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Zweitonmessung

Um die Intermodulation und Linearität von SSB-Sendern zu beurteilen, führt man im Allgemeinen eine Messung mit einem NF-Zweitongenerator durch. Das ist ein relativ einfaches Hilfsmittel, was eigentlich auch in jedem Shack vorhanden sein sollte.

Dieser NF Zweitongenerator beinhaltet zwei getrennte Sinusgeneratoren mit einem Klirrfaktor möglichst <1%.  Die beiden Frequenzen müssen in den Durchlassbereich des SSB-Filters von etwa 300 - 2500Hz fallen.  Ein mögliches Frequenzpaar wäre z.B. 1075 Hz und 1500Hz.  Die beiden Frequenzen dürfen nicht in einem harmonischen Verhältnis zueinander stehen.

Für Intermodulationsmessungen müssen die Frequenzen in der Mitte der Durchlasskurve des SSB-Filters angeordnet werden und die Distanz der beiden Frequenzen soll nicht mehr als max 550 Hz betragen. Damit können dann auch - vor dem Filter entstehende - In-Band-IM-Produkte den SSB-Filter passieren. Ist der Abstand der beiden Töne zu groß, werden eventuelle Intermodulations-Produkte vom SSB-Filter abgeblockt und gelangen nicht zur Anzeige.  Sind keine Intermodulationsmessungen geplant, kann der Frequenzabstand natürlich auch größer sein. Bei DC4KU findet man qualifizierte Infos zum Thema.

Die beiden Frequenzen des Zweitongenerators können auch einzeln geschaltet werden.

Hüllkurvendarstellung:
Ein SSB-Sender sendet - wenn er getastet wird - nur ein Signal aus, wenn er auch moduliert wird. Um eine Messung durchzuführen, wird der Sender an eine künstliche Antenne angeschlossen, welche einen Messausgang mit entsprechender Abschwächung besitzt.  An diesen Messausgang wird jetzt ein Oszilloskop angeschlossen. Der NF-Zweitongenerator wird an den Mikrofoneingang des TRX angeschlossen. Beim Einschalten des Zweitongenerators wird gleichzeitig auch der PTT-Eingang des TRX betätigt.

Wenn nur ein Ton aktiviert ist, kann man die HF als Band auf dem Oszilloskop beobachten (siehe Abbildung weiter unten). Die Breite ist abhängig von der NF-Spannung. Eine Beurteilung des Sendesignals ist damit aber nicht möglich. Wenn jetzt der zweite Ton zugeschaltet wird, erscheint auf dem Oszilloskop eine Hüllkurve, die jetzt aus den Minima und Maxima der beiden Signale besteht.

Im Bild oben sieht man eine entsprechende Hüllkurve, die soweit in Ordnung ist. Einzig die Minima sind nicht sehr ausgeprägt, was auf einen nicht ganz unterdrückten Restträger hindeutet. Möglich ist aber auch, dass eine etwas unterschiedliche Verstärkung der beiden NF-Frequenzen dies verursacht.

Bei meinem Zweitongenerator, sind die Amplituden der NF-Signale intern exakt auf den gleichen Wert abgeglichen. Das werde ich dann noch ändern.  Damit die obige Beurteilung aussagekräftig ist, ist es sinnvoll, die Balance-Regelung des Zweitongenerators auf ein externes Poti zu legen und damit auf das Minimum abzugleichen.  Die NF Amplituden der Einzeltöne sind - über den Balance-Regler - so einzustellen, dass die HF Ausgangs-Amplituden für beide Einzeltöne gleiche Werte aufweisen. Damit werden dann unterschiedliche Frequenzgänge oder Filterwelligkeiten im TRX ausgeglichen und die Anzeige kann eindeutig interpretiert werden.

Des Weiteren kann man auch direkt z.B. eine Übersteuerung des Senders erkennen.

Im obigen Bild sieht man jetzt deutlich die Abflachung der Amplituden-Maxima. Das deutet auf eine Übersteuerung des Sendes hin. Der Sender wird Splatter produzieren und die Nachbarfrequenzen beeinträchtigen.

Auch kann man eine fehlerhafte Arbeitspunkteinstellung und Verzerrungen erkennen. Überbreite Minima deuten beispielweise auf eine fehlerhafte Arbeitspunkteinstellung hin. Verzerrungen erkennt man am nicht mehr sinusförmigen Verlauf der Hüllkurve.

Im obigen Bild wurde einer der beiden Töne abgeschaltet. Die Amplitude sinkt auf die Hälfte und eine Hüllkurve ist dann nicht mehr zu erkennen. Die HF wird nur noch als Band angezeigt und eine Beurteilung ist nicht möglich. Diese Darstellung wurde hier nur zur Veranschaulichung dargestellt, Messtechnisch macht das keinen Sinn.

Schaltungen für einen Zweitongenerator findet man zuhauf im Internet. Meine Schaltung stammt aus der Zeitschrift "Funkamateur" aus dem Jahre 1998/9.


Darstellung der Signale als Oszillogramm (Time Domain)

Ausgang des Generators im Singleton-Modus.

Ausgang des Generators im Zweiton-Modus.


Darstellung der Signale als Spektrogramm

Oben sieht man das Zweiton-Ausgangssignal des Generators in der spektralen Darstellung. Da sieht man schon, dass es mit dem Klirrfaktor <1% wohl nix wird. Die Differenz zwischen Nutzsignal-Pegel und dem Pegel der ersten Oberwelle beträgt nur etwa -30,7dBc. Das ist dann die Klirrdämpfung oder auch Klirrabstand ak genannt.

Der Klirrfaktor "THD" (Total Harmonic Distortion) berechnet sich wie folgt aus dem Klirrabstand ak in dBc:

THD = 10ak/20 * 100 = %        (ak/20 = -30,7/20 = -1,535)
Mit Werten: THD = 10-1,535 * 100 = 2,92%

Hier findet man viele Infos zum Thema Klirrfaktor.

Für Intermodulationsmessungen ist dieser Zweitongenerator also nicht brauchbar. Dafür sollte der Klirrfaktor <0,5% sein.
Das bedeutet, da muss ich dann wohl nochmal ran und optimieren.

 
Messaufbau für die Zweiton-Messung an einem SSB-TRX

Zweitonsender nach der Optimierung
Der Versuch, den Zweitonsender zu optimieren, ist nur teilweise gelungen, wie der folgende Screen-Dump zeigt.

Der Klirrabstand ak beträgt jetzt zwar -41,0 dBc, aber der gewünschte Klirrfaktor von 0,5% lässt sich damit immer noch nicht erreichen.

THD = 10-41/20 * 100 = 0,89%

Das ist zwar schon viel besser als vorher, aber das reicht mir nicht. Da bleibt dann wohl nur eine Neudimensionierung oder ein Neubau mit einer erprobten Schaltung.

Intermodulationsmessung:
Mit einem Spektrumanalyzer kann man die HF-Amplituden des Zweitonsignals in der Frequenzebene darstellen. Mit meinen Gerätschaften habe ich da aber keine Chance. Die Auflösung ist einfach zu gering, um in der HF-Ebene weniger als 500Hz aufzulösen.  Also muss eine Alternative her. Die heißt: DVB-T Stick. Mit einem DVB-T-Stick und der RTLSDR Software bekommt man das locker hin.

 

Im diesem Beispielscan ist das obere Seitenband grau hinterlegt. Hier sieht man deutlich, dass die beiden NF-Frequenzen nicht gut gewählt sind, da sie außerhalb der Filtermitte liegen und im oberen Bereich gerade noch die IM3 Produkte innerhalb der Filterbandbreite liegen.

Der obige Screen-Dump soll hier nur als Beispiel dienen. Weitere Messungen werde ich erst wieder durchführen, wenn ein neuer Zweitongenerator - mit entsprechend niedrigem Klirrfaktor - zur Verfügung steht.

Zweitonmessung mit neuem Generator

Als Konsequenz aus dem vorherigen Bericht, habe ich einen neuen Zweitongenerator aufgebaut. Als Grundlage dient der Generator des "Funkamateur", von dem ich aber nur die Platine verwendet habe. Entgegen den sonstigen Bausätzen des FA scheint mir der Zweitongenerator nicht mit sehr viel Detailliebe konstruiert zu sein. Es fehlt ein Ausgang für die PTT und eine Balanceregelung erscheint mir auch wichtig. Auch sollten die Frequenzen einzeln zu schalten sein. Genauso habe ich es dann realisiert.


Das Innenleben mit der FA-Platine und den zusätzlichen Elementen


Frontansicht des fertigen Generators

Mit der Ausführung der FA-Platine bin ich nicht sehr zufrieden. Die Werte der Trimmer sind wohl nicht optimal gewählt und Spindeltrimmer wären die bessere Wahl gewesen. Bei der Abstimmung führen kleinste Verstell-Schritte der Trimmer sofort zu großen Wertänderungen.  Vielleicht werde ich gelegentlich eine neue Platine für den Zweitongenerator entwerfen. Das Konzept überzeugt auf jeden Fall und die Werte sind schon sehr gut.


Spektrum des Zweitongenerators nach dem Abgleich

Mit einem Oberwellenabstand von -57,7 dBc erreicht der Zweitongenerator einen Klirrfaktor (THD) von 0,13%. Damit bin ich jetzt zufrieden.

Im nächsten Schritt habe ich dann die Messungen am 2m TRX 751E wiederholt.

Und siehe da, jetzt gibt es auch ausgeprägte Schnittpunkte in der Hüllkurve. Die Vermutung aus der vorherigen Messung, dass eventuell der Restträger nicht richtig unterdrückt wird, ist also nicht zutreffend. Es lag dann doch am Messmittel.

Als letztes dann nochmal die Intermodulations-Messung mit dem SDR-Stick.


Intermodulationsmessung mit dem SDR-Stick und SDRSharp

Die Frequenzmarke  -  (ca. 47dB) rechts außerhalb der markierten Bandbreite - gehört nicht zum Spektrum. Es ist ein Eigenprodukt des SDR-Sticks. Davon gibt es viele und man muss höllisch aufpassen, dass diese Dinger (sogenannte Birdies) einen nicht zum Narren halten.

Im Spektrum erkennt man, dass die IM3 Produkte im Vergleich zur vorigen Messung fast gleich geblieben sind. Die anderen Mischprodukte sind deutlich reduziert. Ein Abstand von ca. 31dBc zwischen Nutzsignal (f1, f2) und den IM3-Produkten ist nicht berauschend, aber noch ausreichend.

Man erkennt hier sehr gut, wie wichtig Details sind und kleine Abweichungen direkt zu Messfehlern führen können.  Wie heißt es doch so schön: Wer viel misst, misst Mist....