superheterodynsändare
6.2 Egenskaper i sändare
HAREC a.5.4
Sändare har många olika egenskaper som man ska vara uppmärksam på, dels för att ha en effektiv sändare, dels för att få bra kvalitet på sändning och dels för att inte störa grannkanaler eller på andra band.
6.2.1 Frekvensstabilitet
HAREC a.5.4.1
Frekvensstabiliteten (eng. frequency stability) är
en grundläggande egenskap, eftersom en sändare som inte är frekvensstabil nog kommer bli svår för en mot-tagare att följa och uppfatta. Dessutom riskerar man att störa grannkanaler. Mindre avdrift i frekvens kan tolereras, men helst ska den uppfattas som helt stabil.
I gamla tider så var resonatorerna LC-kretsar, och både mekanik och elektronik kunde driva betänkligt. Med modernare kristallstyrda sändare, där man an-vänder PLL eller DDS synteser så kan frekvensstabili-teten härledas till en enskild kristalloscillator. Denna är typiskt en okompenserad kristall, med man brukar kunna välja en temperatur-kompenserad lator – TCXO eller en ugnskompenserad kristalloscil-lator – OCXO. Det kan även förekomma att man kan låsa på en extern referensfrekvens, ofta 10 MHz.
6.2.2 RF-bandbredd
RF bandbredden (eng. RF bandwidth) är den
band-bredd som den modulerade signalen har när den kom-mer ut ur sändaren. Det är viktigt att den är be-gränsad så att den håller sig inom de gränser som finns för signaltypen, så att sändaren inte stör grann-kanalerna. Till exempel kan en sändare anpassad för FM 25 kHz kanaldelning modulera för starkt för NFM 12,5 kHz kanaldelning och helt enkelt störa grann-kanalerna.
Det är ofta svårt att begränsa RF-bandbredden di-rekt på utgången av sändaren, eftersom den förväntas kunna byta kanal. Istället så begränsar man band-bredden på mellanfrekvens direkt vid modulatorn, och innan frekvens-skiftningen upp till rätt frekvens. Detta kräver dock att efterföljande steg är linjära nog att inte skapa oönskade sidband i så kallat splatter eller tar upp spegelfrekvenser.
6.2.3 Sidband
HAREC a.5.4.3
När man sänder skapas sidband (eng. side band). För AM och SSB så skapas bägge, övre sidbandet (eng.
Upper Side Band (USB)) eller undre sidbandet (eng. Lower Side Band (LSB)) av den modulerade signalen.
För SSB undertrycks även bärvågen. För FM skapas bredare sidband som behöver filtreras.
6.2.4 Ljudbandbredd
HAREC a.5.4.4
Bandbredden på ljudsignalen, den så kallade
ljud-bandbredden (eng. audio bandwidth) in kan vara
väl-digt stor, och det är därför viktigt att sändaren be-gränsar den bandbredden så att sändaren inte råkar modulera utanför sin kanal, något som främst på-verkar bandbredds begränsning uppåt, oftast 3 kHz för amatörradio. Bandbredden kan också behöva be-gränsas nedåt vid 300 Hz för att inte råka störa till exempel signalering med subtoner. Denna nedre be-gränsning kan dock ibland behöva sättas ur spel för att kunna skicka ut subtonssignaler, men även för andra former av signaler.
6.2.5 Olinjaritet
HAREC a.5.4.5
Olinjaritet (eng. nonlinearity) i ett sändarsteg ger
dels övertoner som behöver begränsas, ofta genom ett filter på utgången, men man försöker även begränsa hur olinjärt steget tillåts bli. För tal kommer olinjäri-tet även att påverka intermodulationen mellan flera olika frekvenser i tal, vilket dels skapar störningar inom bandet men även utanför och därmed breddar det. Detta kallas för splatter och är en oönskad egen-skap. God linjäritet även vid höga effekter är därför eftersträvansvärt. Ibland kan man ha så mycket olin-järitet att taltydligheten blir låg, det kan därför vara lämpligt att dra ned något på effekten så taltydlig-heten går upp, vilket då ger bättre signalrapport än när intermodulationen är för hög.
6.2.6 Utgångsimpedans
HAREC a.5.4.6
Utgångsimpedansen (eng. output impedance) är
förstärkarens drivegenskaper och de ska oftast vara anpassade till kabel. Oftast är det 50 ohm, men för förstärkare som har inbyggd matchbox, automatisk eller ej, så kan förstärkarens utimpedans anpassas för att kunna driva en antennsystem med större av-vikelser i impedans. En god matchning i impedans krävs för att få en bra energiöverföring av den till-förda energin utan att för mycket studsar tillbaka. Många sändare har skyddskretsar som drar ned utef-fekten vid för stor reflekterad energi, för att skydda slutsteget, och det gör att ett impedansmatchfel ger ännu större reduktion i utsänd effekt än vad själva impedansfelet i sig skulle motivera.
6.2.7 Uteffekt
HAREC a.5.4.7
Uteffekten (eng. output power ) är den effekt som
sändaren är kapabel att sända, på ett visst band, vid god utgångsmatchning. Ofta är den mätt i p.e.p. för att matcha kraven från övervakande myndigheter. Det kan gå att få högre faktisk effekt ur en sändare, men då kommer den vara så pass olinjär att den inte förväntas klara krav på splatter.
6.2.8 Effektivitet
HAREC a.5.4.8
Effektiviteten (eng. efficiency) på en sändare eller
slutsteg är den utsända effekten i förhållande till den tillförda effekten. Effektiviteten varierar med uteffekt och frekvens.
6.2.9 Frekvensdeviation
HAREC a.5.4.9
Frekvensdeviationen är den maximala avvikelsen
från bärvågen som tillåts vid frekvensmodulation.
6.2.10 Modulationsindex
HAREC a.5.4.10
Modulationsindex (eng. modulation index), eller
även modulationsdjupet, anger hur djup modulation av bärvågen är. För hög modulations undertrycker bärvågen och kan göra det svårt för mottagaren att detektera. För låg modulation ger svaga sidband att förmedla tal, och för mycket av energin går till att sända enbart bärvåg.
6.2.11 CW-klickar
HAREC a.5.4.11
Vid CW kan för snabb stig och falltid på bärvå-gen ge onödig bandbredd och uppfattas som klickar eller chirpar. Då detta är störande ska bandbredden begränsas genom att filtrera bärvågens till- och
från-6.2.12 SSB övermodulation och splatter
HAREC a.5.4.12
Övermodulation vid SSB ger intermodulation och splatter, vilket ger dels en signal om är svår att läsa och dels en för bred signal.
6.2.13 RF-spurioser
HAREC a.5.4.13
Utöver den förväntade bärvågen kan en sända-re skicka ut fsända-rekvenser som vasända-re sig tillhör bärvåg och dess sidband. Harmoniska undertoner samt helt andra orelaterade frekvenser ska vara undertryckta. Detta regleras i EMC standarden för radioutrustning, i det här fallet för amatörradio.
6.2.14 Chassistrålning
HAREC a.5.4.14
En sändare förväntas kunna leverera en stor effekt ut på antennutgången, men från själva inneslutning-en, chassit, och övriga anslutningar ska sändaren inte sända bärvåg, sidband eller några andra signaler.
6.2.15 Fasbrus
HAREC a.5.4.15
Fasbrus (eng. phase noise) är en egenskap hos
alla oscillatorer, som ger en fasmodulation av bär-vågen. Alla steg i en sändare bidrar med brus och ger sammanlagt det totala fasbruset. En sändares fasbrus kan sträcka sig långt utanför den normala modulerade bandbredden, och speciellt för repeatrar så kan sändarens fasbrus höja brusgolvet för motta-garen om inte korrekt trimmade duplexfilter används för att undertrycka sändarens fasbrus på mottagarens ingångsfrekvens.
Bild 6.9: Separat sändare och mottagare
6.3 Transceiver
En transceiver – transmitter receiver – är både en sändare och mottagare med delvis gemensamma funk-tioner. Dessa kan till exempel vara oscillatorer, sig-nalbehandlingskretsar, filter, strömförsörjning och så vidare, vilket innebär besparing av ingående kompo-nenter, men också vissa funktionella begränsningar.
Bild 6.10: Transceiver med samma VFO Transceiverkoncept är numera vad som används allra mest av radioamatörer. Eftersom man på olika vis önskar sig så många sändar- och mottagarfunk-tioner som möjligt inom samma skal, så kan det vara svårt att undvika kompromisser. Så kan till exempel en specialiserad, separat mottagare ha bättre eller fler egenskaper än i en transceiver.
6.3.1 Jämförelse mellan stationskoncept
Bild 6.9 visar i stort en station med skilda sändar-och mottagarfunktioner, men att antennen är gemen-sam. Bild 6.10 visar i stort en transceiver där VFO och antenn är gemensamma, men i övrigt med skilda funktioner. Bild 6.11 visar samma transceiver, men med ett mer detaljerat blockschema.
6.3.2 Simplex
En station sägs sända simplex när den enbart kan sända eller ta emot, det vill säga när den inte samti-digt sänder och tar emot. Detta är det normala för kortvågs-stationer som sänder på samma frekvens.
6.3.3 Halv duplex
En station sägs sända halv duplex (eng. half duplex) när den enbart sänder eller tar emot, det vill säga när den inte samtidigt sänder och tar emot. Om detta sker på samma frekvens, så kallas det även simplex, men när stationen opereras med split frekvens så räcker inte simplex-begreppet men halv duplex täcker det.
6.3.4 Duplex
En stations sägs sända duplex eller full duplex när den kan samtidigt sända och ta emot på två olika frekvenser.
Duplex-operation kräver i allmänhet stor isolation mellan sändare och mottagare, något som ofta åstad-koms med kavitetsfilter kopplade mellan sändare och antenn och mottagare och antenn. Om gemensam an-tenn används, så kopplas dessa kavitetsfilter ihop till vad som kallas duplexfilter.
För en lyckad duplex-operation krävs i allmänhet mer än 100 dB isolation mellan sändare och motta-gare. Mottagarens kavitetsfilter trimmas så att det
Bild 6.11: Direktblandad transceiver med gemensam VFO
får en djup utsläckning (eng. notch) vid sändarens frekvens, men med så lite förlust som möjligt på mot-tagarens frekvens. Sändarens kavitetsfilter trimmas så att det får en djup utsläckning/notch vid mot-tagarens frekvens, för att på så sätt minimera att sändarens fasbrus höjer brusgolvet för mottagaren, men med så liten förlust som möjligt på sändarens frekvens.
6.3.5 CW-transceiver med direktblandare
Bild 6.11 visar en enkel transceiver för telegrafi. Sän-daren är en rak sändare och mottagaren arbetar med direktblandning. För 1-kanaltrafik räcker det med en gemensam VFO för sändning och mottagning. Om motstationen svarar exakt på sändningsfrekvensen, vilken ju är VFO-frekvensen, så erhålls svävningsnoll i mottagaren. För att få hörbara morsetecken är mot-tagaren utrustad med Receiver Incremental Tuning
(RIT), som ändrar VFO-frekvensen med cirka 800 Hz
vid mottagning.
I konstruktionen finns en anordning kallad Key
Operated Xmitter (KOX). Denna kopplar om
transcei-vern till sändning när telegrafnyckeln trycks ner och till mottagning igen efter en viss tid sedan nyckeln har släppts upp. Telegrafnyckeln styr också en tonge-nerator som ljuder i takt med de sända morsetecknen, så kallad medhörning.
Denna transceiver är utförd för endast ett fre-kvensband och i övrigt mycket enkel.
6.3.6 Kristallstyrd FM-transceiver för
VHF
Bild 6.12 visar en kristallstyrd FM-sändare med fre-kvensomkopplare för kanalval inom 144–146 MHz-bandet.
En kristallfrekvens av cirka 12 MHz multiplice-ras 12 gånger i en kedja av förstärkarsteg för att ge sändningsfrekvensen. Bilden visar räkneexempel för två frekvenskanaler. Det frekvenssving i oscillatorn, som alstras av modulatorn, multipliceras också med 12. För ett sving av 3 kHz på bärvågen är svinget på oscillatorn bara 250 Hz.
Efter mikrofonförstärkaren följer en amplitudbe-gränsare, som ska hålla deviationen inom ett givet maxvärde, oavsett signalstyrkan från mikrofonen. Där-efter följer ett lågpassfilter, som dels dämpar de över-toner som uppstår vid amplitudbegränsningen och dels begränsar de höga frekvenserna i den modulerade signalen. Båda åtgärderna begränsar bandbredden.
Mottagaren är en dubbelsuperheterodyn, ofta kal-lad för dubbelsuper. Den mottagna signalen passerar genom ett förselektionsfilter och en HF-förstärkare för att i 1:a blandaren blandas med en lokal signal.
En kristallstyrd lokaloscillator med efterföljande frekvensmultipliceringssteg alstrar denna signal.
Lokaloscillatorkedjans utfrekvens läggs 10,7 MHz över eller under mottagningsfrekvensen och mellanfre-kvensen efter den 1:a blandningen blir då 10,7 MHz. Skilda oscillatorer används vid sändning respektive mottagning varför styrkristallerna för sändning re-spektive mottagning på en given kanal får olika fre-kvens. Vid omkoppling till en annan kanal väljs ett annat kristallpar, vilket lämpligen sker med samma omkopplare.
Den relativt höga 1:a mellanfrekvensen 10,7 MHz ger ett så stort avstånd till spegelfrekvensen, att band-bredden i förselektionsfiltren är tillräckligt smal för att undertrycka spegelfrekvensen. Av samma skäl bör 1:a mellanfrekvensen i en UHF-mottagare väljas yt-terligare tre gånger högre. Den relativt låga 2:a mel-lanfrekvensen medger en god närselektering redan med enkla bandfilter. En eventuell MF-förstärkare ger tillräcklig signalstyrka till FM-demodulatorn.
För denna lösning behövs det två styrkristaller för varje frekvenskanal, vilket av kostnadsskäl kan vara en nackdel.
6.3.7 PLL-styrd FM-transceiver för VHF
Den PLL-styrda sändare som redan beskrivits i bild 6.7 har här kompletterats med en svingbegränsare och ett lågpassfilter i modulatorn. Liksom i den sta-tion med kanalkristaller, som beskrivits i bild 6.13, är mottagaren även i detta fall en dubbelsuper.
Bild 6.12: Kristallstyrd 6-kanals FM-transceiver för VHF
VCO används även som lokaloscillator i motta-garen. Eftersom sändaren och mottagaren ska an-vändas på samma frekvens (simplextrafik), måste i detta koncept VCO-frekvensen vara olika vid sänd-ning och mottagsänd-ning. Eftersom mottagarens mellan-frekvens MF är 10,7 MHz måste nämligen VCO ligga 10,7 MHz högre eller lägre vid mottagning än vid sändning. Vid sändning däremot, är VCO-frekvensen densamma som sändningsfrekvensen.
Den programmerbara frekvensdelaren i PLL-kretsen arbetar därför med olika delningstal vid sändning re-spektive mottagning. Inställningen av divisorn kan ske med kanalomkopplare, tumhjulssats, knappsats eller ”VFO-ratt” + digitalräknare och så vidare. PLL-styrningen ger dessutom möjligheter, till exempel att ordna en automatisk avsökning över ett önskat fre-kvensområde – så kallad scanning.
Sändning Mottagning
QRG Deln.- QRG VCO
Deln.-MHZ tal MHz MHz tal Simplexkanaler, exempel 144,000 5760 144,000 154,700 6188 144,025 5761 144,025 154,725 6189 Repeaterkanaler, exempel 145,000 5800 145,600 156,300 6252 145,025 5801 145,625 156,325 6253
VCO-frekvensen är lika vid sändning och mottag-ning medan delmottag-ningstalet bestämmer arbetsfrekven-sen.
6.3.8 Kortvågstransceiver för SSB och
CW
Vi har redan beskrivit en KV-sändare och KV-mottagare för SSB. I det koncept på en kortvågstransceiver, som visas här i bild 6.14, ingår en super-VFO i signalbe-redningen. VFO-signalen (5–5,5 MHz) blandas med signalen från en kristallstyrd CO, vars frekvens är val-bar med en bandomkopplare. Samtidigt kopplas ett bandpassfilter in efter blandaren i super-VFO, som svarar till det aktuella frekvensbandet.
För till exempel 21 MHz-bandet är VFO-filtrets passband 12–12,5 MHz. När en VFO-signal 12–12,5 MHz blandas med en 9 MHz SSB modulerad signal erhålls en frekvens i området 3–3,5 MHz och en frekvens i området 21–21,5 MHz. Den önskade av dessa frekven-ser filtreras fram med omkopplingsbara bandpassfil-ter, vilket sker med den bandkopplare som nämnts tidigare.
I den enkla kortvågssändare som beskrivits tidiga-re är det tillräckligt med en enda sats av omkopplings-bara bandpassfilter. Det större antalet filter i den här beskrivna utrustningen behövs för att även kunna använda super-VFO som en del i mottagaren, vilken arbetar som enkelsuper. Eftersom en MF på 9 MHz används även i mottagaren kommer mottagning och sändning att kunna ske på samma frekvens.
Mottagaren beskrivs inte närmare. Med lämpliga omkopplingsanordningar kan vissa funktionsblock i transceivern användas både vid mottagning och sänd-ning. Bild 6.14 visar en SSB-transceiver där passband-filter i förkretsar, MF-passband-filter och kristalloscillatorer har dubbel användning. Funktionsblocken visas inplace-rade i sina alternativa funktioner, däremot inte om-kopplingsanordningarna.
Vid sändning och mottagning av CW förbikopp-las den balanserade modulatorn och kristallfiltret i signalbehandlingskretsarna för 9 MHz. För mottag-ning av CW ändras BFO-frekvensen i mottagaren så att det hörs en svävningston när en bärvåg tas emot.
Bild 6.13: PLL-styrd FM-transceiver för VHF
Utan denna frekvensändring skulle endast bärvågs-bruset höras.
Även en RIT och en talstyrd sändning (eng. Voice
Operated Xmitter (VOX)) är inritade.
6.3.9 PLL-styrd kortvågstransceiver
En modern transceiver i den högre prisklassen finns i bild 6.15, i så kallad ”all-mode”-utförande, erbju-der många funktionella möjligheter. Flera av dem kommer emellertid endast till användning i speciella situationer. Konceptet för en sådan transceiver be-skrivs här i stort. Huvudprincipen för signalbehand-lingen kan beskrivas som en PLL-styrd dubbelsuper. SSB-signalen bereds på 9 MHz-nivån och flyttas där-efter upp till 70 MHz-nivån genom frekvensbland-ning och filtrering. De möjliga sändfrekvensbland-ningsfrekvenser- sändningsfrekvenser-na mellan 0,5 och 30 MHz skapas genom att blanda den fasta SSB-signalen med en variabel frekvens från VCO. Den steglösa frekvenstäckningen som innefat-tar mellanvågs- och kortvågsområdet är emellertid endast avsedd för mottagningsfunktionen i transcei-vern. För sändningsfunktionen kan tillkomma blocke-ringskretsar, som förhindrar sändning utanför tillåtna frekvensband.
Denna förenklade beskrivning omfattar inte kri-stalloscillatorerna för 9 och 61 MHz i fasreglerings-kretsen och inte heller SSB-modulatorn, FM-modulatorn och anordningarna för CW-sändning.
Mottagaren är en dubbelsuper med hög 1:a MF-frekvens. Mottagare för höga frekvenser kan till och med utföras som en trippelsuper. Samma bandpassfil-ter, blandare och kristallfilter används både vid sänd-ning och mottagsänd-ning.
Genom lämplig programmering av frekvensdela-ren kan sändning och mottagning ske på samma fre-kvens eller på skilda frefre-kvenser (split-trafik).
En extra VFO-funktion kan åstadkommas genom att frekvensdelaren programmeras med delningstal som hämtas från ett digitalt minne. Den extra VFO-funktionen kan sedan efterjusteras genom att ändra delningstalet med frekvensratten. Minnet blir ännu mer användbart, om det förutom frekvenser också kan lagra uppgifter till exempel om sändningsslag och andra inställningar.
6.3.10 Sammanfattning
Till skillnad från den raka sändaren är den här be-skrivna PLL-styrda transceivern mycket komplicerad. Den tekniska utvecklingen går fort. Nya, bättre och mer invecklade apparater utvecklas ständigt. Men det är inte alls nödvändigt att använda det senaste och mest avancerade inom apparattekniken för att utöva amatörradio. Det går mycket bra att börja med enkla medel och med liten ekonomisk insats.
Det finns ett stort utbud av begagnade appara-ter som i olika avseenden är konkurrenskraftiga med