FM-techniek voor niet fm-ers 2
Frequentie modulatie
Frequentiemodulatie met een bestaande zender is meestal heel simpel, in het bijzonder als de zender VFO-gestuurd wordt. Het enige, dat nodig is om een LC-oscillator FM te moduleren is een paar volt laagfrequent op een actief element (rooster of anode van een buis, basis of collector van een transistor). In de meeste gevallen zal de resulterende deviatie meer dan voldoende zijn.
Ik herinner me, hoe ik in mijn begintijd als amateur, FM-zenders voor zes meter maakte met slechts ben buis. De schakeling was een direct aan de antenne gekoppelde Hartley-oscillator (fig. 1).
Fig. 1.
De laagfrequentspanning, afkomstig van een telemicrofoon en een batterijtje, werd opgetransformeerd met een microfoontrafo en in serie met de roosterweerstand getnjecteerd. U nag het maar primitief vinden, maar de signaalkwaliteit van dit zendertje, dat een minimum aan onderdelen bevatte, was opmerkelijk goed. Hoewel het frequentiemoduleren van een IC -oscillator buitengewoon gemakkelijk is, kan hetzelfde niet van een kristaloscillator worden gezegd. Ik heb dat terdege gemerkt, toen ik de kristaloscillator in mijn bestaande twee meter zender wilde moduleren. Alle bestaande standaard schakelingen met reactantiebuizen en varactors (varicaps) werden geprobeerd, maar ze resulteerden alle in steeds te weinig deviatie op 144 MHz. De moeilijkheden met de varactors schenen hun oorzaak te hebben in een te grote HF - spanningszwaai over de diode. In die tijd gebmikte ik een buiskristaloscillator, die ongeveer 40 Volt hoogfrequent over het kristal ontwikkelde. De effectieve capaciteit van de varactor bedroeg daardoor de gemiddelde waarde over een zeer grote spanningsvariatie en dit gemiddelde kon door de voorspanning van de varactor niet veel worden veranderd. De geprobeerde schakelingen met reactantiebuizen gaven enige deviatie, maar niet voldoende zonder gebruik te maken van buizen met zeer hoge versterkingsfactor. Waarschijnlijk is de gemakkelijkste manier om op 144MHz en hoger, voldoende deviatie te verkrijgen een kristal gestuurd VFO, d. m. v. phasemodulatie. Er is maar een kleine phaseverschuiving nodig. Een 32° phaseverschuiving op 8 MHz resulteert na vermenigvuldiging tot 144 MHz in ongeveer 3 kHz deviatie. Een eenvoudig RC -getntegreerd netwerk tussen laagfrequentversterker en phasemodulator zet de PM om in FM. Het enige nadeel van een phasemodulator is, dat het niet mogelijk is de frequentiedeviatie direct te meten door een variabele gelijkspanning aan de modulator toe te voeren, zoals dat bij de meeste frequentiemodulatoren wZl gedaan kan worden.
Daardoor is eveneens de lineairiteit niet gemakkelijk te controleren.
Een FET FM VFO/VXO
Alvorens echter mijn toevlucht tot phasemodulatie te nemen, lukte het me twee schakelingen met kristaloscillatoren te vinden (figuur 2 en 3) welke beide FM met voldoende deviatie op twee meter en hoger produceerden.
Figuur 2 toont de VFO/VXO die ik momenteel gebruik in de stuurzender van mijn 144/432/1296 MHz zender. Door een kleine audiospanning via de gateweerstand aan de 2N3819 fet-oscillator toe te voeren, wordt de oscillatorfrequentie gemoduleerd. Met de deviatie op maximum is er voldoende frequentiezwaai voor de meeste niet te brede ontvangers.
Fig. 2. Een gecombineerd VXO/VFO voor 2 meter en hoger.
Ll = 10 windingen, 1, 3 mm, 0 3,5 cm, ker. spoelvorm
L2 = 26 windingen, 0, 25 mm, 0 6 mm, spoelvorm met kern
L3 = 43 windingen, 0, 25 mm, 0 6 mm, spoelvorm met kern
De afgestemde kring over het kristal maakt het mogelijk de kristalfrequentie te varieren. Sommige kristallen kunnen vender worden weggetrokken dan andere. De mogelijke frequentieverandering is meetal het kleinst met de ouderwetse FT243 en de CR1A /AR typen kristallen en het grootste met de kleine HC6/U typen. Ik heb een HC6/U 8 MHz kristal, dat op twee meter meer dan 400 kHz kan varieren! Het gemiddelde FT243 kristal haalt niet meer dan ongeveer 30 kHz (90 kHz op 432 MHz), maar er is een grote spreiding tussen de verschillende kristallen. De hoeveelheid frequentiedeviatie is in verhouding tot de mogelijke frequentieverandering bij een bepaald kristal en de deviatieregelaar moet dan ook iedere keer wanner een kristal wordt verwisseld, opnieuw worden ingesteld. Door het kristal simpelweg te verwijderen uit de schakeling wordt de oscillator een VFO. De frequentie wordt dan bepaald door het 8 MI-Iz tankcircuit, bestaande uit L1, C1 en C2. Zoals bij alle VFO-en moet het oscillatordeel geheel worden afgeschermd en alle onderdelen stevig worden gemonteerd. Temperatuurcompensatie zou ook een goed idee zijn. Met voldoende zorg zal de VFO-stabiliteit voldoende zijn voor korte QS0's. Het is begrijpelijk, dat bij een LC-oscillator de frequentiezwaai veel groter wordt. De deviatieregelaar moet bij gebruik zonder kristal dan ook op bijna minimum worden gedraaid om een veel te grote zwaai te voorkomen.
Aangezien de output van een fet-oscillator niet voldoende is om een buisvermenigvuldiger te sturen, vindt eerste versterking plaats met behuip van een 6AK5 bufferversterker. De 6AK5 geeft meer dan genoeg vermogen of voor een 6C4 tripler naar 24 MHz.
Fig. 3. Met deze FM kristal oscillator kan iets meer deviatie dan met het schema in figuur 2 worden bereikt.
L4 = 24 windingen, 0,7 mm, ø 6 mm spoelvorm met kern.
Microfoonversterker
Om alle voordelen van FM te kunnen behalen moet ook aan de laagfrequent kant van de zender het een en ander worden gedaan. Clippen en filteren kan de sfiznaal/ruis verhouding met vele dB's omhoog brengen zonder de bandbreedte van het uitgezonden signaal te vergroten.
In figuur 4 is de microfoonversterker met clipperfilter zoals ik die gebruik aangegeven. Q1 en Q2 vormen een conventionele direct gekoppelde microfoonversterker; Q3 werkt als clipper. De voorspanning op Q3 is zo ingesteld, dat de positieve en negatieve pie-ken op gelijke amplitude worden afgeknipt. Praktisch elke "twee voor een kwartje" PNP-germanium LF transistor kan in deze schakeling worden toegepast. Voor een 50 kOhm dynarnische microfoon is de versterking juist goed, zodat ik geen versterkingsregelaar heb opgenomen. Door dichter bij de microfoon te spreken wordt het clippen bevorderd. De output van Q3 wordt gefilterd in een normaal laag-doorlaat LC-filter met een afsnijfrequentie in de buurt van 3 kHz. De 56 pF ontkoppel condensatoren bij Q1 en Q3 voorkomen een wijziging van de voorspanning door HF-terugwerking.
Fig. 4. Een eenvoudige spraakversterker en clipper/filter schema.
Resultaten
Bij W6HPH is FM gedurende enkele maanden in gebruik en in locale en DX-contacten is veel ervaring opgedaan. Een van de belangrijkste uitkomsten is wel, dat alles wat voordien met AM gewerkt kon worden nog steeds, en met dezelfde power, op FM gewerkt kan worden. Door middel van flankdetectie is het signaal te ontvangen door elk soort ontvangers: van de meest brede tot en met een met SSB-doorlaat. Zelfs op een SSB-transceiver, die niet was ingericht voor AM ontvangst. Soms is het nodig de deviatieregelaar te verstellen om aan te passen aan de bandbreedte van de ontvanger. De regelaar is daartoe van een genummerde schaal voorzien, waarvan de getallen tijdens het verstellen worden opgelezen. De andere operator kan daardoor nauwkeurig zeggen welke stand (cijfer) optimale ontvangst aan zijn kant mogelijk maakt.
De fet-oscillator is veel stabieler en heeft minder drift dan de buisoscillator die eerst werd gebruikt - een zeer welkome vooruitgang, vooral op 1296 MHz.