受信機のダイナミックレンジとは

'06.12.3
  最高級RXでよく出てくるダイナミックレンジ、どういう意味なのか自分なりに考えてみました。
ダイナミックレンジ ダイナミックレンジとは
 RXに同調機能がなくなったころから、ダイナミックレンジ"100dB以上"などの性能をうたったRXが話題になってきました。
それまではRXの性能を表現するのに3S(感度、選択度、安定度)と比較的わかりやすい表現でしたが、これらの性能がある程度達成 されてしまった今では、"良く聞こえる"を定義するスペックとして扱われるようになってきました。
 ただダイナミックレンジとして90dBならどうで、100dBならどういいのか解説書を読んでみてもピンときません。自分で製作する RXに当てはめてダイナミックレンジについて考えて見ます。

  特性の見方
 図は解説記事などでよく見かけるダイナミックレンジを示す特性例です。 この例では-140から-40の間、100dBをダイナミックレンジとしています。
 MDS-140dBmで、ダイナミックレンジ100dB、ゲイン110dBのRXを例にして考えてみると、入力-140dBm以下はノイズにマスクされ これ以下の信号は受信できません。入力を上げていくと出力も比例して増加していきますが、-40dBmを超えると3次歪が発生して 、実際に妨害として聞こえてくるまでの100dBの範囲をダイナミックレンジとしています。
   ここで実際に100dBがどういう値なのか具体例で考えてみます。
 7MでレベルS0(-120dBm)のQRP信号(実際に出力数十mWのQRP局はこのレベル?)で、周波数F1を受信している場合に、7.2M付近のS9 +40--60dB(-33dBm)の2波の放送波F2とF3によって、2xF2-F1 と2xF1-F2の周波数に目的信号と同一レベルの妨害波を発生するとい うことを示しています。
 例えば、7.15Mの放送波と7.25Mの放送波が、それぞれS9+40dB程度なら7.05Mと7.35MにS0〜S1程度の妨害信号が発生します。 いま7.05MでS1程度の相手局とQSOしていると妨害を受けることになります。この程度の強さの放送波は7.5M付近まで日常的に10局 以上でており、更に条件は悪くなります。
 次にダイナミックレンジ90dBの場合を考えてみると、3次歪のカーブは左に10dB分ずれますので-33dBmでの妨害はS7程度の強さに なってきます。これではのんびりQRP信号をコピーできません。
ダイナミックレンジ
CF 7M, SPAN 1M/div , BW 100kHz , Ref-10dBm
アンテナは、7Mダイポール 8mHを使用
フロンドエンドフィルターの重要性
 上の図から、あらためてダイナミックレンジ100dBとして、7.15Mと7.25Mの放送波をフロントエンドフィルターで-7dB減衰させて やれば、妨害は発生しないことがわかります。同調特性を持ったフィルターの重要性があらためて認識できます。
 左の写真は20時頃の7M付近をスペアナで受信したものです。
6M付近、7.2M付近、9M付近に-35〜-30dBmの強力な信号がまとまっています。6-8MをひとつのバンドとしてまとめてRF AMPする 今のRXでは、上での想定がそのまま当てはまり100dBが一つの目標仕様になっています。
 さらに特性向上を目指すなら、RF AMPのIMD特性を向上するより、同調回路で7.2Mの放送波を10dB程度減衰するフィルター を配置すれば、ダイナミックレンジは110dB以上相当が得られます。
 以上の理由から自作RXには、操作性は犠牲になりますが、目的周波数に同調させて使用するフロントエンドを目指していきます。  ただ妨害波が、アマチュアバンド内のS9+40dBの局がズラーと並んだ場合には効果ありませんが、まずは7.2M付近の信号を減衰さ せることが重要です。
 

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