Radioamatorzy lubią porównywać liczby z arkuszy danych. MDS, IP3, Blocking, DR3 a w ostatnich latach coraz częściej RMDR - Reciprocal Mixing Dynamic Range. O ile w przeszłości przy porównywaniu odbiorników omawiano głównie IP3, dziś duża część dyskusji koncentruje się wokół RMDR.
Dlaczego? Ponieważ to właśnie ten parametr decyduje o sytuacji, którą znają wszyscy zawodnik. Słychać słaby mnożnik, a obok niego włącza się silna stacja 500 Hz. Słaby sygnał znika w szumie. Kilowat lub duży kierunkowskaz Ci nie pomogą. Jeśli nie słyszysz stacji przeciwnej, połączenie nie zostanie nawiązane.
Tutaj zaczyna się różnica pomiędzy czułym odbiornikiem a odbiornikiem, który poradzi sobie z zatłoczonym pasmem.
Przeczytasz w artykule
RMDR a rzeczywistość: co się dzieje w odbiorniku?
Zacznijmy od konkretnego przykładu podanego przez DC4KU. Odbiornik charakteryzuje się naturalnym szumem w paśmie 500 Hz:
- MDS = −130 dBm/500 Hz
Podajemy na wejście bardzo czysty sygnał testowy w odległości 1 do 2 kHz od odbieranej częstotliwości i zwiększamy jego poziom. Poziom hałasu wyjściowego wzrośnie o 3 dB na poziomie:
- Pi = −20 dBm
Różnica wynosi: RMDR = 110 dB
Oznacza to, że silny sygnał w danej odległości może być o 110 dB wyższy od poziomu MDS, podczas gdy tło szumowe odbiornika wzrasta o 3 dB. Jeśli jest jeszcze silniejszy, szum nadal rośnie i słabsza stacja ginie w nim.
Zwróć uwagę na jeden szczegół. Generator testowy musi mieć szum fazowy co najmniej o 10 dB niższy niż mierzony odbiornik. Wzajemne mieszanie działa w obie strony. W przypadku gorszego generatora mierzyłbyś jego szum, a nie szum odbiornika.
Czym dokładnie jest szum fazowy?
Każdy odbiornik tłumaczący sygnał na inną częstotliwość potrzebuje odbiornika lokalnego oscilátor (LO). V priamo vzorkujúcom SDR zadanie to realizuje sygnał zegarowy przetwornika A/D. Ale žiadny oscilátor nie je dokonalý.
Zamiast czystej fali sinusoidalnej o jednej częstotliwości, jej sygnał zawiera małe przypadkowe wahania fazy. Zobaczysz to na analizatorze widma jako szum „obiegający” wokół nośnej. To szum fazowy.
Podawana jest w dBc/Hz, czyli o ile decybeli jest szum w paśmie 1 Hz słabszy od nośnej, w pewnej odległości od niej. Liczba -139 dBc/Hz przy 1 kHz oznacza, że w odległości 1 kHz od nośnej szum w paśmie 1 Hz jest o 139 dB słabszy od nośnej.
Kiedy silny sygnał spoza odbieranego kanału dociera do odbiornika, miesza się z szumem oscylatora. Wygenerowany szum wpada bezpośrednio do pasma przepustowego. I to jest kluczowe.
Szum mieszający leży w tym samym paśmie, co sygnał użyteczny. Żaden wąski filtr nie jest w stanie go od tego oddzielić.
RMDR, BDR, DR3: trzy różne zakresy dynamiki
Słowo „zakres dynamiczny” pojawia się w testach w kilku skrótach. DC4KU zdecydowanie zaleca, aby w żadnym wypadku nie mylić RMDR, BDR i DR3. Każdy z nich opisuje inny mechanizm:
- MDS – szum własny odbiornika, zawsze o określonej szerokości pasma. Zawężenie pasma z 500 Hz do 50 Hz zmniejszy moc szumu o 10 dB.
- RMDR – jeden silny sygnał na odległość i szum fazowy oscylatora.
- BDR (Blocking Dynamic Range) – jeden mocny sygnał, który powoduje, że słaby sygnał użyteczny traci 1 dB.
- DR3 – dwa silne sygnały i ich iloczyn intermodulacji trzeciego rzędu bezpośrednio na odbieranej częstotliwości.
Jakie wartości są dobre? ZL3DW stwierdza:
- RMDR: 100 dB dobry, 140 dB doskonały,
- BDR z wyłączonym przedwzmacniaczem: 100dB dobrze, ponad 120dB doskonale,
- DR3 z wyłączonym przedwzmacniaczem: powyżej 90dB bardzo dobrze.
ZL3DW zauważa również, że jeden silny sąsiedni sygnał często ma większy wpływ niż dwa silne sygnały w teście IMD. Dlatego w wielu przypadkach RMDR w praktyce w pierwszej kolejności ogranicza wydajność odbiornika.
DC4KU zapewnia drugą perspektywę. We współczesnych odbiornikach szum fazowy zmniejszył się tak bardzo, że dziś zakres dynamiczny jest określany głównie przez intermodulację trzeciego rzędu. Jeśli jednak szum oscylatora jest wysoki, obejmie on produkt IMD, zanim będzie można go zmierzyć. Rezultatem jest „ograniczenie hałasu”, a RMDR znów jest głównym słowem.
Superheterodyna czy bezpośrednie próbkowanie SDR?
Starszy tekst ZL3DW twierdzi, że bezpośrednie próbkowanie SDR bez lokalnego oscylatora jest odporne na przesłuchy. Nowsze źródła podają to. Zarówno RF.Guru, jak i DC4KU mówią, że w takim odbiorniku sygnał zegarowy przetwornika A/D przejmuje rolę oscylatora.
Odbiornik analogowy
Ma stały zakres dynamiki, zarówno IP3, jak i BDR. Najlepszy RMDR osiąga się dzięki oscylatorowi o niskim poziomie szumów fazowych. Yaesu w FTDX10, pracując z mikserem analogowym i próbkowanym środkiem, zgłasza wszystkie trzy liczby: RMDR 116 dB, BDR 141 dB i DR3 109 dB.
Odbiornik bezpośredniego próbkowania
Obowiązują tu inne zasady. Według DC4KU, IP3 nie ma nawet BDR, ponieważ przetwornik A/D przeciąża się przed wystąpieniem blokowania. Ponadto jego zakres dynamiczny zależy od poziomu sygnału wejściowego. IC-7300 pokazało w pomiarze DC4KU:
- 74 dB dla pierwszego produktu IMD powyżej hałasu,
- 94 dB tuż przed przeciążeniem przetwornika A/D,
- 103 dB z aktywowaną funkcją ditheringu (IP+).
Dlatego w katalogach IC-7300, IC-705 czy IC-7610 nie znajdziesz BDR ani DR3. Icom zgłasza tylko RMDR. Najlepszy RMDR osiąga się tutaj dzięki źródłu zegara o niskim jitterze.
PLL, DDS i zegary: gdzie tworzone jest czyste widmo
Jakość oscylatora jest kluczem do wysokiego RMDR. ZL3DW przypomina, że odbiorniki PLL z lat 70. i 80. często miały bardzo hałaśliwe oscylatory, gorsze zarówno od starszych VFO, jak i nowych syntezatorów DDS. Typowy znak? Pomiar blokowania jest bardziej ograniczony przez szum w odstępie 2 kHz niż przy 20 kHz. Szum fazowy jest najbardziej szkodliwy tuż obok silnego sygnału.
Yaesu wykorzystuje 400 MHz HRDDS (bezpośredni syntezator cyfrowy wysokiej rozdzielczości) w modelach FTDX101. Sygnał oscylatora powstaje poprzez bezpośredni podział częstotliwości 400 MHz, bez klasycznej pętli PLL. Producent stwierdza:
szum fazowy -150 dBc/Hz przy odstępie 2 kHz
W przypadku IC-7300 i IC-7610 firma Icom zdecydowała się na główny oscylator zegara z wyjątkowo niskimi szumami fazowymi i obwodem o niskim poziomie szumów w swoim zasilaczu. Dwie różne architektury, ten sam cel: możliwie najczystszy sygnał referencyjny.
Co mówią badania laboratoryjne
Najczęściej przytaczane pomiary znajdziesz w recenzjach ARRL v QST, v tabuľke Inżynieria Sherwooda oraz w pomiarach DC4KU. Metodologia ARRL zazwyczaj zwiększa sygnał zakłócający na odległość 2 kHz alebo 20 kHz, kým šumové pozadie nestúpne o 3 dB.
Yaesu odwołuje się do tabeli Sherwood i wymienia FTDX101MP jako „odbiornik nr 1 o najwyższej wydajności”. Producent podaje RMDR 123 dB i więcej, BDR 150 dB i więcej oraz DR3 110 dB i więcej w odległości 2 kHz. Icom twierdzi, że RMDR dla IC-7610 wynosi 110 dB przy 2 kHz, co według jego wykresu jest bliskie flagowemu IC-7851. Według tego samego źródła, IC-7300 ma nieco ponad 100 dB. To są dane producenta.
Jednostka nie jest pełnym wynikiem. Na użyteczny wynik składa się liczba, procedura testowa, kryterium i konkretna sytuacja operacyjna. – ON6URE, RF.Guru
ON6URE zaleca monitorowanie szerokości pasma, odległości sygnału zakłócającego, przedwzmacniacza, tłumika, ustawień AGC i ditheringu, a także kryterium pomiaru przy każdym porównaniu. Jeśli coś się zmieni, zmieni się również liczba. Radio pozostało takie samo.
DC4KU idzie jeszcze dalej. Według niego tabela Sherwooda w sposób nieuzasadniony podaje stałą wartość zakresu dynamiki nawet dla odbiorników bezpośrednio próbkujących. W ich przypadku zaleca stosowanie krzywych IFSS (ang. Interference-Free Signal Strength) opublikowanych przez Adama Farsona, AB4OJ.
RMDR w spiętrzeniu: test przy 14,200 MHz
Teoria fajna, ale jak to brzmi w słuchawkach? Odpowiedź daje test porównawczy Icom opublikowany przez PF9Z.
Na 14,200 MHz CW słaby sygnał DX został tak ustawiony, żeby tak było S-metr nie było tego widać, ale było słychać. Mocna stacja z poziomem S9 + 40 dB sa potom posúvala nad DX stanicu po krokoch 100 Hz.
- IC-7600: w odległości 200 Hz DX jest ledwo słyszalny, niewystarczający do połączenia.
- IC-7300: niezawodny odbiór przy 200 Hz, wyraźny sygnał przy 300 Hz.
IC-7610 odbierał wyraźnie słabą stację już przy 200 Hz, podobnie jak IC-7300.
W drugim teście sygnał zakłócający był nawet o 10 dB silniejszy. IC-7600 nie mógł odbierać sygnału DX nawet w odstępie 1 kHz. IC-7610 odebrał to już przy 200 Hz.
To ogromna różnica. I właśnie tego doświadczasz w trybie split, gdy stacja lokalna wywołuje DX 1 do 2 kHz nad nią. Odbiornik z wyższym RMDR daje Ci szansę na usłyszenie odpowiedzi na Twoje połączenie.
ATT nie jest przyciskiem dekoracyjnym
Na zakres dynamiki ma także wpływ sposób ustawienia amplitunera. FlexRadio wyjaśnia to w prosty sposób: przedwzmacniacz przesuwa okno zakresu dynamiki w dół. Odbiornik słyszy słabsze sygnały, ale jest bardziej narażony na przeciążenie. W ich przykładzie przesunięcie o 30 dB zmniejszyło próg przeciążenia z +12 dBm do -18 dBm.
Odwrotnie jest w dolnych pasmach. Przy hałasie miejskim o częstotliwości 2 MHz odbiornik jest niepotrzebnie czuły i marnuje zakres dynamiki. Rozwiązaniem jest tłumienie, które przesuwa okno w górę.
ZL3DW podsumował to z humorem: jeśli stacja przeciwna nie jest wyjątkowo słaba, wyłącz przedwzmacniacz i włącz tłumik. Odczulanie może zniknąć. Do tego właśnie służy przycisk ATT, z którego wiele osób nigdy nie korzysta.
Silne sygnały pozapasmowe są również tłumione przez selektory wstępne i filtry dachowe. FTDX101 posiada preselektor VC-Tune z maksymalnym tłumieniem -70 dB oraz opcjonalne filtry dachowe 300 Hz i 1,2 kHz, które odciążają przetwornik A/D. Filtry DSP mogą usunąć wiele sąsiednich sygnałów, ale mają one swoje ograniczenia. Szum powstający w wyniku wzajemnego mieszania znajduje się już w paśmie przepustowym.
Jak zatem wybrać transceiver?
ON6URE radzi zacząć od jednego zdania na temat własnego problemu operacyjnego. Dopiero wtedy przeczytaj testy, które to odtwarzają. Jeśli masz do czynienia z zatłoczoną strefą i silnymi sąsiadami, pierwszeństwo mają:
- RMDR w małej odległości, najlepiej 2 kHz,
- DR3 w wąskim skoku,
- blokowanie i filtrowanie wejścia,
- porównanie wyników tylko w identycznych warunkach pomiaru.
Według SZ1A odbiornik przeznaczony do zawodów lub w środowisku o silnym QRM powinien mieć zakres dynamiki powyżej 100 dB. ZL3DW zaznacza, że cena nie musi być powiązana z jakością odbiornika. Niektóre tańsze modele pokonują w testach znacznie droższe flagowce.
Zatem decyduje tylko RMDR?
Nie. Jednak w zatłoczonej strefie to właśnie te parametry decydują najbardziej. FlexRadio wychwytuje to dokładnie: dopóki w paśmie jest tylko słaby sygnał, odbiornik zachowuje się tak, jakby problem RMDR nie istniał. Jednakże, gdy nadejdzie silny sygnał, czułość przestaje obowiązywać, a limitem staje się RMDR.
Lepsze dochody ≠ niższy MDS.
Lepszy odbiór = słaby sygnał słyszalny nawet obok silnego.
Wniosek
RMDR jest bezpośrednio powiązany z tym, czy słychać słabą stację obok silnego sąsiada. Zależy to od szumu fazowego oscylatora lub sygnału zegarowego, a nowoczesne transceivery osiągają w nim znacznie lepsze wyniki niż starsze generacje. Badania laboratoryjne to jednak mikroskop, a nie kryształowa kula. Przeczytaj je wraz z warunkami testowymi i zapytaj, czy twoja antena i QTH kiedykolwiek pozwolą odbiornikowi osiągnąć limit opisany w teście.