Wanneer een DAB+ zender (VHF Band III) uitzendt op een frequentie van 200 MHz, dan is het vermogen van het zendsignaal na een afstand van 10 km reeds afgenomen met 98,45 dB (factor 0.000000000143 verzwakking). Van een zender met een vermogen van 1000 Watt zal er dus na 10 km slechts 0,00000014 Watt bij de ontvanger toekomen.
Dat is dus een HEEL KLEIN VERMOGEN die een HEEL KLEINE SPANNING gaat opwekken aan de ingang van de ontvanger!
Je zou dan kunnen denken: “geen probleem, we kunnen deze kleine spanning toch terug versterken en er een groter signaal van maken”. En inderdaad elektronica is tot veel in staat. Zo ontvangen we vandaag nog steeds signalen op van de “voyager 1” die op 5 september 1977 gelanceerd werd en al een hele tijd ons zonnestelsel heeft verlaten. De door de “Voyager 1” uitgezonden signalen hebben meer dan 20 minuten nodig om de aarde te bereiken. Het toestel bezit wel een schotelantenne van 3,7m diameter, wat voor een zeer grote winst zorgt. Maar het ruimtetuig bevindt zich vooral in “deep space” waar het ook bar koud is (quasi absoluut nulpunt).
Waarom dit verhaal? Wel, er zit hier een wetenschappelijk addertje onder het gras voor wat ontvangers betreft:
IEDERE ELEKTRONISCHE SCHAKELING GENEREERT RUIS ALS DE TEMPERATUUR VAN DE ELEKTRONISCHE SCHAKELING HOGER IS DAN HET ABSOLUTE NULPUNT (-273°C).
Men kan dit berekenen, maar deze moeite willen we jullie echt besparen. De RUISVLOER van een elektronische schakeling met een bandbreedte van 1,5MHz (zoals een DAB+ ontvanger) bij omgevingstemperatuur is ongeveer -106 dBm.
De formule is:
Met KB, de constante van Bolzmann: 1,38E-23 [J/K]
En Bandbreedte: 1,540 MHz (of 1,540E+6)
Dit een belangrijk gegeven, want signalen die zwakker zijn dan -106 dBm kunnen dus ONMOGELIJK ONTVANGEN WORDEN. Ze zullen gemaskeerd worden door de ruis die de ontvanger zelf opwekt!
Maar opgelet, de ontvanger heeft nog een probleem: het ingangssignaal van de antenne moet versterkt worden en hierbij gaat men ook de ruis van de versterkertrap mee versterken.
Als de versterker aan zijn uitgang het dubbele ruisvermogen toont dan aan de ingang, zegt men dat de versterker een ruisfactor heeft van 2 (of een ruisgetal van 3dB). Een versterker met ruisgetal van 3dB is ongeveer het beste van het beste dat men kan bereiken (low-noise amp).
De doorsnee ingangstrap van een DAB+ ontvanger heeft een ruisgetal van 6 a 7dB. M.a.w de versterker produceert 4 maal meer ruis aan de uitgang dan aan de ingang.
Dit trekt het minimale niveau van -106 dBm op tot -99 dBm.
Dit wil zeggen dat de ontvanger een signaal van -99 dBm juist begint te zien, maar nog niet kan demoduleren. Want om te demoduleren heeft een ontvanger ongeveer een signaal- ruisverhouding nodig van ongeveer 13 dB (afhankelijk van de precisie waarmee de demodulator werkt).
Dit brengt ons bij ongeveer -86 dBm.
We kunnen aannemen dat -86 dBm ongeveer de theoretische gevoeligheid van een doorsnee DAB+ ontvanger zal zijn.
Dit is een eigenschap van de ontvanger en ook alleen de ontvanger. We zullen in volgende artikels zien dat er nog veel externe factoren zijn (extern aan de ontvanger) die er kunen voor zorgen dat de ontvanger, zelfs met deze gevoeligheid, het moeilijk krijgt om radiosignalen duidelijk te ontvangen.
Onthoud:
- De ruisvloer van de ontvanger wordt bepaald door de thermische agitatie van de moleculen in de elektronische componenten en geeft een bepaald ruisniveauu per bandbreedte
- Het ruisgetal is een getal dat aangeeft hoeveel ruisvermogen er in de eerste versterkertrap van de ontvanger zal bijkomen
- Modulatie S/R is het verschil tussen signaal en ruis vermogen
- De gevoeligheid (sensitivity) van een ontvanger wordt bepaald door bovenstaande 3 parameter en bedraagt voor DAB+ ontvangers theoretisch ongeveer -86 dBm. Betere ontvangers kunnen (bijvoorbeeld) een gevoeligheid van -90dBm hebben en zelfs meer … slechtere kunnen (bijvoorbeeld) een gevoeligheid hebben van -82dBm en zelfs minder
Simulaties van radiodekking
Radio-omroepen besteden veel aandacht aan simulaties van het bereik van een zendersite. Het toont hen een mooie dekkingskaart van hun zenders. Er is echter een onbekende maar essentiële factor in die simulaties: niemand vraagt zich ooit af met welke ontvangstgevoeligheid de simulatie rekening heeft gehouden.
Meestal gebruiken de simulaties de veldsterkte en misschien is dat inderdaad de juiste manier om de dekking uit te drukken. Maar dit is een zeer technische aangelegenheid die vaak moeilijk te begrijpen is. De omzetting van veldsterkte naar vermogen en verder naar ontvanger gevoeligheid is geen gemakkelijke berekening.
Waarom wordt de gevoeligheid van de ontvanger niet gebruikt?
Verkopers van radioapparatuur vermijden het gebruik van ontvanger gevoeligheid. Het zou een te realistisch beeld geven van de dekking en de klant teleurstellen. Het is dus beter de simulaties te verhullen en de zaken op een meer complexe manier voor te stellen zodat de klant ze kan begrijpen.
Vergeet niet dat een simulatie niets zegt zonder de specificaties van de ontvanger te specificeren. En zelfs dan zal een simulatie met de beste DAB-ontvanger een enorm bereik geven dat in de praktijk niet realistisch zal zijn.
Anderzijds kan een simulatie met een goedkope ontvanger teleurstellend zijn, maar wel dichter bij de werkelijkheid liggen.