Frequentie gemoduleerde SSB-zender zonder LFI
Door PA0EPS wordt al geruime tijd op de VHF-banden gexperimenteerd met een modulatiesysteem, dat op het fase-lock principe (single sideband compatible FM - SCFM) berust. Op ons verzoek gaf Hanno een subliem exposé, dat we met onze dank aan de schrijver publiceren.
Het modulatiesysteem is een wat ongebruikelijke toepassing van het al zeer lang bekende fase-vergrendelings (fase -lock) principe. Het komt er in het kort op neer, dat een vrij lopende oscillator, welke m. b. v. een varicap verstemd kan worden, al dan niet na menging tegen een ander signaal, wordt fase-vergrendeld op het sterk begrensde enkelzijband signaal dat uit de begrenzer komt, die achter de exciter staat. Het begrenzen is nodig, daar anders de vergrendeling wegvalt in de signaalminima. Ook client enige draaggolf te worden toegevoegd om de vergrendeling in de spraakpauze tussen de woorden in stand te houden.
Het resultaat is, dat het oscillatorsignaal in frequentie been en weer springt tussen de draaggolf en zijbandfrequentie(s). Hoewel moeilijk mathematisch aan te toner, ontstaat dan spectraal gezien een signaal, dat zonder modulatie op de draaggolffrequentie staat en met modulatie de gewenste zijband weer oplevert plus nog een aantal andere modulatie -producten, waarover later.
Het signaal van de oscillator is bij dit miles amplitude-constant (het wordt in feite op een rare manier frequentie-gemoduleerd) en wanneer dit signaal via de gebnakelijke methoden van menging e. d. naar de uitgangsfrequentie van de zender wordt gebracht, is ook dit signaal amplitude-constant en veroorzaakt derhalve geen laagfrequent inpraten.
Opgemerkt client te worden dat dit systeem in eerste instantie bedoeld was om op 23 cm m. b. v. een oscillator direct op de zendfrequentie, welke dan tegen een "kristaltrein" naar de exciterfrequentie gemengd zou worden, aan het enkelzijband signaal te vergrendelen, waardoor dan zonder moeilijke mengtoestanden toch een soort enkelzijband op die band is te maken. Door het feit, dat het door de afwezigheid van amplitudevariaties Been LFI kan veroorzaken, heeft het nog eens extra de aandacht getrokken. Om namelijk bovenstaande theorie te toetsen heb ik eerst geprobeerd een oscillator, welke op de enkelzijband exciterfrequentie staat, te fase-vergrendelen en waarvan het uitgangssignaal via de weg die oorspronkelijk het enkelzijband signaal nam, weer naar twee meter te brengen.
Terloops zij opgemerkt, dat dit signaal zonder problemen door een klasse C-eindtrap kan worden verwerkt, wat vooral bij toepassing in getransistoriseerde apparatuur aanftekkelijke kanten heeft. Overigens zitten er ook wel een paar duidelijke nadelen aan, waarop ik nog terugkom.
Het blokschema ziet er als volgt uit:
Fig. 1.
Daar de fase-lus mede door de aanwezigheid van het laagdoorlaatfilter alleen die frequenties volgt, die op of zeer nabij de enkelzijband frequenties liggen, wordt het zeer brede spectrum, dat uit de begrenzer komt, weer behoorlijk ingeperkt. E.e.a. is afhankelijk van de afsnijfrequentie, maar ook van de versterking die in de regellus aanwezig is. Door experimenteren heb ik hiervoor enige grootheden gevonden, welke een redelijk compromis geven tussen vervorming en bandbreedte, maar we zoeken nog steeds iemand, die dit op theoretische basis kan uitrekenen: een zeer interessante wiskundige klus!
Deze schakeling is op enige punten beslist nog niet "het einde", zodat het als experi - menteel moet worden beschouwd. Voorts enige opmerkingen over het signaal zelf: De voordelen, LFI-vrij en verwerking door niet lineaire versterkers zijn reeds aangetipt. Voorts is de neembaarheid bij een zwak signaal, tengevolge van de zeer hoge informatiedichtheid die door het begrenzen ontstaat, goed te noemen.
De nadelen zijn echter: a) de verstaanbaarheid is bij een sterk signaal, door de vrijwel volledige afwezigheid van dynamiek, minder goed dan van het niet-begrensde enkelzijband signaal. Het klinkt daardoor in het algemeen ook minder prettig, alhoewel de rapporten op dit punt soms zedr verschillend zijn; b) de afstemming, vooral op brede ontvangers, is wat kritischer en c) doordat het een, zij het gemodificeerd en niet ge - lijkend op een normaal FM-signaal betreft, is het frequentie-spectrum veel uitgebreider. Om het enkelzijband signaal een beetje behoorlijk te volgen ontstaan er op de regelspanning frequenties tot circa 4 kHz; er is dus al op theoretische gronden zeker Been 3 kHz breed spectrum te verwachten! Wel blijkt zowat alles wat niet bij het signaal behoort tenminste 15 dB down te liggen, waardoor we wel met zekerheid kunnen zeggen, dat minstens 90% van alle energie in de gewenste zijband zit.
Volgens metingen van PA0SSB is het signaal op -20 à 25 dB circa 5 kHz breed en volgens PA0HVA circa 20 kHz op -60 dB. Voor VHF is dit acceptabel omdat (nog) niet met frequentie-ruimte moet worden gewoekerd. Voor de HF-banden lijkt het me minder geslaagd! Alle pogingen om met behulp van extra filter(s) achter het oscillator-signaal de zaak nog smaller te maken stranden, doordat dan de amplitude variaties weer terug - komen. Dit is het enige signaal dat zo'n smalle bandbreedte kin hebben. De voordelen van de LFI-vrijheid en klasse C verwerking vervallen dan uiteraard: de zaak heeft dan nog weinig zin.
Fig. 2
Het hier rechts afgedrukte schema refereert aan de toestand zoals ik het op het ogenblik in gebruik heb en hiervan zijn, zoals ik reeds heb verteld, de diverse tijdconstanten e. d. empirisch vastgesteld.
De schakeling is wat betreft de versterker niet ideaal. Deze is behept met wat proberen. Ik heb al een andere schakeling in gedachten waarin een OP-AMP (een µA709, o.i.d.) wordt gebruikt, maar het is er nog niet van gekomen dit te maken. Over de schakeling nog het volgende: De fase -detector werkt volgens het schakelprincipe waarbij de FET als schakelaar dienst doet, welke door de oscillator wordt gestuurd. Hij laat dan afhankelijk van het fase-verschil, hetzij positieve of negatieve helften van het begrensde enkelzijband signaal door. De daardoor ontstane gelijkspanningscomponent wordt er dan door het daaropvolgende filter uitgezeefd en na versterking aan de varicap toegevoerd, waardoor de oscillator wordt bijgeregeld. Om het schakelen goed te doen verlopen moet de spanning op de gate minstens 5 Volt top-top zijn en moet de FET een afknijpspanning van 2-3 Volt hebben. Het begrensde enkelzijband signaal mag niet te groot zijn daar de FET dit anders niet meer op de juiste wijze kan verwerken. Het mag ook niet te klein zijn, daar dan te weinig regelspanning ontstaat waardoor de oscillator uit de vergrendeling loopt. De waarde van ongeveer 100 mV. eff (circa 300 mV t/t) die de TAA350 van Philips levert, blijkt een goede waarde te zijn. De 50 kOhm potmeter parallel aan de 22 kOhm collectorweerstand de versterking voor snelle audio-variaties van de regelspanning in. Meer versterking (potmeter op grotere weerstand) geeft minder vervorming in het gewenste deel van het spectrum, maar ook een grotere bandbreedte. Dit komt doordat de fase-springen in het enkelzijband-signaal exacter worden gevolgd, hetgeen snellere en grotere variaties in de regelspanning en dus ook de frequentie van het oscillatorsignaal tengevolge heeft.
De serie-condensator van 150 nF zorgt ervoor dat de DC-instelling niet wordt gewijzigd tijdens het verdraaien en tevens dat voor DC en lage frequenties de versterking maximaal is. Deze condensator heeft dan ook vrij veel invloed op het bereiken van een goed compromis tussen de totale bandbreedte en de vervorming in het gewenste spectrum. Hier ligt ondermeer een probleem, dat theoretisch zeer interessant zou zijn om op te lossen. De anti-parallel geschakelde diodes dienen om vooral bij hoog ingestelde versterking de regelspanning en dus de frequentie-zwaai enigszins in de hand te houden. Dit voorkomt spetteren op ca 50 kHz afstand e.d.
Verder ga ik er maar niet op in want dan komen we op regeltechnisch terrein en wordt het vdel te ingewikkeld. Wel moet ik nog opmerken, dat alle bovenstaande gegevens Belden wanneer de oscillator ca 10 kHz verstemt voor 1 Volt spanningsverandering op de varicap.
Voor eventuele amateurs, die ook eens een experiment in deze richting willen doen, is dan ook dit vrij uitgebreide verhaal bedoeld om enige "begingegevens" te hebben. Verder is de versterking van de versterker met de potmeter op maximum ongeveer 30 maal met vrij hoge ingangsimpedantie (circa 50 kOhm) en geeft de fase-detector een spanning af, die ongeveer gelijk is aan de topwaarde van het ingangssignaal. Andere typen oscillator-fase-detectoren, versterkers, enz. kunnen dus worden toegepast. Als ongeveer aan de gegeven voorwaarden wordt voldaan, zal het echt wel werken. Dit is overigens niet de enige methode om dit signaal op te wekken: er is nog een zeer interessante manier, die nog nader onderzocht moet worden. PA0LQ is hiermede al bezig geweest. Overigens werkt ook PA0KT ermee en wel volgens hetzelfde systeem als bij mij, maar in een wat andere schakeling.
Hanno, PA0EPS.