Ein neu­er Spek­trumana­ly­sa­tor muß her!

Vor­über­le­gun­gen

Die Histo­rie

Vor knapp zehn Jah­ren habe ich mir mei­nen ersten Spek­trumana­ly­sa­tor (SA) gekauft, einen DSA815-TG der Fir­ma Rigol. Es ist ein für Ama­teur­zwecke recht brauch­ba­res Gerät, das damals knapp 1500 Euro geko­stet hat und heu­te immer noch für gut 1000 Euro ver­füg­bar ist. Er hat aller­dings sei­ne Schwä­chen. Die klein­ste Auf­lö­sungs­band­brei­te (RBW) war sei­ner­zeit 100 Hz, konn­te durch einen Soft­ware­up­date aber auf 10 Hz redu­ziert wer­den. Das ist gar­nicht so schlecht, damit kann man arbei­ten. Als stö­rend erweist sich aber das rela­tiv hohe Pha­sen­rau­schen ins­be­son­de­re beim Mes­sen von Oszil­la­to­ren. Das Daten­blatt gibt für einen Abstand von 10 kHz einen Wert <-80dBc/Hz an. Es wird schlech­ter, je näher man an den Trä­ger kommt. Das ist, wenn über­haupt, nicht viel bes­ser als das Pha­sen­rau­schen eines selbst­ge­bau­ten Oszil­la­tors. Den kann man daher nicht qua­li­fi­ziert mes­sen, denn man kann das Pha­sen­rau­schen des Oszil­la­tors nicht von dem des SA unterscheiden.

Ein wei­te­rer klei­ner Nach­teil ist die Maxi­mal­fre­quenz von 1,5 GHz. Das ist natür­lich für alle Kurz­wel­len­bän­der inklu­si­ve 2 m und 70 cm völ­lig aus­rei­chend. Auf den ersten Blick reicht es auch für 23 cm, aber es kann ein Nach­teil sein, daß man da nicht ein­mal die zwei­te Ober­wel­le geschwei­ge denn die oft wich­ti­ge­re drit­te Ober­wel­le beob­ach­ten kann. Der Tracking­gene­ra­tor ist ein hilf­rei­ches Werk­zeug, um s21-Para­me­ter und mit einem exter­nen Richt­kopp­ler auch s11-Para­me­ter zu mes­sen, wenn auch bei­de nur ska­lar und nicht vek­to­ri­ell. Will man bei­spiels­wei­se ein Band­pass­fil­ter für das 23 cm Band mes­sen, dann ist es sehr hilf­reich, deut­lich über die Band­gren­zen hin­aus­zu­ge­hen und nicht gleich am Ban­den­de schon blind zu sein.

Der heu­ti­ge Stand der Technik

Kurz und gut, ich brau­che einen neu­en Spek­trumana­ly­sa­tor! Für Ama­teur­zwecke und Ama­teur­bud­gets kom­men nur Gerä­te chi­ne­si­scher Pro­ve­ni­enz in Fra­ge, dar­un­ter beson­ders die von Rigol und Sig­lent. Bei bei­den Her­stel­lern kann man aus einem brei­ten Preis- und Lei­stungs­spek­trum aus­wäh­len. Die erste Fra­ge, die jeder für sich sel­ber klä­ren muß, ist die, ob ein vek­to­ri­el­ler Netz­werk­ana­ly­sa­tor (VNA) ein­ge­baut sein soll. Einen Tracking­gene­ra­tor haben die mei­sten Gerä­te sowie­so ein­ge­baut und auch frei­ge­schal­tet. Da ist es zum VNA nicht mehr weit, aber ob der Auf­preis gerecht­fer­tigt ist, muß jeder sel­ber entscheiden.

Da ich bereits einen bis 1,3 GHz gut funk­tio­nie­ren­den VNA (von DG8SAQ) habe und mich die tech­ni­schen Daten der SA mit VNA nicht wirk­lich über­zeugt haben, habe ich mich auch wegen des Auf­prei­ses von etwa 600 Euro gegen den eige­bau­ten VNA ent­schie­den. Für etwa 660 Euro gibt es den LibreV­NA, der immer­hin bis 6 GHz nutz­bar ist. Letzt­lich habe ich mich daher für den Sig­lent SSA3032X Plus ohne ein­ge­bau­ten VNA ent­schie­den, der gera­de so in das ver­füg­ba­re Bud­get gepasst und mei­ne Anfor­de­run­gen erfüllt hat.

Daves Vor­ar­beit

EEV­blog-Dave hat in einem sei­ner sehens­wer­ten und unnach­ahm­li­chen Vide­os den Sig­lent SSA3021X mit dem Rigol DSA815 (Video #891) ver­gli­chen und in einem wei­te­ren Video (#892) auch den SSA3021X auf­ge­schraubt. Der Sig­lent SSA3021X ist funk­tio­nal weit­ge­hend iden­tisch mit dem SSA3032X Plus. Er ist aller­dings auf 2.1 GHz limi­tiert, hat kein Web­in­ter­face und kei­nen Touchscreen.

Ver­gleichs­mes­sun­gen des SSA3032X Plus gegen­über dem DSA815-TG

In die­sem Bei­trag wer­de ich eini­ge Ver­gleichs­mes­sun­gen der bei­den genann­ten Gerä­te durch­füh­ren und die jewei­li­gen Meß­er­geb­nis­se per Screen­shot dar­stel­len. Als Meß­ob­jek­te wur­de der Ama­teur­funk­trans­cei­ver IC-7300 und ver­schie­de­ne Test­schal­tun­gen ver­wen­det, die sich noch in der Bastel­ki­ste fan­den. Letz­te­re erhe­ben kei­ner­lei Anspruch auf tech­ni­sche Mei­ster­lei­stun­gen. Ganz im Gegen­teil, es sind zum Teil gefrä­ste Pro­to­ty­pen mit unter­durch­schnitt­li­cher Per­for­mance. Gera­de des­halb eig­nen sie sich aber gut, um als Ver­gleichs­ob­jek­te zu dienen.

Damit die­ser Arti­kel nicht über­la­den wird, ver­schie­be ich die ursprüng­lich geplan­ten Refle­xi­ons- und Trans­mis­si­ons­mes­sun­gen mit dem jeweils ein­ge­bau­ten Tracking­gene­ra­tor auf einen zwei­ten Teil. Hier wer­den also nur Spek­tren gemessen.

Rausch­pe­gel bei offe­nem Eingang

Genau wie Dave in sei­nem Video, schlie­ße ich erst mal gar­nichts an. Hier ist also das dar­ge­stell­te Rau­schen bei offe­nem Ein­gang, jeweils für RBW=VBW=1MHz (gelb), 100 kHz (rot) und 10 kHz (blau).

DS815-TG, Quelle: keine, Center: 750 MHz, Span: 1500 MHz, RBW=VBW: 1000/100/10 kHz, Attn: 0dB, PA ausgeschaltet
DS815-TG, Quel­le: kei­ne, Cen­ter: 750 MHz, Span: 1500 MHz, RBW=VBW: 1000÷100÷10 kHz, Attn: 0dB, PA ausgeschaltet
SSA3032X-Plus, Quelle: keine, Center: 750 MHz, Span: 1500 MHz, RBW=VBW: 1000/100/10 kHz, Attn: 0dB, PA ausgeschaltet
SSA3032X-Plus, Quel­le: kei­ne, Cen­ter: 750 MHz, Span: 1500 MHz, RBW=VBW: 1000÷100÷10 kHz, Attn: 0dB, PA ausgeschaltet

Dave spricht beim Rigol von ‑65 dBm, ‑75 dBm und ‑85 dBm und beim Sig­lent von ‑85 dBm, ‑90 dBm und ‑100 dBm (@ RBW=1 MHz, 100 kHz und 10 kHz), zumin­dest am Anfang des jewei­li­gen Fre­quenz­be­rei­ches. Das kann ich für den Rigol bestä­ti­gen, aber nicht ganz für den Sig­lent. Da mes­se ich jeweils etwa 2 bis 5 dB schlech­te­re Wer­te. Wie auch Dave schon fest­stellt, ist der Fre­quenz­gang beim Sig­lent glat­ter als beim Rigol.

Die näch­sten bei­den Screen­shots zei­gen die­sel­ben Mes­sun­gen mit ein­ge­schal­te­tem Vor­ver­stär­ker (pream­pli­fier, PA).

DS815-TG, Quelle: keine, Center: 750 MHz, Span: 1500 MHz, RBW=VBW: 1000/100/10 kHz, Attn: 0dB, PA eingeschaltet
DS815-TG, Quel­le: kei­ne, Cen­ter: 750 MHz, Span: 1500 MHz, RBW=VBW: 1000÷100÷10 kHz, Attn: 0dB, PA eingeschaltet
SSA3032X-Plus, Quelle: keine, Center: 750 MHz, Span: 1500 MHz, RBW=VBW: 1000/100/10 kHz, Attn: 0dB, PA eingeschaltet
SSA3032X-Plus, Quel­le: kei­ne, Cen­ter: 750 MHz, Span: 1500 MHz, RBW=VBW: 1000÷100÷10 kHz, Attn: 0dB, PA eingeschaltet

Hier bestä­ti­gen sich die von Dave gemes­se­nen Wer­te zumin­dest annä­hernd: ‑90 dBm, ‑100 dBm und ‑110 dBm beim Rigol und ‑102 dBm, ‑108 dBm und ‑120 dBm beim Sig­lent. Bei den ‑120 dBm muß ich aber schon bei­de Augen zudrücken.

Den­noch ist der Sig­lent sowohl mit als auch ohne PA 10 bis 15 dB bes­ser. Und nicht ver­ges­sen, Dave hat den SSA3021X gemes­sen und nicht den SSA3032X-Plus.

Spek­trum einer DDS mit AD9834

Ein klei­ner Ver­suchs­auf­bau mit einer AD9834 DDS Schal­tung (10-bit DAC) wird mit einem 75 MHz Quarz­os­zil­la­tor außer­halb sei­ner Spe­zi­fi­ka­ti­on betrie­ben, die für die gewähl­te Vari­an­te AD9834BRU eigent­lich nur 50 MHz zulässt. Die Aus­gangs­fre­quenz ist auf 10,7 MHz ein­ge­stellt. Das Tief­pass­fil­ter am Aus­gang ist nicht opti­miert, wie die Breit­band Spek­tral­ana­ly­se zeigt. Bei­de Gerä­te kön­nen eine Tabel­le der gemes­se­nen Peaks anzeigen:

DS815-TG, Quelle: AD9834, Center: 50 MHz, Span: 100 MHz, RBW: 10 kHz, VBW: 10 kHz mit Peak Tabelle
DS815-TG, Quel­le: AD9834, Cen­ter: 50 MHz, Span: 100 MHz, RBW: 10 kHz, VBW: 10 kHz mit Peak Tabelle

SSA3032X-Plus, Quelle: AD9834, Center: 50 MHz, Span: 100 MHz, RBW: 10 kHz, VBW: 10 kHz mit Peak Tabelle
SSA3032X-Plus, Quel­le: AD9834, Cen­ter: 50 MHz, Span: 100 MHz, RBW: 10 kHz, VBW: 10 kHz mit Peak Tabelle

Man erkennt die DDS-Takt­fre­quenz von 75 MHz, die ein­ge­stell­te Aus­gangs­fre­quenz von 10,7 MHz, die jewei­li­gen Spie­gel­fre­quen­zen bei 75 MHz +/- 10,7 MHz.

Nach­fol­gend soll nur das Spek­trum um 10,7 MHz mit ver­schie­de­nen Band- und Spann­brei­ten unter­sucht wer­den. Begin­nen wir bei einer Spann­brei­te von 1 MHz und einer RBW=VBW von 30 Hz:

DS815-TG, Quelle: AD9834, Center: 10.7 MHz, Span: 1 MHz, RBW: 30 Hz, VBW: 30 Hz
DS815-TG, Quel­le: AD9834, Cen­ter: 10.7 MHz, Span: 1 MHz, RBW: 30 Hz, VBW: 30 Hz

SSA3032X-Plus, Quelle: AD9834, Center: 10.7 MHz, Span: 1 MHz, RBW: 30 Hz, VBW: 30 Hz
SSA3032X-Plus, Quel­le: AD9834, Cen­ter: 10.7 MHz, Span: 1 MHz, RBW: 30 Hz, VBW: 30 Hz

Bei­de Gerä­te sehen den Trä­ger bei 10,7 MHz und etwa ‑9,5 dBm. Die gerin­gen Abwei­chun­gen sind irrele­vant und sie ändern sich bei jedem der Gerä­te mit jedem Durch­gang. Bei­de Gerä­te sehen auch die Spu­ren bei +/- 400 kHz bei knapp ‑90 dBm.

Eine wei­te­re Spur bei 10,6 MHz sieht aber nur der Rigol deut­lich, beim Sig­lent ver­schwin­det sie im Rau­schen. Außer­dem steigt das Rau­schen beim Sig­lent stär­ker an, als beim Rigol, je näher man dem Trä­ger kommt. Bei ‑80 dBm erreicht es ein Maxi­mum und sinkt in unmit­tel­ba­rer Nähe zum Trä­ger wie­der auf etwa ‑90 dBm ab. Die­ses Ver­hal­ten wur­de vom Her­stel­ler Sig­lent auf Nach­fra­ge bestä­tigt. Es ist auch nicht auf die­se Ein­stel­lun­gen beschränkt, son­dern es tritt tech­no­lo­gie­be­dingt auch bei ande­ren Fre­quen­zen auf. Das ist ein ech­ter Wehr­muts­trop­fen und ich war kurz davor, das Gerät zurück­zu­ge­ben. Daß ich es nicht getan habe, liegt im wesent­li­chen dar­an, daß ich für ein ähn­lich aus­ge­stat­te­tes Gerät von Rigol noch­mal 1k€ hät­te drauf­le­gen müs­sen. Man wird also wohl oder übel in die­ser Preis­klas­se doch ein paar Abstri­che machen müssen.

Der Rigol zeigt das Ver­hal­ten, das man erwar­tet: das Pha­sen­rau­schen steigt mit der Nähe zum Träger.

Hier noch die Sig­lent-Mes­sung mit einer Peak-Tabelle:

SSA3032X-Plus, Quelle: AD9834, Center: 10.7 MHz, Span: 1 MHz, RBW: 30 Hz, VBW: 30 Hz mit Peak Tabelle
SSA3032X-Plus, Quel­le: AD9834, Cen­ter: 10.7 MHz, Span: 1 MHz, RBW: 30 Hz, VBW: 30 Hz mit Peak Tabelle

Hier die Mes­sun­gen mit 100 kHz Spann­brei­te und RBW=100 Hz:

DS815-TG, Quelle: AD9834, Center: 10.7 MHz, Span: 100 kHz, RBW: 100 Hz, VBW: 100 Hz
DS815-TG, Quel­le: AD9834, Cen­ter: 10.7 MHz, Span: 100 kHz, RBW: 100 Hz, VBW: 100 Hz

SSA3032X-Plus, Quelle: AD9834, Center: 10.7 MHz, Span: 100 kHz, RBW: 100 Hz, VBW: 100 Hz
SSA3032X-Plus, Quel­le: AD9834, Cen­ter: 10.7 MHz, Span: 100 kHz, RBW: 100 Hz, VBW: 100 Hz

Es ist auch jeweils der Rausch­pe­gel im 10 kHz Abstand dar­ge­stellt. Er ist in bei­den Fäl­len kon­si­stent zur Breit­band­mes­sung, unter­schei­det sich aber um mehr als 12 dB. Der Unter­schied ist mit dem deut­lich schlech­te­ren Pha­sen­rau­schen des Rigol zu erklä­ren. Er ist mit <-80 dBm/Hz im 10 kHz Abstand spe­zi­fi­ziert, was bei der ein­ge­stell­ten RBW von 100 Hz 20 dB mehr, also ‑60 dBm erwar­ten lässt. Anders aus­ge­drückt: ein guter Teil des beim Rigol gezeig­ten Rau­schens kommt von sei­nem ein­ge­bau­ten Oszil­la­tor. Hier wür­de ich also dem Sig­lent mehr ver­trau­en, wenn­gleich der Abfall der Rau­schens in Trä­ger­nä­he auch in die­ser Auf­lö­sung noch deut­lich zu sehen ist.

Nach­fol­gend noch ohne Kom­men­ta­re wei­te­re Schmal­band­mes­sun­gen mit Spann­brei­ten von 10 kHz:

DS815-TG, Quelle: AD9834, Center: 10.7 MHz, Span: 10 kHz, RBW: 10 Hz, VBW: 10 Hz
DS815-TG, Quel­le: AD9834, Cen­ter: 10.7 MHz, Span: 10 kHz, RBW: 10 Hz, VBW: 10 Hz

SSA3032X-Plus, Quelle: AD9834, Center: 10.7 MHz, Span: 10 kHz, RBW: 10 Hz, VBW: 10 Hz
SSA3032X-Plus, Quel­le: AD9834, Cen­ter: 10.7 MHz, Span: 10 kHz, RBW: 10 Hz, VBW: 10 Hz

…und 1 kHz:

DS815-TG, Quelle: AD9834, Center: 10.7 MHz, Span: 1 kHz, RBW: 10 Hz, VBW: 1 Hz
DS815-TG, Quel­le: AD9834, Cen­ter: 10.7 MHz, Span: 1 kHz, RBW: 10 Hz, VBW: 1 Hz

SSA3032X-Plus, Quelle: AD9834, Center: 10.7 MHz, Span: 1 kHz, RBW: 10 Hz, VBW: 1 Hz
SSA3032X-Plus, Quel­le: AD9834, Cen­ter: 10.7 MHz, Span: 1 kHz, RBW: 10 Hz, VBW: 1 Hz

Bei die­sen sehr schmal­ban­di­gen Mes­sun­gen kommt das gerin­ge Pha­sen­rau­schen des Sig­lent voll zur Gel­tung. Statt ‑61 dBc beim Rigol sehen wir hier knapp ‑84 dBc im Abstand von 100 Hz zum Trä­ger. Außer­dem ist zu beach­ten, daß der Rigol bei die­sen Ein­stel­lun­gen 100 Sekun­den pro Sweep benö­tigt, der Sig­lent auf­grund der FFT aber nur 0,338 Sekun­den. Da macht das Mes­sen Spaß! Auch aus die­sem Grund woll­te ich das Gerät dann doch nicht wie­der hergeben.

Dar­über­hin­aus gestat­tet der Sig­lent Mes­sun­gen mit RBW=VBW=1Hz und mit einer Spann­brei­te von 100 Hz erhält man dann fol­gen­des hoch­auf­ge­lö­ste Meßergebnis:

SSA3032X-Plus, Quelle: AD9834, Center: 10.7 MHz, Span: 100 Hz, RBW: 1 Hz, VBW: 1 Hz, Average
SSA3032X-Plus, Quel­le: AD9834, Cen­ter: 10.7 MHz, Span: 100 Hz, RBW: 1 Hz, VBW: 1 Hz, Average

Nach die­ser Mes­sung ist das Pha­sen­rau­schen im Abstand von 10 Hz also ‑84 dBc. 

Mes­sun­gen des Sen­de­si­gnals eines ICOM IC-7300 Transceivers

Um auch die Meß­er­geb­nis­se eines hoch­wer­ti­gen Signals zu zei­gen, habe ich das Aus­gangs­si­gnal eines IC-7300 Trans­cei­vers von ICOM gemes­sen. Er wur­de bei 10,125 MHz auf nied­rig­ste Sen­de­lei­stung 1% ein­ge­stellt, was etwa 1 Watt, also 30 dBm ent­spre­chen soll­te. Der Spek­trumana­ly­sa­tor wur­de über einen 30 dB Abschwä­cher und einen wei­te­ren 10 dB Abschwä­cher ange­schlos­sen, so daß am Ein­gang etwa ‑10 dBm anlie­gen. Alle Mes­sun­gen sind in der Betriebs­art AM durch­ge­führt wor­den, wobei optio­nal ein 2 kHz Sinu­ssi­gnal an den Audio­ein­gang ange­legt wur­de. Es wird vom PC gespeist, des­sen Audio­pe­gel auf 15% oder 71% ein­ge­stellt wur­de. Das sind will­kür­li­che und rela­ti­ve Pegel, die kei­ne Rück­schlüs­se auf den tat­säch­li­chen abso­lu­ten Signal­pe­gel zulassen.

Der unmo­du­lier­te Trä­ger wird mit etwa ‑8 dBm ange­zeigt, was also +32 dBm Ein­gangs­pe­gel vor den Abschwä­chern ent­spricht. Das wären 1,6 Watt, was in der Betriebs­art AM aber nur 50% der Aus­gangs­lei­stung sind. Tat­säch­lich ent­spricht damit die ein­ge­stell­te Aus­gangs­lei­stung von 1% also tat­säch­lich 3 Watt. Das ist in Ord­nung, gera­de im unte­ren Bereich ist die Ein­stel­lung der Aus­gangs­lei­stung sicher nicht sehr genau.

Der Über­sicht­lich­keit hal­ber sind die Meß­er­geb­nis­se nach­fol­gend als Gale­rie ein­ge­fügt. Klicken auf eine Mes­sung öff­net das jewei­li­ge Bild in vol­ler Auf­lö­sung in einem neu­en Tab.

Der SSA3032X-Plus kann Spek­tren auch als Was­ser­fall­dia­gramm dar­stel­len. Das ist beson­ders hilf­reich bei Signa­len mit klei­nen Pegeln. Man erkennt optisch sehr schnell, wo noch „Schmutz“ im Spek­trum ist.

SSA3032X-Plus, Quelle: IC7300, Center: 10.125 MHz, Modulation: 2kHz@15%, Span: 5 kHz, RBW: 3 Hz, Spectrum display
SSA3032X-Plus, Quel­le: IC7300, Cen­ter: 10.125 MHz, Modu­la­ti­on: 2kHz@15%, Span: 5 kHz, RBW: 3 Hz, Spec­trum display

Die­se Mes­sung zeigt das mit 2 kHz sehr schwach AM-modu­lier­te Signal. Man erkennt deut­lich die Sei­ten­bän­der im Abstand von 2 kHz, aber auch win­zi­ge Sei­ten­band­si­gna­le um den Trä­ger her­um. In der Dar­stel­lung des Spek­trums wür­de man sie wahr­schein­lich als unkor­re­lier­tes Pha­sen­rau­schen übersehen.

Abschlie­ßend noch das Breit­band­spek­trum zwi­schen 1 MHz und 40 MHz:

Bei­de Gerä­te erken­nen neben dem Trä­ger auch die zwei­te und drit­te Ober­wel­le. Es gibt eine Dis­kre­panz über die jewei­li­gen Pegel, was mut­maß­lich der rela­tiv hohen Auf­lö­sungs­band­brei­te von 1 kHz geschul­det ist. Beson­ders beim Rigol füh­ren gerin­ge Auf­lö­sungs­band­brei­ten aber zu sehr lan­gen Meß­zei­ten, was ich hier ver­mei­den wollte.

Außer­dem fällt auf, daß der Rausch­pe­gel unter­halb von etwa 18 MHz um 10 bis 15 dB erhöht ist. Das ist mut­maß­lich auf ein Aus­gangs­fil­ter im IC-7300 zurückzuführen.

Zusam­men­fas­sung

Im Ver­gleich zur vor­he­ri­gen Genera­ti­on, zu der ich den Rigol DSA815-TG zäh­le, haben die Sig­lent SSA3000X Spek­trumana­ly­sa­to­ren erheb­li­che Fort­schrit­te gemacht. Die Bild­schirm­auf­lö­sung ist von 800×460 Pixeln und 8″ Dis­play auf 1024×600 Pixel und ein 10.1″ Touch-Dis­play gestie­gen, die Meß­ge­schwin­dig­keit wur­de durch die ein­ge­bau­te FFT enorm erhöht und die Auf­lö­sungs­band­brei­te wur­de auf 1 Hz redu­ziert. Gleich­zei­tig wur­de das Pha­sen­rau­schen um min­de­stens 15 dB redu­ziert, beim Rigol waren es ‑80 dBc/Hz, beim Sig­lent ‑95 dBc/Hz, jeweils im 10 kHz Abstand.

Ein nicht leicht zu ver­dau­en­der Wehr­muts­trop­fen ist die oben gezeig­te min­de­stens 10 dB Rau­sch­über­hö­hung im Abstand von +/- 50 kHz zum Trä­ger. Das mag für die eine oder ande­re Anwen­dung ein K.O.-Kriterium sein. Ich den­ke aber, daß sich in der Preis­klas­se zur Zeit nichts bes­se­res fin­den lässt. Wenn man das Ver­hal­ten kennt, wird man damit leben kön­nen, zumal der Effekt gerin­ger wird, wenn der Trä­ger aus dem Sicht­feld bewegt wird.

Trotz der oben beschrie­be­nen Schwä­che wür­de ich den SSA3032X Plus, bzw. einen sei­ner Geschwi­ster, den SSA3015X Plus, SSA3021X Plus oder gar den SSA3075X Plus empfehlen.

Vor­schau auf Teil 2

Im näch­sten Teil wer­de ich eini­ge Mes­sun­gen mit den ein­ge­bau­ten Tracking­gene­ra­to­ren zei­gen. In der Bastel­ki­ste fin­den sich ein paar gefrä­ste Fil­ter­schal­tun­gen, z.B. ein 1,4 GHz Strei­fen­lei­tungs­fil­ter und ein 800 MHz Band­paß­fil­ter. Bei­de Fil­ter wur­den mit dem Ansoft Desi­gner SV2 ent­wor­fen und auf FR‑4 Basis­ma­te­ri­al gefräst. Auch ein Fil­ter mit ein­ge­bau­tem MMIC Ver­stär­ker soll­te für Bei­spiel­mes­sun­gen ver­wend­bar sein.

Mit einer eben­falls auf FR‑4 gefrä­sten 23 cm Patch-Anten­ne und einem exter­nen Richt­kopp­ler wer­de ich Refle­xi­ons­mes­sun­gen durchführen.

Das wird alles ein paar Tage dau­ern, stay tuned…

UKW Rund­funk­emp­fang mit dem IC-7300

Vor ein paar Mona­ten habe ich mir, wie hier schon beschrie­ben, einen IC-7300 gegönnt. Beim Dre­hen über die Bän­der sind mir zwi­schen 30 MHz und etwa 36 MHz schon ganz zu Anfang star­ke Breit­band-FM Sta­tio­nen auf­ge­fal­len, die mit dem Schmal­band FM-Demo­du­la­tor des IC-7300 kaum zu demo­du­lie­ren waren. Auf­fäl­lig waren dabei die aus­ge­präg­ten Sei­ten­bän­der in knapp 20 kHz Abstand vom Träger.

FM-Rundfunksignal
Pilot­ton eines FM-Rundfunksignals

Klar, das waren FM-Ste­reo Rund­funk­sta­tio­nen und die Sei­ten­bän­der kamen vom Pilot­ton. Es gab soviel an dem neu­en Gerät zu erfor­schen, daß ich mich erst mal nicht wei­ter dar­um geküm­mert habe.

Jetzt habe ich mir die Sache aber mal genau­er ange­schaut. Es war klar, eine ande­re Mög­lich­keit gab es ja gar­nicht, daß es sich dabei um UKW-Rund­funk­sta­tio­nen han­deln muß, die in die­sen Fre­quenz­be­reich hin­ein­ge­mischt wer­den. Der IC-7300 hat nach der Beschrei­bung einen Direkt­ab­tast-Super­het-Emp­fän­ger imple­men­tiert. Das bedeu­tet, daß das HF-Signal nach dem Ein­gangs­fil­ter und einem Ein­gangs­ver­stär­ker direkt digi­ta­li­siert wird. Genaue­re Anga­ben fin­den sich zumin­dest nicht an pro­mi­nen­ter Stel­le im Hand­buch. Einer Beschrei­bung von AB4OJ ist zu ent­neh­men, daß die ADC Abtast­fre­quenz bei 124.033 MHz liegt. Das hat mich etwas erstaunt, denn der Emp­fangs­be­reich geht ja bis 74,8 MHz und daher soll­te die Abtast­fre­quenz bei deut­lich über 150 MHz lie­gen, sofern man kei­ne Unter­ab­ta­stung benutzt. Genau das ist aber offen­sicht­lich der Fall. Wenn die Band­päs­se zuver­läs­sig funk­tio­nie­ren, ist das auch gar kein Problem.

Das oben bei 32,032 MHz gezeig­te Signal gehört also damit zu einem UKW Rund­funk­sen­der bei 124,033 – 32,032 = 92,0 MHz (das 1 kHz Dif­fe­renz igno­rie­ren wir). Die Prü­fung mit einem UKW-Radio bestä­tigt das. Anders aus­ge­drückt, 92 MHz ist bei einer Abtast­ra­te von 124,033 MHz eine Alias­fre­quenz zu 32,033 MHz. Ein erneu­tes Stu­di­um des Daten­blatts ergibt, daß der IC-7300 zwar einen durch­ge­hen­den Emp­fangs­be­reich von 30 kHz bis 74,8 MHz hat, daß die tech­ni­schen Daten aber nur für 500 kHz bis 30 MHz, 50 MHz bis 52 MHz und 70 bis 70,5 MHz garan­tiert sind. Damit sind also die Daten von 30 MHz bis 50 MHz nicht spe­zi­fi­ziert. Ab 30 MHz hört man ein oder meh­re­re Relais klacken, die das „Scheu­nen­tor“ auf­ma­chen. Im Spek­trum ist das gut zu sehen:

Unter 30 MHz
Unter 30 MHz ist alles im grü­nen Bereich
Ab 30 MHz
Ab 30 MHz wird auf sub-opti­ma­le Ein­gangs­fil­ter umgeschaltet

Es soll hier aus­drück­lich betont wer­den, daß das Ver­hal­ten kein Man­gel ist. Die Spe­zi­fi­ka­ti­on gibt nicht mehr her. Ein Blick in den Schalt­plan offen­bart, daß ein und das­sel­be Fil­ter von 30 MHz bis 75 MHz benutzt wird:

Bandfilter
Band­fil­ter für 30~50 und 54~70 MHz

Zwi­schen 50 MHz und 54 MHz wird auf ein schmal­ban­di­ge­res Fil­ter umgeschaltet.

Daß ein solch brei­tes 6‑poliges Band­fil­ter, des­sen Durch­lass­be­reich bis 70 MHz geht, im Rund­funk­be­reich bei unge­fähr 90 MHz noch kei­ne sehr gro­ße Dämp­fung hat, ist völ­lig nor­mal. Wer also mit dem IC-7300 den Fre­quenz­be­reich von 30 bis etwa 36 MHz erfor­schen möch­te, wird nicht um einen exter­nen Tief­paß herumkommen.

Nach­trag (12.12.2020): Wie ich gera­de durch Zufall sehe, gibt es ein sol­ches Tief­paß­fil­ter für genau die­sen Anwen­dungs­zweck fer­tig zu kau­fen: JG-LPF74 TRX Tief­pass­fil­ter 100Watt. Dies nur als Hin­weis, ich habe es selbst nicht ausprobiert.

Digi­ta­le Betriebs­ar­ten mit dem IC-7300 und dem IC-9700

Kurz vor Weih­nach­ten habe ich mir nun einen neu­en Ama­teur­funk­trans­cei­ver für UKW/VHF/UHF gekauft, einen ICOM IC-9700. Drei Mona­te spä­ter, zu mei­nem Geburts­tag, habe ich mir dann das Kurz­wel­len-Pen­dent, den ICOM IC-7300 gegönnt. Bei­de Trans­cei­ver sind im Auf­bau und der Bedie­nung sehr ähn­lich und sie haben die­sel­ben Abmes­sun­gen. Wie fast alle aktu­el­len Ama­teur­funk­ge­rä­te set­zen bei­de Trans­cei­ver voll­stän­dig (mit klei­nen Ein­schrän­kun­gen des IC-9700 im 23cm-Band) auf digi­ta­le Signal­ver­ar­bei­tung, das soge­nann­te Soft­ware Defi­ned Radio (SDR). Das bedeu­tet, daß das Emp­fangs­si­gnal so früh wie mög­lich digi­ta­li­siert wird und die gesam­te wei­te­re Signal­ver­ar­bei­tung, also Fil­te­rung und Demo­du­la­ti­on, in Soft­ware erfolgt. Das glei­che gilt für das Sen­de­si­gnal. Das zu über­tra­gen­de Nutz­si­gnal (z.B. das Audio­si­gnal vom Mikro­fon) wird digi­ta­li­siert und mit einem syn­the­ti­schen Oszil­la­tor­si­gnal modu­liert. Das fer­ti­ge zu sen­den­de Signal wird unmit­tel­bar vor der Sen­der­end­stu­fe mit einem DAC in ein Ana­log­si­gnal umge­wan­delt, ver­stärkt und über die Anten­ne aus­ge­sen­det. Ein SDR basiert also im wesent­li­chen auf Mathe­ma­tik, nur in gerin­gen Tei­len noch auf Spu­len und Kon­den­sa­to­ren, so wie das frü­her ein­mal war. Die Mathe­ma­tik wird zum Teil in Soft­ware auf Signal­pro­zes­so­ren berech­net, rechen­in­ten­si­ve Tei­le wer­den in der Regel auf spe­zi­fi­sche Hard­ware aus­ge­la­gert, mei­stens FPGAs.

Selbst­re­dend unter­stüt­zen moder­ne SDR Ama­teur­funk­trans­cei­ver alle klas­si­schen Modu­la­ti­ons­ar­ten, FM, AM, SSB und CW. Bei­de genann­ten ICOM Trans­cei­ver unter­stüt­zen auch RTTY und der IC-9700 kann dar­über­hin­aus von Hau­se aus D‑STAR (Digi­tal Voice (DV) und Digi­tal Data (DD)) emp­fan­gen und sen­den. Auf­bau­end auf den genann­ten Modu­la­ti­ons­ar­ten ste­hen in Ver­bin­dung mit einem PC eine Fül­le wei­te­rer digi­ta­ler Betriebs­ar­ten zur Ver­fü­gung. Die Sen­de- und Emp­fangs­si­gna­le lie­gen im Audio-Fre­quenz­be­reich und wer­den per Soft­ware auf dem PC erzeugt bzw. deco­diert und über eine Sound­kar­te zwi­schen PC und Trans­cei­ver aus­ge­tauscht. Bei­de Trans­cei­ver haben die­se Sound­kar­te bereits ein­ge­baut. Über die USB-Schnitt­stel­le mel­den sie sich am PC als USB-Sound­kar­te an, so wie ein Mikro­fon oder ein Laut­spre­cher. Zusätz­lich wird bei der Instal­la­ti­on des USB-Trei­bers ein vir­tu­el­les COM-Port erzeugt, über das Steu­er­si­gna­le zum Trans­cei­ver über­tra­gen wer­den. Es dient z.B. dazu, Fre­quen­zen aus­zu­le­sen und ein­zu­stel­len, aber auch um den Sen­der ein­zu­schal­ten, wenn Daten gesen­det wer­den sollen.

FT8 mit dem IC-7300 und dem IC-9700

Da die Doku­men­ta­ti­on im Hand­buch des Trans­cei­vers bis­wei­len etwas knapp gera­ten ist, doku­men­tie­re ich nach­fol­gend die letzt­lich ver­wen­de­ten Ein­stel­lun­gen am Trans­cei­ver und am PC für das weit­ver­brei­te­te und kosten­lo­se Pro­gramm WSJT‑X. Die momen­tan meist­ver­wen­de­te digi­ta­le Betriebs­art ist FT8, aber WSJT‑X unter­stützt vie­le ande­re digi­ta­le Betriebs­ar­ten, für die das hier geschrie­be­ne sinn­ge­mäß auch gilt.

Noch vor dem ersten Ein­stecken des USB-Kabels soll­te der USB-Trei­ber von ICOM instal­liert wer­den, da Win­dows ande­ren­falls einen eige­nen Trei­ber instal­liert, der den IC-7300/9700 nicht voll­stän­dig unter­stützt. Nach der Instal­la­ti­on steht ein USB-Audio Mikro­fon und ein USB-Audio Laut­spre­cher unter dem Namen „USB Audio CODEC“ zur Ver­fü­gung. Außer­dem wur­den zwei seri­el­le Schnitt­stel­len gene­riert, in mei­nem Fall COM16 und COM17. Im Gerä­tema­na­ger sind sie unter „COM&LPT-Anschlüsse“ zu fin­den und haben die Namen „Sili­con Labs CP210x USB to UART Bridge (COM16)“ und „Sili­con Labs CP210x USB to UART Bridge (COM17)“. Nach der Instal­la­ti­on der Trei­ber kön­nen die Trans­cei­ver über ein USB-Kabel an den PC ange­schlos­sen und ein­ge­schal­tet wer­den. Außer­dem kann nun auch WSJT‑X instal­liert und kon­fi­gu­riert werden.

Hier zunächst die Ein­stel­lun­gen am Transceiver

Die Ein­stel­lun­gen und Screen­shots wer­den nach­fol­gend für den IC-9700 gezeigt. Sie gel­ten sinn­ge­mäß auch für den IC-7300.

In Menü – Set – Con­nec­tors – USB AF/IF Out­put wird die Signal­quel­le für den Ein­gang der Sound­kar­te aus­ge­wählt. Vom Trans­cei­ver aus gese­hen ist das das emp­fan­ge­ne Signal, also ein Out­put. Die­se Begrif­fe kön­nen ver­wir­ren, weil es für den PC ein Input ist. Hier soll­te „AF“ (Audio Fre­quen­cy) als Out­put gewählt wer­den, denn die Sound­kar­te erwar­tet ein demo­du­lier­tes Audio-Signal.

Signalquelle wählen
Hier wird die Signal­quel­le für den USB Audio-Ein­gang gewählt.

In dem­sel­ben Menü wird der AF Out­put Level ein­ge­stellt. In mei­nem Fall hat sich 10% bewährt, denn der Ein­gang der Sound­kar­te soll nicht über­steu­ert wer­den. Bei die­ser Ein­stel­lung zeigt das VU-Meter der WSJT‑X Soft­ware für das Rau­schen bereits 50 dB an. Eigent­lich sind 30 dB emp­foh­len, so daß man auch noch unter 10% gehen könn­te. Der AF Squelch soll­te geöff­net sein (AF SQL OFF), denn die digi­ta­len Betriebs­ar­ten fischen die Signa­le aus dem Rau­schen heraus.

In Menü – MOD Input wird der Modu­la­ti­ons­pe­gel für das Audio-Aus­gangs­si­gnal (ein Input für den Trans­cei­ver) ein­ge­stellt. Auch hier soll der Audio-Aus­gang der USB Sound­kar­te ver­wen­det wer­den. Der stan­dard­mä­ßi­ge USB MOD Level von 50% paßt recht gut.

Modulationseingang
Hier wird der Pegel für das zu sen­den­de Audio­si­gnal eingestellt.

Eine Fein­ein­stel­lung kann (und muß) dann mit dem Pwr-Reg­ler in WSJT‑X erfol­gen. Außer­dem muß im MOD Input Menü unter DATA MOD (zwei­te Sei­te) noch „USB“ als Audio­quel­le im Daten­mo­dus gewählt werden.

Audioquelle im Datenmodus
Hier wird „USB“ als Audio­quel­le im Daten­mo­dus ausgewählt.

Als Modu­la­ti­ons­art wird für digi­ta­len Betrieb in der Regel SSB gewählt und zwar das obe­re Sei­ten­band USB (Vor­sicht, leicht mit der USB-Schnitt­stel­le zu verwechseln).

Modulationsart SSB
Als Modu­la­ti­ons­art wird SSB aus­ge­wählt und zwar das obe­re Seitenband.

Damit der Trans­cei­ver weiß, woher die Audio­da­ten kom­men, wird außer­dem der DATA Modus gewählt (USB‑D). Damit wird auch das Mikro­fon im Sen­de­be­trieb abgeschaltet.

Mit die­ser Kon­fi­gu­ra­ti­on kann man nun schon­mal auf der FT8-Fre­quenz im 2m-Band auf Emp­fang gehen. Hier zunächst der Emp­fang ohne Signal, also nur Rauschen:

Nur Rauschen
Emp­fang von Rauschen.

Die­ser Screen­shot zeigt im obe­ren Was­ser­fall­dia­gramm über die gesam­te Bild­schirm­brei­te den Fre­quenz­be­reich um 144,174 MHz mit einer Span­ne von +/- 5 kHz. Direkt über die­sem Was­ser­fall­dia­gramm wird in gelb die aktu­el­le Signal­am­pli­tu­de zur jewei­li­gen Fre­quenz ange­zeigt. Hier ist das nur Rau­schen. Schat­tiert und mit der Zeit schwä­cher wer­dend wird auch die Ampli­tu­de der ver­gan­ge­nen Sekun­den angezeigt.

Unter die­sem Blick auf das HF-Band ist hier das „AUDIO SCOPE“ ein­ge­blen­det. Es zeigt das demo­du­lier­te Audio­si­gnal an. In der lin­ken Hälf­te ist wie­der ein Was­ser­fall­dia­gramm mit dazu­ge­hö­ri­gem Ampli­tu­den­ver­lauf gezeigt. Hier ist deut­lich zu sehen, daß das Signal auf eine Band­brei­te von 3 kHz gefil­tert wur­de. Im rech­ten Fen­ster wird das Audio­si­gnal nach Art eines Oszil­lo­skops im Zeit­be­reich angezeigt.

Der nach­fol­gen­de Screen­shot zeigt dem Emp­fang eines star­ken FT8-Signals mit einer Feld­stär­ke von S9:

Empfangenes FT-8 Signal
Emp­fang eines FT‑8 Signals.

Im Audio-Scope sieht man, daß die Signal­fre­quenz bei etwa 2,2 kHz liegt und die FT8-typi­sche Modu­la­ti­on mit etwa 50 Hz Band­brei­te hat. Da das obe­re Sei­ten­band aus­ge­wählt ist, muß die Sen­de­fre­quenz also auch etwa 2.2 kHz über dem (unter­drück­ten) Trä­ger lie­gen. Das obe­re Was­ser­fall­dia­gramm zeigt aber eine Linie bei etwa 700 Hz. Das bedeu­tet, daß das Was­ser­fall­dia­gramm im HF-Band um 1,5 kHz (hal­be Fil­ter­band­brei­te) nach unten ver­scho­ben ist. Das ist übri­gens nicht nur im Daten-Modus der Fall, son­dern aus bei LSB/USB-Pho­nie. Die Fre­quenz „0“ ent­spricht also der Mit­te des Audio-Fre­quenz­be­reichs von 1,5 kHz.

Die WSJT‑X Konfiguration

Im Kon­fi­gu­ra­ti­ons­me­nü sind zunächst nur die Ein­stel­lun­gen für „Radio“ und „Audio“ wich­tig, alles ande­re kann auf den Default-Ein­stel­lun­gen ver­blei­ben. Am schnell­sten geht die Audio-Einstellung:

Audio-Einstellung
WSJT‑X Audio-Ein­stel­lung

Hier wer­den ein­fach die Audio-Codecs für das Mikro­fon und den Laut­spre­cher aus­ge­wählt, die bei der Instal­la­ti­on der ICOM Trei­ber gene­riert wurden.

Bei der Radio-Ein­stel­lung hat man zwei Mög­lich­kei­ten: man kann aus der Liste der unter­stütz­ten Trans­cei­ver den rich­ti­gen aus­wäh­len, die Kom­mu­ni­ka­ti­ons­pa­ra­me­ter wäh­len und mit „Test CAT“ ver­su­chen, eine Ver­bin­dung her­zu­stel­len. Bei bei­den Trans­cei­vern hat das mehr oder weni­ger auf Anhieb funk­tio­niert. Wich­tig ist die Aus­wahl des Modes „Data/Pkt“, denn sonst blei­ben das Mikro­fon und der Laut­spre­cher des Trans­cei­vers aktiv.

WSJT-X Radio-Einstellung
WSJT‑X Radio-Ein­stel­lung

Bei die­ser Ein­stel­lung wird die Ham­lib Steu­er­soft­ware zur Kom­mu­ni­ka­ti­on ver­wen­det. Sie gestat­tet lei­der nur einem ein­zi­gen Pro­gramm den exklu­si­ven Zugriff auf den Trans­cei­ver. Alter­na­tiv kann man Omni-Rig instal­lie­ren und in dem Rig-Set­ting eines von zwei mög­li­chen Gerä­ten aus­wäh­len. Omni-Rig gestat­tet zwei Pro­gram­men den Zugriff auf einen Trans­cei­ver. Inzwi­schen gibt es eine neue Ver­si­on, die den Zugriff für bis zu vier Pro­gram­men gestattet.

In den Gene­ral Set­tings muß man noch das eige­ne Ruf­zei­chen und den Stand­ort ein­ge­ben und dann kann man mit den ersten digi­tal-QSOs loslegen.

Wei­te­re Ände­run­gen der Default-Kon­fi­gu­ra­ti­on sind dem per­sön­li­chen Geschmack über­las­sen. Ich habe in den All­ge­mei­nen Ein­stel­lun­gen noch eine Leer­zei­le zwi­schen den Deko­dier-Peri­oden ein­ge­stellt und daß der „woked-befo­re“ Sta­tus farb­lich ange­zeigt wird. In den Reporting Ein­stel­lun­gen habe ich ange­kreuzt, daß nach einem QSO ein Log-Prompt erschei­nen soll und daß PSK-Repor­ter Spot­ting ein­ge­schal­tet ist. Damit wer­den emp­fan­ge­ne Sta­tio­nen auf der PSK-Repor­ter Web­site aufgelistet.

Omni-Rig Inter­face

Nach­dem ich mich für das Log­buch­pro­gramm Log4OM ent­schie­den habe, soll­te die­ses Pro­gramm auch direkt mit den Trans­cei­vern kom­mu­ni­zie­ren kön­nen. So kann direkt die Fre­quenz eines QSOs in das Log über­nom­men wer­den. Wie oben schon beschrie­ben, unter­stützt die Ham­lib lei­der nur exklu­si­ven Zugriff. Ver­wen­det man Omni-Rig, kann Log4OM gleich­zei­tig mit WSJT‑X auf einen Trans­cei­ver zugrei­fen. Omni-Rig kann ein­fach instal­liert wer­den und nach dem Start wer­den die Kom­mu­ni­ka­ti­ons-Para­me­ter für Gerät 1 und Gerät 2 eingegeben.

Omni-Rig
Omni-Rig Set­up

Nach­dem die Inter­faces kor­rekt kon­fi­gu­riert sind, wird in Log4OM bzw. WSJT‑X ein­fach nur Omni­Rig 1 oder 2 als Ziel­ge­rät aus­ge­wählt. Das funk­tio­niert soweit wie beschrie­ben, nur gab es beim IC-7300 eine klei­ne Macke: nach jedem Sen­de­vor­gang war die Fil­ter­band­brei­te auf „FIL2“ ein­ge­stellt. Das ist unschön, denn dann wer­den die FT8-Sta­tio­nen an den Band­gren­zen herausgefiltert.

Das Pro­blem war leicht zu behe­ben. Die Kon­fi­gu­ra­tio­nen für die ver­schie­de­nen Trans­cei­ver wer­den in .ini-Datei­en abge­legt, die im Pro­gramm­ver­zeich­nis Afreet\OmniRig\Rigs\ abge­spei­chert sind. Im Fal­le des IC-7300 ist es für den Daten­mo­dus die Datei IC-7300-DATA.ini. Die ver­wen­de­ten CI‑V Kom­man­dos sind im Hand­buch des IC-7300 beschrie­ben. Zum Set­zen des Modes nutzt Omni-Rig das Kom­man­do „26“, das außer der Betriebs­art und dem Daten­mo­dus auch noch die Fil­ter­band­brei­te einstellt.

Laut Hand­buch kann man die Fil­ter­brei­te weg­las­sen, wodurch das „Default Set­ting“ ver­wen­det wird, das anschei­nend FIL2 ist. Genau das macht Omni-Rig und so wird das Fil­ter immer wie­der ver­stellt. Ich habe nun das .ini-File so geän­dert, daß immer FIL1 aus­ge­wählt wird. Das geht so:

ursprüng­li­che Konfiguration:

[pmDIG_U]
; The­se lines select USB‑D for USB digi­tal mode
Command=FEFE94E0.2600.01.01.FD
ReplyLength=15
Validate=FEFE94E026000101FD.FEFEE094FBFD

geän­der­te Konfiguration:

[pmDIG_U]
; The­se lines select USB‑D for USB digi­tal mode
Command=FEFE94E0.2600.01.01.01.FD
ReplyLength=16
Validate=FEFE94E02600010101FD.FEFEE094FBFD

Es wur­de also an das Kom­man­do 26 noch eine „01“ zur Aus­wahl des ersten Fil­ters ange­hängt. Wer hier lie­ber FIL2 oder gar FIL3 haben will, der kann auch die 01 durch eine 02 oder 03 erset­zen. Das­sel­be muß dann auch in dem Vali­da­te-String gemacht werden.

Ohne tie­fer in die Grün­de für die­ses Ver­hal­ten ein­ge­taucht zu sein, scheint mir das ein Feh­ler im IC-7300 zu sein. Wenn die Fil­ter­band­brei­te durch Weg­las­sen des Para­me­ters nicht expli­zit aus­ge­wählt wird, soll­te der Trans­cei­ver die­se auch nicht ändern. Viel­leicht gibt es auch ein ande­res Kom­man­do als „26“, das zur Kon­fi­gu­ra­ti­on bes­ser geeig­net wäre.