AATiS AS600 und Electraft XG3 im Vergleich am KX3

  • Moin,


    nachdem der AS600-Bausatz in zweifacher Ausfertigung aufgebaut ist, kommt nun mal ein Praxistest am KX3.


    Einmal den Elecraft XG3 in der Stellung -73 dBm. Am KX3 ohne ATU, mit PRE und ohne ATT satte S9 auf 3520 KHz.


    AS600: 3579,55 KHz ebenfalls S9 (ohne ATU, mit PRE und ohne ATT) . Als Abschwächer 70 dB (ein HP 33322G) und einen 3 dB Zwischenstecker.



    Der AS600 liefert ein schönes Sinussignal, während am XG3 ein ziemlich mieses Rechtecksignal erscheint. Das Bild zeigt beide Signale bei 0 dBm.




    73, Holger DL9HDA

  • dl9hda

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  • Sehr aufschlussreich Holger, ich wusste bislang nicht, dass das Elecraft XG3 Teil ein Rechtecksignal abgibt. Das Oszillogramm verdeutlicht mir die Fallstricke, auf die man beim Rückschluss von Spannung im Zeitbereich und HF-Leistung bie so einem "Kalibriergenerator" reinfallen kann. Denn im Zeitbereich sieht man hier eine Spannungsmessung zweier unterschiedlicher Signalformen an 50 Ohm.


    Der über eine Periode gemittelte Wert der Leistung eines Wechselstromsignals ist bekanntlich P = U × I × cos j. Man errechnet die Leistung aus den Effektivwerten von Spannung und Stromstärke sowie der Phasenverschiebung zwischen Strom und Spannung. In Falle des AS600 0dBm Generators geht man an einem guten 50 Ohm Abschluss von einer vernachlässigbaren Phasenverschiebung aus und errechnet die Leistung aus dem errechneten Effektivwert der oszillografierten Spannungsspitzen und dem Widerstand nach dem Zusammenhang P = (0,707xUSpitze)^2/50 Ohm. Dieser vereinfachte Zusammenhang gilt allerdings nur für ein sinusförmiges periodisches Signal. Die Sinusform des AS600 0dBm Generators nach dem Tiefpass ist ziemlich sauber, so dass diese Rechnung zu einem verlässlichen Ergebnis der an 50 Ohm abgegebenen Leistung führt.


    Anders ist es bei dem Elecraft XG3. Der gibt ein verklingeltes Rechtecksignal ab. Die Rechteck-Spannung im Oszillogramm zeigt annähernd die gleiche Spannung wie die Sinusspannung aus dem AS600 an. Wie man aber weiß, ist der Effektivwert eines periodischen Rechtecksignals nicht gleich dem Effektivwert eines Sinussignals gleicher Spannung. Dann darf auch die Leistung nicht so wie beim Sinussignal aus der Spannung berechnet werden.


    In der Produktinformation des XG3 lesen wir: "Kalibrierte Ausgangsleistung (-107 dBm, -73 dBm, -33dBm und 0dBm) zwischen 1.5 und 200 MHz." Was sagt das wohl aus? Entweder ist es die Leistung des periodischen Rechtecksignals, dann gilt das für die Summenleistung der einzelnen Sinus-Frequenzkomponenten aus denen das Rechtecksignal zusammengesetzt ist. Es gilt aber nicht für die Leistung von jedem der diskreten Sinussignalkomponenten im beworbenen Frequenzbereichs zwischen 1,5 und 200 MHz. Das Elecraft XG3 ist m.E. daher treffender als Signal-Spannungsgenerator zu betrachten, der AS600 hingegen gibt, richtig justiert, tatsächlich 0dBm Leistung an 50 Ohm ab.


    73

    Günter

    "For every complex problem there is an answer that is clear, simple, and wrong" (H.L. Mencken)

    Edited once, last by DL4ZAO ().

    • Official Post

    Hallo Holger, hallo Günter,


    entsprechend der Spezifikation von Elecraft, gefunden im QRP-Shop

    "Signal Characteristik: Hochstabiles Rechteck, Phasenrauschen -105 dBc/Hz"

    gibt der XG3 wirklich ein Rechtecksignal aus. Sieht man auch auf dem Bild von Holger.


    Ohne die Rechteckform wäre sicher die folgende Aussage nicht möglich:
    "Oberwellen nutzbar bis 1400MHz"


    Was mich interessierte ist, wie genau ist die Pegelangabe auf der Sollfrequenz.

    Dazu habe ich den XG3 mit meinem FA-Dummy verbunden. Dieses hat einen Ausgang von -40dB.

    Der Analyzer zeigte auf der Sollfrequenz -39dBm bei Ausgabe XG3 auf 0dBm

    Das ist sicher innerhalb der Fehlertoleranzen meiner Messgeräte und des XG3.

    Die ungeraden Oberwellen sind deutlich zu sehen, die ersten bei rund 10dB unter dem Pegel der Sollfrequenz.


    So bald ich mehr Zeit habe beschäftige ich mich etwas intensiver mit dem Thema.


    Viele Grüße

    Jürgen


    PS: Ich finde Günters letzten Satz treffend

  • ... nach dem Zusammenhang P = (0,707xUSpitze)^2/50 Ohm. Dieser vereinfachte Zusammenhang gilt allerdings nur für ein sinusförmiges periodisches Signal. Die Sinusform des AS600 0dBm Generators nach dem Tiefpass ist ziemlich sauber, so dass diese Rechnung zu einem verlässlichen Ergebnis der an 50 Ohm abgegebenen Leistung führt.


    Wie man aber weiß, ist der Effektivwert eines periodischen Rechtecksignals nicht gleich dem Effektivwert eines Sinussignals gleicher Spannung.

    Gemeint ist hier sicher die halbe Spitzen-Spitzenspannung. Das ist richtig, aber ...


    Beim AS600 wird intern ein Rechtecksignal erzeugt und ein Tiefpass sorgt dann für einen recht sauberen Sinus am Ausgang.


    Beim XG3 wird auch ein Rechtecksignal erzeugt und dieses aber ungefiltert auf den Ausgang gegeben. Dieser Generator ist für die Prüfung/ Kalibrierung von Funkempfängern gedacht. Die Funkempfänger sind schmalbandig. Hier übernimmt die Selektion im Rx die Rolle des Tiefpasses beim AS600. Ist der Generator richtig kalibriert, dann "sieht", besser "hört", der Empfänger ein Sinussignal der angegebenen Stärke. Die beim XG3 angegebene Leistung bezieht sich auf das vom Rx gefilterte Sinussignal. Das ganze funktioniert sauber. Man darf nur nicht die Leistung des breitbandigen Rechtecksignals heranziehen.


    73 Ludwig

  • Die von Elecraft angegebenen Output Level sind genau wie angegeben --> 0dBm (+-3dB), -33dBm, -73dBm, -107dBm (+-1dB typ).

    Roger, da wäre interessant, wie wurde hier die Leistung des Rechtecksignals ermittelt?
    Durch Spitzenspannungsmessung und Umrechung auf den Effektivwert? Welcher Umrechnungsfaktor (Crestfaktor) wurde benutzt?


    Der XG3 mit Rechteck-Ausgang eignet sich sehr gut für den Zweck, für den er auch gemacht und gedacht ist, zum Kalibrieren eines Empfänger S-Meters. Denn ein S-Meter ist vom Grunde her ein Spannungsmesser.


    In dem Zusammenhang gibt es aber noch das Bedürfnis, die Anzeige des QRP-Wattmeters von DL4JAL mit Amateurmitteln zu kalibrieren. Mit dem AS600/DL4JAL 0dBm-Sinus-Generator und einem Oszilloskop geht das sehr genau. Es stellt sich dabei die Frage: eignet sich ein Rechtecksignal, wie das aus dem XG3 Signalgenerator, genauso gut zum Kalibrieren des DL4JAL QRP-Wattmeters? Denn ein Rechteck enthält bekanntlich bei gleicher Spannung eine höhere Leistung als ein Sinus.


    Das ließe sich beispielsweise rausfinden, in dem man am QRP-Wattmeter mal 0dB aus den AS600 0dbm-Generator mit dem auf 0dBm eingestellten Rechteck des XG3 vergleicht. Ich vermute, das QRP-Wattmeter wird unterschiedliche Werte anzeigen.


    Die "richtige" Leistung, unabhängig von der Kurvenform, ermitteln die Profis mit einem thermischen Leistungsmesser. Bei einer Leistungsmessung die auf einer einfachen Spannungsmessung an 50 Ohm und Umrechnung auf Leistung beruht, würde sich eine Abweichung zwischen Sinussignal und Rechtecksignal ergeben.


    Background: Measurement and Control of RF-Power - Analog Devices (pdf)


    73

    Günter

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  • Das ließe sich beispielsweise rausfinden, in dem man am QRP-Wattmeter mal 0dB aus den AS600 0dbm-Generator mit dem auf 0dBm eingestellten Rechteck des XG3 vergleicht. Ich vermute, das QRP-Wattmeter wird unterschiedliche Werte anzeigen.

    Auf 3,5 MHz sind die 0-dBm Werte ca. gleich ähnlich.

    Mit der QRG-Erhöhung bei XG3 misst PWR-Meter immer mehr Mißt weil die enorme Oberwelen des XG3-Rechteck-Signals liegen immer mehr außerhalb des Spezifikationsbereiches des Kopplers.

  • Es stellt sich dabei die Frage: eignet sich ein Rechtecksignal, wie das aus dem XG3 Signalgenerator, genauso gut zum Kalibrieren des DL4JAL QRP-Wattmeters? Denn ein Rechteck enthält bekanntlich bei gleicher Spannung eine höhere Leistung als ein Sinus.

    Hallo in die Runde,


    vielen Dank für die interessante Diskussion und die schönen Erläuterungen.


    DL4ZAO: Genau das war auch meine Frage. Da ich nichts anderes an Messmitteln habe, habe ich den AS600 aufgebaut.


    73, Holger DL9HDA

  • Irgendwas ist daran unstimmig.
    Ein Sinus hat den Crestfaktor 1,41 und ein symmetrisches Rechteck den Crestfaktor 1. Also 40% Unterschied im Effektivwert.


    Ermitteln wir doch mal die Leistung der beiden Signale in Holgers Oszillogramm aus den Effektivwerten an Hand der Skalierung. Die Leistung an einem konstanten Widerstand berechnet sich als: Urms^2/R.


    Das Sinussignal des AS600 ist abgelesen mit einem Wert von 0,620Vss.

    Das ergibt einen Effektivwert von (0,620V / 2) / 1,41 = 0,212V

    An 50 Ohm ergibt das eine Leistung von 0,212V^2 / 50 Ohm = 0,9667 mW = -0,145 dBm (geringfügig weniger als der Sollwert von 0dBm)


    Das symmetrische Rechteck aus dem XG3 abgelesen beträgt in der Mitte von Dach zu Dach 0,56Vss

    Das ergibt einen Effektivwert von (0,56V / 2) / 1 = 0,28V

    An 50 Ohm ergibt das eine Leistung von 0,28V^2 / 50 Ohm = 1,568 mW = 1,95dBm (beträchtlich mehr als 0dBm, obwohl die Spitzenspannung niedriger ist als beim Sinus)


    Die Leistung der beiden Signale im Oszillogramm unterscheidet sich um 2,095dBm.


    Was man aus der Überlegung mitnehmen kann ist:

    Leistungsmessgeräte, die lediglich die Spannung an einem bekannten Widerstand auswerten (dazu zählen Diodengleichrichter und im Grunde auch der AD8307) und keinen echten Effektivwert bilden, zeigen nur bei Sinussignalen die richtige Leistung an. Zur Kalibrierung des QRP-Wattmeters sollte bevorzugt ein Generator mit einem Sinussignal bekannter Leistung benutzt werden.


    73

    Günter

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