Jak mierzyć jakość odbiornika HF?

W komentarzu do „Klub HF5L w zawodach SSB Fieldday” Marek SP5IXS zauważył, że „„third order dynamic range” jest kluczowym parametrem określającym „jakość” odbiornika. Zadał też dobre pytania: Jaka jest różnica pomiędzy IP3 i DR3? Jaka jest zależność pomiędzy czułością RX a „3rd order dynamic range”?

Jeśli chodzi o „3rd order dynamic range” to definicję , a raczej sposób pomiaru tego parametru ładnie przybliżył Rob Sherwood NC0B w swojej prezentacji z roku 2019. Dla najczęściej stosowanego przypadku „2 kHz 3rd order dynamic range”: dwa sygnały o częstotliwościach f1 i f2 (gdzie f2-f1=2 kHz) doprowadzane są do wejścia odbiornika. W wyniku nieliniowości toru analogowego odbiornika powstają niepożądane produkty mieszania (intermodulacja IMD). Dominujące są składowe trzeciego rzędu (2f1- f2) oraz (2f2-f1), bardzo łatwe do zidentyfikowania jak to pokazano na rysunku poniżej.

Poziom obu sygnałów zwiększa się aż do momentu, gdy składowa interferencyjna osiąga poziom podkładu szumów. Ten poziom, po odjęciu podkładu szumów to jest właśnie „3rd order dynamic range DR3”. Dla przykładu: podkład szumu = -128 dBm, sygnały testowe = – 28 dBm, to zakres dynamiczny DR3 = -28 -(-128) = 100 dB. Definicje tę opublikowano w roku 1975. W skrócie – parametr ten określa degradację właściwości odbiornika w obecności silnych sygnałów, czyli spadek jego czułości na słabe sygnały.

IP3 (punkt przecięcia intermodulacji trzeciego rzędu) to inna miara tej samej cechy, czyli wrażliwości odbiornika na przesterowanie w wyniku jego nieliniowości. Jest to zdefiniowane choćby w Wikipedii.

Ale – jak zacytował Sławek SP5ICS – od maja 2016 r.  ARRL nie publikuje już danych IP3 dla odbiorników. Technologia uległa zmianie, a większość nowoczesnych odbiorników nie ma stosunku 3: 1 między poziomem sygnału IMD, a poziomem wejściowym IMD. Ten stosunek może być znacznie wyższy lub niższy niż 3:1. Ponieważ liczba IP3 jest matematycznie oparta na stosunku 3:1, publikacja tych danych byłaby bez znaczenia. Zamiast tego należy zwrócić uwagę na trzy zakresy dynamiczne: „IMD, blocking, and reciprocal mixing”. Cytat pochodzi z najnowszego przeglądu odbiorników QST Magazine.

Podobnie jak ranking Sherwood Engineering tabela QST Magazine ułożona jest według wartości IMD „2 kHz 3rd-order dynamic range”, co wydawało by się być dostatecznym argumentem, aby uznać ten parametr za główny miernik zdolności do odbioru słabych stacji w obecności zakłóceń. Zapomnijmy więc o IP3!

Jednak jest małe „ale”. Zauważono, że niekiedy odczucia użytkowników sprzętu nie pokrywały się z rankingiem według DR3. Przyczynę znaleziono we właściwościach szumowych generatora lokalnego. W roku 2012 przyjęto definicje nowego wskaźnika nazwanego „reciprocal mixing dynamic range”. Poniższy rysunek z prezentacji NC0B z roku 2019 przybliża znaczenie tego parametru.

Szum fazowy generatora lokalnego można traktować jako fluktuacje krótkoterminowe jego częstotliwości. Jeśli w niewielkiej odległości od słabego sygnału występuje sygnał silny, nawet jeśli jest on idealnie „czysty”, to po zmieszaniu z zaszumionym generatorem lokalnym sygnał ten ulega rozmyciu i zakłóca sygnał słaby. Problem ten dotyczy w dużym stopniu odbiorników z generatorem LO w postaci syntezerów częstotliwości, szczególnie tych starszych. Aktualnie producenci sprzętu przywiązują dużą wagę do czystości generatora lokalnego. Problem ten dotyczy także odbiorników SDR i jego zegara, ale w tym przypadku jest dużo łatwiejszy do rozwiązania, bo dobry generator kwarcowy o stałej częstotliwości nie jest dużym problemem.

Innym ważnym miernikiem jakości odbiornika jest ” blocking gain compression”, określający wpływ sąsiedniego silnego sygnału na pogorszenie jakości odbioru w wyniku kompresji wzmocnienia. Wszystkie te 3 parametry znalazły podsumowanie na slajdzie autorstwa Boba AB5N:

Jako ciekawostka – różnice pozycji oraz wartości liczbowych między oboma rankingami są znaczne. Dla QST Magazine na dzień 25.10.2020 nr 1 to FTdx5000D, nr 2  to (nowość) FTdx101MP, nr 8 to FlexRadio-6600M, nr 9 to Elecraft K3S, nr 16 to (SDR Icom) IC-7610, nr 26 to TS-590S, nr 27 to Perseus, nr 32 to IC-7300, a nr 45 to FT-991.

Mirek SP5GNI

 

Liczba komentarzy: 4

  • Jeżeli radia miałoby porównywać się według jednego parametru to „3rd order dynamic range” wydaje się być najstosowniejszy. Gdyby jednak poszerzyć o inne parametry, z odpowiednio mniejszymi wagami do rankingu, to ważne jest też „3rd order dynamic range” dla sygnału nie o 2 kHz ale bliżej tzn. w paśmie filtru. Tu wpływ na mierzony parametr będą miały dalsze stopnie toru sygnałowego mające także wpływ na komfort słuchania, nie tylko „front end”. Sensowny wydaje mi się również powrót do pomiaru czułości odbiornika ale nie dla stosunku sygnał + szum/szum równym 10 dB jak to jest robione zwykle. Już w latach siedemdziesiątych firma Racal przodująca wtedy w jakości odbiorników profesjonalnych mierzyła stosunek s +sz/sz dla sygnału odbieranego 1 mikrowolt. Taki pomiar mówił bardzo dużo jak komfortowo, bez szumu, słucha się w normalnych warunkach (nie w zawodach), przykładowo na dalekich morzach na statkach. Taki pomiar spychał w dół rankingu tzw. szumodyny. Radio Racal RA 17 z lat 60 – tych miało dla CW ten parametr niewiarygodnej wartości – 21 dB

    Odpowiedz
  • Ale cały czas jest to tradycyjne podejście do oceny jakości odbiornika. Jak dana konstrukcja radzi sobie przy występowaniu bliskich i silnych sygnałów. Jednak w wielu przypadkach jest to bezużyteczne. Bardzo często głównym problemem są lokalne zakłócenia znacząco podnoszące poziom tła – wszechobecne zasilacze impulsowe, przetworniki etc. Czy są obiektywne, możliwe do zmierzenia parametry określające zdolność do odbioru słabych sygnałów w takim zaśmieconym środowisku? A co za tym idzie, ranking sprzętu wg takich parametrów?

    Odpowiedz
  • Jeśli lokalne zakłócenia nie maja charakteru „dużego” sygnału powodującego intermodulację, to po przejściu przez mieszacze i filtry muszą być słyszalne, rady na to nie ma. Można wprawdzie zastosować układ aktywny z dodatkową anteną, t.zw. QRM eliminator (opis urządzenia firmy Wimo jest w Świat Radio 11/2020; alternatywa to MFJ-1026). Nowsze transceivery z DSP maja funkcję „noise reduction”, w jednych radiach działa ona lepiej, w innych gorzej, mam różne doświadczenia, ale tylko w przypadku SSB. Jeśli zakłócenie będzie NIE będzie miało charakteru pseudolosowego, to prawdopodobnie DSP z „noise reduction” sobie z nim nie poradzi. Jest jeszcze „noise blanker”, obserwując wpływ tej funkcji na zakłócenia impulsowe na widmie swojego SunSDR2 efekty często są bardzo dobre.

    Odpowiedz

Skomentuj

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *