E5.4 Rauscharme Vorverstärker

Niveau: Selbständig empfangen (K3)

Zeitbedarf: ca. 45 Minuten

Rauschen bestimmt, was du hörst

Ob du ein Satellitensignal hörst, hängt nicht nur von seiner Stärke ab. Entscheidend ist das Signal-Rausch-Verhältnis (SNR). Die Grundlagen dazu kennst du aus Kapitel E4.

Jeder Verstärker hat eine Verstärkung G und eine eigene Rauschtemperatur T. Er verstärkt das Signal und das mitgelieferte Rauschen – und legt sein eigenes Rauschen noch dazu. Das SNR wird deshalb nach jeder Stufe schlechter, nie besser.

Statt der Rauschtemperatur gibt man oft die Rauschzahl (das Rauschmass) NF in dB an. 0,6 dB entsprechen 43 K.

Die Formel von Friis

Harald T. Friis hat beschrieben, wie sich das Rauschen mehrerer Stufen addiert: Die Rauschtemperatur der ersten Stufe zählt voll. Die der zweiten Stufe wird durch die Verstärkung der ersten geteilt, und so weiter.

Daraus folgt: Die erste Stufe bestimmt das Rauschen der ganzen Kette. Sie muss rauscharm sein und genug verstärken.

Ein Kabel ist auch eine Stufe – mit einer «Verstärkung» kleiner als 1. Liegt es vor dem Vorverstärker, ist es die erste Stufe und zählt voll.

Regel: direkt an die Antenne

1. Der Vorverstärker gehört direkt an die Antenne.
2. Direkt heisst: ohne Kabel.

Jedes dB Verlust vor dem Verstärker bedeutet zusätzliche Rauschtemperatur. 0,5 dB entsprechen schon 35 K – fast so viel, wie ein guter Vorverstärker selbst rauscht.

Was ein guter Vorverstärker heute leistet

Ein Vorverstärker (LNA, Low Noise Amplifier) für 2 m oder 70 cm erreicht heute ein Rauschmass von 0,5 bis 0,7 dB, inklusive der Relais zum Umschalten. Die Zeiten der «Rauschbüchsen» mit über 1 dB sind vorbei.

Spitzengeräte gehen noch weiter: Ein 23-cm-LNA von HB9BBD für EME mit 0,2 dB Rauschzahl (14 K) und 40 dB Verstärkung.

Stromversorgung: über das Koax oder extern?

Der Vorverstärker am Mast braucht meist 12 V. Dafür gibt es zwei Wege:

• Über das Koaxkabel (Fernspeisung, «Bypass»): Die Gleichspannung läuft auf dem Innenleiter mit. Du sparst ein Kabel, brauchst aber Einspeiseweichen und darfst diese Spannung nie auf ein Gerät geben, das sie nicht verträgt.
• Extern: ein eigenes Speisekabel zum Mast. Mehr Aufwand, dafür bleiben Koax und Geräte frei von Gleichspannung.

Hinweis: Willst du später auch senden (Kurs HB3/HB9), muss der Vorverstärker beim Senden überbrückt werden. Das übernehmen Relais, die ein Sequencer in der richtigen Reihenfolge schaltet. Für eine reine Empfangsstation genügt ein Vorverstärker ohne Relais.

Zwei Polarisationsebenen, zwei Vorverstärker

Manche Stationen nutzen getrennte Antennenebenen für vertikal und horizontal und setzen pro Ebene einen Vorverstärker ein (E5.2). Dann müssen beide Vorverstärker phasengleich arbeiten. Sonst stimmt die zirkulare Polarisation nach dem Zusammenschalten nicht mehr. Das lässt sich nur durch Messung sicherstellen.

Nicht nur Gewinn zählt: G/T

Für das SNR zählt nicht der Antennengewinn allein, sondern das Verhältnis von Gewinn zu Systemtemperatur, G/T. Meistens gilt: maximales G/T ist nicht dasselbe wie maximales G.

Beispiel: Zwei Yagis, Rückseite an Rückseite montiert und zusammengeschaltet, haben in Boomrichtung denselben Gewinn. Das SNR wird trotzdem schlechter. Die hintere Antenne sieht die warme Erde (300 K) statt des kalten Himmels. Bei einer Systemtemperatur von 150 K sind das 3 dB mehr Rauschen – und damit 3 dB weniger SNR.

Ein gutes Vor-/Rückverhältnis der Antenne ist deshalb auch ein Rauschthema. Dasselbe gilt für Parabolspiegel: Strahlt der Speiser über den Spiegelrand hinaus (Spillover), sieht er die warme Erde. Für bestes G liegt die Ausleuchtung am Spiegelrand bei −10 dB, für bestes G/T bei −13 bis −15 dB, abhängig vom LNA-Rauschen. Vertieft wird das im Kurs HB9.

Simulator-Aufgabe: Kabel vor dem Vorverstärker

Im Simulator [LINK: Simulator] kannst du die Kaskade Downlink Element für Element einstellen. Baue zuerst die Kette mit 1 m Kabel vor dem Vorverstärker auf und notiere NF und G/T. Verlängere dann nur dieses Kabel auf 20 m.

Richtwerte: Die Systemrauschzahl steigt um etwa 3 dB, G/T sinkt um etwa 5 dB.