home *** CD-ROM | disk | FTP | other *** search
/ QRZ! Ham Radio 1 / QRZ Ham Radio Callsign Database - December 1993.iso / arrl / best_rig.2 < prev    next >
Text File  |  1993-11-21  |  22KB  |  428 lines

  1. Which Rig is Best - Operating Features and Performance
  2. Part 2 of 2
  3.  
  4. February 27, 1993
  5.  
  6. Derived from February 1993 QST "Lab Notes". Copyright 1993 
  7. American Radio Relay League, Inc. All rights reserved.
  8.  
  9. Thank you for requesting the following information from the ARRL 
  10. Information mail server. ARRL HQ is glad to provide this 
  11. information free of charge as a service to League members and 
  12. affiliated clubs.
  13.  
  14. For your convenience, you may reproduce this information, 
  15. electronically or on paper, and distribute it to anyone who needs 
  16. it, provided that you reproduce it in its entirety and do so free 
  17. of charge. Please note that you must reproduce the information as 
  18. it appears in the original, including the League's copyright 
  19. notice.
  20.  
  21. If you have any questions concerning the reproduction or 
  22. distribution of this material, please contact Mark Wilson, 
  23. American Radio Relay League, 225 Main St., Newington, CT 06111 
  24. (mwilson@arrl.org).
  25.  
  26. Q: Now, what about performance? I am not an engineer; how can I 
  27. decide which rig works the best. Does this mean that more watts is 
  28. the best, or something? 
  29.  
  30. A: Maybe, although more performance (like more watts) sometimes 
  31. means more cost, more size, more weight, or some other factor that 
  32. also must be considered. Rather than get into every single 
  33. performance issue in detail (that would take a book), we'll 
  34. concentrate on the most important performance issues. The 
  35. performance characteristics that are the most important are 
  36. subject to some disagreement, but most people will agree on the 
  37. following: 
  38.  
  39. Receiving: Sensitivity, dynamic range and "cleanliness."
  40.  
  41. Transmitting: Output power and spectral purity. 
  42.  
  43. Q: Could you review receiver characteristics for me? How about 
  44. starting with sensitivity? 
  45.  
  46. A: Sure (that's what this column is for!).  You may want to have 
  47. your ARRL Handbook, or one of our other electronics books handy (I 
  48. suggest our new one -- Understanding Basic Electronics) to help 
  49. with some of the technical terms I may toss your way. 
  50.  
  51. Receiver performance specifications often starts with a 
  52. measurement of sensitivity. This is a measurement of the ability 
  53. of a receiver to hear weak signals. Sensitivity can be expressed 
  54. in several different ways, some more common than others. (A 
  55. receiver-design engineer usually selects the one that is most 
  56. useful.) The two conventions most often seen in amateur receivers 
  57. are microvolts into 50 ohms (for example -- 0.15 uV for a 10- dB 
  58. signal-to-noise ratio) or dBm (decibels relative to 1 milliwatt 
  59. into 50 ohms).
  60.  
  61. Q: This is starting to sound complex. What's the bottom line?
  62.  
  63. A:  The bottom line, for the most part, is the lower the 
  64. sensitivity number, the better. A sensitivity of 0.16 uV is better 
  65. than a sensitivity of 0.2 uV. The larger then negative noise-floor 
  66. number, the better. A noise floor of -140 dBm is better than a 
  67. noise floor of -130 dBm. (Typical HF transceivers have noise 
  68. floors between -135 and -140 dBm.) These two ways of expressing 
  69. sensitivity are just two different ways of saying the same thing. 
  70. If you would like to know more about the formulae for the 
  71. relationship between the different ways of expressing sensitivity, 
  72. the affect of bandwidth on sensitivity measurement, and other 
  73. related factors, refer to the ARRL Handbook. 
  74.  
  75. Keep in mind, though, that more is not always better! The band 
  76. noise floor sets the practical limit. Once you have reached that 
  77. point, greater receiver sensitivity simply amplifies band noise. 
  78. When considering sensitivity, remember the old adage -- On HF, the 
  79. system sensitivity is usually limited by external noise -- 
  80. increased receiver sensitivity on 75-meters in the summertime 
  81. usually means you can hear more static crashes! Also, too much 
  82. sensitivity may make a receiver more susceptible to overload. 
  83.  
  84. For the amplitude-detection modes (AM, CW and single sideband), 
  85. there are two different methods of measuring and expressing 
  86. sensitivity -- the first is to measure the level of desired signal 
  87. that results in a specified amount of signal-to-noise ratio. The 
  88. second is to measure the actual noise floor of the receiver. The 
  89. latter is actually a special case of the first -- representing a 
  90. signal-to-noise ratio of 0 decibels (dB). (Refer to the cited ARRL 
  91. literature for more information about the decibel). 
  92.  
  93. Q: Now I understand all about sensitivity. I have heard a lot 
  94. about dynamic range. Can you explain it?
  95.  
  96. A: It sounds real high tech, but dynamic range is easy to 
  97. understand. In a nutshell, dynamic range is a measurement of the 
  98. range of signals that a receiver can listen to -- the difference 
  99. between the weakest signal a receiver can hear and the loudest 
  100. signal a receiver can simultaneously accommodate without 
  101. undesirable effects. This could be expressed in many different 
  102. ways, but the one usually seen is to express it in decibels. 
  103.  
  104. There are two ways that we measure dynamic range, resulting in two 
  105. different kinds of dynamic range: blocking dynamic range and two-
  106. tone, third-order dynamic range. 
  107.  
  108. Q: The last one sounds like a real tongue twister, so I will start 
  109. with the first one. What is blocking dynamic range? 
  110.  
  111. A: I'm glad you asked! Let me explain how we measure it. I will 
  112. give you examples for how we test dynamic range using our ARRL 
  113. "standard" spacing of 20 kHz for desired and undesired signals. We 
  114. tune the receiver to a "desired" signal (supplied by one signal 
  115. generator #1) and tune signal generator #2 20 kHz away to be the 
  116. undesired signal. We then increase the level of the undesired 
  117. signal until we see a 1 dB drop in the desired signal. This 
  118. represents what will happen when you are listening to a station 
  119. and a strong signal suddenly appears in another part of the band 
  120. when the big signal makes your receiver go deaf. The difference 
  121. between the noise floor, and the level of signal it took to cause 
  122. the desired signal to drop in level by one dB, expressed in dB, is 
  123. the blocking dynamic range of the receiver being tested. 
  124.  
  125. A typical receiver might have a blocking dynamic range between 120 
  126. dB and 150 dB. The larger this number -- the better. 
  127.  
  128. Q: That sounds easy enough. Now what is this two-tone, third-order 
  129. dynamic range? 
  130.  
  131. A: In a nutshell, this is one way of measuring if a receiver will 
  132. generate any false signal responses. We use the same basic test 
  133. setup we used to test blocking dynamic range, but in this case we 
  134. use two identical level signals spaced 20 kHz apart. On the 20-
  135. meter band, for example, the two signal generators are tuned to 
  136. 14.020 and 14.040 MHz. We tune the receiver to 14.000 MHz, the 
  137. frequency that is one of the two third-order products of the two 
  138. generator frequencies. We then increase the signal levels of the 
  139. two generators until the measured third-order product is equal to 
  140. the noise floor of the receiver. We then repeat the process with 
  141. the receiver tuned to 14.060, the other third-order product. The 
  142. difference between the noise floor and the level of signals that 
  143. caused the appearance of the third-order product, expressed in dB, 
  144. is the two-tone, third-order dynamic range. 
  145.  
  146. A typical receiver might have a two-tone, third-order dynamic 
  147. range between 90 and 105 dB. The larger this number -- the better. 
  148.  
  149. Q: I am with you so far. What else counts in a receiver? 
  150.  
  151. A: Well, there are many things that are important, but those are 
  152. the "biggies." You may also want to consider things like audio 
  153. frequency response, filter performance, how well the receiver's 
  154. automatic gain control works (AGC), S meter performance and audio 
  155. output power, to name just a few factors. As we put together our 
  156. QST Product Reviews, the reviewers and the Product Review editor 
  157. pay close attention to the performance of these things. If there 
  158. is anything of note, it is often discussed in the running text of 
  159. the Product Review. 
  160.  
  161. Q: What do you mean by receiver "cleanliness"?
  162.  
  163. A: In modern, synthesized transceivers, a key receiver-performance 
  164. issue is spurious-free, highly linear, low-noise signal 
  165. reproduction. The introduction of frequency-synthesis techniques 
  166. in Amateur Radio gear has created a new set of challenges for 
  167. radio designers. This is because using these techniques created 
  168. the potential for receiver spurs ("birdies"), internally-generated 
  169. noise that rises with signal levels, and related effects that can 
  170. mask or distort desired signals. An unrelated but important issue 
  171. is freedom from excessive hiss outside the desired-signal passband 
  172. in audio and IF amplifiers. You'll see these issues and their 
  173. impact discussed in QST Product Reviews.
  174.  
  175. For example, frequency-synthesizing circuitry is notorious for 
  176. generating phase noise. Phase noise often manifests itself as 
  177. broadband hiss caused by a phase-noisy oscillator chain in your 
  178. transceiver. You'll hear it when you are tuned to a frequency 
  179. adjacent to a strong signal. Phase noise can also be transmitted 
  180. by your radio, causing interference to others. (Imagine having a 
  181. phase-noisy receiver tuned to a frequency adjacent to a strong 
  182. signal generated by a phase-noisy transmitter!) Phase noise has 
  183. improved tremendously over the past five years, but can be an 
  184. annoying problem in some older rigs. If you see the dynamic range 
  185. measurements in QST Product Reviews reported as "noise limited", 
  186. this is a strong clue that the transceiver may suffer from phase-
  187. noise problems.
  188.  
  189. Refer to a recent QST Product Review column for an example of a 
  190. composite-noise test photograph. When it comes to composite noise 
  191. -- less is best -- the best transmitted phase noise that is 
  192. typically seen is -120 dBc/Hz at 10 kHz offset. This subject was 
  193. treated in detail in a two-part article that appeared in March and 
  194. April 1988 QST. 
  195.  
  196. Q: Let's move to the transmitter. Are more watts always better?
  197.  
  198. A: Usually having the capability to run more power is a good thing 
  199. --  there are always times when one wants to have a bit more 
  200. ability to punch through interference, noise or fading conditions. 
  201. However, even this has its trade-offs. More power usually means 
  202. increased cost, increased current consumption, and increased size 
  203. and weight -- factors that might be strong minuses for some 
  204. applications. 
  205.  
  206. Many hams find that output power in the 100-watt class is adequate 
  207. for HF work. Most HF amateur transceivers are in the 100-watt 
  208. class. SOme of them struggle to get there, or fall slightly short; 
  209. others exceed 100 watts comfortably. Is the difference 
  210. significant? The guy on the other end will never notice the 
  211. difference between 95 and 110 watts -- this is only a small part 
  212. of an S unit. (Many of the VHF transmitters and transceivers have 
  213. output power ranging from 1 to 50 watts.)
  214.  
  215. If you are going to operate RTTY, look for a rig that is rated for 
  216. 100% duty-cycle operation. During an RTTY transmission, your 
  217. transceiver is operating at maximum output power continuously. 
  218. THis is hard on the final amplifier stage and power supply! Many 
  219. rigs perk along fine during low duty-cycle operating (CW or SSB) 
  220. but overheat quickly on RTTY. For RTTY, a transceiver should be 
  221. capable of tolerating continuous, 100% duty-cycle operation for at 
  222. least 10 minutes.
  223.  
  224. Do remember that there are many QRP (low-power) hams doing world-
  225. wide communication with power in the milliwatt range, so a ham 
  226. transmitter and station success is not determined by power alone. 
  227. What if you want to crank down the power and see what you can do 
  228. with a watt or two? Will the transceiver allow you to adjust the 
  229. minimum output to whatever level you desire? Some rigs have a 
  230. minimum output level as high as 5 to 10 watts.
  231.  
  232. Q: Interesting. What is "spectral purity?" 
  233.  
  234. A: Part 97 (the FCC regulations that govern the Amateur Radio 
  235. service) requires that all transmitters meet standards for the 
  236. purity of their signals. Of course, no system is perfect, and all 
  237. transmitters inadvertently transmit some signals outside of their 
  238. intended frequency range or channel. These signals are called 
  239. "spurious emissions" -- a term that includes all types of signals 
  240. that are not the fundamental and its desired modulation. Amateurs 
  241. must be concerned with the level of these spurious emissions, both 
  242. to ensure that the transmitted signal is in compliance with Part 
  243. 97, and to ensure that the transmitter doesn't interfere with 
  244. other services (including their own or their neighbor's television 
  245. reception). 
  246.  
  247. Spectral purity is measured using a spectrum analyzer. Refer to 
  248. the test-result table in each Product Review for a list of 
  249. spectral-purity test results. Any transmitter advertised in QST 
  250. must meet the minimum FCC requirements.
  251.  
  252. Q: I have seen two-tone IMD photographs in QST Product Reviews -- 
  253. what are those all about? 
  254.  
  255. A: These are the results of a two-tone transmit IMD test. One very 
  256. real concern to hams is that of adjacent-channel splatter on 
  257. single-sideband phone operation. (This can also be found in full-
  258. carrier, double-sideband, amplitude-modulation (AM) operation.) I 
  259. have often heard badly distorted audio QRM and discovered that it 
  260. was coming from a loud station 50 kHz down the band. (This 
  261. adjacent-channel spatter has made my life miserable in nearly 
  262. every VHF contest I have operated in.) 
  263.  
  264. This splatter is caused by non-linearities in the radio-frequency 
  265. amplifiers used in the transmitter. The most common effect is 
  266. third-order intermodulation. This can result when there is more 
  267. than one frequency present in the modulation (always the case when 
  268. a voice is the modulation source) these multiple frequencies will 
  269. mix together in the same third-order relationship that was 
  270. discussed earlier under receiver testing (along with similar 
  271. higher-order products). The result is a fair amount of unwanted 
  272. energy clustered around the desired frequency channel. These 
  273. unwanted IMD signals can cause QRM to stations located many kHz 
  274. away. 
  275.  
  276. Many Product Review columns contain an example of the published 
  277. two-tone test results. Although a voice contains many frequency 
  278. components that will mix together in a way that is difficult to 
  279. predict, a real good indication of the IMD performance of a 
  280. transmitter can be obtained using only two tones of equal 
  281. amplitude at the microphone input. These two tones are the two 
  282. "tallest" pips in the center of the photograph. When he spectrum 
  283. analyzer is adjusted so that these two tones are 6 dB below the 
  284. reference line at the top of the spectrum-analyzer screen, the 
  285. reference line represents the peak-envelope power (PEP) of the SSB 
  286. signal. The other pips clustered above and below these two tones 
  287. are the IMD products. Their value, referenced to PEP, can be read 
  288. directly from the spectrum analyzer screen's vertical scale. 
  289.  
  290. Less is best! The smaller the IMD pips are on the spectrum 
  291. analyzer screen, the less IMD the transmitter is generating. Let 
  292. me put this in perspective, though. All transmitters (even those 
  293. designed by Zack in the ARRL Lab) will generate some IMD. The 
  294. higher-order products (those the farthest away from the two tones 
  295. in the center of the photograph) are the ones that are the most 
  296. troublesome. Most of us are not surprised when we experience 
  297. interference from a station that is transmitting 3 kHz away -- we 
  298. almost expect it. Our receiver passband is not usually sharp 
  299. enough to completely eliminate the station "next door." We usually 
  300. strongly object to interference from a station 20 kHz away, 
  301. though. 
  302.  
  303. On the other hand, if the station 20 kHz away is 40 dB over S9, a 
  304. whopping signal, but not all that rare, and the IMD products are 
  305. as good as - 50 dB PEP (a good amplifier by any standard!), the 
  306. resultant IMD spatter will still be S7, assuming 6 dB per S unit -
  307. - the old Collins standard. This would be horrible interference if 
  308. the rare DX station you were listening to was only S5. 
  309.  
  310. Q: Well, you certainly rattled off all of the answers. I want to 
  311. know as much as you do about radios so I can make the best 
  312. decision for me. What should I do next? 
  313.  
  314. A: Well, experience in anything doesn't come overnight! We assume 
  315. you have been looking at advertisements and dealer displays. You 
  316. can learn a lot about a piece of equipment from the way it is 
  317. advertised and from the marketing information supplied by the 
  318. manufacturer or dealer. You can probably dismiss a few out of hand 
  319. based on price, performance or features, leaving you with only a 
  320. handful of choices. 
  321.  
  322. One good way to learn about radios is to read as much information 
  323. as you can about radios, and listen to as many opinions as you can 
  324. find about what is good, bad and indifferent about the way that 
  325. they work. A good place to start is in the QST Product Review 
  326. columns that we have done over the past several years. If you have 
  327. the back issues, start reading. Seeing how each feature was 
  328. described, and reading the reviewers' likes and dislikes will help 
  329. you quite a bit as you think about how features work and how 
  330. important they might be to your purchase decision. 
  331.  
  332. Now, if you don't have lots of back issues of QST (I know you are 
  333. all League members, but some new members don't have issues going 
  334. back to 1953) pick up a copy of The ARRL Radio Buyer's Sourcebook. 
  335. The Sourcebook offers reprints of the most popular QST Product 
  336. Review columns from the past several years, plus a few "golden 
  337. oldies" from years past, to help you with used equipment. You 
  338. might be able to find back issues of QST at a large local library, 
  339. or through one of the members of your local radio club. Reprints 
  340. of QSTs, or back issues, are available from ARRL Headquarters. 
  341.  
  342. Q: (Several weeks later . . .) I have read every QST Product 
  343. Review ever done. (I even found out they used to call the column 
  344. "New Products" many years ago!) and now I really know all about 
  345. rigs from every era! There are still a zillion radios to choose 
  346. from -- how do I decide which one is really best for me? 
  347.  
  348. A: Well, if your really read every QST, you probably know enough 
  349. about all of the available rigs to know exactly what you want. If 
  350. not, it is time to do some narrowing down. 
  351.  
  352. Now, talk to people that own (or have owned) the rigs you are 
  353. considering. You may find a wealth of advice through your local 
  354. radio club, local repeater group or through on-the-air contacts. 
  355. Look around the bands for people using the rig you are 
  356. considering. Someone who has actually used one of the rigs will be 
  357. the best person to answer questions. Their specific descriptions 
  358. of the features, and a summary of their likes and dislikes, will 
  359. tell you much about what you want to know. 
  360.  
  361. The list is getting smaller. You are probably considering spending 
  362. anywhere from several hundred to several thousand dollars -- a 
  363. large investment for most people. A real inexpensive expenditure 
  364. that will help you spend your money wisely is the owner's manual 
  365. for the unit you are considering. THere is no printed material 
  366. that can tell you more about how the equipment performs and how it 
  367. does it. You can see diagrams about how the front and back panels 
  368. are laid out, how to hook the radio up to other equipment and page 
  369. after page of instructions on how to use sometimes-complicated 
  370. features. 
  371.  
  372. Service can be important, too. Service is often a local issue, so 
  373. ask around locally to find out about the service offered by local 
  374. dealers and equipment manufacturers. Most hams will have a tale to 
  375. tell (of happiness or woe) about their service experiences. You 
  376. will probably find that a private conversation will result in a 
  377. lot more frankness. 
  378.  
  379. Q: Well, thanks! I think I know which radio I want -- I at least 
  380. have it narrowed down to two different possibilities. But I want 
  381. to be sure. Is it time to just bite the bullet and plunk down the 
  382. dough? 
  383.  
  384. A: We recommend one other step. There is no substitute for hands-
  385. on experience with the radio of your dreams. Find a local ham or 
  386. dealer who has one. With luck, you'll be able to secure an 
  387. invitation to visit and operate it for a while. This will give you 
  388. an opportunity to really put the radio through its paces. 
  389. Considering the amount of money you might spend, this is a 
  390. worthwhile step even if you have to drive a fair distance. 
  391.  
  392. If you have a local ham-radio dealer, you may be able to use the 
  393. demo model in the store. This is not quite as good as spending an 
  394. evening with the radio, but it will give you a chance to compare 
  395. all of your choices in one place.
  396.  
  397. Q: I sure never would have thought that there were so many factors 
  398. to consider. I sure do thank you. I will mull it all over and get 
  399. cracking right away. What kind of radio do you own? 
  400.  
  401. A: Well, we will keep that a secret, but one of our Laboratory 
  402. Engineers, Zack Lau, KH6CP, believes that the most popular rig 
  403. among the headquarters staff might be the Heathkit HW-9. It seems 
  404. that many of us have owned one at one time or another. Of course, 
  405. our theory is that it is just the same one that has changed hands 
  406. several times! But remember, what we like is not what really 
  407. matters -- it is what you like that is important. There is no one 
  408. who knows your needs better than you, so it really wouldn't be 
  409. fair to anyone if we were to impose our personal preferences on 
  410. you. 
  411.  
  412. We have given you some of the information you need to pick the 
  413. best rig for you. When you do, remember that the main purpose of 
  414. any fun is to have fun with Amateur Radio. Good luck, and enjoy 
  415. your new radio!
  416.  
  417. \0/ For the curious, third-order intermodulation products will 
  418. appear at frequencies of (2F1-F2) and (2F2-F1), where F1 and F2 
  419. are the two generator frequencies. 
  420.  
  421. \1/ "Phase Noise and its Effects on Amateur Communication?", John 
  422. Grebenkemper, KI6WX, QST March and April 1988. 
  423.  
  424. \2/ Radio Buyer's Sourcebook - available from ARRL Headquarters
  425.  
  426.  
  427.  
  428.