Измерение «шумовой дорожки» (односигнальной избирательности) трансиверов. Последнее изменение 29.03.05г.

С подачи Ильи RW3FY проведены измерения шумовой дорожки вблизи частоты кварцевого генератора 3.594МГц с помощью компьтерной программы Spectrogram Gram, автор Richard Horne. Точнее, целью задачи было посмотреть шумовую дорожку синтезатора с AD9832 от UT2FW-RX6LDQ и для сравнения синтезатора TS-850S. Программу можно скачать здесь – Скачать 248кБ.

Трансивер DN2000 – основная плата №5, синтезатор с AD9832.

Трансивер TS-850S номер 21100316, пока не подвергался «доработкам».

Трансивер IC-765 появился в шеке уже позже того, как была составлена табличка измерений на первые два ТРХ – поэтому колонка с измерениями «пристёгнута» сбоку таблицы. Комментарии по 765-му ниже.
Метод измерения – на антенный вход подан сигнал от кварцевого генератора на частоту 3.594МГц уровнем 50мВ (это 59+60дБ). АРУ, УВЧ, АТТ отключены. Измеряется НЧ сигнал цифровым мультиметром M890G на низкочастотном выходе трансивера. За минимальный НЧ уровень принят шум тракта в 0,05В. Колонка «Напряжение НЧ В» - низкочастотное напряжение на выходе трансивера. Колонка дБ – превышение в децибелах над уровнем 0,05В. В колонках измеряемых TRX МГц\полоса кГц – приведены измеренные частоты и полосы приёма относительно частоты генератора 3.59400МГц.

Эта метОда измерения принята для оценочного измерения качества приёмника при появлении помехи уровнем 59+60дБ.
На различных страничках сайта приводились подобные измерения, дабы не ударяться в их поиски – приведу их здесь. Но нужно учитывать, что предыдущие измерения нельзя сравнивать с выше приведёнными, т.к. сигнал подавался как от кварцевого генератора, так и от ГСС-ов Г4-102 или Г4-158. Конечно же, вносилась погрешность в измерения за счёт самих шумовых характеристик приборов. Далее параметр «полоса» - это шум приёмника равный чувствительности, т.е. 0,158В на НЧ выходе трансивера.
Для рискнувших поглазеть на качество ГПД или синтезаторов своих трансиверов некоторые рекомендации по пользованию. Берём любой кварцевый генератор, частота которого попадает в полосу приёма вашего трансивера. Желательно генератор сделать на малошумящем транзисторе. Большой ВЧ уровень на его выходе не требуется, т.к. он может заблокировать приёмник. Т.е. рассчитывайте на предполагаемый максимальный динамический диапазон вашего приёмника – более 50мВ, как правило, не потребуется. Можно взять старый ламповый ГСС. В крайнем случае - попросить соседа поставить на каком-либо ВЧ диапазоне несущую своим UW3DI. «Базовый принцип» - качество подаваемого сигнала на антенный вход TRX должно быть явно выше, нежели качество применяемого синтезатора (ГПД) трансивера. НЧ выход трансивера соединяем с линейным входом звуковой карты компьютера. Подбираем уровни усиления такими, чтобы не было заметно перегрузки, как каскадов трансивера, так и звуковой карты. Пик несущей на экране монитора при регулировке усиления растёт до какого-то предела, дальнейшее увеличение которого не наблюдается, а только начинает подниматься вверх «подошва» картинки. Вот нужно и остановиться на моменте, когда пик несущей уже не ползёт вверх.

Установки «базовые» галок в программе от Ильи RW3FY –
Sample Rate --- 44k
Resolution --- 16 bit
Type --- Mono
Display Type --- Line (Чтобы как на нормальном спектроскопе смотреть, а не водопады всякие)
Scale --- 90 dB
Palette --- CB (Чёрный фон --- глазам полегче. Для печати ставьте BW --- с белым фоном. Ну а user, понятно, чтоб красиво и в цвете --- ежели захотите на сайте картинку выложить)
Time Scale --- 20 msec
Cursor Offset --- 0Hz
Freq Scale --- Linear (для измерения шумов и палок, на мой взгляд, так удобнее)
FFT Size --- 4096 points (Число точек БПФ. Чем больше, тем выше разрешение (более узкий фильтр), и тем меньше диапазон просмотра --- поигравшись этим параметром совместно с полосой и разрешением, выбираем удобный для просмотра на интересующей отстройке режим, если не подходит указанный мной --- например, если хотим увидеть шум на большей отстройке и чутья не хватает, делаем более широкий фильтр)
Freq Resolution --- 10.8Hz (разрешение, оно же полоса фильтра --- как в обычном спектроскопе. При выставленном 10.8Гц поправка для получения размерности дБ/Гц шумов составит 10.3 дБ)
Band --- 240...2996 Hz (Поскольку у трансивера ширше фильтра нет, то и ставить ширше смысла тоже нет. Если есть тракт с 20кГц полосой по выходу --- можем ставить и все 20кГц и наблюдать шум и палки на отстройках до тех же 20 кГц)
Spectrum Average --- 99 (Сглаживание кривой или, по-научному, регулировка видеофильтра. Когда меряем --- делаем побольше, чтоб не мельтешило, когда настраиваем --- поменьше, чтоб реакцию цепи без задержек видеть.)
Pitch Detector --- On
Recording Enable --- On (Возможность записи в .wav-файл, который при включении опции она предложит создать. Файл этот нам не особо нужен, но при его наличии и включенной опции она даёт сохранить картинку экрана)

После этого даём несущую с приличным уровнем в центр полосы трансивера и смотрим спектр, стараемся выжать максимальный уровень сигнала. Фильтр в трансивере, понятно, делаем поширше, АРУ или самую медленную, или вовсе отключаем. Желательно пройтись по всем диапазонам и по максимальному количеству частот --- сколько не лень, и на сколько хватит времени. Прога дает и сразу дБ/Гц смотреть, только в узкой полоске. Ну а уровни, то, что соответствует положению курсорчика, она внизу пишет.
Для того, чтобы сохранить картинку, нажимаем последовательно : Save -> Stop Save -> Stop. Далее, заходим в меню File, выбираем Save Image -> Window Image. И картинка спектра у Вас в кармане, то бишь на диске.
Измеряем уровень шума на заданной отстройке относительно вершины сигнала --- курсор сначала на вершину, засекли уровень, потом на шумовую дорожку в нужное место, засекли уровень, и вычитаем одно из другого, получили минус чего-то-там децибел. Это есть относительная мощность шума в выбранной нами полосе фильтра анализатора. В моём примере стоял фильтр 10.8Гц. Далее пересчитываем эту величину в децибелы-на-герцы, вычтя поправку, равную 10log(Полоса фильтра/1Гц), т.е. в нашем случае 10log(10.8/1)=10.3 дБ.
Предположим, намерили на 200Гц отстройке уровень -69 дБ относительно несущей, тогда имеем относительную спектральную плотность шума -79 дБ/Гц. Если фильтр (т.е. разрешение) выставляли не 10, а 100 Гц --- то поправка будет 20 дБ, и т.д.
Т.е. по картинке можно без проблем посредством линейки и калькулятора получить спектральную плотность шума в любой точке, при условии, что знаем, какое разрешение спектроанализатора было при её снятии выставлено. Ну и, конечно, также измерить уровни любых других компонент, если они бы там были. Это по картинке, а непосредственно в программе все уровни меряете курсором, внизу указывается уровень в децибелах и частота, соответствующие положению курсора.

В случае применения "креативовской" звуковухи нужно выставить уровни и в менюшке её програмного микшера.
Для примера привожу картинку, что рисуется в моём компе – звуковая от Creative SB Live!

Ну и соответственно включить линейный вход в самой винде – в Windows ХР это выглядит так

Движками на обеих картинках выбрать требуемый уровень усиления.

Смотрим картинки шумовых дорожек – трансивер DN2000 синтезатор с AD9832, описание его было в ж.Радиомир КВ и УКВ №№9,10,11,12.

Выше- трансивер запитан от старого "лабораторного БП" производства 1995года, в котором по видимому уже электролиты высохли... Слева видны клыки от фона 50Гц - никак вначале не мог взять в толк откуда они вылезли, пока не присоединил параллельно электролиту ещё один на 33000мкф. На слух то практически не слышно фона, а программа уже его показывает. Вывод - компьютерные спектроанализаторы весьма полезная "штучка" для проверки и настройки даже нашей КВ техники. Только нужно научиться ими пользоваться и понимать - "чего же на экране монитора оно нарисовало"???

Выше - трансивер запитан от качественного БП со свежими электролитами на 30000мкф в фильтре. Синтезатор трехплатный с AD9832 не настроенный.
Следующие картинки - последовательное "вылизывание" синтезатора. Просмотр специально проводился на таком уровне, чтобы слева от пика гетеродина был виден шум ПЧ тракта. Дабы быть уверенным в том, что вижу "шумовую подошву".

Что в итоге сделано в синтезаторе? Смотрим схемы на http://www.ut2fw.com/node/46
Плата контроллера - R8,R4 убрать, R5-10k, R6-1k. Плата ГУНов - R51 увеличить до 36-43k. И самое важное! - подобрать минимально возможный уровень ВЧ с генераторов. Можно включением качественных кремниевых диодов с затвора на корпус. Например КД503, анодом в затвор. По информации от UR6EJ - КД522 не "прокатил". По информации от RW3FY - "Момент спорный. Я сам не пробовал на эту тему экспериментировать, но Ульрих Родэ пишет, что эти диоды шум запросто могут добавлять --- статья есть на СКР. Не лучше ли попробовать ООС по току в истоки включить? Можно только по постоянному, а можно и по переменному".
Как ранее и заострял на этом моменте внимание читателей - подбираю для ГУНов такие полевики, с которыми ещё устойчива генерация при минимальной ВЧ на выходе. Выражаю большую благодарность Илье RW3FY и Олегу UR6EJ за тот объём проделанной муторной и неблагодарной работы! Большое спасибо вам, что до сих пор находите время и терпение заниматься именно делом, а не только "чистым словоблудием", коему уподобилось всецело и без желания возвращаться именно к железу большинство гордо именующих себя "конструкторов".

Трансивер TS-850S

Трансивер IC-765

По 765-му небольшой комментарий. Когда ко мне приехал этот аппарат – первое впечатление – «вот это машина»!!! ? Давно уже забыл про габариты своего «Сетевого трансивера», а тут сразу вспомнилось… По передней панели 765-ый 420х147мм, вес почти 18кг!!! Давно искал где купить такое «чудо» и долго он ко мне ехал, но все заморочки позади и о них можно забыть как "во страшном сне". Подкупили меня цифры измерений лаборатории ARRL – они намеряли у него BDR (блокирование) аж 152дБ!!! Такого забития нет более ни у одного аппарата в табличке их замеров! Что и подтвердилось при сравнении его с довольно "довольно динамичным" TS-850-ым, но при одной оговорке – пока сигнал помехи не попадёт в полосу пропускания первого фильтра. Как только помеха уровнем +60дБ попадает в полосу пропускания первого фильтра, она глушит или каскад за ним идущий, или второй смеситель – тут нужно ещё разбираться. И шум тракта падает – соответственно невозможно сделать правильные измерения. В табличке это отмечено как три звёздочки ***. Конечно , при дальнейшем приближении помехи к частоте приема мы уже услышим саму помеху, когда она попадёт уже в полосу пропускания основных фильтров – в табличке это видно с уровня 0,3В. Ну а остальное видно по табличке.

Дополнение по избирательности IC-765 появились 25.01.05г. С подачи Георгия UA6CL введена незначительная доработка улучшающая линейность каскада после первого кварцевого фильтра. Соответственно разгрузился второй смеситель. Устранена блокировка, что и видно по цифирам измерения. Как только подберу требуемого номинала SMD компоненты, аналогичная доработка ждёт и TS-850SAT.

Трансивер TS-570

Евгений RU6AI прислал свои замеры трансиверов TS-570D и FT-840. У FT840, на мой взгляд, блокируется какой-то из каскадов при приближении помехи ближе 90кГц. А вот про «шумливость» 570-го сложно что-то сказать – возможно, что это связано с синтезатором, на что наводит измерение «шумовой дорожки» - смотри картинку замера. Хотя это под большим вопросом – нужно разбираться… Но замеры дали практически аналогичные результаты с тем TS-570D который был и у меня. Т.к. нужно учитывать ещё чувствительность приёмника, а она вряд ли будет одинаковая даже у двух подряд идущих с конвейера трансиверов.

14 марта 2005г. были проведены измерения DN-2000 со смесителем на микрухе FST3125. Информацию об этом смесителе дал G3SBI (можно найти в инете поиском). Формирователь меандра на 74АС86. Трансформаторы намотаны на ферритовых колечках К7 проницаемостью 1000. «Вылизывание» схемотехники под этот смеситель не производилось. Он был выполнен на отдельной платке и встроен в TRX вместо «штатного» смесителя на 74АС74+КР590КН8А. Чувствительность трансивера с гарантированной точностью измерить нечем – посему пользуюсь методой описанной на сайте – при подаче 0,5мкВ на антенный вход TRX. Напряжение на НЧ выходе, при подаче 0,5мкВ, со штатным смесителем было 0,249В, со смесителем на FST3125 0,256В. Т.е. затухание в смесителе на FST3125 немного меньше. Соответственно «один в один» нельзя сравнивать цифры односигнальной избирательности при различной чувствительности, но общее представление о том - «ху из ху?», из таблички получить можно. Некоторые особенности смесителя на FST3125 проявились:

1. Отсоединение одного плеча смесителя не приводило к уменьшению чувствительности.
2. Поражённая точка присущая ПЧ 8,867МГц, вблизи частоты 14,160МГц, была выражена раз в 10 сильнее, нежели она проявлена в смесителе на 74АС74+590КН8. Изменение параметров меандра регулировкой скважности выходного сигнала 74АС86 на подавление поражённых точек не влияло.
   

Трансивер TS-50S (измерения от RW3FY)

Картинки от Олега UR6EJ Он использует версию синтезатора с AD9832. Как выразился Олег: «Нужно иметь пару свободных вечеров, желание и «масло» в голове – и положительный результат будет»! Последовательно от первой до последней картинки видно как можно «вылизать» сигнал синтезатора. Смотрите !

Олег использовал и другую программу спектроанализатор – его комментарий: «Синтезатор отлаживал с помощью Gramma и SpectaLAB. Вторая еще более удобная прога, т.к. имеется возможность накладывать друг на друга до 4х картинок, предустановки как у RW3FY. В итоге удалось опустить шумовую дорожку не менее чем на 15-18дб и сузить огибающую снизу как минимум в 2 раза».
Все аналогичные картинки с пожеланиями авторов проведших измерения могут быть выложены на сайте автора их можно присылать мылом на ut2fw@mail.ru или любые другие адреса автора, которые есть на СКР и QRZ.RU.
Сравните последнюю картинку спектра синтеза Олега с любой из картинок буржуинских трансиверов и пусть после этого кто-то «кинет в него камень», что якобы нельзя сделать синтезатор с параметрами лучше, чем в достаточно высокого класса «буржуинах» TS-850SAT, IC-765!!!

(от WEBMASTERa) Пока готовилась статья поступили картинки от других аматеров. Все они прислали "шумовые дорожки" своих VFO измеренные вышеописанным методом. Поскольку подобные картинки могут поступать и в будущем мною принято решение добавлять их в конце этой статьи - это упростит доступность статьи для понимания. Весь предыдущий текст редактироваться не будет. Все сведения об обновлениях статьи можно будет увидеть в разделе "НОВОСТИ".

US5EVD прислал дорожку своего FT-890

UT7EP прислал дорожку своего ГПД - жаль что нет описания "что это за ГПД такой".

UR6EQ померял свой IC-718 и прислал следующую картинку

Обновление состоянием на 30.05.2005. Информация по ТРХ Yaesu FT-757GX.

Подробное описание методики измерения и замеры другими радистами смотри в начале этой странички.
В этой табличке появилось измерение достаточно не новой модели от Yaesu FT-757GX. Привлекло моё внимание к этому трансиверу несколько факторов.

1. То, что его цена уже имеет «удобоваримую» планку на сегодня.
2. То, что в нём использованы «взрослые» кварцевые фильтры. И даже по первой ПЧ установлен настоящий кварцевый фильтр, а не «муратовская двухкристальная козявка». Смотрим фото внутренностей >>>
   Фильтр по 455кГц от фирмы muRata для наглядности выделен. Такие фильтры как «стандартные» обычно устанавливаются в современные «мыльницы», а остальные делаются опционными – т.е. плати дополнительно бабки если хочешь хороший приём.
3. То, что перед основным трактом усиления установлен «подчисточный» кварцевый фильтр. Хотя его основная задача обеспечить линию задержки для правильной работы системы NB, но фильтрацию он тоже обеспечивает. В итоге имеем последовательно 4-ре (за такие то деньги!!!) фильтрующих элемента пока сигнал попадёт в телефоны. Из них три – это кварцевые фильтры. По 455кГц установлен керамический фильтр. Смотрим схему на http://www.mods.dk/index.php?RadioRec=yaesu

Некоторые комментарии к работе TRХ и табличке измерений.
На мой взгляд, это радио приблизительно сопоставимо по «односигнальной избирательности» с TS-850. Но «планка» блокирования ниже – при приближении помехи к частоте приёма уровень +60дБ забивает приём, начиная с частоты 3.605МГц. Аналогичная картина наблюдалась в не доработанном IC-765 с той лишь разницей, что фильтр по первой ПЧ в FT-757GX качественнее и блокирование происходит, когда помеха приближается ближе 11кГц. У 765-го блокирование начиналось при приближении помехи на 15кГц. Можно при надобности и желании ввести доработку и в 757-ой, как это и было сделано в 765-ом. Хотя сомневаюсь, что сейчас кто-то может похвалиться, что его сосед «маслающий» вам уровни +60дБ и выше, при отстройке в 10кГц не даёт сплэттеров. И что есть надобность бороться именно за «супер» приём при отстройках не более 10-11кГц. В дальней зоне отстройки 757-ой менее шумный нежели 850-ый – это видно по табличке. Образно можно сказать, что «цифры» в 757-ом пока ещё не так много, как это стало в более новых моделях трансиверов. Т.е. если вы не любитель современных «цифровых наворотов» то есть смысл обратить внимание на это радио.
Владимир UY5ID в щенячем восторге от качества работы ручек SHIFT/WIDTH – с их помощью сдвигаем полосы пропускания промежуточных частот друг относительно друга – соответственно подрезаем полосу пропускания сверху или снизу. И т.к. кварцевые фильтры в радио «настоящие», то и качество работы этой системы высокое.
Синтезатор мне не понравился в этом аппарате. Привыкшим к современным синтезаторным удобствам, думаю, тоже не будет хватать некоторых кнопочек и пимпочек. Ничего не поделать – аппарат довольно не новый и не было тогда DDS и многоногих микроконтроллеров. Как говорится – «чего вы хотите за эти деньги?»…
Если сравнивать в этой ценовой категории буржуйской техники явно видно как это радио выигрывает по качеству приёма у более современного его собрата FT-840. См. табличку замеров от RU6AI по ссылке выше. Хотелось бы ещё «пощупать» аналог от Айком IC-718. Думаю, что 718-ый не намного будет лучше от 840-го. Хотя, конечно, нужно измерять и только потом делать выводы.
Итоговый вывод.
FT-757GX – это небольших размеров уже полностью транзисторное радио, которое выдержит ВЧ уровни перегруженных низкочастотных диапазонов даже на полноразмерный треугольник 160м. За счёт изначальной заводской полной комплектации всеми кварцевыми фильтрами любителям CW не нужно будет бегать в поисках специального телеграфного фильтра – 600Гц фильтр уже установлен. Любителям SSB на НЧ диапазонах понравится работа системы SHIFT.
Любителям компьтерного управления, многоуровнего синтезаторного сервиса, сотен ячеек памяти, DSP-ишной обработки звука и тому подобной цифровой навороченности радио не подойдёт. Хотя САТ система и осуществима – но где сейчас найдёшь те приблуды, которые ещё понадобятся, чтобы трансивер соединить с компьтером?

Обновление состоянием на 29.09.2005. Информация по ТРХ KENWOOD TS-2000.

Метод измерения – на антенный вход подан сигнал от кварцевого генератора на частоту 3.594МГц уровнем 50мВ (это 59+60дБ). АРУ, УВЧ, АТТ отключены. Измеряется НЧ сигнал цифровым мультиметром M890G на низкочастотном выходе трансивера. За минимальный НЧ уровень принят шум тракта в 0,05В.
Все измерения сведены в Таблицу 1. Трансивер DN2000 – основная плата №5, синтезатор с AD9832, описание синтезатора и основной платы было в журнале Радиомир КВ и УКВ в 2003-2004гг. Трансивер TS-850SАТ номер 21100316, не подвергался «доработкам». Трансивер IC-765 номер 04403. Комментарии по 765-му в предыдущей табличке.
Колонка «Напряжение НЧ В» - низкочастотное напряжение на выходе трансивера. В колонках измеряемых TRX МГц\полоса кГц – приведены измеренные частоты и полосы приёма относительно частоты генератора 3.59400МГц.

Таблица 1.

Эта метОда измерения принята для оценочного измерения качества приёмника при появлении помехи уровнем 59+60дБ. Принимать этот метод измерения характеристик приёмника за «лабораторный и полный» не следует. Но оценить, как поведёт себя приёмник в тяжёлой ЭМО можно. Он моделирует наличие мощного соседа с высококачественным передатчиком, который будет наводить ЭДС в вашей антенне уровнем 59+60дБ по шкале S-метра.
В этой табличке появились замеры трансивера TS2000. Остальные измерения вырезаны из неё – кому интересно – пожалуйста, смотрите предыдущие замеры.
Комментарий к замеру TS-2000. Полоса приёма системой DSP ограничена снизу 50Гц, сверху 2600Гц. При подаче уровня +60дБ по шкале S-метра пришлось отстроиться за частоту 3,730МГц, дабы не было слышно увеличения общего шума тракта при включении кварцевого генератора. И небольшое увеличение общего шума (0.52-0.56В) приёмника слышно на всём протяжении, начиная от 3.730МГц – в табличке это не отмечено, т.к. следующий уровень принят 0,06В. В TS850S и IC765 этого не наблюдалось. До частоты 3.6008МГц параметры буржуинов примерно одинаковы. Но далее, при приближении настройки приёмника к сигналу кварцевого генератора наблюдается блокирование. Уровень НЧ падает менее 0.5В и начинает расти только когда сигнал генератора появляется в телефонах. Т.е. имеем блокирование приёмника сигналом уровнем +60дБ при отстройке около 6,75кГц.