Verstehen, warum der Panadapter Noise Floor und S-Meter unterschiedlich sind und warum das Dämpfungsglied keinen Unterschied macht

Ein Beitrag von Scott Traurig WU2O im Forum APACHE LABS

Einleitung:

Der Unterschied zwischen dem, was der Panadapter Ihnen zeigt und dem, was der S-Meter Ihnen zeigt, ist ein relativ neues Problem für Funkamateure, aber ein alter Hut für HF-Ingenieure.

In der Welt der Hochfrequenztechnik gibt es für neue Ingenieure oft die gleiche Verwirrung, wenn sie versuchen, sinnvolle Messungen mit einem Spektrumanalysator (das Panadapter-Äquivalent) und einem HF-Leistungsmessgerät (Sorte des Äquivalents des S-Meters) durchzuführen.

Panadapter/Spektrumanalysator Angezeigter durchschnittlicher Rauschpegel (DANL):

Was Sie auf dem Panadapter (Spektrumanalysator) sehen, nennt man den Displayed Average Noise Level (DANL). Manche Leute nennen es Displayed Average Noise Floor. Es ist derselbe Name.

Bevor Sie sich mit der DANL weiter auseinandersetzen, sollten Sie sich darüber im Klaren sein, dass es heutzutage zwei verschiedene Arten von Spektrumanalysator-Messmethoden gibt. Ältere analoge Spektrumanalysatoren verwendeten einen geschwenkten Superhet-Empfänger mit einem Filter dahinter. Die Bandbreite dieses Filters ist die “Resolution Bandwidth”. Enge Auflösebandbreiten erfordern längere Sweepzeiten, weil der lokale Oszillator im Spektrumanalysator nur so schnell und präzise bewegt werden kann und weil die Anstiegszeit eines Signals umgekehrt proportional zur Bandbreite ist. Neuere, digitale Spektrumanalysatoren führen FFTs durch und konstruieren das Spektrum mit Hilfe von Mathematik. Sie können augenblickliche Schnappschüsse von einer Band machen, weil die Daten in einem sehr breiten Filter gesammelt werden und nichts gestimmt oder gefegt werden muss. Die Bin Width der FFT ist analog zur Auflösebandbreite des Sweepsuphet.

Unsere modernen SDR-Funkgeräte sind nun offensichtlich im Wesentlichen preiswerte digitale Spektrumanalysatoren mit FFT-Verfahren. Beim Vergleich der DANL auf einer beliebigen Kombination von Spektrumanalysatoren oder SDR-Funkgeräten müssen die Bin Widths und/oder Resolution Bandwidths abgeglichen werden, um die gleichen Ergebnisse zu erhalten. Der Grund dafür ist, dass ALLE HF-Leistungsmessungen auf eine bestimmte Bandbreite bezogen werden MÜSSEN. Offensichtlich gibt es mehr Rauschleistung in 10 Hz Bandbreite als 1 Hz, also sollte dies intuitiv sinnvoll sein. Unter der Annahme, dass das Rauschen normales Gauß-Rauschen ist und dass alle Auflösebandbreiten/Binbreiten aufeinander abgestimmt sind, ergeben sich die Unterschiede zwischen Messgeräten oder Funkgeräten aus Unterschieden in der Rauschzahl dieser Instrumente oder Funkgeräte.

Unterm Strich ist die DANL die Rauschleistung, die innerhalb einer einzelnen Auflösebandbreite/Binbreite des Panadapters oder Spektrumanalysators vorhanden ist.

S-Meter Rauschmessung:

Wenn wir nun das S-Meter betrachten, können wir es als einen einkanaligen, nicht geswepten Spektrumanalysator mit einer einstellbaren Auflösebandbreite/Binbreite betrachten. In unserem Fall ist diese Einstellung das Empfangsfilterpassband. Schauen wir uns ein Beispiel an, wie das mit dem Panadapter verglichen wird.

Wenn der Panadapter Bin Bin Width 3Hz beträgt und die Bandbreite des S-Meters 3KHz beträgt, nimmt das S-Meter 1000 mal mehr Rauschenergie auf als ein einzelner Panadapter Bin. Ein Faktor von 1000 entspricht 30dB (10log1000). Die DANL erscheint also deutlich niedriger als der S-Meter-Wert bei gleichem Geräuschzustand. Sie können dies auf einfache Weise selbst demonstrieren, indem Sie mit den Bin Widths (Bin Breths) und den Passband-Einstellungen spielen, um jede beliebige Differenz innerhalb des Einstellbereichs des Funkgeräts zu erhalten. Die meisten HF-Ingenieure messen und melden Breitbandrauschen, indem sie es auf die Bandbreite eines einzelnen Hzs beziehen. So wird z. B. für viele Berechnungen in der Technik ein thermischer Rauschboden von -174 dB/Hz verwendet. So kann jeder andere HF-Ingenieur die gesamte Rauschleistung in jeder gewünschten Bandbreite berechnen.

Um die Differenz zwischen zwei Bandbreiten in Dezibel zu berechnen, verwenden Sie die folgende Formel: 10log (Bandbreite 1 in Hz/Bandbreite 2 in Hz). Beispiel: 10log (3000Hz/3Hz) = 30dBHz.

Besseres Beispiel: Ihr Panadapter bin width ist 2.93Hz und Sie sehen eine DANL von -120dBm. Ihr Empfänger-Passband ist auf 2,9 kHz eingestellt. 10log (2900/2.93) = 29.96dB. Bei Rauschen im Durchlassbereich (keine Signale) zeigt das S-Meter -90dBm (ca. S6) an.

Warum die Unterschiede in der Rauschleistung nicht mit den Unterschieden in der Signalleistung übereinstimmen:

So weit so gut, zumindest bis jemand versucht, Rauschleistung mit Signalleistung zu vergleichen. Dann werden sie verwirrt. Aber das ist, weil sie Äpfel mit Orangen vergleichen. Breitbandrauschen unterscheidet sich von einem Schmalbandsignal. Betrachten wir ein CW-Signal mit einer Amplitude von -73dBm, das gleich S9 ist. WENN die Bandbreite des CW-Signals ENTIRELY innerhalb eines einzelnen FFT-Bins liegt, dann erscheint sie auf dem Panadapter mit einer Amplitude von -73 dBm. UND es erscheint auf dem S-Meter mit einer Amplitude von S9 (eigentlich etwas mehr, weil dort auch Rauschleistung drin ist, aber der Unterschied, den die Rauschleistung macht, ist im Vergleich zu einem so großen Signal vernachlässigbar klein). Stellen Sie sich nun vor, das CW-Signal ist doppelt so breit wie ein FFT Bin (unwahrscheinlich, aber bitte mit mir nachdenken). In diesem Fall erscheint die Amplitude des CW-Signals auf dem Panadapter mit -70 dBm. Das sind 3dB, oder ein Faktor 2 weniger, weil die Leistung des Signals nun auf zwei Panadapterkassetten verteilt wird. Das gesamte CW-Signal passt mittlerweile immer noch problemlos in das S-Meter-Passband, so dass das S-Meter immer noch S9 anzeigt. Wenn sich das CW-Signal über 4 Bins ausbreitet, ist es auf dem Panadapter um 6 dB tiefer. Wenn es über 10 Behälter verteilt es würde scheinen, 10dB niedriger zu sein. Und so weiter und so fort. Nehmen Sie dies bis an die Grenze und Sie können sehen, wie ein Signal im Vergleich zu einem Bin Width umso breiter ist, je niedriger es auf dem Panadapter im Vergleich zum S-Meter ist. Und der Lärm ist unendlich breit!

Offensichtlich sind die CW-Signale jetzt nicht mehr so breit. Aber SSB Telefonsignale sind es! Da die Energie über die gesamte Bandbreite des SSB-Signals verteilt wird, ist kein einzelner Peak so hoch wie der S-Meter-Wert, es sei denn, der Operator pfeift einen reinen Ton und die Bandbreite des Tones passt vollständig in einen einzelnen Panadapter-Behälter. Daher ist es sehr, sehr schwierig, Vergleiche der SSB-Leistungspegel auf dem Panadapter mit den SSB-S-Meterwerten anzustellen. Sie sind nicht so sauber und sauber wie ein CW- oder Rauschsignal.

S-Meter Genauigkeit:

Schließlich sollten Sie sich nicht zu sehr auf die Genauigkeit des typischen Kenwood/Yaesu/Icom S-Meters verlassen, wenn es um Lärm geht. Sie sind in der Tat nicht so genau. Es scheint, als hätten die Marketingabteilungen dieser Unternehmen die Konstruktionsabteilungen veranlasst, die S-Meter weitestgehend nichtlinear unterhalb von S9 anzuordnen, so dass sie behaupten können,”leise” Empfänger zu haben. Diese Empfänger sind nicht leiser als die Empfänger unserer ANAN-Funkgeräte oder Flex-Funkgeräte. Aber ihre S-Meter sind im Vergleich zu unseren ehrlichen S-Metern wertlos. Also fühlen Sie sich nicht schlecht, wenn Ihre ANAN Ihnen mitteilt, dass Sie S7-Geräusche auf dem Band haben und Ihr FTDX5000 Ihnen S3 sagt. Garantiert ist die ANAN korrekt und die Yaesu oder was auch immer liegt. Dies können Sie mit einem teuren Spektrumanalysator zur Messung der korrekten Kanalleistung nachweisen. Die Kanalbandbreite entspricht entweder der des S-Meters oder der Breite des Panadapter-Behälters. Wenn Sie die Genauigkeit des S-Meters prüfen, stellen Sie die Auflösebandbreite so ein, dass sie mit Ihrem Empfänger-Passband gleichwertig ist. Wenn Sie die Genauigkeit des Panadapters testen, stellen Sie die Auflösebandbreite auf EQUAL für Ihre FFT-Bin-Breite ein.

Siehe auch: http://rfmw.em.keysight.com/spectrum-analyzer/

73!

Scott

Warum ändert das S-Meter und der Panadapter die Messwerte nicht, wenn Sie die Dämpfungseinstellung ändern:

Die Software, die unsere Radios formt, ist intelligent. Zeigt einen S-Meter oder einen Signalpegel auf dem Panadapter an, der sich auf den Antennenanschluss auf der Rückseite bezieht.

Mit anderen Worten, die Software passt die Dämpfung an die von Ihnen gewählte Dämpfung an. Wenn Sie also ein S9-Signal am ADC-Eingang mit 0 dB Dämpfung sehen und das S-Meter S9 liest, und dann addieren Sie 30 dB Dämpfung, ja, das Signal wird am ADC kleiner, aber die Software weiß, was Sie getan haben, also fügt sie das 30 dB-Signal auf dem S-Meter hinzu. So meldet er immer die Zustände an der Rückwandsteckverbindung, d. h. was aus der Antenne kommt.

Beachten Sie auch, dass der Vorverstärker in unseren Radios nicht umschaltbar ist. Die Software berücksichtigt auch die Vorverstärkungsverstärkung automatisch. Dies ist 20dB in allen Funkgeräten außer dem 8000, wo es 14dB ist.

Warum der Rauschpegel so hoch ist im Vergleich zu einem <fill-in-the-blank> Radio:

Der Rauschpegel, den Sie von S2 auf dem S-Meter sehen, ohne Antenne, ist korrekt. Siehe obenstehende Ausführungen zur Genauigkeit des S-Meters.

Auf dem 8000 habe ich hier, in eine Blindlast, mit dem Standard 2.7KHz Filter Preset, bekomme ich -125dbm mit dem Meter auf Sig Avg, und um -117dBm auf Signal (peak reading). Wahrscheinlich benutzen Sie den Signal meter mode ((peak reading) und S2 = -115dBm (nahe genug!)

Betrachtet man das etwas genauer, so liegt der thermische Rauschboden bei -174dBm/Hz und 2700Hz = 34,3dBHz. Daraus ergibt sich eine Rauschleistung von -174 + 34,3 = -139,7dBm bei einer Bandbreite von 2,7KHz. Bei Verwendung des Sig Avg Meter von oben ergibt sich daraus ein Rauschwert des Empfängers von etwa -125 minus -139,7 = 14,7 dB, was ungefähr dem entspricht, was Sie erwarten würden. Man beachte, dass ca. die Hälfte dieses Rauschwertes, 6,2 dB, vom Vorverstärker, einem LTC6400, stammt.

73,

Scott

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