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Topic: IQ Amplitude und Phase Balance - Eine Ursache Frequenzgang gefunden? (Read 2567 times)
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hb9ewy
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IQ Amplitude und Phase Balance - Eine Ursache Frequenzgang gefunden?
« on: 14. September 2016, 20:44:03 »
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Hallo,
in der letzten Woche habe ich versucht herauszufinden, woher die starke Frequenzabhänigkeit des IQ Abgleich beim RX meines mcHF kommt.
Von 160m - 10m lag der nötige Einstellbereich bei ca. -9.. -90 für die Amplitude und ca. -20.. .125 für die Phase. Unterdrückung des unerwünschten Seitenbandes war dann jeweils besser als 60 dB.
Das kam mir sehr seltsam vor, weil mein selbsgebauter R2pro mit einem SI570 VFO und 74S74 Johnson Counter von 160m-12m mit einer festen Einstellung für Amplitude und Phase auskam.
Ausserdem war der nötige Einstellbereich für den TX wesentlich kleiner ( nur ca. +/- 10 Einheiten).
Ich habe alle möglichen und unmöglichen Hypothesen experimentell überprüft - Fehlanzeige bis heute.
Heute fiel mir dann endlich auf, das die Mittenanzapfung von T1 erst nach einigen cm Leiterbahn gegen Masse abgeblockt ist.
Also habe ich einen 0.1 uF SMD Kondensator direkt bei T1 von Pin 2 an Masse gelötet.
Die Mittenanzapfung von T4 (QSE) ist schon länger mit 0.1 uF abgeblockt, dem hatte ich aber keine besondere Beachtung geschenkt.
Auf einmal war der Frequenzgang fast verschwunden.
Folgende Einstellwerte führten jeweils zur maximalen Spiegel-Unterdrückung, gemessen mit -40dBm Eingangssignal und -6 kHz ZF. Der Spiegel lässt sich fast immer so start unterdrücken, dass er im Rauschen verschwindet (< -120 dBm).
Bis 7 MHz LSB, darüber USB.
Konfiguration:
- T1 Pin2 über 0.1 uF direkt am Pin gegen Masse abgeblockt.
- PO74G74A von Potato, gespiesen mit 3.3V
- R18 überbrückt (vermutlich nicht relevant)
- Dämpfungswiderstände R51, R52 47 Ohm (vermutlich nicht relevant)
- C68(C69 47nf Polyester (vermutlich nicht relevant)
Ausserdem:
- FW 1.2.0 stable
- PCB V 0.5
- QSD Bias original, 2.5V
- Vorverstärker ERA 4, mit 9 Ohm Vorwiderstand
RX Bal/Phase
160m -2/-27
80m -4/-15
40m -2/-14
30m -4/-13
20m -3/-12
17m -4/-11
15m -2/-12
12m -2/-11
10m 3/-20
Nun bin ich gespannt, ob diese Mod reproduzierbar zu einer Verbesseung von Amplituden und Phasen Balance führt, ober ein Einzelfall ist.
vy 73 de Yves
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| « Last Edit: 14. September 2016, 21:55:10 by hb9ewy » |
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DF5LI
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Re:IQ Amplitude und Phase Balance - Eine Ursache Frequenzgang gefunden?
« Reply #1 on: 16. September 2016, 12:45:09 »
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Hallo Yves, das klingt ja sehr interessant! Ich habe mir das Layout der rf-05-Platine mal angesehen, der Leitungspfad ist in der Tat nicht sonderlich HF-gerecht. Ich werde deinen Vorschlag mal ausprobieren und berichten. Allerdings ist bei mir die Frequenzabhängigkeit der optimalen Abgleicheinstellungen bei Weitem nicht so groß wie bei dir. (habe auch den Potato-Chip im Einsatz) Dazu kommt noch, dass die Einstellungen nicht nur frequenz-, sondern auch noch pegelabhängig sind. Aber einen Versuch ist es allemal wert !
Welchen Massepunkt hast du genommen? Die kleine Masseinsel direkt neben dem Mittelpin von T1 scheint mir hf-mäßig auch recht hoch zu liegen...
Wenn ich in den nächsten Tagen wieder Zugriff auf meinen Messsender habe, werde ich eine Testreihe starten und berichten !
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73, Harri
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DJ3FV
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Re:IQ Amplitude und Phase Balance - Eine Ursache Frequenzgang gefunden?
« Reply #2 on: 16. September 2016, 14:22:07 »
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Hallo Yves,
bitte kannst du kurz nach schieben ob deine Messungen und Beobachtungen mit einem Rev 0.4 oder 0.5 Platine gemacht wurden? Ich weiß zwar nicht ob es dazwischen markante Unterschiede gibt, aber es gibt in diesem Bereich höchstwahrscheinlich Unterschiede die aus in Rev 0.5 umgesetzten Modifikationen gegenüber Rev 0.4 stammen.
Danke,
Uwe
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DF5LI
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Re:IQ Amplitude und Phase Balance - Eine Ursache Frequenzgang gefunden?
« Reply #3 on: 16. September 2016, 16:21:02 »
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Hallo Uwe, das kann ich dir auch ganz schnell beantworten:
Yves schrieb
Ausserdem:
- FW 1.2.0 stable
- PCB V 0.5
- QSD Bias original, 2.5V
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73, Harri
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DJ3FV
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Re:IQ Amplitude und Phase Balance - Eine Ursache Frequenzgang gefunden?
« Reply #4 on: 16. September 2016, 16:58:06 »
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Hallo Harald,
mmh ich glaube ich sollte zukünftig gründlicher lesen. 
Danke,
Uwe
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hb9ewy
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Re:IQ Amplitude und Phase Balance - Eine Ursache Frequenzgang gefunden?
« Reply #5 on: 16. September 2016, 17:35:03 »
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Hallo,
hier nun ein Foto der Mod. von einem ansonsten noch unbestückten RF PCB V0.5.
Der geringe Frequenzgang hatte mich auch sehr überrascht, das mag auf eine Verkettung glücklicher Umstände zurück zu führen sein.
Was übrigens einen ähnlichen Effekt hat: 2x ca. 12pF von den beiden MixerEingangs-Pins an die Mittenanzapfung von T1 gelegt, aber das einzene C ist natürlich einfacher.
Eine erhebliche Verbesserung durch die Mod. sollte aber feststellbar sein.
Ein andere Faktor der recht grossen Einfluss hat, ist die Abschluss Impedanz am RX Mixer Port. Ein (Puffer) Verstärker mit möglichst realem, stabilen Z ist von Vorteil.
Beim TX Mixer, der direkt ans BPF gekoppelt ist, könnte ein Pufferverstärker mit wenig Verstärkung, z.B. ein Fet in common gate Schaltung eine Verbesserung bewirken.
Nun bin ich gespannt auf die Reproduzierbarkeit der Verbesserung.
vy 73 de yves
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hb9trt
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Re:IQ Amplitude und Phase Balance - Eine Ursache Frequenzgang gefunden?
« Reply #6 on: 16. September 2016, 17:46:07 »
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Hallo Yves
Habe das mal einfach so auf einer 0.4er ausprobiert. Keine gute Idee, war schnell wieder weg. Da funktinierts nicht. Ist also, wenn nicht spezifisch bei Deinem Aufbau maximal für die 0.5er eine Idee wert.
Gruss
Reto
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DF5LI
alter Hase
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Re:IQ Amplitude und Phase Balance - Eine Ursache Frequenzgang gefunden?
« Reply #8 on: 16. September 2016, 18:11:42 »
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Hallo Yves,
auf deinem Foto ist T4 abgebildet. Der ist aber im Sendezweig und wird kaum etwas zum RX-Abgleich beitragen. Weiter oben schriebst du aber, dass du die Mittelanzapfung von T1 abgeblockt hättest. Falsches Foto genommen ?
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73, Harri
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hb9ewy
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Re:IQ Amplitude und Phase Balance - Eine Ursache Frequenzgang gefunden?
« Reply #9 on: 16. September 2016, 18:37:41 »
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Hallo Hatte,
ja, falsches Foto, das richtige hier im Anhang, leider nicht so gut.
Ich verstehe nicht, warum die 50 Ohm Auslegung der Leiterbahnen einen Frequenzgang verursachen können - solange die Leiterbahnen 100% symmetrisch ausgelegt sind.
Ich kenne die Impedanzen der Clock Ein- und Ausgänge nicht, 50 Ohm werden es kaum sein. Aber die Symetrie ist entscheidend - und die sieht bei der V0.5 gut aus.
Bei meinem mcHF (bestücktes PCB von Chris) war der Frequenzgang sicher ungewöhnlich gross (mit der Factory-Bestückung), ich bin nun gespannt wie es sich beim 2ten PCB verhält - in einigen Wochen werde ich es wissen.
Faktoren wie T1, Mischer IC, den Johneson Counter und die Sample C's kann ich als Ursache ausschliessen weil ich jeweils verschiedene Typen ausprobiert habe - aber evtl. gibt es noch einen anderen, bisher unbekannten Faktor?
vy 73 de Yves
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DF5LI
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Re:IQ Amplitude und Phase Balance - Eine Ursache Frequenzgang gefunden?
« Reply #10 on: 20. September 2016, 12:03:15 »
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Soo, ich habe mich gestern hingesetzt und mal getestet, ob und wie sich der Vorschlag von Reto auf den Frequenzgang der I/Q Balance und -Phase auswirkt.
Konfiguration:
- FW 1.2.0 stable
- PCB V 0.5 mit Factory-Bestückung
- QSD Bias original, 2.5V
- Vorverstärker PGA103+, mit 33 Ohm Vorwiderstand
- Eingangspegel -40 dBm aus einem HP 4640B Signal Generator
RX Bal/Phase ohne zusätzlichen Abblock-C 100nF an T1
160m 12/-18
80m 17/-21
40m 18/-23
30m 16/-26
20m 16/-30
17m 15/-43
15m 14/-42
12m 15/-43
10m 17/-62
Die RX IQ-Balance zeigt kaum einen Frequenzgang, die IQ Phase aber um so mehr.
Jetzt die RX Bal/Phase mit Abblock C
160m 6/-10
80m 7/-9
40m 4/-8
30m 0/-8
20m -5/-5
17m -8/-5
15m -13/ 0
12m -16/ 4
10m -18/ 0
Die Veränderung ist deutlich, leider aber immer noch frequenzabhängig.
Jetzt ist die Balance frequenzabhängiger geworden, dafür sieht die Phase deutlich besser aus.
Weil mir der Pegel von -40 dBm recht hoch erschien, habe ich das Ganze nochmal mit
-73 dBm (S9) wiederholt. Dabei war es interessant zu sehen, dass die Einstellwerte für die
Phase nicht eingangspegelabhängig sind. Lediglich die Einstellwerte für die Balance mussten bei niedrigerem Eingangspegel entsprechen nach negativeren Werten korrigiert werden.
Fazit: die Beschaltung rund um den T1 ist für die Frequenzabhängigkeit der IQ Phase und Balance verantwortlich. Vielleicht sollten wir den T1 mal durch ein besseres, streng symetrisch gewickeltes Exemplar ersetzen. Da ist noch Luft für weitere Forschungen...
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73, Harri
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hb9ewy
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Re:IQ Amplitude und Phase Balance - Eine Ursache Frequenzgang gefunden?
« Reply #11 on: 20. September 2016, 18:18:56 »
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Hallo Harri,
sehr interessante Messungen sind das, sie helfen die Zusammenhänge besser zu ergründen, es gibt ja so viele Einflussfaktoren.
Ich hatte übrigens auch zuerst den Trafo T1 in Verdacht und haben einen eigenen trifilar auf einen Doppelochkern gewickelt. Der war aber nicht besser.
Vieleicht gibt es käufliche die besser sind?
Ein anderer Einflussfaktor ist die Anpassung des VV an den QSD.
Bisher habe ich das nicht systematisch untersucht.
Um den Einfluss abzuschätzen könnte man so vorgehen:
Messender bei T1/pin4 über ein 10dB Dämpfungsglied einspeisen und dann die IQ Balance überprüfen.
Inzwischen habe ich den VV von ERA4 wieder auf BFR93a umgestellt weil die Verstärkung des ERA4 zu gering war (nur 6dB, was ich mir aber nicht erklären kann).
Habe dazu den VV mit BF393a in LTspice simuliert und auf bessere Anpassung (S11, S22) und ca. 12-13 dB Verstärkung hin optimiert bei gutem IP3o.
Sehr empfehlenswert dazu übrignens diese Seite von DL6GL http://dl6gl.de/grundlagen/berechnung-hf-verstaerker
Daten zum modifizierten VV:
R35: 9 Ohm
R36: 1k5 ll 0.1u-330 Ohm
R37: 1k
R38: 27 Ohm
ca. 12 dB Verstärkung, IP3o ca. 30 dBm
Das hat gut geklappt. Der Frequenzgang ist etwas grösser geworden, die Empfindlichkeit des RX auch (auf 20m nun MDS -130dBm, auf 10m etwas schlechter). Ach ja: R41/42 15 Ohm.
Ausserdem R45/48 auf 1k reduziert, parallel mit 4.7nf Folie.
IP3i des RX ist jetzt etwas besser als 20 dBm (Pin 2x -30 dBm, 10kHz Abstand)
Der PGA103 ist meiner Erfahrung nach besser für VHF/UHF geeignet, Stabilität und Anpassung sind bei KW nicht gut, ausserdem ist die Verstärkung in vielen Fällen zu hoch (> 20 dB)).
Was ich auch gemerkt habe beim Test verschiedenen Sample C's C68/69: selbst solche mit fast gleicher Kapazität, +/- 1% können einen Frequenzgang verursachen. Ein Erklärung dafür habe ich nicht.
z.Z. 0.1 uF Folie aus der Bastelkiste die besser als 1% gematcht sind.
Bis zum UHF Contest ist meine mcHF Tätigkeit nun etwas reduziert, danach gehts weiter.
vy 73
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| « Last Edit: 20. September 2016, 20:41:32 by hb9ewy » |
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