ADSN [ 54 : De totale LNA trein]

Ik had een defekte chinees en deze is nu hersteld.

Nu kan ik een treintje opstellen van 3 verschillende LNA's.

Die met de gunstigste ruisfaktor natuurlijk vooraan en de rest erna.

Er zit ook een kleine twee meter coax tussen om vanuit het focuspunt tot achter de schotel te geraken .

De totale Gain is nu ca 58 dB.

Het max te ontvangen vermogen aan het focuspunt van ON0EME is -190.68 dBW.

Dat is dan -160.68 dBm. 

Met mijn 58 dB LNA winst kom ik op een ontvangstniveau voor de SDR op :

-160dBm  +58dB = -102 dBm

Dit is een aanvaardbaar niveau om te ontvangen en komt overeen met 1.6 µV over 50 Ohm.

Nu alles nog handelbaar maken en een proefopstelling maken indien het weer het toelaat.

Ik kan ondertussen mijn laptop voorzien van de  GQRX software en VNC of andere remote programma.

ADSN [ 53 : Metingen op de SDR met GQRX]

Proefopstelling gemaakt met de SA als HF generator en een hele batterij aan sma verzwakkers. Theoretisch zat ik aan signaalniveau -150 dBm . Hoeveel er echt door de coax kwam en hoeveel er is "overgewaaid" , weet ik niet te zeggen .

Ik heb zoveel mogelijk voorzorgen genomen De SA in andere kamer , deuren dicht en SA in een afschermingsfolie gewikkeld. Deze folie is van het type dat gebruikt wordt om slachtoffers warm te houden na een ongeluk  met een zilveren en gouden zijde.

De bedoeling was om de gevoeligheid en de instellingen uit te testen van de SDR .

Het is een RTL2832SDR type met een TCXO 0.5ppm.

Hier de gegevens de ge krijgt na commando rtl_test:

Using device 0: Generic RTL2832U
Detached kernel driver
Found Rafael Micro R828D tuner

De tuner is een R828D . 

Zou ongeveer hetzelfde zijn als de R828T , deze heeft een NF van 3.5 dB.

Ik heb deze niet gemeten , maar wel eens nagegaan of dit signaal van -150 dBm er doorkwam.

Dit is het resultaat met een RBW van 3.7 Hz. Signaal zichtbaar .

Als dit klopt zou ik met mijn opstelling toch een mogelijkheid hebben om ON0EME te detecteren.

 

Dit zijn de instellingen die ik later zou willen gebruiken :

Input rate : 240kS/s

decimation: 4

sample rate = input rate / decimation  , dat wordt dan 240/4 = 60 kS/s

BW ingesteld = 0.1 MHz.

FFT size : 65536

Dan kunnen we de resolutie (RBW)  berekenen:  RBW = sample rate / FFT size.

Dan wordt dan 60000/65536 = 0.9 Hz.

Wat het window type betreft , alle types zijn gelijk uitgenomen "rectangular".

Ze liggen allemaal op ongeveer -82dBFs ( full scale) uitgenomen dus rectangular die ligt op - 76 dBFs.

De S/N verhouding blijft echter hetzelfde voor alle types , dus dat is geen probleem.

Nog een opmerking :

Of ik nu een smalle bandbreedte of een bredere neem , dit heeft GEEN invloed op de zichtbaarheid van het signaal in de waterval. Wel in het audiogebied , de ruistoename is er wel degelijk.

Nog enkele opnames.

Zelfde instelling maar met chinees ertussen ( G = 16 dB)

S/N ongeveer 27 dB , ruisniveau in waterval op - 75dBFs.

S/N in audio op ca 12 dB

En nu met de ON1BPS.

S/N ongeveer 30 dB , ruisniveau in waterval op op - 67 dBFs.

S/N in audio op ca 18 dB

 

 

 

En met beide in cascade.

S/N ongeveer 30 dB , ruisniveau op in waterval op - 67 dBFs.

S/N in audio op ca 20 dB

ADSN [ 52 : Haalbaarheidsstudie --> deel 2]

Alle zaken eens in EMEcalc gezet .

Ik verschiet van de uitkomst, maar er is " wat" overschot.

Vergeet niet dat ik nog moet proberen om op de SDR 10 Hz smal te kijken en dat bij een héél laag minimale ruisdrempel.

Hier de berekening.

De berekening  is gedaan met enkele aannames:

1. De maan staat halfweg het verste en dichtste punt tov de aarde.

2. Tsky is hier 31 °K , ik zou dit graag 50°K zien , maar ik kan deze waarde er niet in krijgen ????

3. Ik vermoed dat ik mijn gain van de LNA mag verrekenen met de minimale gevoeligheid die hier op -168.3 dBm ligt. Dan zou ik een signaal hebben van  -168.3 + 45.15 = -123.15 dBm aan de ingang van de SDR (12.5 m coax is verrekend)

Dit zou dan mijn gevoeligheid moeten zijn van de SDR.

Ik denk dat ik nog wat te kort schiet.

ADSN [ 51 : Haalbaarheidsstudie --> deel 1]

 Haalbaarheidsstudie: een groot woord !

Ik probeer hier alles eens op een rijtje te plaatsen en dan van daaruit kijken of er een mogelijkheid bestaat met mijn middelen ON0EME te ontvangen .

Ondertussen heb ik de LNA4ALL vervangen door een Chinees exemplaar. Er was geen reactie meer op de blog van LNA4ALL en ik zocht ook een deftige behuizing daarvoor die ik kon halen in Canada. Voor dezelfde prijs zit ik nu gebeiteld voor een LNA met betere specs.

Een bijkomende moeilijkheid is het meten van de NF die kleiner zijn 1 dB.

Daarvoor heb ik alle zeilen bij moeten zetten en de nieuwe LNA in cascade moeten zetten met de ON1BPS LNA om tot een grotere versterking te komen om zichtbaar te maken op de SA.

Om die reden heb ik nauwkeuriger de totale versterking gemeten omdat ik die nodig heb bij de Y meting om de ruis te bepalen.

De totale versterking was 45.15 dB . Dat houdt in dat de nieuwe LNA ongeveer 16 dB versterkt.( Is niet nodig verder).

Ze claimen een NF van 0.6 dB ! maar dat is echter de chip alleen . er zal nog wel wat bijkomen door de print.

De MMIC is een SPF5189Z

Ergens tussen die twee moeten mijn waarden liggen .

De totale versterking:

Hier zien we 45.01 dB . Ik heb meerdere metingen gedaan en het gemiddelde is 45.15dB.

En dan de NF bepaling.

Dit geeft -128.22 dBm/Hz ( vbw is hier wel 10 Hz , maar bij deze meting met ruismarker speelt dit geen rol)

De berekening:

-128.2 dBm/hz + 174 dBm/Hz geeft  45.8 dB verschil.

De versterking van beide LNA's in cascade geven : 45.15 dB.

Verschil maakt :  45.8 -45.15 = 0.65 dB .

Ruismeting zou dus 0.65 dB zijn !

Ik neem voor alle zekerheid 0.8 dB.

18/01/2021:

Naschrift:

Dit nog gevonden op internet , het is van 

Matthias DD1US

https://www.dd1us.de/Downloads/Chinese%20Broadband%20LNA%20with%20SPF5189Z%20v_2.pdf

Waarden komen ongeveer overeen met wat ik mat.

NF van 0.8 dB  Gain tss 15 en 16 dB

ADSN [ 50 : De LNA : cascaded noise.]

In mijn vorige aflevering had ik moeite met het " samentellen" van ruis.

Ik heb dit verder uitgevlooid en er zijn een aantal calculators voor op het web :

cascaded noise calculator

en

 https://wwcascaded-noise-figure-gain-calculator 

Ik heb wat formules gezocht en dit in mijn rekenblad ingezet.

 

Ik heb 290°K ingevuld bij de eerste ruisbron  en dit komt overeen met 3dB.

Als ik deze als afsluitweerstand op de ingang van de LNA plaats en deze zelf een NF van 1.5 dB heeft ( 120°K) dan bekom ik dus gezamelijk 3.83 dB als ruis.

Dat we dit niet gewoon mogen samentellen ( 3 + 1.5 = 4.5 ) komt natuurlijk omdat ruis chaotisch is en fase en freq continue veranderen.

Dus wat wordt dan mijn ruisfaktor indien ( optimistisch) mijn LNA een NF van 1.5 dB heeft en de TA ( antennetemp ) geschat wordt op 50 °K ?

U kunt het hieronder aflezen.

Dat is dus NF = 2.00 dB.

Het feit dat de LNA4ALL de 3dB ruis niet echt ziet terwijl hij zelf al 6 dB ruis heeft , ziet U ook hieronder .

Zijn eigen ruisfaktor is slechts toegenomen met ca 1 dB , terwijl dat bij mijn LNA toenam van 1.5 dB naar 3.83 dB , iets dat beter opvalt op de SA.

 Misschien moet ik dit nog eens verifïeren bij de LNA4ALL

ADSN [ 49 : De LNA : nog een interessant experiment.]

 Ik had nog een LNA4ALL liggen ( ttz uit mijn Oscar 100 zender uitgebroken ).

Omdat deze geafficheerd wordt als een ruisarme LNA , had ik hier ook dezelfde metingen op uitgevoerd .

Ze claimden een NF van 1 dB en elke dB winst is meegenomen .

Wel ik kwam er niet aan uit. Ik kwam zelfs op ong 6 dB en dat is véél . 

Was mijn meetmethode dan toch niet goed ?

Ook de gain meet ik maar op 12.5 dB.

Misschien is er iets aan de hand met deze LNA4ALL.Heeft ook al wat meegemaakt.

Dus heb ik deze vòòr en na de ON1BPS geschakeld en de meting opnieuw gedaan .

Als deze inderdaad ca 6dB NF had en ik schakel hem ervòòr dan moet ik deze waarde terugvinden in de metingen .

Als ik hem erna schakel dan mag ik dit niet weervinden in de meting.

Kort gezegd . Ik vind de 6 dB inderdaad terug als ie ervoor staat en ik vind slecht 1.5 dB terug als ie erna staat .

Als LNA is dat onbruikbaar maar als " coaxdriver " is dit wel een uitkomst want nu heb ik 28 + 12.5 dB gain en kan ik een ietwat langere coax gebruiken en kan ik de testopstelling in het tuinhuis opstellen.

Voetnoot : Bij het aanbrengen van de 50 Ohm afsluitweerstand bij de LNA4ALL vind ik de drie dB niet terug ? Dit dus als de LNA4ALL als eerste in de rij komt.

Komt dit doordat hijzelf al 6 dB ruis dat ik dat niet kan meten , maw mag ik de ruisfaktoren zo maar niet optellen? Iemand een idee ? Mijn mailadres  staat in de rechterkolom , of reageer op deze blog.

Als de ON1BPS als eerste staat en de LNA4ALL erna , zie ik die ruistoename wel .

ADSN [ 48 : De LNA : het meten van de ruisfaktor.]

 Nu we weten dat de LNA héél belangrijk is wat Gain en noisefaktor NF betreft

Moet ik deze beide nog meten .

Ik heb de Y methode gevolgd , zoals hier te zien op YT van KF5BOS

K55OBS

De gain , dat heb ik vroeger al eens gedaan en toen kwam ik uit op 28 dB.

Dit is mogelijk omdat er twee halfgeleiders in cascade staan 

De eerste is een MMIC van het type TQ9121 met een NF van Typ 1.25 dB

 bij 1575 MHz

De tweede is een MSA0386 , ook een MMIC gain block.

 

 

 

Deze is een stuk slechter voor de ruis , maar dit geeft niets , omdat de ruisbrijdage van de tweede amplifier maar een deel bijdraagt bij het geheel.

Veelal dient deze ook om de achterkomende kabelverliezen te compenseren.

Wie hier meer over wil weten kijk eens op RFcafé:

Rfcafé

En nu de meting:

Instellingen DSA815 SA

Freq:  1260 MHz

Span : 20 MHz

RBW : 1 MHz

VBW : 300Hz ( dit is nodig om de ruis uit te middelen)

V/R Ratio : 0.1 ( wordt aangeraden door Rigol voor ruismetingen maar geeft weinig impact denk ik) 

Préamp : ON ( dit om de SA gevoelig genoeg te maken )

Input Attenuation : 0 dB ( idem reden als hierboven)

Scale /div : 2dB

Det type : rms AVG

We kunnen nu op twee wijzen metingen doen , zie YT filmpje .

Eén met de marker als absolute niveau meting in dBm , de andere met de marker ingesteld als NOISE marker , deze herekend dan alles naar dBm/Hz .

Ik heb ze beide gedaan en geloof me , de uitkomst is hetzelfde.

Ik geef hier de meting in dBm/Hz weer.

De opstelling is simpel . 

Ingang open of afsluiten met 50 Ohm ( zie verder)

Uitgang verbinden met de SA ingang.

Bij de volgende foto's zijn  dus alle metingen in  dBm/Hz. 

 

Eerste meting : ruisniveau bepalen zonder spanning , gewoon als referentie.

 

De tweede foto is genomen met de spanning aan.

 

Meting is  -143.8 dBm/Hz .

 

Nu gaan we even rekenen .

Hierbij moet ge nog volgende data goed in het oog houden .

We meten met een RBW ( resolution bandwidth) van 1 MHz, MAAR , we hebben de marker ingesteld op de NOISE meting , waarbij alles omgerekend wordt naar dBm/Hz.

Uit de tabel moeten we dus die dBm waarde aflezen die daarbij overeenkomt.

In dit geval is dit  -174 dBm.

Mochten we met de absolute metingen aan het werken zijn ( dus niet met de NOISE marker) dan moeten we overeenkomend die waarden nemen , dus bij 1MHz is dit -114 dBm. 

Berekening:

-143.8dBm ( meting ) + 174 dBm (ruisvloer) =  30.2 dB ( Gain met ruis)

Van deze uitkomst moeten we nog de gain aftrekken van de LNA

30.2 dB - 28 dB = 2.2 dB ruis

De NF is dus 2.2 dB

Deze waarde schommelt wel wat , zo meet ik soms -144.5 dBm en dan kom ik aan een NF van 1.5 dB.

Nu heb ik toch een idee van de grootte-orde van mijn LNA

Wat met 50 Ohm afsluiting aan de ingang ?

Wel , de theorie zegt dat elke weerstand een ruisvermogen induceert en dit afhankelijk van de temperatuur ( in °K) .

Als ik de LNA afsluit met 50Ohm , komt er een ruisvermogen bij dat berekend wordt op 290°K of soms ook 300°K

Als ik dit omreken in mijn rekenblad ( en ook te zien op de tabel in dat rekenblad)   dat zou dit een extra 3 dB ruis geven !

En dit is ook te zien op de volgende meting.

Het ruisniveau is gestegen van -143.8 dBm/Hz naar -140.9 dBm/Hz , zijnde 3 dB !

ADSN [ 47 : De LNA : hoe en wat.]

Ik had het reeds aangehaald dat ik niet goed wist of elke LNA gelijk wel niveau kan versterker . Met niveau bedoel ik dan héél kleine niveau's. 

Veronderstel dat er geen ruis bestaat : kan ik gelijk welk héél  klein signaal versterken of is er ergens een fysische minimumgrens ,  vooraleer een LNA begint te versterken ?

Omdat ik niemand ken die hier een antwoord op kan geven , heb ik de vraag gesteld op een forum welke zich bezighoudt met microwaves.

Het antwoord is , dat er geen beperking is . Enkel de ruis is de beperkende faktor .

Goed om weten.

Dit is het antwoord.

There is no threshold before the LNA kicks in ... There is ALWAYS noise. If there was no noise (an impossible situation) we could have EME (earth, mars, earth) with handheld radios, just by adding more gain ... but there is always noise.  If there was no noise, from the LNA or anything else then there would be no limits to the weakest signal that could be received.

There are different sources of noise ... the sky, the moon itself, the receiver front end, the mixer ...  the purpose of the LNA is to try and make the dominant source of noise the moon ... then you are hearing everything  that is there.  Every stage of the system adds some noise and amplifies the noise from the stage before ... so yes, the signal is bigger, but also so is the noise contributed by the LNA itself, the moon etc ..

Robin Szemeti - G1YFG 

 

en nog een naschrift van Brian GM4DIJ

 

Er is dus toch , zij het héél ver van ons werkgebied , een zekere limiet

 

Ok this might not be quite right.

In the absence of other noise, you hit the RF photon noise limit .ie you are limited by the noise on the signal. At 1296MHz the photon energy is 8.59×10^-25 joules. In a 10 Hz bandwidth, at an average of one photon per 1/B (or is it 1/2B) = 0.1 sec the power is 8.59x10^23 mW == -220dBm. 160dBm is about 10^6 RF photons in 0.1 sec

Of course you need more than one photon to make sense of the signal, so that sets the minimum SNR. Then there's local oscillator shot noise as you have to mix down to a frequency where you can get a 10Hz bandwidth.

At light frequencies single photon detection is possible ( it used to be part of my day job), but not at RF since you can't get the other noise sources low enough.

Anyway the answer to your question is that there is no threshold until you hit the quantum limit in the absence of all other noise.


Brian GM4DIJ
--
Brian Howie

ADSN [ 46 : Link Budget , rekenblad]

Om nog wat dieper in de materie te duiken en om het mij gemakkelijk te maken heb ik voor mijn situatie een rekenblad gemaakt in Libreoffice.

De formules komen hoofdzakelijk uit de VHF/UHF manual van de RSGB en enkele tabellen/grafieken  uit het  Ku band satellite TV boek .Ook RF café was een bron.

Hiermee kan ik wat " spelen " en is gemakkelijker in te zien welke invloed door wat teweeg brengt.

Zo zie ik dat er enkel bij een BB van 10 Hz er iets positief uit het geheel is te halen . Echter,  met mijn Gqrx SDR opzet , kan ik enkel in CW mode minimum een BB van 200 Hz instellen .

Hoe nu juist WSJTX  met dergelijke signalen omgaat , dat kan nog een lichtpuntje zijn dat ik verder moet uitzoeken. Als deze in de buurt van 10Hz iets kan detecteren op een SNR niveau van 4.86 dB dan zou het toch nog kunnen.

Als je zowat speelt met de cijfers , dan pas dringt het écht tot je door dan een goede antenne de beste RF versterker is .

De winst die je haalt door een goede antenne opzet is groter dan door een betere LNA.

Elke RF versterker bezoedelt de SNR met extra ruis . Hoeveel dit is , is natuurlijk afhankelijk van zijn NF en Gain.