Obecný úvod:
Postranní šum je přirozeným průvodním jevem jakéhokoli vysílání, každý vf signál má nějaký postranní šum a nelze se ho zbavit, lze ho v nejlepším případě potlačit na takovou úroveň, aby nám nevadil. Postranní šum není ničím jiným, než druhem nežádoucího vyzařování. Jak je možné, že nám dříve postranní šum nevadil? Odpověď je jednoduchá. Dříve se nepoužívaly takové výkony jako dnes, nepoužívaly se tak výkonné antény, jako dnes, dříve se na VKV nepoužíval multibeaming, nebylo zvykem vysílat do fixně nasměrovaných sektorových antén a pozor, paradox, dříve se používala kvalitnější zařízení, posuzujeme-li kvalitu podle odstupu postranního šumu. Dokonce je možné říci, že všechny ostatní parametry ham zařízení se postupem let zlepšovaly, ale postranní šum v nejlepším případě stagnoval, nebo se spíše zhoršoval. Takovému vysílači z 60. let blokově zapojenému jako násobič krystalového oscilátoru se v tomto ohledu málokterý současný komerčně vyráběný transceiver může rovnat. Veškeré moderní metody jako direktní syntéza kmitočtu, fázové závěsy apod. jsou z hlediska postranního šumu špatné, nejlepší je krystalový oscilátor, resp. rozlaďovaný krystalový oscilátor, tedy IC-202, IC-402, R2CW. Nabízí se otázka, proč je postranní šum komerčně vyráběných transceivrů tak špatný? To žádný výrobce nedokáže vyrobit lepší zařízení? Odpověď je opět jednoduchá. Samozřejmě, kdyby výrobce chtěl, tak by jistě lepší zařízení vyrobit uměl, ale proč by to dělal? Zařízení by to dost prodražilo a cílová skupina je, ačkoli se nám to nezdá, velmi malá a tedy marketingově nevýznamná . Naše spokojenost s kvalitou japonských transceivrů je totiž pro výrobce důležitá jenom potud, pokud ovlivňuje jejich tržby a protože výrobky trojice výrobců (Kenwood, Icom a Yaesu) jsou na tom v postranním šumu zhruba stejně, tak z hlediska výrobců není kam spěchat. Uvědomme si, že většina produkce směřuje do USA a tam je naše středoevropské pojetí závodění na VKV něčím zcela neznámým a proto postranní šum transceivrů je parametrem nepodstatným. Do konfliktu s postranním šumem se totiž dostáváme díky tomu, že v OK je velmi hustý provoz na VKV, hlavně v závodech, a tato situace je v celosvětovém měřítku dost unikátní, opakuje se snad ještě v Německu a Holandsku.
Technické principy a výpočty
Postranní šum se měří v jednotkách dBc/Hz s dodatkem v jaké kmitočtové vzdálenosti. Na první pohled vypadá tato jednotka nesrozumitelně, ale není to nic složitého. Fyzikální interpretace je taková, že odstup postranního šumu je poměrem výkonu nosné vlny (při trvalém zaklíčování) a výkonu nežádoucího šumu, v šířce filtru 1 Hz . Je obecně známé, že výkon a napětí jsou svázány vztahem P = U2/R , napětí změříme selektivním milivoltmetrem a výkon vypočítáme ze vzorce, ovšem je velmi podstatné si uvědomit, že měříme-li napětí diskrétní nosné, nezáleží na šířce měřicího filtru, ale měříme-li napětí spojitého šumového spektra, pak naměřené napětí je přímo úměrné šířce měřicího filtru (záleží přitom na výkonové hustotě šumu). Tato myšlenka je klíčem k pochopení, proč je odstup vztažen na /Hz. Dodatek, v jaké kmitočtové vzdálenosti se postranní šum měří je proto, že výkonová hustota postranního šumu klesá s kmitočtovou vzdáleností od nosné. Má-li nějaký konkrétní transceiver odstup postranního šumu například -125 dBc/Hz ve vzdálenosti 20 kHz od nosné, (průměrná hodnota) znamená to, že 20 kHz od nosné naměříme měřicím přijímačem, který má šířku pásma 1 Hz (hypotetická hodnota), výkon o 125 dB menší, než je výkon nosné. Použijeme-li reálný přijímač s SSB filtrem o šířce pásma 2,4 kHz, pak výkon naměřený měřicím přijímačem ve vzdálenosti 20 kHz od nosné bude o 34 dB větší, než ten naměřený s filtrem širokým 1 Hz (korekční faktor je 10log 2400 = 33,8 dB) , tedy výkon šumu 20 kHz od nosné bude 91 dB pod výkonem nosné (125dBc/Hz - 34dB). Tímto jednoduchým způsobem jsme dospěli k tomu, jaký nežádoucí výkon vysíláme 20 kHz od našeho kmitočtu, a to po obou stranách, + i -). Není to úplně přesné, zjednodušení předpokládá lineární pokles šumu s kmitočtovou vzdáleností. Skutečná křivka popisující úbytek šumové hustoty podle kmitočtové vzdálenosti není příliš podobná přímce, je spíš podobná hyperbole, ale chyba vnesená do výpočtu tímto zjednodušením, není příliš velká. Zkusme si odpovědět na otázku, jak daleko bude toto nežádoucí vyzařování slyšet. Použiji opět metodu po lopatě. Typický přijímač dává při napětí na vstupu 0,1 uV odstup signál/šum 13 dB a tak si spočítáme, na jak velkou vzdálenost bude slyšet postranní šum našeho vysílače s tímto odstupem.
Příklad 1: Výpočet provedeme pro případ špičkově vybavené závodní stanice, která má výkon na současném limitu třídy A, tj. 750W a anténní systém se ziskem 19 dB (optimálně sfázované čtyřče 16 el Yagi). Výkonu 750W odpovídá napětí 194V na 50 Ohmech, po odečtení odstupu 91 dB dostaneme napětí nežádoucího výkonu v šířce 2,4 kHz 5,5 mV. Fyzikální interpretace: Jak daleko se dovoláme, aby nás protistanice slyšela 13 dB nad šumem, když čtyřče vybudíme napětím 5,5 mV (to jest 0,6 mW)? Kontrolní otázka: Jak daleko je slyšet miliwattový maják OK0EB? Jaký útlum trasy odpovídá poměru 5,5 mV a 0,1 uV? Je to 20 log 5,5x10-3/ 0,1x10-6 = 95 dB. K tomuto útlumu musíme přičíst zisk antény u vysílače 19 dB a zisk antény na straně protistanice, kde uvažujeme 10 dB ( asi tak 9 el. Yagi) , tedy celkový útlum trasy k překlenutí je 124 dB (95dB čistá trasa+19dB ant 1+10dB ant2) a dostaneme šokující hodnotu 263 km. Výpočet útlumu trasy platí pro přímou viditelnost a tak daleko není vidět ze žádného kopce v OK, tak můžeme zodpovědně prohlásit, že 20 kHz od našeho kmitočtu spolehlivě budeme rušit každou protistanici, kterou máme na přímou viditelnost, budou-li antény mířit na sebe.
Příklad 2: Tentýž případ špičkově vybavené závodní stanice, ale budeme zkoumat rušení způsobené daleko od pracovního kmitočtu, třeba 150 kHz (tím simulujeme rušení po celém pásmu) a mírně nadprůměrný transceiver IC-7400 (=IC-746pro). U toho lze očekávat odstup postranního šumu 150 kHz od nosné třeba -136 dBc/Hz. Protože ostatní hodnoty jsou stejné, bude se výsledek lišit akorát o to, jak dlouhá vzdálenost odpovídá útlumu trasy 113 dB a zjistíme, že je to 74 km. U protistanice počítáme s anténou o zisku 10 dB. Fyzikální interpretace: Pokud budou antény mířit na sebe, tak budeme svým vysíláním zvedat šum po celém pásmu o více než 13 dB všem stanicím, které jsou blíž, než 74 km (na přímou viditelnost).
Příklad 3: Průměrně vybavená stanice s výkonem na hranici současné třídy B, tj. 300W a jednu anténu se ziskem 13 dB (asi tak 16 el.) . Budeme-li zkoumat rušení ve vzdálenosti 20 kHz od nosné a předpokládáme-li, že používá nadprůměrný tranceiver IC-7400 (který má 20 kHz od nosné odstup postranního šumu -131 dBc/Hz) zjistíme, že výkonu 300W na 50 Ohmech odpovídá napětí 122V a 97 dB pod 122 V je 1,7 mV. (Hodnotu 97 dB dostaneme jako 131 - korekční faktor 34) Decibelový rozdíl mezi 1,7 mV a 0,1 uV je 85 dB , součet zisků antén na obou stranách je 23 db , celkově tedy zjišťujeme, jaká vzdálenost odpovídá útlumu trasy 108 dB. Výpočtem dle vzorce uvedeného v literatuře dostaneme vzdálenost 40 km. U protistanice počítáme s anténou o zisku 10 dB. Fyzikální interpretace: Bude-li 40 km od nás stanice s 300W , jednou long Yagi a nadprůměrně dobrým transceivrem, tak si ještě 20 kHz od ní nezaposloucháme, pokud budeme mířit anténami na sebe.
Příklad 4: Průměrně vybavená stanice s výkonem na hranici současné třídy B, tj. 300W a jednu anténu se ziskem 13 dB (asi tak 16 el., nebo ekvivalentní sektor) , budeme zkoumat rušení ve vzdálenosti 150 kHz od nosné, abychom si udělali představu, jak daleko bude taková stanice rušit systémem "po celém pásmu". Od příkladu 3 se lišíme jenom hodnotou postranního šumu, dosadíme hodnotu -136 dBc/Hz a vyjde nám vzdálenost 23 km. U protistanice počítáme s anténou o zisku 10 dB. Fyzikální interpretace: Bude-li méně než 23 km od nás stanice s 300W , jednou long Yagi a nadprůměrně dobrým transceivrem, tak, pokud budeme mít antény otočené na sebe, nás bude rušit postranním šumem po celém pásmu. (toto je případ severozápadního sektoru OL3Z)
Příklad 5: Výpočet provedeme pro případ špičkově vybavené závodní stanice, která má výkon na současném limitu třídy A, tj. 750W a anténní systém se ziskem 19 dB (optimálně sfázované čtyřče 16 el Yagi), stejně jako příklady 1 a 2 , ale protistanice bude odsměrovaná jinam a předpokládáme potlačení postranních laloků 20 dB, kmitočtovou vzdálenost 150 kHz a transceiver IC-7400. Tomu odpovídá odstup postranního šumu -136 dBc/Hz. Obdobným postupem jako výše dostaneme vzdálenost 7,5 km. U protistanice počítáme s anténou o zisku 10 dB. Fyzikální interpretace: Pokud bude protistanice blíž, než 7,5 km, tak, pokud budeme otočeni anténou na ni, budeme ji rušit po celém pásmu, ať ona bude mít otočenou anténu kamkoli.
Příklad 6: Výpočet pro stanici s výkonem 300W, sektorovou anténou se ziskem 13 dB, transceiver IC-7400 a kmitočtový odstup 150 kHz a protistanici s 10 dB anténou otočenou jinam, předpokládáme potlačení postranních laloků 20 dB. Dojdeme ke vzdálenosti asi 2,5 km. Fyzikální interpretace: Pokud je od nás méně než 2,5 km stanice, která pouští výkon 300W do sektorové antény otočené naším směrem, tak si nezaposloucháme, ať budeme mít anténu otočenou kamkoli.
Všechny tyto výpočty uvažují reálný transceiver na straně rušící stanice, ale pro jednoduchost zanedbávají vliv kvality přijímacího zařízení. V tomto odstavci si osvětlíme, jak se situace změní v případě, že do výpočtu zahrneme reálné vlastnosti zařízení na straně přijímače. Skutečnost je taková, že postranní šum místního oscilátoru přijímacího zařízení se uplatní úplně stejně, jako postranní šum rušícího vysílače, sčítají se a tedy pokud bude v případě a) odstup postranního šumu vysílače -125 dBc/Hz a LO přijímače bude ideální a v případě b) bude vysílač ideální a odstup postranního šumu LO přijímače bude -125 dBc/Hz, bude výsledné rušení zcela shodné. Pokud budou mít přijímač i vysílač shodné vlastnosti co do odstupu postranního šumu, pak se šumy sečtou a výsledné rušení bude o 3 dB větší (3 dB = dvojnásobek výkonu). Pokud budou odstupy postranního šumu vysílače a přijímače nestejné, tak se v součtu uplatní větší měrou ten oscilátor, který je horší. Závěr: Reálná situace, kdy se uplatňují postranní šumy vysílače i přijímače bude vždy horší, než příklady 1-6 , kdy jsme zanedbávali vliv vlastností přijímače. Rušení bude tím větší, čím horší budou vlastnosti LO použitého přijímače. Po lopatě: I kdyby silná stanice na pásmu měla ideální signál prostý postranního šumu, bude nás rušit šumem po celém pásmu, protože její ideální signál směšujeme s naším reálným místním oscilátorem a jeho šumové vlastnosti se ve směšovači překopírují do mezifrekvence. Tenhle mechanismus se nazývá reciprokým směšováním.
Zkuste si domyslet, jak to budou příklady 1-6 vypadat v případě, kdy některá ze stanic použije podprůměrný transceiver (běžně se používají transceivry, které mají odstup postranního šumu cca -120 dBc/Hz 50 kHz od nosné) , nebo v případě, kdy stanice použije větší výkon.
Je-li situace skutečně tak vážná, znamená to, že na zařízení, které má třeba -120 dBc/Hz /20 kHz nemáme vysílat?
Nikoli, klidně je možné na takové zařízení vysílat, zejména pokud blízko nás nepracují jiné stanice, se kterými bychom si navzájem vadili, ale musíme mít na paměti, že pokud nás někdo bude rušit stylem zvedání šumu po celém pásmu, pak bude chyba nejspíš na naší straně a nejspíš není oprávněné si na takovou stanici, která nás ruší, stěžovat. Kromě toho je přinejmenším nerozumné a v rozporu s hamspiritem za takový TRx pověsit kilowatt do velké antény a jen závod na výzvu, protože tím zkazíme radost kolegům v okolí. Provoz takového zařízení je v praxi přijatelný bez přídavného PA a nikoli na výzvu, ale v režimu vyhledávání protistanic, pak je to v pohodě. Nemáte-li větší ambice, než rozdávání bodů v závodě, pak si s postranním šumem nemusíte příliš lámat hlavu.
Jak souvisí rušení postranním šumem s klasickým známým rušením spletry?
Souvislost je asi taková, že u správně fungujícího a správně vybuzeného SSB v blízkém okolí pracovního kmitočtu, řekněme 20 kHz na každou stranu, dominuje rušení spletry ( = intermodulačními produkty) , zatímco ve vzdálenějším okolí dominuje rušení postranním šumem. Pokud vás tedy ruší spletry silné stanice třeba 100 kHz od jejího pracovního kmitočtu, tak buď nemá v pořádku vysílač (nejspíše je přebuzen) , nebo je přebuzen náš přijímač. Jak to zjistit, je popsáno výše. Obráceně je možné tvrdit, že pokud slyšíme postranní šum silné stanice (typicky "dýchání" šumu v rytmu modulace), tak je to důkazem, že Tx rušící stanice je v pořádku a pokud v takové situaci požaduje stěžovatel "stáhni si to, máš to přebuzené" (typická reakce), tak tím podává důkaz o tom, že problematice nerozumí.
Jak z toho ven?
Řešení této situace naštěstí existuje a nemá nic společného s moderními technologiemi, všechno se dá postavit ze součástek dostupných již několik desetiletí. Patnáct let po roce 1989 je načase si připustit, že ne všechno, co je koupené na západě za peníze je etalonem kvality, je vhodné ukončit euforii z toho, že jsme si pořídili hotový transceiver, je načase pomoci si sami a něco vyrobit. Tím neříkám, že budeme bastlit celý transceiver.
OK1VUM 11/2004