Hallo in die Runde,
da ich ja nunmal diesen Thread angestoßen habe, möchte ich diesem auch mal wieder etwas Futter verpassen. Es soll nochmal um das Bandpass-Filter und dessen "Messung" bzw. Einstellung gehen.
Aber erst mal etwas Grundlagen zu der Thematik:
Wie wir ja wissen, kann man ein elektrisches Signal auf zweierle Weise beschreiben:
1. als Amplitudenverlauf über die Zeit, so wie es ein Oszilloskop darstellt, oder
2. als Spektrum, also den Amplitudenverlauf über die Frequenz, so stellt es ein Spektrumanalysator dar.
Vieleicht kennt der Eine oder Andere auch s. g. "Panoramaempfänger", die machen etwas Ähnliches, allerding für einen begrenzten Radio-Bereich, z. B. um im Amateurfunk die Aktivität auf einem Band zu überwachen.
Hier wollen wir uns auf die Betrachtung des Spektrums beschränken.
Für die Beobachtung der Wasserstoffline interessiert uns der Bereich um die 1420 MHz. Im Rest des Spektrums können sich aber starke Signalquellen befinden, die sich negativ auf unseren Empfangspfad auswirken können, dabei wäre vor Allem die Übersteuerung der LNAs und des SDR-Empfängers zu nennen. Um dieses Risiko zu minimieren, begrenzen wir die empfangenen Frequenzen auf einen Bereich um die H1-Frequenz herum. Diese Aufgabe erledigt für uns das Bandpassfilter. Dieses Filter lässt, wie der Name schon sagt, nur ein definiertes Band aus dem Spektrum passieren und blockt alle Frequenzanteile unterhalb und oberhalb dieses Bandes ab. Die von uns eingestzten Filter sind analoge Bauteile, die aus mehreren, miteinander gekoppelten, Resonatoren bestehen. Eine solche Anordnung kann das Spektum nicht bei einer definierten Frequenz total aus- oder einschalten, sondern dieser Übergang ist mehr oder weniger fließend. Dabei ist die "Schärfe" des Übergangs abhängig vom Aufwand, der bei dem Filter getrieben wird. Da es also keinen scharfen Übergang bei einer bestimmten Frequenz gibt, muss man ein Kriterium für diesen Kennwert des Filters festlegen. Diese s. g. Eck- bzw. Grenz-Frequenzen sind diejenigen, bei denen das Signal gegenüber dem Maximalwert auf 70,7% [1/sqr(2)] abgefallen ist.
Wie können wir nun diese Frequenzen bestimmen, oder zumindest die Lage des Durchlassbereiches ermitteln? Nun, dazu gibt es wiederum zwei Möglichkeiten:
1. Man schließt an den Eingang eine Signalquelle mit einstellbarer Frequenz an, fährt diese Frequenz über den zu betrachtenden Bereich und misst am Ausgang (breitbandig) was raus kommt.
2. Bei der zweiten Methode macht man es genau andersrum, man legt an den Eingang eine breitbandige Signalquelle und misst am Ausgang welche Frequenzen durchkommen.
Hm... "breitbandige Signalquelle", wie soll denn das gehen? In diesem Fall ist die Physik unser Freund, denn oberhalb der absoluten Nullpunkttemperatur (~-273,15°C) rauscht quasi jedes elektronische Bauelement, je wärmer desto mehr. Dieses s. g. "weiße Rauschen" besteht aus einem statistisch zufälligen Gemisch aller Frequenzen und Amplituden, also genau dem was wir benötigen. Nun gibt es "besonders gute Rauscher", zu denen gehören zum Beispiel s. g. "Zener-Dioden", die in der Elektronik zur Stabilisierung von Spannungen eingesetzt werden. Bei diesen Dioden beruht das Rauschen allerdings auf dem in den Bauteilen genutzten Lawinen-Effekt, aber darauf hier näher einzugehen würde den Rahmen sprengen.
Aus China kann man günstige Rauschquellen beziehen die auf diesem Nebeneffekt beruhen und für unsere Zwecke recht brauchbar sind. Eine nähere Betrachtung dazu findet man auch unter:
http://sprut.de/electronic/rf/gadgets.html#noise
Somit hätten wir schon mal unsere breitbandige Signalquelle.
Als Detektor kommt ein DVBT-Stick mit RTL2832u-Chipsatz und in meinem Falle die Software HDSDR zum Einsatz. Da man mit dieser Standart-Software nur einen kleinen Teil des Spektrums gleichzeitig abbilden kann, ist etwas Handarbeit nötig.
Hier ein Foto des Messaufbaus:
Wenn die Rauschquelle an den Eingang des Filters und der SDR-Stick an den Filter-Ausgang angeschlossen, sowie Quelle und SDR-Empfänger / -Software eingeschaltet sind, dann wählt man im SDR-Programm die untere Frequenz des zu untersuchenden Frequenzbandes aus und schaut sich den Pegel an. Dazu benutzt man in HDSDR am besten das S-Meter, unter dem man die numerische Anzeige auf "dB" umschalten kann. Diesen Wert notiert man zusammen mit der Frequenzangabe. Diesen Schritt wiederholt man in den gewünschten Frequenzabstufungen so lange, bis man ans Ende des zu untersuchenden Frequenzbereichs gelangt. Nun kann man die Werte in ein Tabellenkalkulatiosprogramm eingeben und ein Diagramm erzeugen lassen, oder nach alter Manier das Diagramm auf Millimeterpapier von Hand zeichnen.
Beispiel einer ermittelten Kurve mit einem Teil der dazugehörigen Messwerte-Tabelle:
Voila!
So, das sollte für diesmal reichen. Mein nächster Beitrag wird sich mit dem Simple Netzwerk-Analysator (NWT4000) befassen, mit dem ich mittlerweile die ersten Schritte mache. Im Moment stockt das etwas, da ich auf die Lieferung von Zubehör aus China warte, es kann also etwas dauern.
Viele Grüße & ein gutes Signal/Rausch-Verhältnis,
Reinhard