Vorstellung von Einstell- und Anzeigemöglichkeiten

Hier zunächst noch einmal die Ansicht der Anschlussmöglichkeiten.

Der Eingang IN1 ist ein Breitbandeingang, der direkt an den Vorverstärker der ADC-ICs führt. Hier angelegte Signale werden sehr rausch- und verzerrungsarm verarbeitet, es muss jedoch mit Aliasingeffekten gerechnet werden.

Ant1 ist für den Anschluss von Signalen bis 30 MHz vorgesehen. In den Signalweg sind verschiedene Filter, Verstärker und Dämpfungsglieder schaltbar. Ein Aliasingfilter ist immer eingeschaltet, die Unterdrückung von Aliasfrequenzen (entspricht etwa der Spiegelfrequenz- / Nebenwellenunterdrückung analoger Geräte) ist größer 100 dB.

Ant2 führt über ein festes Filter für das 6 m Band auf den ADC. Auch in diesem Bereich ist die Dämpfung von Aliasfrequenzen größer 100 dB.

An der CLK-Buchse ist das Signal des internen Haupttaktgenerators zu Kontrollzwecken verfügbar. Weiterhin kann hier ein Referenzsignal eingespeist werden, welches bei Pegeln größer 0 dBm den internen Generator synchronisieren kann.

Für die Beispielmessungen wurde der Doppeltongenerator RDG10B1 eingebaut. Er liefert 2 unabhängig einstellbare Signale hoher Qualität und mit gutem Intermodulationsabstand (siehe Bilder weiter unten zur Darstellung der IM-Eigenschaften).

Neben der Auflösung und Rechengeschwindigkeit der digitalen Signalverarbeitung ist die Qualität eines direkt abtastenden Empfängers (ohne vorherige Frequenzumsetzung) entscheidend vom AD-Umsetzer und eventuell vorgeschalteten Analogsignal-Verarbeitungen abhängig. Deshalb sollen beide Baugruppen hier noch kurz vorgestellt werden.

Die ADC-Baugruppe RAD17C arbeitet mit 2 ADC-Schaltkreisen von je 16 Bit Auflösung (etwa in der Mitte der Platine zu erkennen). Beide werden von einem speziell konstruierten Taktoszillator angesteuert (oben rechts neben der CLK-Buchse). Die Qualität des Oszillatorsignals hat einen großen Einfluss auf die erreichbaren Parameter hinsichtlich unterer Messgrenze (Grenzempfindlichkeit eines Empfängers). Nur mit diesem speziellen Aufbau konnten die dokumentierten Parameter erreicht werden.

Die untere Buchse ist der Breitbandeingang IN1, links oberhalb davon der Vorverstärker zur Ansteuerung der ADC-Chips. Die senkrecht angeordnete Buchse in der Mitte, mit einem Teil des Aliasingfilters links daneben, stellt die Verbindung zur Analogsignal-Verarbeitungsbaugruppe APA54C her. Beide Baugruppen besitzen Abschirmgehäuse und sind miteinander verschraubt.

Rechts unten ist die Anschlussbuchse Ant1 zu sehen, oben Ant2. Der Signalweg von Ant1 kann mit Relais über einen Vorverstärker (unten in der Mitte zwischen den Relais zu erkennen), ein 20 dB-Dämpfungsglied und den Filterblock in der Mitte der Platine geführt werden. Der Vorverstärker weist dabei eine Besonderheit auf. Er besitzt einen sehr niederohmigen (Strom-) Eingang und ist speziell für den Anschluss kurzer, unabgestimmter Drahtantennen vorgesehen (zum Beispiel Teleskopantennen). In Verbindung mit so einer Antenne erfüllt er das Funktionsprinzip einer aktiven Breitbandantenne. Durch Vorschalten eines externen (gegebenenfalls einstellbaren) Widerstandes in die Antennenleitung ist eine weitgehende Anpassung an verschiedene Drahtantennen und Standortbedingungen möglich.

Die Bauteile ganz oben über der Buchse Ant2 bilden das 6 m Filter, der ähnliche Bereich darunter den 2. Teil des Aliasingfilters für den Bereich bis 30 MHz.

Der Filterblock in der Mitte besteht aus je 5 unabhängig voneinander schaltbaren Hoch- und Tiefpassfiltern 5. Grades. Sie werden durch hochwertige Photomos-Relais eingeschaltet, der komplette Block kann durch mechanische Relais überbrückt werden. In den Filtern wurden ebenfalls hochwertige Bauteile verwendet, die trotz der kleinen Bauform und des engen Aufbaus dämpfungs- und intermodulationsarme Filter ermöglichen. Die Weitab-Sperrdämpfung liegt bei ca. 70 - 80 dB abhängig vom Frequenzbereich, die Einfügedämpfung bei ca. 1 - 2 dB.

Folgende Eckfrequenzen (Achtung, Angabe der -1 dB Frequenzgrenzen, da die Messgenauigkeit des RDR54 entsprechend spezifiziert ist) sind realisiert.

Hochpässe: 75 kHz, 1,8 MHz, 3,6 MHz, 7,0 MHz, 10,0 MHz, 14,0 MHz

Tiefpässe: 170 kHz, 2,0 MHz, 3,8 MHz, 7,2 MHz, 11,0 MHz, 31,0 MHz

Beim Hochpass 75 kHz handelt es sich nur um einen zusätzlich vorschaltbaren Kondensator zur Dämpfung starker Niederfrequenzsignale (“Netzbrummen”), die aufgrund der prinzipiell bis Gleichspannung reichenden vollen Empfindlichkeit des ADC zu Störungen führen können. Der 31,0 MHz Tiefpass ist das nie abschaltbare Aliasingfilter. Es ist deshalb aus speziellen kernlosen Induktivitäten und Mikrowellen-Leistungskondensatoren aufgebaut.

Die Frequenzen wurden so gewählt, dass beim Empfang von Amateurfunkbändern jeweils eine scharfe Filterung unterhalb- und oberhalb liegender Frequenzbereiche möglich ist. Alle Filter können automatisch beim Abstimmen der Hauptfrequenz des Gerätes geschaltet, oder jede beliebige Kombination kann manuell gewählt werden. Damit kann unter schwierigen Empfangsbedingungen ein Signal auch auf eine Filterflanke “gelegt” werden.

Das folgende Bild zeigt beispielhaft die realisierten Frequenzgänge der Filter (Programm “RFSim99”). Hier sind der 10 MHz-Hochpass und der 11 MHz-Tiefpass gleichzeitig eingeschaltet. Die tatsächlichen Werte entsprechen gut der Simulation, die Filter beeinflussen sich untereinander praktisch nicht.

Wesentlich für die Mess- und Empfangsergebnisse ist allerdings die Filterkurve bzw. Flankensteilheit der einzelnen Bins des Spektrums. Sie bestimmt letztendlich die maximal erreichbaren Selektionswerte. Das folgende Bild zeigt die Lage der Filterflanke eines Bins in höchster Auflösung (2,5 Hz) relativ zur Bin-Mitte, sowie die Lage der benachbarten Bins.

Die Bins überlappen soweit, dass kein Signal mehr als 0,1 dB gedämpft wird. Die Auflösung der dargestellten Simulation endet leider bei 130 dB, real werden fast immer über 140 dB erreicht, 136 dB sind garantiert.

Für höhere Auflösung gibt es hier ein PDF.

Zur Kalkulation der Filterflanke bei größeren Binbreiten können die Frequenzwerte einfach mit dem entsprechenden Faktor multipliziert werden.

Bei z. B. 10 Hz Bins (minimal für Sprachwiedergabe notwendig) also mit dem Faktor 4. In diesem Fall beträgt die Breite der Filterflanke von 0,1 dB bis 136 dB rund 25 Hz.

Natürlich “klingeln” auch diese “Bin-Filter”. Die praktische Einschwingzeit (ca. 10 % des Endwertes) entspricht in etwa dem Kehrwert der Binbreite (Beispiel 10 Hz -> 0,1 s).

Beispiele für Geräteeinstellungen

Nachfolgend einige Beispiele der Einsatzmöglichkeiten und Messergebnisse.

Durch den Empfang eines genauen Trägersignals von Rundfunk- oder Bakensendern kann der interne Taktoszillator auf Abweichungen kleiner 1 Hz kalibriert werden. Dazu ist die höchstmögliche Auflösung einzustellen (hier mit Receiver-Karte RDR25C1 gleich 2,5 Hz / Pixel). Der Oszillator ist exakt kalibriert, wenn der Träger wie dargestellt auf der Grenze zwischen Spalte 255 und 256 liegt (gleichmäßig “verteilt” auf beide Spalten). Mindestens die mittlere Gitternetzlinie (Spalte 256) sollte als Markierung eingeschaltet sein.

Die Kalibrierung ist jederzeit bei weiterlaufender Spektrumanzeige im Dialog für die Speicher erreichbar (Taste F1, wenn nicht grade zur Schrittweiteneinstellung aktiv). Der Kalibrierwert wird sofort nichtflüchtig gespeichert.

Ein weiterer Dialog (“Set Up”, immer über Taste F3 erreichbar) ermöglicht die Einstellung verschiedener Optionen für die grundlegenden Gerätefunktionen (z. B. Auswahl der Vorfilter, hier beide auf Automatik gestellt) und der Darstellung (z. B. Zahl der horizontalen und vertikalen Gitternetzlinien). Die anzeigespezifischen Einstellungen gelten unabhängig voneinander für den gerade angezeigten Kanal. Bei Darstellung des Videokanals sind die Audio-typischen Einstellungen nicht sichtbar.

Neben der Darstellung des Spektrums als Messkurve (auch als “Vollspektrum”, bei dem der gesamte Bereich unterhalb der Kurve gelb gefüllt wird) kann der Videokanal auf die Darstellung eines Wasserfalldiagramms umgeschaltet werden. Im Beispiel einige CW- und SSB-Signale sowie Störungen (benachbartes DSL-Modem) im 40 m Amateurfunkband. Die Laufgeschwindigkeit des Wasserfalls (von oben nach unten) kann in 3 Stufen auf 0,35 s, 0,7 s und 1,4 s pro Teil eingestellt werden. Maximal sind also 11,2 Sekunden des Geschehens sichtbar. Die Darstellung kann jederzeit gestoppt und wieder aktiviert werden.

Die Einstellwerte für Pegelobergrenze und Pegelauflösung werden bei Darstellung des Wasserfalldiagramms an die Farbtabelle verschoben, welche die den jeweiligen Pegelwerten zugehörigen Farben darstellt. Für jedes vertikale Skalenteil der normalen Messkurvenanzeige sind 2 Farbstufen vorgesehen. Die Pegelauflösung kann auch bei der Wasserfalldarstellung bis herab zu 2 dB / Teil, also 1 dB / Farbstufe eingestellt werden.

2 Beispiele zur unterschiedlichen Analyse der Qualität eines Signals abhängig von der gewählten Auflösung. Der enorme Dynamikbereich (das Eigenrauschen liegt bei Darstellung mit 2,5 Hz / Pixel unter -130 dBm) erlaubt ein direktes Ablesen des Seitenbandrauschens und der Nebenwellen von diskreten Signalen. Die oberen 2 Bilder für einen HF-Generator Marconi 2019A, unten das Signal des RDG10B.

Die Kurven verdeutlichen auch die sehr steilflankige Arbeitsweise der Zeit- Frequenztransformation im RDR54. Die vertikale Skalierung beträgt 20 dB / Teil!

Für einen Empfänger ist die Unempfindlichkeit gegenüber Intermodulationsstörungen ein wesentlicher Qualitätsparameter. Im Bild das Signal des RDG10B mit 2 Signalen im Abstand von 32 kHz bei ca. 9 MHz. Die Signale liegen dicht unter der Aussteuerungsgrenze (0 dBm ohne Abschwächer), wobei hier das Summensignal beachtet werden muss (+6 dB gegenüber einem einzelnen Träger). Trotz eingeschalteten Vorfiltern (rechts oben) liegt der IM-Abstand bei -92 dB.

Dies ist der IM-Abstand des Generators, nicht der des RDR54! Für einen einzelnen IC der verwendeten ADC gibt der Hersteller einen IM-Abstand größer -100 dB an. Die Gegentaktschaltung zweier ADC erhöht ihn noch weiter. Daraus ergibt sich ein “fiktiver” IP3 von > 44 dBm bei Vollaussteuerung (zwei -6 dBm Signale).

Die Problematik “Intermodulation” ist allerdings bei Digitalempfängern eine wesentlich andere, als die der herkömmlichen Analoggeräte und damit beispielsweise nicht durch die übliche Angabe des IM-Schnittpunktes (IP) beschreibbar. Vielmehr spielt der IM-Abstand eine wesentliche Rolle, da er einerseits durch Pegeländerungen kaum beeinflusst wird (im Gegensatz zu Analoggeräten), andererseits aber stark durch das augenblicklich verarbeitete Signalgemisch (Spektrum am Eingang des ADC) durch den sogenannten Dither-Effekt (Linearisierung der IM verursachenden Nichtlinearitäten des ADC bei gleichzeitiger Digitalisierung vieler verschiedener Signale). Da dieser Effekt bei einem Empfänger praktisch immer wirksam ist, liegt der IM-Abstand noch um weitere ca. 10 - 20 dB höher, je nach Aussteuerung.

Ein weiterer wichtiger Parameter ist die Empfindlichkeit des Empfängers. Beispielhaft wurde der Zeitzeichensender DCF77 empfangen, um besonders die auch im unteren Frequenzbereich hohe Empfindlichkeit zu zeigen. Dazu ist an Ant1 (Vorverstärker mit 0 Ohm Eingangsimpedanz eingeschaltet) lediglich eine kurze Messleitung angeschlossen, deren Ummantelung berührt wurde (nicht die blanke Anschlussklemme). Trotz des direkt daneben stehenden Notebooks (links im Wasserfall sind Störungen zu erkennen) gelingt der Empfang einwandfrei.

ADC-Modul RAD17D

Das ADC-Modul RAD17 Version C (siehe oben) zeichnet sich durch extrem hohe Intermodulationsfestigkeit und sehr gute Messgenauigkeit aus. Die Empfindlichkeit ist gut, besonders aber über ca. 10 MHz liegt das Eigenrauschen im Bereich des Antennenrauschens bei guten Empfangsbedingungen. Kleine Signale können deshalb verdeckt werden oder sind nicht gut verständlich.

Das Modul in der Version D besitzt einen speziellen Vorverstärker in diskreter Schaltungstechnik. Dazu werden im unteren Frequenzbereich bis 1,8 MHz (Klein-) Leistungs-MOSFET in Komplementär-Gegentaktschaltung (“CMOS”) eingesetzt. Der Signalweg ist komplett symmetrisch aufgebaut, wodurch sich Rauschen und Verzerrungen weiter verringern.

Das folgende Bild zeigt das Eigenrauschen des RDR54 beim Einschalten dieses Verstärkers.

Freunde des Funkempfangs auf sehr niedrigen Frequenzen werden sich über das kaum ansteigende Rauschen bis herab zu wenigen kHz freuen. Selbst bei 1 kHz liegt das Grundrauschen noch unter -120 dBm, oberhalb ca. 70 kHz dann unter -130 dBm. Diese Werte sind breitbandig ermittelt, so wie man hört, ohne die in der “SDR-Szene” übliche starke Dämpfung der sichtbaren Rauschspitzen mittels PC-Software.

Bei hoher Auflösung, z. B. für Messzwecke oder schmalbandigen CW-Betrieb, erreicht der RDR54D noch höhere Empfindlichkeit, wie das nächste Bild zeigt.

Hier ist die Auflösung auf 2,5 Hz / Spektrallinie gestellt. Es erfolgt keine Glättung oder Interpolation des Spektrums! Bei einer Demodulatorbandbreite von 20 Hz liegt das Eigenrauschen bereits unter -140 dBm (Messgrenze des S-Meters). Auf einer Empfangsfrequenz von 51,2 kHz!

Dieser hervorragende “NF-Verstärker” hat eine obere Grenzfrequenz von ca. 2 MHz, je nach Verstärkung. Deshalb wird für den Bereich ab 1,8 MHz bis zur oberen Frequenzgrenze (je nach Gerät bis zu 154 MHz) ein anderer Verstärker eingesetzt. Er besteht aus Gallium-Arsenid Transistoren, wie sie üblicherweise im GHz-Bereich verwendet werden. Durch eine spezielle Schaltungstechnik (und wiederum symmetrische Gegentaktschaltung) arbeiten sie im RAD17D-Modul aber schon ab ca. 1 MHz mit sehr guten Werten.

Ab 1,8 MHz kann der GaAs-Verstärker eingeschaltet werden. Bereits hier erreicht er noch bessere Rauschwerte als der CMOS-Verstärker. Seine volle Leistungsfähigkeit zeigt sich im höheren Frequenzbereich, in dem übliche Kurzwellenempfänger bereits wieder unempfindlicher werden. Im folgenden Bild deshalb die Werte bei 30 MHz.

Die Auflösung ist wiederum auf 2,5 Hz / Spektrallinie eingestellt. Bei diesem schmalbandigen Betrieb ist das S-Meter längst nicht mehr in der Lage, den Pegel zu messen. Trotzdem wird ein Signal von -146 dBm (kleinstes noch genau reproduzierbares Signal in unserem Messlabor) deutlich über dem Rauschen angezeigt.

Das MDS (Minimum Discernable Signal, kleinstes erkennbares Signal) liegt bei ca. -150 dBm. Mit einer Glättung der Rauschspitzen sogar noch deutlich darunter. Ab CW-Bandbreiten von kleiner 200 Hz liegt es auch im Hörbereich (Definition als Pegel gleich dem Rauschpegel) unter -140 dBm. Damit muss die Bandbreite nicht einmal extrem minimiert werden, um noch sehr kleine Signale aufnehmen zu können.

Solche extrem guten Rauschkennwerte sind leider häufig mit schlechten Verzerrungswerten verbunden. Nicht so beim RAD17D: Durch die aufwendige Schaltungstechnik (im gesamten Verstärker arbeiten 10 Transistoren) sind auch sehr gute Großsignaleigenschaften vorhanden. Diese werden üblicherweise durch IM-Messungen spezifiziert, wobei besonders die entstehenden Mischprodukte 3. Ordnung betrachtet werden. Sie liegen meistens nah am Träger (gleicher Abstand wie die Differenz zweier intermodulierender Träger) und stören deshalb besonders.

Dieses Bild zeigt so eine Situation. 2 starke Signale intermodulieren und die erzeugten Störsignale können kleine Empfangssignale verdecken. Dies wäre im gezeigten Beispiel der Fall, wenn auf 9,93 MHz (Mittellinie) empfangen wird. Das IM-Signal der beiden starken Signale (je -10 dBm) erreicht  -94 dBm. Der IM-Abstand beträgt damit 84 dB.

Ein sehr guter Wert für einen so rauscharmen Empfänger (in diesem Fall aber nicht auf volle Verstärkung geschaltet). Mit 2 Signalen von je -10 dBm (Summe = -4dBm) sind die allermeisten Empfänger bereits total übersteuert. Der errechnete IM-Schnittpunkt (IP3), ein fiktives Maß zum Vergleich verschiedener Geräte, beträgt im Beispiel +32 dBm.

Weitere Besonderheiten des RAD17D Moduls

Im obigen Bild ist zu sehen, dass das “HF-Filter” (im grauen Panel unter dem Spektrum) keinen breitbandigen Bereich zeigt (wie sonst in allen anderen RDRxx Empfängern), sondern nur eine Frequenz. Im RAD17D sind (fast) keine schaltbaren Filter vorhanden, sondern die Vorselektion für die ADC wird durch einen echten Preselektor realisiert.

Er besteht aus einem zweikreisigen, abstimmbaren Bandfilter. Genauer gesagt aus 3 Stück davon:

• 0,5 - 1,8 MHz
• 1,8 - 8 MHz
• 8 - 18 MHz

Zum Austausch des Moduls in Geräten RDR54 C sind einzelne RAD17D Module verfügbar.

ADC-Modul RAD17DF

Eine Weiterentwicklung des ADC-Moduls RAD17D ist die Version 17DF. Dieses Modul enthält zusätzlich Vorverstärker und Filter für das 3 m FM-Rundfunkband und für das 2 m Amateurfunkband (144 - 154 MHz, ab 148 MHz ansteigende Dämpfung). Es kann damit das separate Modul RFM32 für UKW-Empfang ersetzen.

                           RAD17DF      Hier in einem Transceiver RDR54D1 eingebaut.

Das UKW-Teil im RAD17DF kann den Vorverstärker des ADC-Moduls nutzen und erreicht damit um ca. 4 dB niedrigere Rauschwerte gegenüber dem Modul RFM32B. Es eignet sich deshalb hervorragend für UKW-DX im Rundfunkband oder auf 2 m. Die IM-Festigkeit ist aufgrund der Verwendung von GaAs-Transistoren und hochselektiven Filtern  (im 2 m Band fest, im 3 m Band automatisch mitlaufend abgestimmt) sehr gut.

Bei Bestellung eines RDR54D mit UKW wird das Modul RAD17DF ab sofort standardmäßig eingebaut. Damit ergibt sich sogar ein günstigerer Preis gegenüber dem getrennten UKW-Modul RFM32B. Dieses ist nur noch auf Anfrage lieferbar.

Muting-Modul RAS12A

Dieses Modul kann vor ein ADC-Modul geschaltet werden, um das Eingangssignal abzutrennen. Dadurch ist eine Unterdrückung starker Signale von bis zu 70 Veff möglich. Hauptanwendungsgebiet ist die Abschaltung der Antenne beim Anschluss von Sendern.

Die Abschaltung des Eingangs erfolgt über den Anschluss “PTT” durch Auftrennung des Signalpfades mittels eines unhörbaren und schnellen Reed-Relais. Dieses Relais schaltet im Normalfall (Empfang) den Eingang “INPUT” über eine Frequenzweiche auf die Ausgänge “ANT1” und “ANT2”, die direkt mit den entsprechenden Eingängen des ADC-Moduls verbunden werden können. “INPUT” wird dann vom Sende-/ Empfangsumschalter des Senders gespeist.

Bei Aktivierung des PTT-Signals wird der Eingang sofort getrennt. Außerdem erfolgt im Gerät eine Deaktivierung der Regelung und eine drastische Verminderung der Verstärkung. Nach Deaktivierung des PTT-Signals wird der Eingang sofort wieder angeschaltet, aber die Regelung / Verstärkungseinstellung wird erst nach einer einstellbaren Zeit wieder zugeschaltet. Die Regelung wird dann exakt wieder auf den Wert vor der Abschaltung gesetzt (Verhinderung von Desensibilisierung).

Das Muting-Modul enthält Schutzvorrichtungen zur Begrenzung kurzzeitiger Überspannungen:

• Grobschutz 90 V Gasentladungsableiter mit 10 kA Belastbarkeit und Lösch-Varistor.
• Feinschutz 5 V Transzorb-Diode mit 16 A Belastbarkeit.

Der Vorverstärker hat einen 1 dB Eingangs-Kompressionspegel von ca. 0 dBm. Da er nicht abschaltbar ist, muss zur Ausnutzung dieser hohen Aussteuerbarkeit der Abschwächer des ADC-Moduls ab ca. -13 dBm Eingangspegel eingeschaltet werden.

DAC-Modul RDA31

Für den RDR54 / 160 wurde ein Analog-Digital-Converter-Modul entwickelt. In diesem Modul sind die besten Audio-DAC mit 24 Bit Auflösung und bis zu 200 kHz Samplerate enthalten (derzeit PCM1794A oder AD1955), sowie ein Dual 16 Bit High-Speed DAC mit sehr hoher Nebenwellendämpfung. Es kann verschiedene Signale mit sehr hoher Präzision und Rauschfreiheit ausgeben:

• Die beiden Stereokanäle bei UKW-Rundfunkempfang.
• Zwei unabhängig voneinander generierbare Signale im Bereich von 0 - 80 kHz.
• Zwei gemeinsam generierbare Signale (“Zweiton”) im Bereich von 80 kHz - 150 MHz.
• Ein beliebig modulierbares Signal im Bereich von 80 kHz bis 150 MHz.

Das DAC-Modul RDA3x gibt es in verschiedenen Ausführungen.

                       RDA31A     Hier im High-End FM-Tuner RDR160.

Die Ausführung RDA31A enthält einen Stereo Audio-DAC und einen Kopfhörer-Verstärker. Dieses Modul ist für die Ausgabe hochwertiger Audio- oder Mess-Signale bis 80 kHz verwendbar. Der Kopfhörer-Verstärker liefert bis zu 3 Veff mit 100 mA Belastbarkeit über interne Verbindungen an jede Baugruppe. Die untere Grenzfrequenz ist 0 Hz, d. h. es können auch präzise Gleichspannungssignale erzeugt werden.

Im RDR160 speist das RDA31A-Modul den frontseitigen Kopfhöreranschluss und kann die Audiosignale einstellbar an den Cinch-Buchsen ausgeben (“geregelte Line-Ausgänge”).

Eine Variante 31B mit Klinkenbuchse direkt am Modul ist verfügbar. Damit können Kopfhörer oder Lautsprecher bzw. Verstärker direkt an der Rückseite angeschlossen werden. Es ist dann keine Verkabelung an der Frontseite erforderlich.

High-Quality Exciter-Modul RDA31C

Das DAC-Modul RDA30/31 wurde weiterentwickelt zur Verwendung als “Exciter” (Sendesignal-Generator) für den Betrieb des RDR54 als Transceiver mit externem Leistungsverstärker (PA). Dabei wurde auf besonders hohe Signalqualität Wert gelegt. Es werden modernste Dual 16 Bit DAC mit spezieller Taktgenerierung benutzt. Das RDA31C-Modul kann folgende Signale erzeugen:

• Ein- oder Zweiton- Messsignale im Bereich von 81,92 kHz - 154 MHz.
• Modulierte Signale (aus Mikrofon- und Tasteneingang) in AM, DSB, SSB, CW, FM-Narrow und FM-Wide.
• Einstellbare Anstiegs- und Abfallflanken für alle Signale außer dem AM-Träger.
• PTT-Signal mit einstellbarer Verzögerung (Sende-Empfangsumschaltung).

Das Exciter-Modul RDA31C kann nur in Verbindung mit einem ADC-Modul betrieben werden, welches eine hochqualitative Taktquelle zur Verfügung stellt (z. B. RAD18DF, siehe weiter unten). Die folgenden Bilder zeigen einige Beispiele für die damit erzielbare Signalqualität.

Eintonsignal (CW) bei 30 MHz. Der Mittelwert des angezeigten Rauschens liegt ca. 10 dB über dem üblichen Messwert “Einseitenbandrauschen in dBc/Hz”. Dieser erreicht also schon in wenigen 100 Hz Abstand vom Träger -130 dBc. Für ein frei modulierbares und in 0,5 Hz Schrittweite einstellbares Signal ein guter Wert.

Wie jedes digital generierte Signal enthält auch das des RDA31C bei bestimmten Frequenzen einen erhöhten Anteil nichtharmonischer Nebenwellen. Bei “kritischen” Frequenzen (z. B. ganzzahlige Teiler der Taktfrequenz, hier um 15,252 MHz) liegen diese nah am Träger und stören. RDA31C erreicht sehr gute 92 dBc Nebenwellenabstand. Oberhalb 87,5 MHz sind etwas geringere Werte möglich.

Wichtig für eine gute Modulationsqualität und für Anwendungen im Messgeräte-Bereich ist ein hoher Intermodulationsabstand. Bei Nennpegel 0 dBm (2 Signale mit je -6 dBm) erreicht RDA31C -86 dBc zum Träger entsprechend -92 dB bezogen auf PEP. (Hier liegt allerdings die Messgrenze, da diese Messung schon einen IP3 des aufnehmenden ADC von > 45 dBm erfordert.)

Bei voller Ausnutzung des möglichen Ausgangspegels (+7 dBm) steigen die IM3-Pegel auf -70 dBc bzw. -76 dB (PEP). Immer noch weit unter den üblichen Pegeln von Leistungsverstärkern bei voller Leistung und damit gut zu deren Ansteuerung geeignet.

Der Modulator im RDA31C arbeitet extrem linear und übersteuerungsfest. Selbst bei totaler Übersteuerung des Mikrofoneingangs (roter Modulationsbalken im Sender-Panel und sichtbare Oberwellen innerhalb des Modulationsspektrums) werden kaum Signale außerhalb der Senderbandbreite (“Splatter”) erzeugt. Die scharfe Filterflanke bleibt vollständig erhalten.

Das gilt auch für alle anderen Modulationsarten wie AM, FM-W oder hier beispielhaft gezeigt FM-Narrow. Der Hub wird niemals extrem in Nachbarkanäle vergrößert.

Quad-ADC-Modul RAD18DF

Das ADC-Modul RAD18 wurde ursprünglich für den RDR160 als reines UKW-ADC-Modul zum Erzielen von High-End FM-Empfang entwickelt. Der betriebene Aufwand ermöglicht ebenso exzellente Eigenschaften im Bereich 0 - 54 MHz. Deshalb wurde eine Version DF (“F” = 3 m und 2 m Band, immer mit eingebaut) für diesen Bereich geschaffen. RAD18DF zeichnet sich durch folgende Eigenschaften aus:

• 4 Stück der rauschärmsten verfügbaren 16 Bit ADC in Doppel-Gegentaktschaltung.
• Fest eingebauter Vorverstärker mit “Boost”-Möglichkeit und hohem IP.
• Preselector und 20 dB Abschwächer aus RAD17D (siehe weiter oben) verwendbar.
• Spezieller rauscharmer Taktausgang zur synchronen Steuerung weiterer Baugruppen (DAC).

RAD18DF ist in jeden existierenden RDR54 Receiver / Transceiver einbaubar (ältere ADC-Module müssen ausgebaut werden). Die folgenden Bilder geben einen Überblick zu den Eigenschaften  und können direkt mit dem Standard-ADC RAD17D (siehe weiter oben) verglichen werden.

In der “Boost”-Stellung des Vorverstärkers (angezeigt 6 dB im unteren Panel) sinkt die Rauschlinie (entspricht etwa dem MDS bei CW 500 Hz Bandbreite) bis herab in den NF-Bereich auf -137 dBm. Eine Verbesserung gegenüber dem schon recht rauscharmen RAD17D um 8 dB.

Auf UKW werden -150 dBm erreicht. Dazu musste extra der Anzeigebereich von Spektrum und S-Meter erhöht werden. Das S-Meter arbeitet auch auf UKW bis weit unter S0 genau.

Der Intermodulationsabstand beträgt bei Vollaussteuerung (-8 dBm, entspricht 2 Signalen mit -14 dBm) 86 dB. Das entspricht einem IP3 von +29 dBm. Der Preselector ist im gezeigten Bild eingeschaltet. Ohne ihn steigt der IP um einige dB auf etwas über +30 dBm.

Exciter RDA31D1 bis D3

RDR54 Receiver lassen sich durch Einbau eines “Exciters” (HF-Signalgenerator) zum Transceiver erweitern. Bisher stand neben dem schmalbandigen Polar-Sender für die KW-Amateurfunkbänder nur ein breitbandiges Exciter-Modul RDA31C mit maximal 5 mW Ausgangsleistung zur Verfügung.

Dieses wurde nun in Version D auf 3 verschiedene Varianten erweitert. Besonders die Variante D3 mit bis zu 0,5 W Ausgangsleistung ermöglicht eine vereinfachte Ansteuerung externer Leistungsverstärker (PA). Alle Module enthalten 2 Stück 16 Bit ADC mit bis zu 667 MHz Taktfrequenz. Sie können bei Vorhandensein des ADC-Moduls RAD18 über eine interne Spezialverbindung äußerst saubere und IM-arme Signale erzeugen. Aber auch ohne RAD18 können die RDA31D-Module sehr gute Rausch- und Nebenwellenabstände mit ebenso geringen IM-Verzerrungen erzeugen.

Die einzelnen Varianten unterscheiden sich nur in den möglichen Ausgangspegeln und Frequenzbereichen (siehe Bild oben mit allen eingebauten Modulen). Grundsätzlich ist der Ausgangspegel vom angegebenen Maximalwert in 0,1 dB Stufen um bis zu 13 dB verminderbar. Ausnahme ist RDA31D2: Der Pegel ist in 1 dB Stufen bis herab zu -120 dBm einstellbar.

RDA31D2 und D3 besitzen je 2 HF-Ausgänge. Diese arbeiten gegenphasig und erlauben bei Einstellung gleicher Pegel die Erzeugung eines Erd-symmetrischen Signals.

Oberhalb 54 MHz ist der angegebene Maximalpegel immer um 3 dB vermindert.

Alle Module sind mit jeder am RDR54 einstellbaren Modulationsart modulierbar (ab Software Version V314). Auch FM-Wide (nur Mono) und digitale Betriebsarten mit einstellbarer Shift von Filtermitte zu Mark und Space sind erzeugbar. Die Module besitzen interne Testgeneratoren zur Erzeugung präziser Ein- und Zweitonsignale für Messzwecke. Der PTT-Ausgang ist open-drain low aktiv und damit zum Schalten üblicher PA geeignet. Zeit-Sequenzer für PTT und aktive Signalausgabe sind in weiten Bereichen einstellbar.

Ausgangspektrum des RDA31D3 bei 0,5 W PEP (20 dB Dämpfungsglied vorgeschaltet) auf 10 m.

Der IM3-Abstand zu den Trägern erreicht knapp 60 dBc, auf Maximalleistung bezogen liefert das Modul 0,5 W mit IM3a = 64 dB (PEP). Das Rauschen liegt bei ca. -97 dBc (Taktansteuerung von RAD18). Bei tieferen Frequenzen steigt der IM-Abstand und sinkt das Rauschen. Im 6 m Band sind die Werte geringfügig schlechter.

Alle anderen Module mit geringerer Ausgangsleistung liefern IM-Abstände bis 90 dBc (KW-Bereich).