Трансивер uSDR. Излучаемые спектры и гармонические составляющие CW сигналов [uSDR CW Spectrograms measurements]

В данном материале будут представлены спектры излучаемых сигналов трансивером uSDR в режиме телеграфа (CW). Первым материалом про uSDR была статья про калибровку опорной частоты. https://lavrinenkov.blogspot.com/2024/04/usdr-usdr-25-mhz-calibration.html

Для работы используется анализатор спектра радиосигнала FSW от R&S. 

Трансивер uSDR (версия uSDX, прошивка R1.02v.) питается от встроенного источника, напряжением около 12.7 В (оценка на момент измерений). Выходной сигнал в моменты передачи подается на анализатор через внешние аттенюаторы общим ослаблением 40 дБ, все величины спектральных составляющих, показанные на скриншотах больше на эту величину.  

 Измерения проводятся через коаксиальный кабель длиной около 1 метра. Потери в кабеле оценены по прибору nanoVNA 

и не превышают 0.11 дБ во всём КВ диапазоне волн.

Данные потери не считаю принципиальными, в дальнейшем анализе не учитываются, если это кому то важно, может добавить самостоятельно 0.11 дБ на 28 МГц, 0.07 дБ на 14 МГц, 0.04 дБ на 7 МГц, 0.03 дБ на 3.5 МГц к показанным измерениям.

 В процессе измерений посмотрим на спектральные составляющие сигналов, генерируемых в режиме CW трансивера в полосах частот 300-600 кГц, для оценки побочных излучений спуров, пораженок, а также в полосе КВ/УКВ для оценки первых четырех гармонических составляющих. Режим усиления УМ трансивера выбран по-умолчанию: 8.1 PA Bias min = 0, 8.2 PA Bias max = 223. Сразу отмечу, что максимальное значение установленное в 255 не обязательно означает максимальную выходную мощность и КПД. Выбор этих настроек УМ требует отдельного рассмотрения. 

Начнем рассмотрение с незаявленного диапазона 160М, на корпусе указано: 3.5МГц - 30 МГц, тем не менее частоту 1.8 МГц можно выбрать в меню диапазонов, 1.4 Band. Вид на спектрограмму в отсутствии сигнала.

Фиксируется уровень шумов менее -90 дБм. 

Включаем режим генерации, но несущая не появляется на спектрограмме. uSDR показывает выходную мощность 4.7 Вт! Генерация вне диапазона! В полосе 10 МГц получается зафиксировать вид сигнала:

Таблица уровней спектринок показывает распределение энергии по спектральным составляющим. Основная частота отмечена маркером 1 = 3.6477 МГц, пик справа без маркера - 2 гармоника 7.2804 МГц. 

В полосе 100 МГц сигнал выглядит так:

Вывод: трансивер не может принимать сигнал в диапазоне 1.8 МГц, передача выполняется в диапазоне 80М, вид спектра - аномальный. (характерного щелчка реле фильтров нет при переходе с 80 на 160 метров).

Переходим на диапазон 80М.

Приём:

Измерение выполняется без внешнего аттенюатора 40 дБ! Частота гетеродина при приёме выше частоты генерации установленной выходной частоты примерно на 600 Гц. Фиксируемый уровень гетеродина на выходе трансивера -59.47 дБм.

Передача:

Разница частоты гетеродина и передачи 604 Гц, что можно считать очень точным соответствием. 

Передача в полосе 600 кГц:

Видны побочные частоты с уровнем порядка -40 дБм. 

Передача в полосе 30 МГц:

Видна пораженная частота М4 = 4.726 МГц с уровнем -22.98 дБм. Вторая гармоника -15.6 дБм, Третья гармоника -15.77 дБм. 

Далее будем рассматривать наиболее принципиально интересные спектрограммы.

Переходим на диапазон 60М (слышно срабатывание реле ФНЧ).

Передача в полосе 300 кГц

Передача в полосе 30 МГц

Хорошо видны побочные составляющие и гармоники. Какую-то логику появления побочек сложно представить, они проявляются на разных частотах по-разному. Для примера я задам 3 частоты передачи. Посмотрим на сигналы в полосе 300 кГц.

Частота 5.35 МГц

Частота 5.36 МГц

Частота 5.37 МГц

Уровни побочных излучений до -36 дБм!

Переходим на диапазон 40М (слышно срабатывание реле ФНЧ).

Гетеродин +600 Гц

Гетеродин +700 Гц

В трансивере всего две опции сдвига частоты при приеме CW. +600 и +700 Гц. В данном измерении получилось +599 Гц и +679 Гц.

Передача в полосе 600 кГц

Передача в полосе 30 МГц

Вариант измерения канальной мощности ВЧ - сигнала. 

Переходим на диапазон 30М (слышно срабатывание реле ФНЧ).

Передача в полосе 400 кГц

Передача в полосе 40 МГц

Передача в полосе 130 МГц

Переходим на диапазон 20М (слышно срабатывание реле ФНЧ).

Передача в полосе 600 кГц

Передача в полосе 60 МГц

Вариант измерения канальной мощности ВЧ - сигнала. 

Переходим на диапазон 17М (слышно срабатывание реле ФНЧ).

Передача в полосе 400 кГц

Передача в полосе 80 МГц

Переходим на диапазон 15М (слышно срабатывание реле ФНЧ).

Передача в полосе 400 кГц

Передача в полосе 100 МГц

Переходим на диапазон 12М 

Не слышно щелчка реле, видимо начиная с 15М все более высокочастотные диапазоны используют один ФНЧ.

Передача в полосе 400 кГц

Передача в полосе 110 МГц

По сравнению с диапазоном 15М мощность снизилась на 3.5 дБ!

Переходим на диапазон 10М 

Передача в полосе 400 кГц

Передача в полосе 130 МГц

Переходим на не заявленный диапазон 6М, но его можно выбрать и включить в меню! 
Приём:

Уровень гетеродина ниже, чем на остальных диапазонах и составляет -81.03. Будет ли его достаточно для выделения ВЧ сигналов на этом диапазоне?

Передача в полосе 400 кГц

Выходная мощность составила -51.3 дБм, т.е. почти ничего не излучается. uSDR показывает 0 Вт на выходе и зажигается предупреждение "SWR nan2"

Передача в полосе 50-200 МГц

Передача в полосе 3-260 МГц

Все спектрограммы снятые в этой работе можно скачать по ссылке  https://drive.google.com/file/d/1dr6ejhRJoMwe4ZBxoX7fP00VzYn2R9Nw/view?usp=drive_link 1.4 Мб. 

Выводы по работе:

Получены спектральные характеристики трансивера uSDR. 

Средний уровень шумов -95 дБм в полосе измерения (по факту -55 дБм)

Параметры анализатора:

VBW - на частоте менее 1 КГц, не отрисовывает шумы, картинка упрощается;

RBW - детализирует пики, замедляет измерение.

Результаты измерений будут сопоставлены измерениями интегральной выходной мощности по ваттметру NRX c NRP18S-25  и сведены в таблицу.

Материал подготовил: Лавриненков Игорь / R2AJA

Для связи с автором есть почта: R2AJA at MAIL RU