Rádioamatéri radi porovnávajú čísla z datasheetov. MDS, IP3, Blocking, DR3 a v posledných rokoch čoraz častejšie aj RMDR – Reciprocal Mixing Dynamic Range. Kým kedysi sa pri porovnávaní prijímačov hovorilo najmä o IP3, dnes sa veľká časť diskusií točí práve okolo RMDR.
Prečo? Pretože práve tento parameter rozhoduje o situácii, ktorú pozná každý contestman. Počujete slabý násobič, a vtom sa 500 Hz vedľa neho rozbehne silná stanica. Slabý signál zmizne v šume. Kilowatt ani veľká smerovka vám nepomôžu. Ak protistanicu nepočujete, spojenie neurobíte.
Práve tu sa začína rozdiel medzi citlivým prijímačom a prijímačom, ktorý obstojí v preplnenom pásme.
V článku sa dočítate
RMDR versus realita: čo sa deje v prijímači?
Začnime konkrétnym príkladom, ktorý uvádza DC4KU. Prijímač má vlastný šum v šírke pásma 500 Hz:
- MDS = −130 dBm/500 Hz
Na vstup privedieme veľmi čistý testovací signál s odstupom 1 až 2 kHz od prijímaného kmitočtu a zvyšujeme jeho úroveň. Šum na výstupe stúpne o 3 dB pri úrovni:
- Pi = −20 dBm
Rozdiel je: RMDR = 110 dB
To znamená, že silný signál na danom odstupe môže byť o 110 dB nad úrovňou MDS, kým šumové pozadie prijímača stúpne o 3 dB. Ak je ešte silnejší, šum ďalej rastie a slabá stanica sa v ňom stráca.
Pozor na jeden detail. Testovací generátor musí mať fázový šum aspoň o 10 dB nižší ako meraný prijímač. Vzájomné miešanie totiž funguje oboma smermi. S horším generátorom by ste namerali jeho šum, nie šum prijímača.
Čo je vlastne fázový šum?
Každý prijímač, ktorý signál prekladá na inú frekvenciu, potrebuje lokálny oscilátor (LO). V priamo vzorkujúcom SDR túto úlohu plní hodinový signál A/D prevodníka. Lenže žiadny oscilátor nie je dokonalý.
Namiesto čistej sínusovky na jednom kmitočte obsahuje jeho signál drobné náhodné kolísanie fázy. Na spektrálnom analyzátore ho uvidíte ako šumové „sukne“ okolo nosnej. To je fázový šum.
Udáva sa v dBc/Hz, teda o koľko decibelov je šum v šírke pásma 1 Hz slabší ako nosná, na určitom odstupe od nej. Údaj −139 dBc/Hz pri 1 kHz znamená, že 1 kHz od nosnej je šum v pásme 1 Hz o 139 dB slabší ako nosná.
Keď do prijímača vstúpi silný signál mimo prijímaného kanála, zmieša sa s týmto šumom oscilátora. Vzniknutý šum padne priamo do priepustného pásma. A to je kľúčové.
Šum zo vzájomného miešania leží v rovnakom pásme ako užitočný signál. Žiadny úzky filter ho od neho neoddelí.
RMDR, BDR, DR3: tri rôzne dynamické rozsahy
Slovo „dynamic range“ sa v testoch objavuje v niekoľkých skratkách. DC4KU dôrazne upozorňuje, že RMDR, BDR a DR3 si v žiadnom prípade nemožno zamieňať. Každé z nich opisuje iný mechanizmus:
- MDS – vlastný šum prijímača, vždy s uvedenou šírkou pásma. Zúženie pásma z 500 Hz na 50 Hz zníži výkon šumu o 10 dB.
- RMDR – jeden silný signál na odstupe a fázový šum oscilátora.
- BDR (Blocking Dynamic Range) – jeden silný signál, ktorý spôsobí, že slabý užitočný signál stratí 1 dB.
- DR3 – dva silné signály a ich intermodulačný produkt tretieho rádu priamo na prijímanom kmitočte.
Aké hodnoty sú dobré? ZL3DW uvádza:
- RMDR: 100 dB dobré, 140 dB vynikajúce,
- BDR s vypnutým predzosilňovačom: 100 dB dobré, viac ako 120 dB vynikajúce,
- DR3 s vypnutým predzosilňovačom: nad 90 dB veľmi dobré.
ZL3DW si zároveň všíma, že jeden silný susedný signál má často väčší vplyv ako dva silné signály v teste IMD. RMDR je preto v mnohých prípadoch tým, čo výkon prijímača v praxi obmedzí ako prvé.
DC4KU dodáva druhý pohľad. V moderných prijímačoch klesol fázový šum natoľko, že dynamický rozsah dnes väčšinou určuje intermodulácia tretieho rádu. Ak je však šum oscilátora vysoký, prekryje IMD produkt skôr, ako ho stihnete zmerať. Výsledok je „noise limited“ a hlavné slovo má opäť RMDR.
Superheterodyn alebo priamo vzorkujúce SDR?
Starší text ZL3DW tvrdí, že priamo vzorkujúce SDR bez lokálneho oscilátora sú voči vzájomnému miešaniu imúnne. Novšie zdroje to spresňujú. RF.Guru aj DC4KU hovoria, že v takom prijímači preberá úlohu oscilátora hodinový signál A/D prevodníka.
Analógový prijímač
Má pevný dynamický rozsah, IP3 aj BDR. Najlepšie RMDR dosiahne oscilátor s nízkym fázovým šumom. Yaesu pri FTDX10, ktorý pracuje s analógovým mixérom a vzorkovanou medzifrekvenciou, uvádza všetky tri čísla: RMDR 116 dB, BDR 141 dB a DR3 109 dB.
Priamo vzorkujúci prijímač
Tu platia iné pravidlá. Podľa DC4KU nemá IP3 ani BDR, pretože A/D prevodník sa preťaží skôr, ako by nastalo blokovanie. Jeho dynamický rozsah navyše závisí od úrovne vstupného signálu. IC-7300 vykázal v meraní DC4KU:
- 74 dB pri prvom IMD produkte nad šumom,
- 94 dB tesne pred preťažením A/D prevodníka,
- 103 dB so zapnutou funkciou dither (IP+).
Preto v katalógoch IC-7300, IC-705 či IC-7610 nenájdete BDR ani DR3. Icom uvádza iba RMDR. Najlepšie RMDR tu dosiahne hodinový zdroj s nízkym jitterom.
PLL, DDS a hodiny: kde vzniká čisté spektrum
Kvalita oscilátora je kľúčom k vysokému RMDR. ZL3DW pripomína, že prijímače so syntézou PLL zo sedemdesiatych a osemdesiatych rokov mali často veľmi zašumené oscilátory, horšie ako staršie VFO aj nové syntézy DDS. Typický znak? Meranie blokovania je pri odstupe 2 kHz výraznejšie obmedzené šumom ako pri 20 kHz. Fázový šum totiž najviac škodí tesne vedľa silného signálu.
Yaesu pri modeloch FTDX101 používa 400 MHz HRDDS (High Resolution Direct Digital Synthesizer). Signál oscilátora vzniká priamym delením kmitočtu 400 MHz, bez klasickej slučky PLL. Výrobca udáva:
fázový šum −150 dBc/Hz pri odstupe 2 kHz
Icom pri IC-7300 a IC-7610 vsadil na hlavný hodinový oscilátor s extrémne nízkym fázovým šumom a nízkošumový obvod v jeho napájaní. Dve rôzne architektúry, rovnaký cieľ: čo najčistejší referenčný signál.
Čo hovoria laboratórne testy
Najčastejšie citované merania nájdete v recenziách ARRL v QST, v tabuľke Sherwood Engineering a v meraniach DC4KU. Metodika ARRL zvyšuje rušivý signál na odstupe, typicky 2 kHz alebo 20 kHz, kým šumové pozadie nestúpne o 3 dB.
Yaesu odkazuje na tabuľku Sherwood a FTDX101MP označuje ako „#1 Highest Performing Receiver“. Výrobca pri odstupe 2 kHz udáva RMDR 123 dB a viac, BDR 150 dB a viac a DR3 110 dB a viac. Icom pri IC-7610 uvádza RMDR 110 dB pri 2 kHz, čo sa podľa jeho grafu blíži vlajkovej lodi IC-7851. IC-7300 má podľa toho istého zdroja niečo cez 100 dB. Ide o údaje výrobcov.
Jednotka nie je celý výsledok. Užitočný výsledok tvorí číslo, postup testu, kritérium a konkrétna prevádzková situácia. – ON6URE, RF.Guru
ON6URE odporúča pri každom porovnaní sledovať šírku pásma, odstup rušivého signálu, nastavenie predzosilňovača, atenuátora, AGC a ditheru aj kritérium merania. Ak sa niečo z toho zmení, zmení sa aj číslo. Rádio pritom zostalo rovnaké.
DC4KU ide ešte ďalej. Tabuľka Sherwood podľa neho neobhájiteľne uvádza aj pri priamo vzorkujúcich prijímačoch pevnú hodnotu dynamického rozsahu. Pri nich odporúča sledovať krivky IFSS (Interference-Free Signal Strength), ktoré publikuje Adam Farson, AB4OJ.
RMDR v pile-upe: test na 14,200 MHz
Teória je pekná, ale ako to znie v slúchadlách? Odpoveď dáva porovnávací test Icomu, ktorý zverejnil PF9Z.
Na 14,200 MHz CW bol slabý DX signál nastavený tak, aby ho S-meter neukazoval, no bol počuteľný. Silná stanica s úrovňou S9 + 40 dB sa potom posúvala nad DX stanicu po krokoch 100 Hz.
- IC-7600: pri odstupe 200 Hz je DX len ťažko počuteľný, na spojenie to nestačí.
- IC-7300: pri 200 Hz spoľahlivý príjem, pri 300 Hz čistý signál.
IC-7610 prijímal slabú stanicu zreteľne už pri odstupe 200 Hz, rovnako ako IC-7300.
V druhom teste bol rušivý signál ešte o 10 dB silnejší. IC-7600 nedokázal DX prijať ani pri odstupe 1 kHz. IC-7610 ho prijímal už pri 200 Hz.
To je obrovský rozdiel. A presne toto zažívate pri split prevádzke, keď miestna stanica volá DX 1 až 2 kHz nad ním. Prijímač s vyšším RMDR vám dáva šancu počuť aj odpoveď na vašu výzvu.
ATT nie je tlačidlo na ozdobu
Na dynamický rozsah má vplyv aj to, ako prijímač nastavíte. FlexRadio to vysvetľuje jednoducho: Predzosilňovač posunie okno dynamického rozsahu nadol. Prijímač počuje slabšie signály, ale skôr sa preťaží. V ich príklade posun o 30 dB znížil hranicu preťaženia z +12 dBm na −18 dBm.
Na spodných pásmach platí opak. Pri mestskom šume na 2 MHz je prijímač zbytočne citlivý a plytvá dynamickým rozsahom. Riešením je útlm, ktorý okno posunie nahor.
ZL3DW to zhrnul s humorom: ak protistanica nie je extrémne slabá, vypnite predzosilňovač a zapnite Atenuátor. Desenzibilizácia môže zmiznúť. Na to slúži tlačidlo ATT, ktoré mnohí nikdy nepoužijú.
Silné signály mimo pásma tlmia aj predselektory a roofing filtre. FTDX101 má Preselektor VC-Tune s maximálnym útlmom −70 dB a voliteľné roofing filtre 300 Hz a 1,2 kHz, ktoré odľahčujú A/D prevodník. DSP filtre zvládnu odstrániť mnohé susedné signály, no majú svoje limity. Šum zo vzájomného miešania už sedí v priepustnom pásme.
Ako teda vyberať transceiver?
ON6URE radí začať jednou vetou o vlastnom prevádzkovom probléme. Až potom čítať testy, ktoré ho reprodukujú. Ak riešite preplnené pásmo a silných susedov, prednosť majú:
- RMDR pri malom odstupe, ideálne 2 kHz,
- DR3 pri úzkom rozostupe tónov,
- blokovanie a vstupná filtrácia,
- porovnanie výsledkov iba pri zhodných podmienkach merania.
Podľa SZ1A by prijímač na contesty alebo do prostredia so silným QRM mal mať dynamický rozsah nad 100 dB. ZL3DW si zasa všíma, že cena nemusí súvisieť s kvalitou prijímača. Niektoré lacnejšie modely v testoch porazili oveľa drahšie vlajkové lode.
Takže rozhoduje len RMDR?
Nie. Ale v preplnenom pásme patrí medzi parametre, ktoré rozhodujú najviac. FlexRadio to vystihuje presne: kým je v pásme len slabý signál, prijímač sa správa, akoby problém s RMDR neexistoval. Keď však vstúpi silný signál, citlivosť prestáva platiť a limitom sa stáva RMDR.
Lepší príjem ≠ nižšie MDS.
Lepší príjem = slabý signál počuteľný aj vedľa silného.
Záver
RMDR priamo súvisí s tým, či slabú stanicu vedľa silného suseda počujete alebo nie. Závisí od fázového šumu oscilátora alebo hodinového signálu a moderné transceivery v ňom dosahujú výrazne lepšie výsledky ako staršie generácie. Laboratórne testy sú však mikroskop, nie krištáľová guľa. Čítajte ich spolu s podmienkami merania a pýtajte sa, či vaša anténa a QTH niekedy dostanú prijímač až na hranicu, ktorú test opisuje.