Rauschpegel oder warum der empfindlichste Empfänger nicht immer der beste ist

Funkamateure vergleichen gerne technische Parameter. Datenblätter enthalten Angaben zu Intermodulationsverzerrung (IMD), Blockierdynamikbereich, Phasenrauschen, ADC-Architektur, Dachfiltern, DSP und sehr oft auch MDS (Minimum Discernible Signal). Es ist nicht ungewöhnlich, Diskussionen zu sehen, in denen argumentiert wird, dass ein Empfänger mit einem MDS von -132 dBm automatisch besser sein müsse als ein Modell mit einem MDS von -125 dBm.

Doch die Realität im Amateurfunk außerhalb des Labors sieht anders aus. Wenn Ihre Antenne Ihrem Empfänger Rauschen mit -116 dBm zuführt, ist die Frage einfach: Warum kann Ihr Empfänger -132 dBm empfangen?

Hier beginnt der Unterschied zwischen Laborparametern und realem DX-Empfang.

MDS vs. Realität: Was hören Sie wirklich?

Beginnen wir mit einem konkreten Beispiel.

Stellen wir uns einen Empfänger mit folgender Deklaration vor:

• MDS = -132 dBm

Und gleichzeitig ein Antennensystem, das Umgebungsgeräusche auf einem bestimmten Frequenzband erzeugt:

• Rauschpegel = -116 dBm

Der Unterschied besteht darin:

16 dB

Das bedeutet, dass das externe Rauschen 16 dB stärker ist als die interne Empfindlichkeitsgrenze des Empfängers. Anders ausgedrückt: Der Empfänger empfängt nicht mehr sein eigenes Rauschen, sondern das, was die Antenne sendet.

In diesem Fall wird das schwächste praktisch messbare Signal nicht -132 dBm betragen. Es wird je nach verwendetem Modus etwa auf dem Niveau des externen Rauschens oder knapp darunter liegen.

Praktisch:

• SSB: Das Signal muss üblicherweise einige dB über dem Rauschpegel liegen.
• CW: Auch nahe am Rauschpegel nutzbar.
• FT8/MSK144/Q65: Dekodierung auch bei Rauschen dank DSP-Integrationsgewinn möglich

Das heisst:

Ein Empfänger mit einem MDS von -132 dBm in einer Umgebung mit einem Rauschpegel von -116 dBm hat keinen wirklichen Vorteil gegenüber einem Empfänger mit einem MDS von -125 dBm.

Beide werden durch ihre Umgebung eingeschränkt, nicht durch Elektronik.

Was genau ist Lärm?

Der Begriff „Rauschen“ wird im Amateurfunk oft verwendet, bezeichnet aber technisch gesehen mehrere verschiedene Phänomene.

Auf den Bändern treffen wir auf eine Mischung aus:

• thermisches Rauschen
• atmosphärisches Rauschen
• kosmisches Rauschen
• industrielle und digitale RFI
• lokaler elektromagnetischer Smog

Im Kurzwellenbereich ist das Eigenrauschen des Empfängers in den meisten normalen Situationen geringer als das von der Antenne aufgenommene Umgebungsrauschen. Dies ist eine grundlegende Erkenntnis. Im Kurzwellenbereich wird die typische Grenze oft durch die Umgebung und nicht durch die Empfindlichkeit des Eingangsverstärkers bestimmt.

Thermisches Rauschen

Jeder Widerstand erzeugt thermisches Rauschen. Jeder MOSFET, bipolárny tranzistor či iný aktívny prvok vo vstupnom stupni prijímača zvyšuje šumové číslo. ADC v SDR Empfänger haben ihr eigenes Grundrauschen. Digitale Signalverarbeitung kann bei der Dekodierung helfen, aber sie kann physikalische Gesetze nicht aufheben.

Dies ist ein Rauschen, das Hersteller bei der Entwicklung von TCVRs minimieren.

Atmosphärisches Rauschen

Es tritt vorwiegend im kV-Bereich auf. Die Quelle sind Gewitter und elektrische Entladungen überall auf der Erde. Die Ionosphäre leitet diese Impulse über weite Strecken weiter. Daher kommt es im Sommer häufig zu statischer Aufladung im 160-m- und 80-m-Bereich. Dies ist ein völlig natürliches Phänomen.

Kosmisches Rauschen

Kosmisches Rauschen ist eine weitere natürliche Komponente. Es ist im Kurzwellenbereich vorhanden, aber in der Regel weniger dominant als atmosphärisches Rauschen. Im UKW/UHF-Bereich ändert sich seine Bedeutung. EME-Betreiber wissen das sehr gut.

Natürliche Geräusche versus künstliche Geräusche

Dies ist vielleicht das aktuellste Thema.

Natürliches Rauschen

Es hat einen physikalischen Ursprung:

• Sturmaktivität
• ionosphärische Phänomene
• galaktische Ressourcen
• kosmischer HF-Hintergrund

Es ist unerlässlich. Man kann es nicht herausfiltern, indem man die Sicherungen im Haus ausschaltet.

Künstliches Rauschen

Das ist der heutige Umsatzkiller. Das moderne städtische Umfeld erzeugt enorme Mengen an RFI (Remote Finance Intake).

• Schaltnetzteile
• LED-Beleuchtung
• Solarwechselrichter
• Ladegeräte
• VDSL
• Powerline-Adapter
• DC/DC-Wandler
• günstige Schaltnetzteile
• induktives Laden
• Photovoltaik

Urbane elektromagnetische Störungen sind heutzutage an vielen Orten ein dominierender Faktor.

Sowohl Messungen des Umgebungslärms als auch Expertenstudien zur elektromagnetischen Verträglichkeit zeigen, dass die elektromagnetische Umgebung in Städten deutlich lauter sein kann als in ländlichen Gebieten.

Mestská stanica vs stanica na vidieku: prečo remote station dáva zmysel

Ein hervorragendes praktisches Beispiel liefert der Vergleich zweier identischer FLEX-8600-Stationen.

Stadtzentrum:

• FLEX-8600
• HF-6V vertikal
• 40 m

Landbahnhof:

• FLEX-8600M
• 40 m horizontal EFHW in einer Höhe von ~10 m

Beide hörten dasselbe Signal. Das Signal hatte ungefähr die Stärke S6. Der Unterschied im Grundrauschen betrug jedoch ca. 10 dB in 40 m Entfernung.

Und auch auf 20 m: etwa 20 dB.

Das ist ein eklatanter Unterschied. Denn das Signal-Rausch-Verhältnis (SNR) ist entscheidend, nicht die absolute Empfindlichkeit des Empfängers. Verliert ein städtischer Funkamateur 20 dB an SNR, kann er selbst mit einem Nobelpreis-gekrönten Empfänger gegen einen einfachen ländlichen Sender verlieren.

Welchen Einfluss hat die Antenne auf den Rauschempfang?

Groß. Riesig. Und oft größer als der Empfänger selbst.

Vertikale Antennen

Vertikály sú výborné DX antény. Majú nízky vyžarovací uhol, fungujú dobre na lov DXCC, CQ WW contest aj low-band prevádzku. Ale majú reputáciu hlučných antén. Prečo? Pretože sú citlivé na:

• vertikal polarisiertes Rauschen
• Oberflächenwelleninterferenz
• lokale EMI

Horizontale Dipole

Ein horizontaler Dipol ist oft rauschärmer. Er bevorzugt horizontale Polarisation und ist weniger anfällig für vertikale Störungen im Stadtgebiet. Das bedeutet jedoch nicht, dass er städtische Funkstörungen automatisch behebt. Der praktische FLEX-Test hat dies deutlich gezeigt. Selbst eine horizontale EFHW-Antenne kann in der Stadt Störungen verursachen.

Empfangsantennen

Hier beginnt das ernsthafte DXing. GetränkKleine Schleifenantennen, K9AY, Phased-Array-Empfängerantennen. Diese Antennen eignen sich oft nicht gut, um Pile-ups zu durchbrechen, verbessern aber das Signal-Rausch-Verhältnis (SNR) erheblich. Und genau darum geht es.

Besserer Empfang ≠ stärkeres Signal.

Besserer Empfang = besseres Signal-Rausch-Verhältnis.

S-Meter Er lügt mehr, als du denkst.

IARU Region 1 definuje:

S9 = -73 dBm

Jede S-Stufe: 6 dB

Also: S1 ≈ -121 dBm

Aber S-Meter Das S-Meter misst ein schmalbandiges, kalibriertes Signal. Rauschen ist breitbandig. Der Vergleich von S-Meter und realem Rauschen kann irreführend sein, insbesondere bei SDR-Sensoren. waterfall displejoch.

Warum ein hochempfindlicher Empfänger kein Vorteil sein muss

Wenn der Empfänger sein eigenes Rauschen unter das Umgebungsrauschen senkt, ist eine weitere Verbesserung der Empfindlichkeit sinnlos.

Darüber hinaus treten weitere Probleme auf:

• Empfängerüberlastung
• Intermodulation
• ADC-Clipping
• Problem mit starken Funksignalen
• Empfängerphasenrauschen
• AGC-Pumpen

Pre contest operátora môže byť dôležitejší:

• BDR
• RMDR
• Nahphasenrauschen
• IMD-Resistenz

Kein extremer MDS. Deshalb bewerten wir K3S, IC-7610, FLEX, FTDX101, SunSDR und ähnliche Geräte nicht nur anhand ihrer Empfindlichkeit.

Digitale Moden verändern die Regeln, aber nicht die Physik.

FT8, FT4, Q65, MSK144 tvrdia, že Sie können Signale unterhalb des Rauschpegels dekodieren.Es ist keine Magie. Es ist das Ergebnis:

• Zeitintegration
• DSP-Korrelationen
• FEC-Prinzipien
• schmale Bandbreite

Aber es gilt weiterhin: Geringeres externes Rauschen = mehr dekodierte Sender.

Ist also der empfindlichste Empfänger immer der beste?

Nein. Und sehr oft nicht einmal annähernd.

Der beste Empfänger ist derjenige, der das beste Signal-Rausch-Verhältnis, die beste Überlastungsresistenz und die beste praktische Anwendbarkeit in einer bestimmten elektromagnetischen Umgebung bietet.

Ein Empfänger mit einem MDS von -132 dBm in einem Wohnblock mit einem Rauschpegel von -100 dBm ist wie ein astronomisches Teleskop, das durch ein schmutziges Fenster gerichtet ist.

Das Potenzial ist da. Aber das Medium erstickt es. Im Gegenteil, ein einfacherer Empfänger an einem ruhigen Ort mit einer guten Empfangsantenne kann phänomenale Ergebnisse liefern.

Abschluss

Wenn Ihr Empfänger einen MDS-Wert von -132 dBm aufweist und die Antenne ein Rauschen von -116 dBm erzeugt, wird Ihre Leistung effektiv durch das Rauschen und nicht durch den Empfänger begrenzt. Genau hier liegt der Unterschied zwischen den technischen Daten und der Realität im DX-Betrieb. Die größte Verbesserung für die Amateurfunkstation ist oft nicht ein neuer TCVR (Telekombiempfänger).

Es ist:

• bessere Lage
• leisere RX-Antenne
• RFI-Eliminierung
• remote station

Deshalb sucht ein erfahrener DX-Funkamateur nicht nur nach dem empfindlichsten Empfänger, sondern nach dem rauschärmsten System. Und genau das ist der entscheidende Unterschied.