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Eine Pegelanzeige greift die Steuerspannung der
AGC ab und zeigt mit 10 LEDs den Eingangspegel an.
Im Betrieb fällt auf, dass in typischen UKW-
Empfangssituationen ein relativ hoher Eingangspegel
zur Verfügung steht. Es wird ja nicht auf einen einzelnen
Sender geregelt, sondern auf die breitbandige
Gesamtleistung aller Sender im UKW-Band.
B. IQ-Demodulator mit Lokal-Oszillator
Der frequenzprogrammierbare DDS-Lokal-Oszillator
liefert die phasenverschobenen LO-Schwingungen
zur Ansteuerung der Schalter. Seine Funktion ist für
die Qualität der Demodulation besonders wichtig. Die
Steuersignale sollen für eine saubere Trennung des I-
bzw. Q-Signals identische Amplitude haben und genau
um 90° phasenverschoben sein. So wird eine hohe
IQ-Entkopplung erreicht, ein Maß für die Trennschärfe
der IQ-Demodulation. Die Amplitude dieser Steuersignale
soll weit über den Schwellspannungen der
Komparatoren im Schalter-IC liegen. Bei der Ansteuerung
mit zu kleinen Amplituden ist das Verhalten des
Schalters undefiniert.
C. Messungen
Zur Charakterisierung der Hardware wurde die
Rauschzahl des Tuners gemessen und seine Nichtlinearität
durch den IP3-Punkt beschrieben. Die Rauschzahl
wurde nur am HF-Modul vermessen, da der Einfluss
des nachfolgenden IQ-Demodulators vernachlässigbar
ist. Die AGC hat einen fest definierten Ausgangspegel,
weshalb der Verstärkungsfaktor durch die
Leistung des Eingangssignals festgelegt werden kann.
Das thermische Rauschen vom Eingang wird um diesen
Verstärkungsfaktor angehoben, dazu kommt das
Eigenrauschen der Schaltung. Die Rauschzahl entspricht
dann dem Pegelunterschied zwischen verstärktem,
thermischem Rauschen und dem Gesamtrauschen.
Sie beträgt bei maximaler Verstärkung etwa
5 , 4dB
.
Der Third Order Intercept Point (IP3) ist ein Maß
für die Nichtlinearität eines Tuners. Gemessen wird
hier durch Anregung mit einem Zweitonsignal (f1, f2)
[7]. Die Nichtlinearität des Tuners lässt sich anhand
einer Potenzreihenentwicklung seiner Amplitudenkennlinie
charakterisieren:
2
3
xˆ
t = β x t + β x t + β x t +
() () () () K
1
2
Für den IP3-Punkt werden nur die Glieder erster und
dritter Ordnung berücksichtigt. Mit trigonometrischen
Funktionen lässt sich zeigen, dass durch Intermodulation
3. Ordnung zusätzliche, unerwünschte Signalanteile
bei Frequenzen von 2f1 – f2 und 2f2 – f1 entstehen.
Die Leistung dieser unerwünschten Signale steigt bei
10 dB erhöhtem Eingangspegel um 30 dB.
Wird die Leistung des Eingangssignals variiert, so
ergibt sich beim Ausgangssignal theoretisch ein
Schnittpunkt zwischen dem Nutzpegel und dem
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3
DIREKTUMSETZENDER GROSSSIGNALFESTER IQ-
DEMODULATOR FÜR SDR-ANWENDUNGEN IM UKW-BAND
Ausgangspegel in dBV
20
10
0
-10
-20
-30
-40
-50
-60
40 kHz/56 kHz
24 kHz/72 kHz
-70
-80
IIP3
-51 dBm
-90
-120-110 -100 -90 -80 -70 -60 -50 -40 -30 -20 -10 0
Eingangspegel in dBm
Abbildung 7: IP3-Messung am Gesamttuner.
schneller wachsenden Pegel der unerwünschten Intermodulationsprodukte
3. Ordnung. Dieser Schnittpunkt
wird als IP3-Punkt bezeichnet und kann auf die zugehörige
Eingangs- (Input-IP3, IIP3) oder Ausgangsleistung
(Output-IP3) bezogen werden.
Der gemessene IIP3-Punkt des HF-Frontends liegt
bei – 30 dBm, der des IQ-Demodulators bei 5 dBm.
Da die Verstärkung des HF-Moduls bis zu 58 dB
beträgt, wird der IP3-Punkt der Gesamtschaltung vom
IQ-Demodulator bestimmt. Dessen IP3-Punkt wird um
die hochfrequenzseitige Verstärkung verschoben. Erst
bei starken Eingangssignalen kommt die Nichtlinearität
des HF-Moduls ins Spiel. In Abbildung 7 ist das
Messergebnis dargestellt. Der IIP3-Punkt liegt bei
– 51 dBm. Die Wirkung der Regelung setzt ab einem
Eingangspegel von – 59 dBm ein. Die unerwünschte
Komponente mit Steigung 1 zwischen – 100 und
– 70 dBm wird durch den verwendeten Signalgenerator
erzeugt. Die Ermittlung des IP3-Punktes ist durch
die durchgezogenen Linien dargestellt, die an die
Kurven bei Steigung eins bzw. drei angelegt werden.
Ab – 40 dBm wirkt sich dann auch die Nichtlinearität
der Verstärker aus.
Durch die Ergebnisse der IP3-Messung wird die
Großsignalfestigkeit des Tuners für den Fall beschrieben,
dass das Intermodulationsprodukt 3. Ordnung
(zweier) leistungsstarker Nachbarkanäle als Störer in
den zu selektierenden Nutzkanal fällt. Bleibt die Nachbarkanalleistung
deutlich unterhalb des gemessenen
IIP3 von – 51 dBm, so kann die Störwirkung vernachlässigt
werden. Der IIP3 bezieht sich also auf die
Empfangsleistung einzelner Frequenzkanäle und ist
damit für den praktischen Empfängerbetrieb hinreichend
groß.
IV. FAZIT
Der entwickelte SDR-Tuner beweist seine Funktionstüchtigkeit
im Laborbetrieb sowohl beim Empfang
von FM als auch von DRM+. Dabei kann eine hervorragende
Audio-Qualität erreicht werden.