on noussut arvoon -110 dBm (S3). Tämä kohina syntyy ilmastohäiriöistä (QRN) ja ihmisen aiheuttamista häiriöistä (QRM), kuten voimalinjojen ja sähkölaitteiden aiheuttamat häiriöt. Tuo S3:n ”kohinapohja” ei ole lainkaan harvinainen asutuilla alueilla 15 m:n alapuolisilla bandeilla (eli alle 21 MHz:n taajuuksilla). Tämä pohjakohina pienentää vastaanottimen tehollista herkkyyttä ja kaventaa käytettävissä olevaa dynaamista aluetta 20 dB. Heikot alle S3:n signaalit uppoavat kohinaan eivätkä ole vastaanotettavissa.

Auttaisiko esivahvistin tilannetta? Sehän vahvistaa heikkoja signaaleja. Kuva 8 näyttää totuuden, kun rigin +10 dB:n esivahvistin on kytketty päälle esim. 20 m:n bandilla. Esivahvistin ei paranna heikkojen signaalien kuuluvuutta, onhan S3:n pohjakohina edelleen olemassa. Voimakkaat signaalit sen sijaan vahvistuvat ja sen vaikutuksesta myös dynaamiset alueet kapenevat yläpäästään: BGCDR ja RMDR 10 dB sekä 3IMDDR kolminkertaisesti eli 30 dB (ks. edellä). Nyt jo S9 + 8 dB:n signaalit riittävät saamaan aikaan häiritsevän kolmannen kertaluvun keskeismodulaatiotuloksen. Esivahvistinta ei siis kannata pitää päällä ”varmuuden vuoksi”. Alemmilla HF-bandeilla se on aina tarpeeton ja siitä saattaa olla jopa haittaa.

Kuvassa 9 on sen sijaan esitetty tilanne, kun rigin -10 dB:n vaimennin (attenuator) on kytketty päälle. Jälleen vaimentimella ei ole vaikutusta dynaamisen alueen alapäässä, S3:n pohjakohina peittää alleen vaimentimen vaikutuksen. Voimakkaat signaalit sen sijaan vaimenevat ja sen vaikutuksesta myös dynaamiset alueet levenevät yläpäästään: BGCDR ja RMDR 10 dB sekä 3IMDDR kolminkertaisesti eli 30 dB (ks. edellä). Nyt tarvitaan S9 + 68 dB:n signaalit saamaan aikaan häiritsevä kolmannen kertaluvun keskeismodulaatiotulos. Vaimennin onkin tehokas työkalu poistamaan lähitaajuudella olevan voimakkaan aseman aiheuttaman häiriön.

6 m:n bandilla ei ulkosyntyinen pohjakohina ole enää ongelma. Poikkeuksena ovat kaupunkialueen aikaansaamat häiriöt. VHF- ja ylemmillä taajuuksilla hallitseva kohina syntyy vastaanotinjärjestelmän sisällä. Tämä pitää sisällään esivahvistimen, mahdollisesti myös vähäkohinaisen esivahvistimen antennimastossa. Koska pohjakohina on hyvin pientä, parantaa esivahvistin nyt vastaanottimen herkkyyttä (kuva 10). +10 dB:n esivahvistin pudottaa MDS:n -130 dBm:stä arvoon -140 dBm. Jälleen vahvistus kaventaa dynamiikka-alueita yläpäästään: 3IMD vaatii nyt signaalinvoimakkuuden -65 dBm (S9 + 8 dB). Tästä ei 6 m:llä ole kuitenkaan haittaa, koska siellä ei juurikaan synny samanlaisia voimakkaiden signaalien pile-upeja kuin HF-bandeilla.

Lopuksi

Kuvassa 11 on piirretty edellä esitetyt (kuva 6) mittaustulokset vielä selvyyden vuoksi janamuotoon. Mitattu herkkyys (MDS) on -130 dBm, joka on kohinaluvun NF = 17 dB etäisyydellä teoreettisesta minimikohinasta -147 dBm. Mitattujen signaalinvoimakkuuksien (BGC, RM ja 3IMD) sekä herkkyyden (MDS) perusteella lasketut dynamiikka-alueet (BGCDR, RMDR ja 3IMDDR) on merkitty janalle. Janan oikeassa päässä on signaalitaso 0 dBm eli 1 mW.

BGCDR on ylivoimaisesti suurin (120 dB). 2 kHz:n etäisyydellä olevan signaalin on oltava voimakkuudeltaan yli -10 dBm (S9 + 63 dB) vaimentaakseen kuunneltavaa signaalia. 3IMDDR ja RMDR ovat vastaavasti 95 dB ja 100 dB. Näistä 3IMDDR on pienin ja näin ollen määräävä. Voidaan sanoa, että vastaanottimen dynamiikka-alue on 95 dB.

Vaikka rigivalmistajat mainoksissaan mielellään käyttävät yhtä numeroa, usein jokin näistä dynamiikka-alueista, kuvaamaan rigiä, vaikuttavat rigin valintaan monet muutkin asiat. Näitä ovat mm. koko ja paino, käytettävissä olevat bandit, varustus, lähettimen ominaisuudet jne. On esimerkiksi yhdentekevää, onko mobiilirigin dynamiikka-alue 85 vai 95 dB, jos siinä ei ole irrotettavaa etupaneelia.

Nämä dynamiikka-alueet on luotu kuvaamaan perinteisen analogisesti toteutetun vastaanottimen ominaisuuksia. Ne eivät aina kuvaa hyvin uusien suoramuunnos-SDR-vastaanottimien ominaisuuksia. Niille tärkeämpi on mm. AD-muuntimen signaalinkesto. Tulevaisuus näyttääkin, vakiintuvatko jotkin muut tunnusluvut kuvaamaan vastaanottimien ominaisuuksia.

Kiitos Michael, OH2AUE, ja Tiiti, OH3HNY, käsikirjoituksen kommentoinnista.

Kuvat 1…3: The ARRL Handbook 2018

Kuva 4: Rob Sherwood, NC0B

Lähteet

Silver, H. Ward, NØAX, (toim.), The ARRL Handbook 2018, luku 25.5. (Receiver Measurements), ARRL, Newington, CT, USA.

Allison, Bob, WB1GCM, Amateur Radio Transceiver Performance Testing, ARRL, 2013.

Kemppainen, Reijo, OH8OJ, Resiprookkimiksaus – mitä se on? RA 2/2013.

Sherwood, Rob, NC0B, 2018 Contest Radio Review, Contest University 2018, Dayton, Ohio.

Kuvatekstit:

Kuva 1. Vastaanottimen herkkyyden (MDS) määrittämiseen käytettävä laitteisto.

Kuva 2. Vastaanottimen tukkeutumisen vaikutuksen (BGCDR) määrittämiseen käytettävä laitteisto.

Kuva 3. Keskeismodulaation vaikutuksen (IMDDR) määrittämiseen käytettävä laitteisto.

Kuva 4. Nykyrigien parhaimmisto vastaanottimen 3IMDDR@2 kHz:n perusteella.

Kuva 5. IP3:n määrittäminen graafisesti. Kuunneltavan signaalin ja toisaalta 3. kertaluvun keskeismodulaation mitatut vasteet on piirretty yhtenäisellä viivalla. Mitattuihin arvoihin sovitetut suorat on taas piirretty katkoviivalla. Kolmannen kertaluvun leikkauspiste (IP3) on näiden kahden suoran leikkauspiste. Tässä tapauksessa IP3 = 21 dBm.

Kuva 6. Esimerkkivastaanottimen laboratoriossa mitatut testitulokset, dynamiikka-alueet [dB] palkkien vasemmassa päässä.

Kuva 7. Antenniin kytketyn esimerkkivastaanottimen suoritusarvot HF-bandilla, dynamiikka-alueet [dB] palkkien vasemmassa päässä.

Kuva 8. +10 dB:n esivahvistimen vaikutus esimerkkivastaanottimen suoritusarvoihin HF-bandilla, dynamiikka-alueet [dB] palkkien vasemmassa päässä.

Kuva 9. -10 dB:n vaimentimen vaikutus esimerkkivastaanottimen suoritusarvoihin HF-bandilla, dynamiikka-alueet [dB] palkkien vasemmassa päässä.

Kuva 10. +10 dB:n esivahvistimen vaikutus esimerkkivastaanottimen suoritusarvoihin 6 m:n bandilla, dynamiikka-alueet [dB] palkkien vasemmassa päässä.

Kuva 11. Esimerkkivastaanottimen laboratoriossa mitatut testitulokset janamuodossa esitettyinä.