Montag, 28. November 2016

#UpConverter Debugging results

Die letzen Tage habe ich damit verbracht meine UpConverter-Schaltung in Betrieb zu nehmen. Leider war der erste Test ernüchternd. Immerhin hat das Umschalten per Wechselschalter auf die Stellung "Überbrücken" direkt funktioniert. Bei der restlichen Schaltung war ich mir zunächst unsicher was hier überhaupt funktioniert. Im Grunde genommen habe ich für den ersten Test auch keine spezifische Umgebung geschaffen sondern die Platine einfach an mein rad1o angeschlossen und die ersten Empfangsversuche vorgenommen. Mit der Schalterstellung welche die UpConverter-Funktionalität der Platine überbrückt konnte ich direkt diverse QSO empfangen, darunter einige die per CW (Morsen) geführt wurden.

Nach dem umschalten auf den eigentlichen Betriebsmodus waren diese Signale dann nicht mehr im Spektrum meines SDR zu erkennen. Der Filter am Ausgang des Mixers scheint also offensichtlich zu funktionieren, ein erster Erfolg. Im Frequenzspektrum 110 MHz höher sollte darauf hin jedoch zu erkennen sein dass die Signale vom Mixer korrekt umgesetzt werden. Hier ist von den zuvor empfangenen Signalen jedoch nichts zu sehen gewesen. Diverse Messungen mit dem Oszilloskop und dem Multimeter ergaben mir jedoch keine Erkenntnisse die das Verhalten erklären würden. Zurück auf Überbrückung geschaltet waren die Signale auch wieder auf der Ursprungsfrequenz vorhanden.

Es musste zunächst eine definierte Testumgebung eingerichtet und ein Plan für einen ordentlichen Test aufgestellt werden.
Mein Plan war es nun also ein fixes Signal in den UpConverter einzuspeisen und daraufhin mit der SDR-Software das Verhalten weiterhin zu beobachten. Als Signalgenerator für das benötigte Signal habe ich mein SWRMeter verwendet. Dieses ist in der Lage Signale/Frequenzen im Bereich von 800 kHz bis zu 160 MHz zu erzeugen, was den Gewünschten Kurzwellenbereich vollständig und darüber hinaus abdeckt. Im folgenden Bild ist der Aufbau der Komponenten zu sehen.
Rad1o, UpConverter, SWRMeter
Das SWRMeter gibt während den Messungen ein Signal im Frequenzbereich der Kurzwelle aus. Das Signal verändert über die Zeit die Frequenz und wird direkt in den UpConverter eingespeist. Das verhalten des Signals kann dann, wie bereits beschrieben, per SDR-Software beobachtet werden. Für eine Bewertung der Funktionalität wird in diesem Schritt hauptsächlich die Differenz der Signalstärke - in dB über dem Grundrauschen - aus dem Frequenzspektrum abgelesen. Die tatsächliche Signalstärke ist bei den Tests nicht relevant, da diese nicht mit den Signalen vergleichbar ist welche ich bisher empfangen habe.

Das folgende Video zeigt die eine Messung exemplarisch. Eine Messung der Dämpfung des Schalters werde ich bei Gelegenheit noch nachreichen, sofern diese relevant wird.


Die folgenden Erkenntnisse sind aus den Messungen hervorgegangen:

Schalter auf BeipassSchalter auf UpConvert
+0 MHz+110 MHz+0 MHz+110 MHz
Verstärkung0 dB-30 dB-30 dB-20 dB

Von der ersten Spalte abgesehen sind ausschließlich negative Werte in der Tabelle enthalten. Eigentlich muss man bei diesen Werten eher von einer Dämpfung (Abschwächung) als von einer Verstärkung reden.
Die dB-Angaben sind nicht 100% genau, zeigen jedoch deutlich warum in den oberen Frequenzen (+110 MHz) bei Aktivierung des UpConverters keine Signale aus den originalen Frequenzbereichen zu sehen sind.
Selbst wenn in der SDR-Software die Verstärkung auf mehr als 30 dB einstellen würde wird dies nicht funktionieren, da das rad1o quasi kein Signal mehr aus dem Rauschen heraus aufnimmt. Das originale Eingangssignal ist nicht mehr messbar/vorhanden.

Bei der Verwendung des UpConverters und im originalen Frequenzbereich ist das Signal sogar um 30 dB geringer - 1000-mal kleiner als zuvor. Diese Eigenschaft können wir jedoch als positiv ansehen, da der Frequenzbereich unterhalb von 110 MHz nicht weiter benötigt wird und nur Störungen erzeugen würde.

Auch positiv zu sehen ist das das Test-Signal auf der neuen Frequenz ebenfalls zu sehen. Es wurde jedoch um 20 dB abgeschwächt, was einem 100ten Teil der vorherigen Signalstärke entspricht. Daher konnten die sehr schwachen Signale der QSOs auch nicht gesehen werden da die Eingangspegel weit unter 20 dB über dem Rauschen lagen - sofern die Anzeige von GQRX korrekt ist...

Auch zu vermuten ist das auch im Beipass-Modus wohl eine Kopplung des Eingangssignals in die UpConverter-Schaltung, als auch wieder auf das Ausgangssignal, stattfindet. Dies kann man durch das im oberen Frequenzbereich (+110 MHz) sichtbare Test-Signal zumindest vermuten. Es sollte dort nicht sichtbar sein.

Die Frage ist nun wie ich an dieser Stelle weiter vorgehen kann!?
Zum einen könnte ich die Qualität der Schaltung versuchen zu verbessern um die Dämpfung von 20 dB auf einen deutlich besseren Wert zu bekommen und zum anderen ggfls. einen Vorverstärker verwenden welcher die Dämpfung ausgleicht.
Alternativ könnte ich auch eine noch bessere Antennen bauen und diese im Freien und großer Höhe aufhängen, damit der Empfang deutlich verbessert werden würde. Noch habe ich hier aber keine Entscheidung getroffen.

Ergebnis: Die Schaltung an sich ist funktionstüchtig, wenn auch mit der unvorteilhaften Eigenschaft - der enormen Dämpfung von etwa 20 -30 dB. Verwenden kann ich sie so nur leider (noch) nicht.

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