Messungen an einem MSI-SDR-Stick von Gerd DC6HL

Einleitung
Vor einigen Tagen traf bei mir ein MSI-SDR-Stick nebst Zubehör ein, den ich für horrende 42US$ beim „Chinesen“ erworben hatte. Über den Stick waren nur wenige technische Daten bekannt:
10kHz bis 2GHz, 12Bit ADC, +-0,5ppm TCXO und 50Ω-Eingang

Deshalb wollte ich mehr über das mir unbekannte „Blaue Wunder“ in Erfahrung bringen. Als Betriebssoftware hatte ich die SDR-Console von Simon Brown und SDRuno zur Verfügung. Ein Vergleich bei gleichen Testfrequenzen zeigte bei der Verwendung der Console starke Nebenempfangsstellen, die mit SDRuno nicht auftraten. Ebenso werden bei der Console völlig falsche Pegelbeziehungen bei unterschiedlichen Bandbreiten angezeigt, was offensichtlich ein generelles Problem dieser Software ist. SDRuno verhält sich diesbezüglich physikalisch korrekt. Alle folgenden Messungen und Tests wuden deshalb mit SDRuno ausgeführt.

Pfeifstellen
Der Stick zeigt bei abgeschlossenem Eingang viele Pfeifstellen. Die über -90dBm äquivalentem Eingangspegel liegenden werden in Folge in der Form „f in MHz/Pegel in dBm“ aufgelistet. Die Pegelangaben beziehen sich auf den angezeigten Pegel, der aber je nach Frequenz erheblich vom tatsächlichen äquivalenten Pegel abweichen kann (siehe Frequenzgang). 8/-89 24/-59 32/-85 48/-69 60/-74 96/-85 120/-81 192/-74 216/-78 240/-73 264/-76 288/-79 360/-70 408/-75

Frequenzgang
Zur Messung des Frequenzganges wurden konstant -80dBm unmoduliert ohne Kabel direkt aus einem Marconi 2041 in den Stick eingespeist. Der jeweils gemessene Pegel wurde am S-Meter der Uno-Software abgelesen. Der sich daraus ergebende Pegelfehler wird unten dargestellt.

Anpassung
Um am Eingang des Sticks die Reflexionsdämpfung zu messen, darf nur ein niedriger Meßpegel verwendet werden, um ihn nicht zu übersteuern. Alle Messungen fanden deshalb bei -10dBm Quellenpegel und 40dB Dämpfung für Port1 des HP8753 statt. Zusammen mit der Brückendämpfung des S-Parameter Testsets ergibt das einen Pegel am Eingang des Sticks von weniger als -60dBm. Die Meßanordnung kann dann immer noch Reflexionsdämpfungen bis -30dB hinreichend genau bestimmen.

Das hier sichtbare Bild erhält man für Frequenzen zwischen 60 und 119,999999MHz.

Dieses Bild gilt für Frequenzen von 120 bis 249,999999MHz. Bei allen höheren Frequenzen ist die Reflexionsdämpfung ähnlich schlecht. Auf eine Darstellung wurde deshalb verzichtet.

Der Anwender sollte sich immer der schlechten Eingangsanpassung und der daraus resultierenden Folgen bewußt sein!

Empfindlichkeit
Wegen der schlechten Eingangsanpassung werden alle Messungen mit einem direkt am Stick vorgeschaltetem 10dB Dämpfungsglied, dessen Dämpfung herausgerechnet wird, durchgeführt. Als Bewertungsbandbreite werden 500Hz gewählt. Daraus werden das minimale pro 1Hz Bandbreite nachweisbare Signal und das Rauschmaß berechnet.

Bei 60MHz und bei 1000MHz treten heftige Sprünge in der Grenzempfindlichkeit auf.

Intermodulation 2. Ordnung bis 60MHz
Mit einem Rauschmaß von 27dB im gesamten AFU-Kurzwellenbereich ist der Stick natürlich für Anwendungen an Amateurantennen interessant. Das klappt ohne zusätzliche Bandpässe aber nur, wenn er gute Eigenschaften bezüglich Produktbildung 2. Ordnung aufweist. Eine kritische Konstellation ergibt sich, wenn Produkte mehrerer UKW-Rundfunksender in das KW-Band fallen.
Stellvertretend dafür werden 93MHz und 96,7MHz mit je -20dBm eingespeist. Empfangen wird auf der Differenzfrequenz von 3,7MHz. Das erfreuliche Ergebnis ist ein Produktpegel von nur -101dBm. Da keine Wandlerübersteuerung auftritt, muß ein Tiefpaßfilter wirksam sein. Ein Abschwächen der UKW-Signale um 10dB liefert -111dBm auf der Empfangsfrequenz. Das signalisiert ein für ein klassisches Analogfrontend stehendes Verhalten mit einem IP2 von +61dBm. Damit läßt sich gut leben.
Was passiert aber, wenn die Störsignale unter 60MHz liegen? Dazu werden jetzt 21MHz und 24,7MHz mit je -40dBm eingespeist. Wieder ergibt die Differenz 3,7MHz. Der gemessene Produktpegel liegt bei -100dBm. Daraus ergibt sich ein IP2 von nur +20dBm. Andere Frequenzkombinationen und Pegel ergeben ebenfalls einen IP2 von lediglich +20dBm.
Die Folgerung daraus lautet: Für einen Betrieb im KW-Bereich müssen unbedingt Suboktavbandpässe zwischen Antenne und Stick geschaltet werden.

Intermodulation 2. Ordnung oberhalb 60MHz
Als Testszenario wurde der Empfang auf 435MHz gewählt. Einmal wurden 201MHz und 234MHz mit je -40dBm angelegt, so daß deren Summenprodukt empfangen wurde. Weiterhin wurde mit gleichem Pegel bei 565MHz und 1000MHz getestet. Im ersten Fall trat ein Produktpegel von -111dBm auf, was einem IP2 von +31dBm entspricht. Das ist ein für ein Frontend mit Eintaktsignalverarbeitung typischer Wert. Auch hier sollten für die Aufbesserung der Daten Suboktavbandpässe zur Anwendung kommen.
Der zweite Fall schnitt mit einem Produktpegel von -92dBm, was einem IP2 von nur +12dBm entspricht, noch schlechter ab.

Intermodulation 3. Ordnung
Die Produktbildung 3. Ordnung wurde in charakteristischen Amateurfunkbändern gemessen. Die Testsignale hatten jeweils 10kHz Abstand und lagen im Pegel bei -40dBm. Eine Kontrolle bezüglich des Verhaltens der Produktpegel nach dem Strahlensatz wurde je nach Aussteuermöglichkeit bei –35dBm oder sogar bei -30dBm durchgeführt. Alle Ergebnisse zeigen, daß das analoge Frontend vor dem AD-Wandler die Eigenschaften bestimmt.

f in MHz IP3 in dBm

7,1                 +14
144,3            +13
432,3            +5
1296,2         +1

Seitenbandrauschen
Das Seitenbandrauschen des Sticks wurde durch Einspeisung eines Testsignals aus einem Marconi 2041 Sender im Low-Noise-Mode bestimmt. Der Meßsender schafft noch bei Frequenzen >1GHz mehr als 135dBc/Hz in wenigen kHz Abstand. Die Rauschpegel wurden in 10kHz Abstand vom Träger bei 500Hz CW-Bandbreite abgelesen und auf dBc/Hz zurückgerechnet.

f in MHz dBc/Hz
7,1                   100
144,3              100
432,3                88
1296,2             94

Übersteuerungsgrenze des AD-Wandlers
Als Übersteuerungsgrenze wurde der Eingangspegel bewertet, bei dem gerade noch keine charakteristischen Nebenlinien im Spektrogramm auftraten. SDRuno zeigt allerdings schon bei um einige dB niedrigeren Pegeln „overload“ an.

f in MHz Pegel in dBm
7,1                       -27
59                        -20
60                        -28
144                     -30
435                     -34
1296                  -18

Bewertung der Meßergebnisse
Die bei der niedrigen Frequenzgrenze naheliegende Vermutung, daß im Basisband das Signal direkt an den AD-Wandler durchgereich wird, hat sich leider nicht bestätigt. Das ist an den recht schlechten Werten für Produktbildung und Seitenbandrauschen im KW-Bereich zu erkennen. Ein Betrieb des Sticks an einer Antenne sollte nur über Suboktavbandpässe erfolgen, um unerwünschte Geistersignale bzw. eine Anhebung des Grundrauschens sicher zu vermeiden. Zum Zweck von HF-Messungen sollte der Stick nur von Amateuren mit ausreichender Erfahrung in der Meßtechnik verwendet werden. Dabei muß man sich immer wieder durch Schalten von Zusatzdämpfungen und
der Beobachtung der angezeigten Signale davon überzeugen, daß das, was man sieht, auch wirklich vorhanden ist. Auch Signale, die man auf diese Weise als kein Produkt klassifiziert, können aber im Stick immer noch als Aliassignal oder Spiegel entstehen. Diese lassen sich meistens am Verhalten bei Frequenzänderung erkennen. Auf diese Problematik bin ich im Rahmen meiner Messungen wegen des überaus komplexen Verhaltens dieser Signale nicht eingegangen.

Trotz aller Einschränkungen stellt der MSI-Stick eine preiswerte Bereicherung für jeden Funkamateur dar, der gerne mit HF-Signalen experimentiert. Ich hoffe, etwas zum Ausloten der Grenzen dieses Hilfsmittels beigetragen zu haben.

DC6HL 9.11.2019