HF Bandpaesse

Zitat von dl1sdz

Sind sie alleine dafür da, um nachfolgenden Schaltgruppen die Arbeit zu erleichtern?

Sie sind vornehmlich dazu da, um die nachfolgenden Baugruppen mit ihren Nichtlinearitäten von der Belastung durch die breitbandigen Summensignale (Empfangssignale und Rauschen) zu entlasten und in leichter verarbeitbare Häppchen aufzuteilen. Da Rauschleistungen abhängig von der Bandbreite sind, wird auch die Rauschleistung reduziert. Mehr dazu am Schluss.

Zitat

Wenn ein starker Sender harmonische Ausstrahlungen macht und einer dieser Harmonischen liegt genau im Bandpass: Dieser bleibt doch in voller Schönheit erhalten?

Korrekt. Da es sich um einen Band-Pass handelt geht Alles durch was ins Band passt.

Zitat

Warum werden bei guten Directsampling SDRs analoge Bandpaesse vor die ADCs geschaltet? Subjektiv ist der gefilterte Bandausschnitt ruhiger und naheliegende Stationen können weggefiltert werden, beeinflussen nicht mehr die Randfrequenzen.

Zum einen aus dem gleichen Grund wie oben schon erwähnt: um den Analog/Digital Converter von den gleichzeitig in Summe anstehenden Signalleistungen zu entlasten und andererseits um Spiegelfrequenzempfang durch Aliasing an der Abtastfrequenz zu vermeiden.

Zitat

Warum nimmt man nicht digitale Filter, die doch eigentlich eine wesentlich bessere Wirkung haben müssten ( bis zur Frequenz xxxx Hz kommt alles in die Tonne)?

Bevor ein digitales Filter zur Anwendung kommen kann, muss ein analoges Signal erst einmal in einem Analog/Digital Wandler digitalisiert werden.

Generell kann man annehmen: Aktive Bauelemente wie Verstärker und auch A/D Wandler sind nicht ideal und weisen immer eine gewisse Nichtlinearität im Übertragungsverhalten auf. An der nichtlinearen Kennlinie einer Übertragungsfunktion oder durch Quantisierungsfehler bei der Wandlung entstehen durch Multiplikation/Mischung aller gleichzeitig anstehenden Signale Mischprodukte, die mathematisch mit den Gesetzen einer Taylor-Reihe oder einer Potenzreihe beschrieben werden können. Es entstehen also nach den mathematischen Gesetzmäßigkeiten unendlich viele Mischprodukte unterschiedlicher Frequenzen mit unterschiedlichen Amplituden (=Intermodulation). Siehe: http://hochfrequenzbraune.de/N…n_und_Intermodulation.pdf

Diese unerwünschten Intermodulationsprodukte sind um so ausgeprägter je mehr Signale gleichzeitig verarbeitet werden müssen und je stärker diese Signale sind. Darum versucht man dieses Problem dadurch klein zu halten, in dem man die Zahl der in Summe gleichzeitig anstehenden Singale begrenzt. Und das geht am besten mit einem passiven Bandpassfilter, das dem nichtlinearen aktiven Bauelement vorgeschaltet wird. Großzügig dimensionierte passive Bandpassfilter weisen geringe bzw. vernachlässigbare NIchtlinearitäten im Vergleich zu aktiven Elementen auf.

Ist ein analoges Signal erst einmal so digitalisiert, dass keine nennenswerten unerwünschten MIschprodukte dabei entstanden sind, kann danach nach Belieben mit Hilfe von Digital Signal Prozessing gefiltert werden.

Mehr Background:
Basics of Designing a Digital Radio Receiver
Understanding High Speed ADC Testing and Evaluation

73
Günter

Ja, Hajo,
wir vergessen leicht, dass ein Analog-Digital-Converter im Grunde ein analoges aktives Bauelement mit nicht-idealer Übertragungsfunktion ist. Und damit sind bei einem SDR vor der A/D Wandlung die gleichen Dinge wie bei einem analogen Empfänger Frontend zu berücksichtigen.

73
Günter

Hajo ich kann diese Stelle nicht finden.

Aber ich kann mir vorstellen, dass damit die "Process Gain" gemeint ist. Die Tatsache, dass eine Verdoppelung der Sampling Rate eine Verbesserung des Grund-Rauschens um 3dB bewirkt. Das nutzt man ja auch bei den Direct-Conversion Receivern aus, in dem man nach der Wandlung mit einem Decimationsfilter den Empfangsbereich runterrechnet. Mit einem 128 MBit/s Wandler kann ich theoretisch nach Nyquist einen Empfangsbereich von 64MHz realisieren. Decimiere ich den Bereich so dass ich nur noch Segmente von 6,4Mhz Breite gleichzeitig empfangen kann, kann ich durch dieses "Oversampling" theoretisch einen Prozessgewinn von 10log(Samplerate/Bandbreite) = 23dB verbuchen, der mir mein MDS um diesen Betrag verbessert.

Sie Seite 2 unter "Oversampling and Process Gain" in dem schon oben erwähnten Artikel:
http://www.analog.com/media/en…les/480501640radio101.pdf

73
Günter

Hallo Hajo und Günter,
danke für die gute Frage und an Günter für die Erklärungen und links.

72
Gerhard

Hallo Raimund, hallo Hajo,

ich glaube, ihr solltet Euch mal über die Definition von breit- und schmalbandig unterhalten. Für den einen sind 100kHz (die z.B. ein Magloop noch empfängt) sehr schmal, für den anderen sind 40 kHz (CW-Bereich auf 40m) schon ganz schön breit.

Und SDR heisst nicht zwangsläufig grafische Darstellung eines Bandausschnuttes. SDR ist auch ein RX-Konzept so wie es Doppelsuper oder Direktüberlagerer es auch sind.

Zitat von dl1sdz

Wenn ich vor den SDR eine schmalbandige abstimmbare Magnetantenne hänge, kann ich mir den Bau von Tief- und Bandpaesse ersparen?

Radio Eriwan würde anworten: im Prinzip Ja!
Jede Form von Vor-Selektion entlastet die A/D Wandler im Frondend und mindert die Gefahr der Entstehung von unerwünschten Mischprodukten. Je schmaler ein Bandpass oder je schmaler die Vorselektion oder je schmalbandiger eine Antenne , desto weniger Gefahr besteht, dass sich durch Summensignale unerwünschte Mischprodukte bilden. Auf der anderen Seite macht man sich damit einen der Hauptvorteile eines Direct-Digital-Sampling SDR zunichte: die Breitbandigkeit. Wenn ein SDR mit 120 MSmaple/s Abtastrate nach Dezimation 6MHz immer noch Bandbreite gleichzeitig verarbeiten kann, ist es schon lästig, wenn man dann von Hand eine Loop oder einben Preslektor nachstimmen muss. Da sind sinnvoll dimensionierte Bandpässe schon vorteilhaft.

Es gilt also den vernünftigen Kompromiss zu finden zwischen der Breite der Bandsegmente und der Großsignalfestigkeit. Meine Erfahrungen mit einem ELAD FDM-S2 Direktsampler zeigen, dass dessen Frontend von Hause aus schon erstaunlich großsignalfest ist. Schmale Vorselektion ist da meist gar nicht erforderlich. Wenn man die Großsignalfestigkeit eines Direktsampling SDR Receivers praktisch erfahren will, kann man dies über den 30MHz Web-SDR in Twente gerne tun. Der hängt an einer breitbandigen Aktivantenne (Prinzip Miniwhip) und arbeitet ohne Vorselektion direkt auf die ADC.http:// http://websdr.ewi.utwente.nl:8901/</a>

73
Günter

Zitat von dl1sdz

Dies bedeutet fuer mich, dass ich im Empfangsfall ausser bei 40m damit leben kann.

Du wirst auch auf 40m mit einem guten Direktsampling SDR nicht besser oder schlechter als auf einem anderen Band damit leben können.
Das Problem auf 40m sind (waren) vornehmlich die Außerband Belastungen durch starke KW-Rundfunksender in direkter Nachbarschaft. (Innerband Intermodulation, wie sie teilweise bei weniger durchdachten Empfängerkonzepten Probleme macht, wollen wir hier nicht betrachten)

Nochmal zum darüber meditieren: Die Vorselektion bei einem Empfänger Frontend soll den Mischer oder - im Falle eines SDR den ADC - von den starken Summensignalen wie sie an einer breitbandigen Antenne auftreten entlasten. Man teilt den Empfangsbereich sinnvollerweise in Frequenzsegmente auf, die man gerade so breit macht, dass im Frontend keine oder nur vernachlässigbar kleine unerwünschte Mischprodukte entstehen. Für einen reinen Amateurband-Empfänger boten sich Bandpässe an, die gerade mal das jeweilige Amateur-Band durchlassen. Damit wähnt man sich auch bei einem weniger großsignalfesten Emfpängerfrontend auf der sicheren Seite.

Bei einem durchgehenden Empfänger wie z.B. einem breitbandigen SDR sind schmale Bandpässe nicht angestrebt. Wenn ein gutes Empfängerfrontend von Hause aus genügend großsignalfest ist, reicht auch eine scheunentorbreite Vorselektion oder gar keine. Wer ein Gefühl für die Leistungsfähigkeit eines Direktsampling SDR bekommen will, hört einfach mal in den 30MHz breiten Web-SDR in Twente rein und beobachtet dort in der Rush-Our die Situation im 40m Band. Der hängt nämlich an einer breitbandigen Aktivantenne (Prinzip Miniwhip) und arbeitet worst case ohne Vorselektion direkt auf den ADC. http://websdr.ewi.utwente.nl:8901/.

73
Günter

Hallo Hajo

Zitat von dl1sdz

weil ich mein muehsam erworbenes "Wissen" ueber analoge Empfaengertechnik in Bezug auf SDR anwenden wollte, aber wohl ueber Bord werfen kann.

Das solltest du besser nicht über Bord werfen. Für das Frontend eines Empfängers, also den Signalzug vom Antenneneingang bis zum Mischer oder - im Falle eines SDR - bis zum A/D Converter gelten gleichwertige Design-Regeln was die Großsignalfestigkeit betrifft.

Zitat von dl1sdz

Dann reduziert sich die Grosssignalfestigkeit des Empfaengers auf die Qualitaet des ersten ADCs.

Das ist nicht viel anders als beim analogen Empfänger, wo die Qualität des ersten Mischers in der Regel bestimmend ist. Die in Direkt Sampling SDR verwendeten A/D Wandler wie z.B. der LTC2208 von Linear Technology sind schon sehr linear und leistungsfähig. Empfänger wie Perseus, FLEX, ANAN, Reuter oder Elad erspielen sich bei Tests meist Plätze in der Oberliga.

Zitat von dl1sdz

Im Empfangsfall ist damit eine "kleine" breitbandige Antenne vorzuziehen, um keine "starken Summensignale" zu provozieren.

Meine Ansicht dazu: ein Empfänger, der sein Geld wert ist, hat mit jeder Antenne klarzukommen. Ein zuschaltbarer Abschwächer ist m.E. hierzu genauso wichtig wie ein Vorverstärker.

Es ist auch nicht so dass "breitbandig kleine" elektrisch kurze Antennen weniger Summensignale abgeben. Die Leistung, die eine Antenne dem elektromagnetischen Feld entnehmen kann, wird durch ihre Wirkfläche beschrieben. Die Wirkfläche einer elektrisch kurzen Antenne (<< 1/10 Lambda) wie einer Miniwhip ist dabei nur etwa 10 % kleiner als die einer Full-Size Antenne. Die Formel passt zwar schwer in unsere Vorstellung ist aber ein Fakt, den man in der Antennenliteratur z.B. auch im Rothammel gerne nachlesen kann. Einen Haken hat die Sache natürlich: Bei elektrisch kurzen Antennen liegt der Strahlungswiderstand bei tiefen Frequenzen im Milliohm Bereich. Dazu in Serie liegt die Antennen Kapazität von wenigen Picofarad. Man braucht also eine hochohmige Impedanzwandler-Aktivelektronik um die Antennenspannung abzunehmen und auf 50 Ohm zu bringen. Das ist aber die Erklärung, dass eine E-Feld Aktivantenne nach dem Prinzip der MIniwhip über einen großen Frequenzbereich durchweg starke Signale abgibt.

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Günter

Zitat von DL1EGR

Es gibt aber auch noch die Sendesituation.
Für mich als aktiver Sendeamateur ist die "entscheidender", wenn ich das so formulieren darf...

Empfangen ist meines Erachtens die feinere Kunst. Ich finde, dass viele unschöne Entwicklungen auf den Bändern damit zusammenhängen, dass die Qualitäten des (zu)Hörens und Empfangens etwas in Vergessenheit geraten. Ich sehe mich daher in gleichem Maße als Empfangs-Amateur.

Im Gegensaz zu aperiodischen aktiven Empfangsloops habe ich mich mit resonanten Loops zum Senden nie richtig anfreunden können. Zum Einen, weil es mechanisch und elektrisch anspruchsvolle Gebilde sind, zum Anderen, weil sie durch ihre Schmalbandigkeit und ihren problematischen Wirkungsgrad doch einschränken. Meines Erachtens sind Sendeloops dann angebracht, wenn wegen der örtlichen Situation der Aufbau einer besseren Antenne nicht möglich ist. Aber jetzt schweife ich zu weit vom Threadthema ab.

73
Günter