|
Trefwoorden |
QSD
instelling voor maximaal dynamisch bereik Inleiding Ruismetingen en metingen aan het maximaal te verwerken signaal van het SDR-systeem en aan de afzonderlijke QSD- en geluidskaarten blijken regelmatig aanleiding te geven tot enige verwarring. Deze onduidelijkheid ontstaat mede omdat er verschillende instellingen mogelijk zijn van zowel de QSD-kaart (versterking) als van de diverse geluidskaarten (versterking, verzwakking), die allemaal een wat ander gedrag opleveren m.b.t. het kleinst waarneembare signaal en/of het maximaal toelaatbare. De navolgende paragrafen beschrijven daarom een procedure voor de combinatie van QSD-kaart en (al dan niet externe) geluidskaart van de PC voor zo groot mogelijk dynamisch bereik van het geheel. Na het volgen van deze procedure wordt het ook gemakkelijker om resultaten van verschillende ontvangstsystemen onderling te vergelijken. In deze procedure wordt gebruik gemaakt van het SDR1000 aansturingspakket: PowerSDR, dat gratis kan worden opgehaald via http://www.flex-radio.com/ Indien mogelijk wordt de QSD-kaart aangesloten op een externe voeding van plus en min 12 V. Meer spanning tot maximaal plus en min 15 V. mag ook en zal de uitstuurruimte van de QSD-kaart vergroten. Zo'n vergroting is echter niet noodzakelijk omdat de begrenzing in het maximale signaal eerder wordt gevonden in de maximale ingangsspanning van de geluidskaart dan van de QSD-kaart. De interne DC-convertor op de QSD-kaart kan het beste worden uitgeschakeld omdat deze een relatief hoog stoorniveau veroorzaakt op de ingang. Uitschakelen gebeurt door het verwijderen van de verbinding (jumper) van de DC-convertor, zie de beschrijving van de QSD kaart voor de juiste spanningsinstellingen. Voor eerste gebruik is het niet per-se noodzakelijk om een andere geluidskaart te kiezen dan die al in de PC aanwezig is, als insteek kaart of als chip-set op het moeder boord. Beide mogelijkheden leveren goede resultaten, waarbij in het algemeen een interne geluidskaart een wat hogere ruisvloer zal vertonen. Bij een proef met zo'n interne geluidskaart werd een ruisvloer gemeten van -118 dBm en met een externe kaart -126 dBm. (type UA1-ex van Edirol; er zijn betere externe geluidskaarten). Omdat het 'natuurlijke' achtergrond ruissignaal bij een gemiddeld goede antenne tot een frequentie van ca 24 MHz. al hoger ligt dan deze -118 dBm kan in eerste instantie prima worden volstaan met de interne geluidskaart. Hoe dit 'natuurlijke' achtergrond signaal verloopt over de HF amateur banden, kan in het betreffende hoofdstuk worden gevonden. Die wat grotere 'ruimte' geldt ook voor het maximaal mogelijk ingangssignaal, dat bij de interne geluidskaart uit de proef lag op -21 dBm en bij de externe kaart op -18 dBm. Het totale dynamische bereik bij de interne geluidskaart komt hiermee op 97 dB en met de externe kaart op 106 dB, hetgeen beide prima getallen zijn voor een ontvanger. In eerste instantie wordt de QSD-kaart ingesteld op een versterking van 100x. door de jumper die de omschakeling van de versterking regelt, te verwijderen, zie bij de beschrijving van de QSD-kaart. De geluidskaart wordt ingesteld op een lage versterking, hetzij met een uitwendige instelling op de externe kaart en/of onder programma besturing bij een interne kaart. Let op: deze instelling vindt plaats in de regeling voor het OPNAME niveau in de PC. We gaan verder met het de
voorbereidingen voor een optimale instelling van de geluidskaart en sluiten
op de antenne-ingang een nauwkeurige signaal generator aan, liefst met een
uitgangsniveau tussen - 50 dBm en -30 dBm., in ons voorbeeld -40 dBm, op een
frequentie in de Bij de verdere beschrijvingen gaan we er van uit dat de (gratis) SW van FlexRadio vooraf werd geïnstalleerd. De software van het programma PowerSDR wordt opgestart en in het display worden de volgende instellingen gemaakt: DISPLAY-MODE: Panadapter (AVG aan), RX-METER: Sig Avg, FILTER: 2,4 kHz. Vergeet niet de in de Set-up en Hardware config. in het vak DDS de 'expert' mode aan te vinken en vervolgens de PLL multiplier in te stellen op '2'. In de uitvoering van de SDR-groep wordt een TCXO op 100 MHz. toegepast, terwijl de standaard frequentie voor de DDS 200 MHz. bedraagt. De STANDBY wordt ingedrukt en kleurt geel. (triviaal, maar als beginner heb ik hier even een probleem gehad). Met de cursor en de linkermuisknop ingedrukt, kan de verticale groene band die de gekozen filterbandbreedte aangeeft, worden verschoven over de display. Breng deze over het midden van de 5 kHz. verderop gelegen frequentie van de signaal generator, dus ongeveer van 3,6538 MHz. tot 3,6562 MHz. Deze afstemming kan ook worden uitgevoerd met het scroll-wieltje van de muis, in stapjes waarvan de grootte kan worden ingesteld met TUNE STEP. Op de klok (= local oscillator) ingang van de QSD-kaart wordt een signaalgenerator aangesloten met een frequentie van 4 x de frequentie van de signaal generator, min 5 kHz.; in het voorbeeld dus: 4 x (3,655 - 0,005) = 14,6 MHz. Dit brengt het centrum van het ontvangstbereik en van de display op 3,65 MHz. Het niveau van deze generator moet liggen tussen 0 dBm en -10 dBm. (tussen 225 en 70 mVrms, indien belast met 50 Ohm). Ga nu op de display naar het
SET-UP drop-down menu, links boven, en kies hierin het tapblad:
GENERAL. In het vak RADIO MODEL kies: Soft Rock Ga naar het tabblad: CALIBRATION en hierin naar het vak LEVEL CAL. Vul hier de frequentie in van de signaal generator, in het voorbeeld dus 3,655 MHz. en het niveau van deze signaal generator, in het voorbeeld dus -40 dBm. Na indrukken van de START knop, voert de SW een complete kalibratie slag uit en is het SDR systeem geijkt. De groene band van het filter werd na kalibratie terug gezet naar het midden van de display, maar dit verplaatsen we weer naar de oorspronkelijke setting, tussen 3,6538 en 3,6562 MHz. De numerieke display rechts boven geeft nu het niveau van het binnenkomende signaal op exact -40,0 dBm. De SDR is nu gereed voor een eerste serie metingen. a. Vervang de generator aan de antenne ingang van de QSD kaart door een (afsluit-)weerstand van 50 Ohm, en schakel de voeding van deze kaart uit. Alle overgebleven systeemruis wordt nu veroorzaakt door de audio-kaart. Lees dit niveau af in de niveau meter, in de stand SIG AVG., en noteer deze waarde (in dBm) als ruis van de audiokaart, bijvoorbeeld -135 dBm. Schakel de voeding van de QSD kaart weer in. De ruis loopt nu omhoog en is gelijk aan de som van de audiokaart plus de QSD kaart. Noteer deze waarde (in dBm) als MDS, bijvoorbeeld -125 dBm. Het is duidelijk dat de ruis van de audiokaart veel lager is dan van de QSD kaart. We verliezen hier een deel van de dynamische ruimte, die we wellicht in een volgend stadium aan de bovenzijde te kort gaan komen. We komen hier later op terug.
Schakel de niveau meter op de display om van SIG AVG naar ADCL. De aanwijzing achter de waarde veranderd nu van dBm in dBFS, dB's beneden de maximaal toegestane waarde (FS = full scale). Vervang vervolgens de afsluitweerstand aan de antenne ingang weer door de signaal generator. Draai het niveau van de signaal generator omhoog tot juist het niveau is bereikt van 0,0 dBFS. Een stapje verder verschijnen er plotseling 'spikes' op het display ten teken van oversturing. We zoeken dus echt de stand met juist 0,0 dBFS. Schakel de niveaumeter weer terug van ADCL naar Sig Avg. De aanwijzing van de meter geeft nu het maximum ingangsniveau in dBm. De dynamische systeemruimte (in dB) volgt nu uit het verschil van de MDS en dit maximum signaal niveau.
De stand met een QSD versterking van 100x is in principe voor gebruik bij frequenties hoger dan 10 MHz. omdat het systeem hierbij de laagste ruis heeft en ook de atmosferische ruis hier relatief laag is. Zie ook het betreffende hoofdstuk over de atmosferische ruis. b. Zet de signaalgenerator weer terug in de kalibratie stand; in ons voorbeeld op - 40 dBm. Schakel de QSD om naar een versterking van 10x, door de in het begin verwijderde jumper weer aan te brengen. Herhaal vervolgens de handelingen van de paragraaf 'Kalibratie' van hier boven. Herhaal daarna alle metingen
als onder Meetserie Meetserie 2. Bij de vorige meetserie zagen we al dat de ruis van de audio-kaart veel lager was dan die van het totale systeem. Hiermee verloren we een stuk dynamische ruimte, die we in deze sessie gaan proberen terug te winnen. a. Zet de signaalgenerator weer terug in de stand kalibratie (-40 dBm) en schakel de QSD kaart om naar een versterking van 100x. Zet nu de versterking van de audio-kaart een klein, maar herkenbaar stukje hoger, b.v. stand 1 (van 5 of 10) op een knopje, duimwiel schakelaartje of in de Windows SW zie eerder onder Opstelling en instellingen, hier boven. Herhaal vervolgens de
handelingen van de paragraaf
'Kalibratie' van hier boven, en herhaal daarna de eerste paragraaf van
Meetserie Zet de versterking van de audio-kaart weer een herkenbaar stukje hoger en herhaal de sessie van de laatste paragraaf. Denk er aan dat altijd eerst moet worden gekalibreerd als er iets is veranderd aan de systeemversterking, in welk deel van de keten ook. De cyclus van verhoging van de versterking, kalibratie en meting van de audio-kaart ruis en MDS wordt herhaald tot de MDS precies 3 dB hoger is dan de ruis van de audio-kaart. Op dit moment is de ruis van de audio-kaart gelijk geworden aan de ruis van de QSD-kaart en is de totale systeemruis nog maar marginaal toegenomen (met 3 dB = 0.5 S-punt). Meet bij deze instelling de
maximale ingangsspanning als hierboven in de tweede alinea van meetsessie Noteer de stand van de versterking van de audio-kaart als de optimale versterking. Deze versterking samen met de QSD versterking van 100x is de optimale instelling voor gebruik bij frequenties boven 10 MHz.
b. Zet de QSD-kaart versterking weer terug op 10x en kalibreer het SDR-systeem. Herhaal de metingen van meetsessie 1 b. De nu gevonden waarden zijn de kengetallen van het SDR-systeem bij gebruik op frequenties beneden 10 MHz. Instelling voor betere geluidskaarten Voor bijzondere geluidskaarten zijn er nog betere instellingen te vinden, waarbij meer systeem dynamiek gehaald kan worden. De methode is wat ‘arbeids-intensiever’ dan in het verhaaltje hiervoor, maar leidt tot resultaten die meerdere dB’s beter kunnen zijn. In deze methode wordt de QSD-kaart in eerste instantie ingesteld op 100x en de geluidskaart op maximale gevoeligheid. a - Kalibreer het SDR systeem met een ingangsignaal op -30 dBm. b - Bepaal de MDS en daarna het maximale ingangsignaal (0,0 dBFS). Het verschil tussen die twee is de dynamische ruimte. c - Met het ingangsfilter (groene balk) over het ingangsignaal, draai de gevoeligheid van de geluidskaart omlaag zodat de niveaumeter (SIG AVG) 10 dB lager aanwijst d – Ga terug naar a. Met deze procedure wordt een serie metingen verkregen, telkens bij een 10 dB lagere gevoeligheid van de geluidskaart, en met een oplopend dynamisch bereik. De instelling met het hoogste dynamische bereik wordt verder verfijnd door vanaf een instelling vlak vóór het maximum opnieuw de procedure a – d te doorlopen, nu met de geluidskaart telkens 1 dB lager ingesteld. De uiteindelijk gevonden gevoeligheidsinstelling van de geluidskaart is de beste systeem instelling; fixeer de instelling. Indien dit een handmatige instelling is (potmeter), b.v. door er een stukje tape overheen te plakken; bij een SW instelling door de stand te noteren en regelmatig te controleren. Bob J. van Donselaar, on9cvd@veron.nl |
|