MFJ-1026 – keď nestačí Noise Blanker ani DSP

Každý rádioamatér, ktorý prevádzkuje KV stanicu v mestskom prostredí alebo v blízkosti priemyselných zdrojov rušenia, skôr či neskôr narazí na limity klasických metód potláčania rušenia. Moderné transceivery ponúkajú digitálnu redukciu šumu (DNR), Noise blanker (NB), nastaviteľné DSP filtre aj adaptívne algoritmy spracovania signálu. Napriek tomu existujú situácie, keď ani najlepšie DSP nedokáže odhaliť slabý DX signál ukrytý pod silným lokálnym QRM alebo QRN. Práve na riešenie takýchto situácií vznikli fázovacie jednotky (phasing units), ktoré pracujú úplne odlišným princípom než klasické prijímačové filtre. Namiesto potláčania rušenia až po prijatí signálu sa snažia odstrániť nežiaducu zložku ešte pred vstupom do prijímača. Jedným z najznámejších komerčných zariadení tejto kategórie je MFJ-1026 Deluxe Noise Canceling Signal Enhancer. Hoci výrobca používa označenie „Noise Canceling Signal Enhancer“, medzi skúsenými DX operátormi je MFJ-1026 považovaný predovšetkým za univerzálnu fázovaciu jednotku umožňujúcu vytvoriť nastaviteľný dvojanténový prijímací systém. Zariadenie umožňuje nielen potláčať lokálne elektrické rušenie, ale aj znižovať úroveň silných rušivých staníc alebo naopak zvýrazniť požadovaný signál pomocou vektorového sčítania dvoch prijímaných signálov.

Čo by mal MFJ-1026 poskytnúť rádioamatérovi?

Na prvý pohľad môže MFJ-1026 pôsobiť ako ďalší „noise canceler“, podobný digitálnym filtrom zabudovaným v moderných transceiveroch. V skutočnosti však pracuje na úplne inom princípe. Neanalyzuje audio signál ani nevykonáva digitálne spracovanie po demodulácii. Celá operácia prebieha ešte vo vysokofrekvenčnej časti prijímacieho reťazca, skôr než sa signál dostane do vstupných obvodov prijímača. Výrobca uvádza, že zariadenie je optimalizované pre frekvenčný rozsah 1,8 až 30 MHz a umožňuje nastavovať amplitúdu aj fázu signálu privádzaného z dvoch samostatných antén. Výsledný signál vzniká ich vektorovým sčítaním alebo odčítaním. Ak sa podarí dosiahnuť rovnakú amplitúdu rušivej zložky a jej opačnú fázu, dochádza k výraznému potlačeniu rušenia ešte pred vstupom do prijímača. Na rozdiel od klasického Noise Blankera pritom nejde iba o impulzné rušenie. MFJ-1026 môže byť účinný proti širokému spektru nežiaducich signálov – od elektrického rušenia rozvodných sietí cez spínané zdroje, LED osvetlenie, elektromotory až po silné susedné vysielače alebo vzdialené rušiace stanice. Úspešnosť však závisí od správnej konfigurácie antén a od charakteru samotného rušenia.

Princíp fungovania

Celý princíp možno vysvetliť pomocou elementárnej vektorovej analýzy. Predstavme si dve antény prijímajúce rovnaké rušenie. Ak sa amplitúda oboch prijatých rušivých signálov vyrovná a medzi nimi sa vytvorí fázový posun 180°, ich výsledný súčet sa bude blížiť k nule. Zatiaľ čo rušenie sa výrazne zoslabí alebo úplne zmizne, požadovaný signál sa nemusí potlačiť rovnakou mierou, pretože na oboch anténach prichádza s odlišnou amplitúdou alebo fázou. Práve táto vlastnosť robí z MFJ-1026 oveľa univerzálnejší nástroj než bežné digitálne filtre. DSP algoritmy totiž pracujú až s prijatým signálom a často nedokážu odlíšiť rušenie od požadovanej informácie, pokiaľ sa obe zložky spektrálne prekrývajú.

MFJ-1026 sa snaží odstrániť rušenie ešte pred vstupom do prijímača, takže prijímač následne spracúva výrazne „čistejší“ RF signál. Výrobca v manuáli upozorňuje na dôležitú skutočnosť, ktorá býva často nesprávne interpretovaná. Elektromagnetické rušenie sa správa presne rovnako ako každý iný rádiový signál. Neexistuje fyzikálny rozdiel medzi „šumom“ a „užitočným signálom“ z pohľadu antény. Rozdiel spočíva iba v tom, odkiaľ prichádzajú a aké majú amplitúdové a fázové pomery na jednotlivých anténach. Z tohto dôvodu môže MFJ-1026 nielen potláčať rušenie, ale pri vhodnom nastavení aj zvýrazniť požadovaný signál.

Pomocná anténa – najdôležitejšia časť celého systému

Začiatočníci často predpokladajú, že úspech závisí predovšetkým od samotného MFJ-1026. Praktické skúsenosti však ukazujú, že rozhodujúcu úlohu zohráva pomocná anténa (AUXILIARY ANTENNA). Práve jej vlastnosti určujú, či bude možné vytvoriť dostatočne hlboký fázový nulový bod. Ak je cieľom odstránenie lokálneho rušenia, mala by pomocná anténa prijímať čo najviac rušenia a zároveň čo najmenej požadovaného signálu. V takom prípade je výhodné umiestniť ju čo najbližšie k zdroju rušenia. polarizácia pritom nie je rozhodujúca a vzdialenosť medzi hlavnou a pomocnou anténou môže byť zvolená podľa praktických možností. Úplne odlišná situácia nastáva pri potláčaní vzdialených rušiacich staníc. Vtedy výrobca odporúča, aby obe antény mali podobnú polarizáciu, podobný vyžarovací diagram a boli od seba vzdialené najviac približne polovicu vlnovej dĺžky. Takéto usporiadanie umožňuje vytvoriť stabilnejší a širší nulový smer. Zaujímavé je, že manuál výslovne uvádza, že antény nemusia byť rezonančné ani veľkých rozmerov. Naopak, menšie antény s nižším činiteľom akosti môžu v mnohých prípadoch poskytovať stabilnejšie výsledky. Dôležitejšie než absolútny zisk je podobnosť prijímaného rušenia na oboch vstupoch zariadenia. 

Prečo niektorým používateľom funguje okamžite a iným vôbec?

Odpoveď možno nájsť nielen v manuáli, ale aj v praktických skúsenostiach používateľov. Recenzent na portáli WorldwideDX veľmi výstižne opisuje, že teleskopická prútová anténa dodávaná so zariadením postačuje iba pri veľmi lokálnych zdrojoch rušenia. Vo väčšine prípadov je potrebné použiť samostatnú externú prijímaciu anténu pripojenú na vstup AUXILIARY ANTENNA. Vo svojom prípade dosiahol výrazne lepšie výsledky až po použití približne 80-metrovej slučkovej prijímacej antény. Podobnú skúsenosť opisuje aj Frans Goddijn na portáli SWLing Post. Pri prvých pokusoch zariadenie neprinieslo očakávaný efekt a DSP v prijímači pôsobilo účinnejšie. Až po experimentovaní s rôznymi konfiguráciami antén našiel zapojenie, pri ktorom sa MFJ-1026 stal prakticky použiteľným nástrojom na zlepšenie príjmu. Tento príklad veľmi dobre ilustruje, že úspešnosť zariadenia závisí podstatne viac od správnej anténnej konfigurácie než od samotného nastavenia ovládacích prvkov.

Vnútri MFJ-1026 – čo sa deje so signálom?

Na rozdiel od väčšiny prijímacích doplnkov neobsahuje MFJ-1026 žiadny digitálny procesor ani algoritmy na analýzu prijímaného signálu. Celé zariadenie je realizované ako analógový vektorový fázovací systém. Podľa servisného manuálu pozostáva z niekoľkých základných blokov: nízkošumového predzosilňovača pre pomocnú anténu, mostíkového fázovacieho obvodu, aktívneho zlučovača signálov, výstupného budiča prijímača a obvodov automatického prepínania pri vysielaní. Celá filozofia konštrukcie spočíva v tom, že zariadenie nemení charakter prijímaného signálu pomocou filtrov, ale vytvára nový výsledný RF signál z dvoch samostatných vstupov. Ak sú amplitúda a fáza nastavené správne, dôjde k výraznému potlačeniu jednej zložky signálu a súčasnému zachovaniu alebo dokonca zvýrazneniu druhej.

Predzosilňovač pomocnej antény

Pomocná anténa býva vo väčšine prípadov podstatne menšia než hlavná prijímacia anténa. Môže ísť o krátky vodič, malú slučku, aktívnu anténu alebo prútovú anténu dodávanú priamo so zariadením. Aby bolo možné amplitúdu signálov z oboch antén vyrovnať, obsahuje MFJ-1026 nastaviteľný predzosilňovač pomocnej antény. Manuál opisuje dva tranzistory (Q9 a Q10), ktoré tvoria zosilňovací stupeň, pričom vnútorné prepojky JMP1 a JMP2 umožňujú zvoliť rôzny spôsob práce podľa použitej externej antény. Práve možnosť presného nastavenia zosilnenia predstavuje jeden z najdôležitejších predpokladov úspešného potlačenia rušenia. Ak totiž amplitúdy rušivého signálu na oboch vstupoch nie sú približne rovnaké, ani ideálny fázový posun nedokáže vytvoriť hlboký nulový bod.

Mostíkový fázovací obvod

Srdcom zariadenia je mostíkový fázovací obvod, ktorý umožňuje plynule meniť fázu signálu z pomocnej antény. Výrobca zdôrazňuje, že konštrukcia bola navrhnutá tak, aby sa pri otáčaní ovládača PHASE menila predovšetkým fáza a nie amplitúda signálu. V bežných fázovacích obvodoch totiž dochádza pri zmene fázy často aj k výrazným zmenám úrovne signálu, čo značne komplikuje nastavovanie. Podľa manuálu sa pri MFJ-1026 mení amplitúda počas otáčania ovládača typicky menej než o 1 dB a maximálne približne o 3 dB. To umožňuje oveľa jednoduchšie hľadanie optimálneho nastavenia a robí celý proces opakovateľným aj pri zmene frekvencie alebo antény. Samotný ovládač PHASE zabezpečuje plynulú zmenu fázy približne v rozsahu 145°. K dispozícii je navyše prepínač PHASE NORMAL/INVERT, ktorý pridáva ďalších 180°. Kombináciou oboch ovládacích prvkov možno dosiahnuť úplný rozsah potrebný na vytvorenie nulového bodu prakticky v každej situácii. 

Aktívny zlučovač signálov

Po nastavení amplitúdy a fázy sa oba signály privádzajú do aktívneho zlučovača. Ten predstavuje ďalší rozdiel oproti jednoduchým pasívnym slučkám alebo hybridným slučkovým fázovačom. Aktívny zlučovač zabezpečuje stabilnú impedanciu, minimalizuje vzájomné ovplyvňovanie oboch vstupov a vytvára výsledný signál určený pre prijímač. Výstupný tranzistor následne zabezpečuje dostatočné budenie vstupu prijímača.  Takéto riešenie umožňuje zachovať veľmi dobrú opakovateľnosť nastavenia a zároveň znižuje citlivosť systému na zmeny impedancie jednotlivých antén.

Automatické prepínanie pri vysielaní

MFJ-1026 je určený nielen pre posluchových DX-istov, ale aj pre rádioamatérske transceivery. Preto obsahuje automatické prepínanie medzi príjmom a vysielaním. Zariadenie dokáže rozpoznať vysielanie pomocou RF snímania, výrobca však v manuáli dôrazne odporúča používať samostatný vstup T/R CONTROL. Dôvodom je ochrana vnútorných obvodov pred veľmi rýchlym nábehom vysielacieho výkonu alebo krátkodobým prekmitom výkonu, ktorý sa môže objaviť pri niektorých moderných vysielačoch. Manuál upozorňuje, že niektoré zariadenia môžu počas nábehu krátkodobo prekročiť menovitý výkon až niekoľkonásobne, čo môže poškodiť vnútorné relé alebo ďalšie súčiastky.

Ako sa MFJ-1026 správne nastavuje?

Najčastejšou chybou nových používateľov je snaha nájsť správne nastavenie iba otáčaním ovládača PHASE. V skutočnosti ide až o posledný krok celého procesu. Najskôr je potrebné nastaviť približne rovnakú úroveň rušivého signálu na oboch anténach pomocou ovládačov MAIN ANTENNA GAIN a AUXILIARY ANTENNA GAIN. Až potom má zmysel meniť fázu. Veľmi praktický postup opisujú viacerí používatelia na eHam. Najskôr sa odmeria úroveň rušenia iba na hlavnej anténe, následne iba na pomocnej anténe a pomocou regulácie zosilnenia sa obe úrovne čo najviac vyrovnajú. Potom sa pri zapojených oboch anténach pomaly otáča ovládač PHASE a skúšajú sa obe polohy prepínača PHASE. Správne nastavenie sa prejaví výrazným poklesom rušenia pri minimálnej zmene úrovne požadovaného signálu. Viacerí používatelia odporúčajú sledovať súčasne aj spektrálny analyzátor alebo waterfall, pretože zmeny sú na ňom často viditeľnejšie než pri samotnom posluchu.

Nie je to zariadenie typu „plug and play“

Jedným z najčastejšie sa opakujúcich postrehov v používateľských recenziách je potreba trpezlivosti. Recenzie na eHam aj WorldwideDX sa zhodujú v tom, že MFJ-1026 nedokáže automaticky odstrániť rušenie po pripojení k prijímaču. Vyžaduje pochopenie princípu činnosti, vhodne navrhnutú pomocnú anténu a určitú prax pri nastavovaní. Na druhej strane, ak sú tieto podmienky splnené, používatelia opisujú pokles miestneho šumu z úrovní približne S7–S9 na S3–S4 alebo dokonca nižšie, čo umožní prijímať stanice, ktoré boli predtým úplne skryté pod šumovým pozadím. Praktické skúsenosti zároveň potvrdzujú tvrdenie výrobcu, že MFJ-1026 nemožno považovať za univerzálne riešenie všetkých problémov s príjmom. Ide o špecializovaný nástroj, ktorého úspešnosť závisí od charakteru rušenia, geometrie antén a ochoty používateľa experimentovať s ich umiestnením. Práve preto sa zariadenie stalo obľúbeným najmä medzi skúsenými DX operátormi a rádioamatérmi, ktorí sú ochotní venovať čas optimalizácii svojej prijímacej sústavy.

Technická špecifikácia MFJ-1026

Technické údaje vychádzajú z používateľského manuálu a produktovej dokumentácie výrobcu. Manuál zároveň upozorňuje, že zariadenie možno po úpravách prispôsobiť aj pre nižšie frekvenčné pásma, avšak v štandardnom vyhotovení je optimalizované pre rozsah 1,8 až 30 MHz.

YouTube video – princíp práce

Nasledujúce video veľmi názorne ukazuje základný princíp nastavovania amplitúdy a fázy pri potláčaní miestneho rušenia. Je vhodné pozrieť si ho ešte pred prvým zapojením zariadenia.

Skúsenosti používateľov

Recenzie používateľov sú v prípade MFJ-1026 mimoriadne zaujímavé. Na portáli eHam získalo zariadenie pri viac ako stovke hodnotení priemerné hodnotenie 4,3 z 5 bodov. Charakteristické je, že medzi pozitívnymi aj kritickými recenziami sa opakujú prakticky rovnaké poznatky. Najčastejšie chválenou vlastnosťou je schopnosť výrazne znížiť lokálne elektromagnetické rušenie spôsobené LED osvetlením, spínanými zdrojmi, priemyselnými zariadeniami alebo blízkymi elektronickými zariadeniami. Viacerí rádioamatéri opisujú pokles šumového pozadia o niekoľko S-jednotiek, čo v praxi znamenalo možnosť prijímať stanice, ktoré boli predtým úplne nečitateľné. Niektorí používatelia uvádzajú úspešné nasadenie počas veľkých contestov, kde pomocná anténa smerovala na dominantný zdroj rušenia a hlavná anténa zostala orientovaná na DX oblasť. Na druhej strane sa veľmi často objavuje upozornenie, že MFJ-1026 nie je zariadenie typu „zapoj a používaj“. Vyžaduje experimentovanie s umiestnením pomocnej antény, pochopenie princípu fázovania a určitú prax pri nastavovaní. Používatelia, ktorí očakávali automatické odstránenie šumu po pripojení zariadenia, bývali spočiatku sklamaní. Tí, ktorí venovali čas optimalizácii anténneho systému, však vo väčšine prípadov opisujú veľmi dobré výsledky. Zaujímavý je aj experiment Fransa Goddijna publikovaný na portáli SWLing Post. Pri prvých pokusoch sa MFJ-1026 ukázal ako menej účinný než DSP redukcia šumu v prijímači. Až po zmene anténnej konfigurácie a dôkladnom experimentovaní našiel zostavu, pri ktorej zariadenie začalo pracovať podľa očakávania. Tento príklad veľmi dobre dokumentuje, že rozhodujúcu úlohu zohráva správny návrh celej prijímacej sústavy, nie iba samotná elektronika.

YouTube video – praktické nastavenie

Druhé  video sa venuje praktickému použitiu MFJ-1026 počas reálneho príjmu na 40m pásme:

Zhodnotenie z pohľadu rádioamatéra

MFJ-1026 patrí medzi zariadenia, ktoré si za viac než dve desaťročia vybudovali veľmi špecifické postavenie. Nie je určený na zlepšovanie citlivosti prijímača ani na digitálne odstraňovanie šumu. Jeho úlohou je zmeniť samotný elektromagnetický signál ešte pred vstupom do prijímača. Práve preto môže byť v určitých situáciách výrazne účinnejší než akýkoľvek Noise Blanker alebo DSP algoritmus. Ak sa podarí vytvoriť vhodnú pomocnú anténu a správne nastaviť amplitúdu aj fázu, dokáže potlačiť rušenie, ktoré by inak úplne znemožnilo príjem slabých DX staníc. Zároveň však nejde o univerzálne riešenie. MFJ-1026 nedokáže odstrániť všetky druhy rušenia a jeho účinnosť priamo závisí od toho, či obe antény prijímajú rušivý signál s vhodným amplitúdovým a fázovým pomerom. To vysvetľuje, prečo niektorí používatelia dosahujú výborné výsledky, zatiaľ čo iní nepozorujú takmer žiadny efekt. Veľkým prínosom zariadenia je jeho analógová jednoduchosť. Nepotrebuje počítač, firmvér ani aktualizácie. Všetky nastavenia sú okamžité a operátor ich môže meniť priamo počas prevádzky. Práve táto vlastnosť robí z MFJ-1026 stále aktuálny doplnok aj pre moderné SDR transceivery, ktoré už obsahujú pokročilé digitálne spracovanie signálu. Ak má rádioamatér možnosť nainštalovať vhodnú pomocnú prijímaciu anténu a je ochotný venovať čas jej optimalizácii, predstavuje MFJ-1026 veľmi zaujímavý spôsob boja proti lokálnemu QRM. Nejde o náhradu kvalitného prijímača ani dobre navrhnutej antény, ale o ďalší nástroj, ktorý môže v zarušenom prostredí rozhodnúť o tom, či slabú DX stanicu bude možné zachytiť alebo zostane ukrytá pod šumovým pozadím.

Záver

MFJ-1026 Deluxe Noise Canceling Signal Enhancer nie je klasický „noise canceler“, ale premyslená analógová fázovacia jednotka využívajúca princíp vektorového sčítania a odčítania RF signálov z dvoch antén. Pri správne navrhnutej pomocnej anténe dokáže výrazne zlepšiť odstup signálu od šumu ešte pred vstupom do prijímača, čo je zásadná výhoda oproti systémom, ktoré spracúvajú signál až po demodulácii. Aj po rokoch od uvedenia na trh zostáva zaujímavým riešením pre rádioamatérov, DX-istov a technických experimentátorov, ktorí hľadajú účinný spôsob potláčania lokálneho rušenia na KV pásmach.