Jämförelse av blandare

Bild 3.86 visar de tre beskrivna grundkopplingarna och de jämförs med avseende på frekvensspektrum på utgången.

För den obalanserade blandaren uppträder sum-mafrekvensen F + f och skillnadsfrekvensen F − f, vidare ingångsfrekvenserna f och F , deras övertoner 2f, 3f, 4f, . . . respektive 2F , 3F , 4F , . . . liksom deras blandningsprodukter F ± 2f, F ± 3f, . . . och 2F ± f, 2F ± 2f, 2F ± 3f och så vidare.

För den balanserade blandaren saknas frekvensen

F och dess övertoner. Vidare bortfaller de jämna övertonerna av frekvensen f.

För den dubbelbalanserade blandaren bortfaller ännu fler icke önskvärda signaler, nämligen ingångs-signalerna f och F och alla deras övertoner. Endast blandningsprodukter av udda övertoner uppträder.

För en obalanserad blandare filtrerar resonanskret-sen ut frekvenserna F + f, F − f, och F . De balanse-rade blandarna saknar däremot frekvensen F , den filtrerade signalen innehåller endast blandningspro-dukterna F + f och F − f. Om dessa båda bland-ningsprodukter är väl åtskilda eller resonanskretsen har en bättre selektionsförmåga, då blir enbart sum-mafrekvensen F + f eller skillnadsfrekvensen F − f framfiltrerad.

Vi har visat tre typer av blandare med passi-va komponenter. Sådana innehåller olinjära dioder (germanium- eller kiseldioder). Det finns även blanda-re med aktiva komponenter, det vill säga elektronrör eller transistorer (bipolära, FET, MOSFET), men det skulle leda för långt att gå in på alla olika lös-ningar. Mer om hur frekvensblandning används för demodulering och modulering finns att läsa i kapitel 5.1 om mottagare och i kapitel 6.1 om sändare.

3.8.4 Icke önskade övertoner och

blandningsprodukter

Varje olinjärt arbetande funktionssteg alstrar förutom nyttofrekvenser även icke önskade signaler med andra frekvenser. Både önskade och icke önskade signaler kan bestå av övertoner eller blandningsprodukter (skillnads- och summatoner) eller bådadera.

Vissa av signalerna filtreras fram för att utgöra nyttosignaler. Andra signaler filtreras bort, så att till exempel utsändning inte sker på fel frekvenser.

Bild 3.87 visar ett frekvensspektrum från en super-VFO, som vi beskrivit i avsnitt 3.7.3. Vi ska nu undersöka vilka blandningsprodukter som uppstår i en sådan. De två mest uppenbara frekvenserna är blandningsprodukterna (summan) i området 144– 146 MHz och (skillnaden) i området 128–126 MHz.

Ut från blandaren finner vi ingångsfrekvensen 136 MHz och dess övertoner 272 MHz, 408 MHz och så vidare såväl som VFO-signalen och dess övertoner. På bilden är VFO-frekvensen 8 MHz och dess övertoner inritade, det vill säga 16 MHz, 24 MHz, 32 MHz och så vidare.

Tyvärr bildar också de båda ingångssignalernas övertoner blandningsprodukter vilket bilden visar.

Bandpassfiltret släpper igenom nyttofrekvensen, men dämpar alla övertoner och blandningsprodukter. Detta är enklare ju längre ifrån nyttosignalen de icke önskade signalerna ligger. I vårt exempel faller VFO-signalens övertoner inom bandpassfiltrets passband på följande sätt:

15 · 9,6 = 144MHz till 15 · 9,733 = 146MHz 16 · 9,0 = 144MHz till 16 · 9,125 = 146MHz 17 · 8,471 = 144MHz till 17 · 8,588 = 146MHz 18 · 8,0 = 144MHz till 18 · 8,111 = 146MHz Eftersom det här handlar om 15:e – 18:e överto-nerna, blir amplituderna så små att vi kan bortse från dem.

Det är viktigt med goda filter i signalbehandlan-de funktionssteg. En god regel är att på ett tidigt stadium filtrera bort oönskade övertoner och bland-ningsprodukter – helst i varje steg – så att onödigt komplexa signaler undviks. Det är också viktigt med frekvensvalet, så att oönskade blandningsprodukter kommer så långt bort från nyttofrekvensen som möj-ligt, liksom att endast mycket höga övertoner med motsvarande små amplituder faller inom det nyttiga frekvensområdet.

3.9 Modulatorer

3.9.1 Allmänt

När en signal (bärvåg) påverkas så att den överför informationen i en annan signal, sägs bärvågen bli modulerad. Detta förlopp kallas modulation. Vad som då händer behandlas främst i avsnitt 1.8, med tillämpningar i kapitel 6.1 och delvis i kapitel 5.1.

En anordning för modulation kallas för modu-lator. En modulator kan ingå som en funktion i sändare, mottagare med flera system. Beroende på modulationsmetoden används olika kombinationer av delkretsar som tillsammans utgör modulatorn.

I detta avsnitt ges exempel på några vanliga mo-dulatorer för sändare.

3.9.2 Amplitudmodulatorer

Med en amplitudmodulator påverkas bärvågens amp-litud proportionellt mot den modulerande signalens amplitud.

Vid sändningsslaget A1A är amplituden på den modulerande signalen antingen maximal eller ingen. Då består modulatorn av en nycklingskrets, som påverkar till exempel ett drivsteg i sändaren så att bärvågen släpps fram helt eller inte alls.

Vid sändningsslaget A3E har den moduleran-de signalens amplitud ett analogt förlopp, till exempel tal, med vilket bärvågens amplitud moduleras. Här beskrivs amplitudmodulation i en förstärkare med ett katodkopplat elektronrör. En emitterkopplad tran-sistorförstärkare kan moduleras på ett liknande sätt. I båda fallen moduleras förstärkarens arbetsspänning (anodspänning respektive kollektorspänning) med den modulerande signalen. Det som då händer är att två signaler blandas på ett sätt som beskrivs i avsnitt 1.8

med tillämpning på A3E. I vila är då bärvågsampli-tuden halva den möjliga inom arbetskurvans linjära del. Vid modulation kommer bärvågens amplitud att variera mellan noll och den möjliga amplituden.

Bild 3.88: A3E-modulator

Bild 3.88 visar ett sändarslutsteg med en triod. I serie med tilledningen för anodspänningen finns sekundärlindningen av en modulationstransformator för LF-signalen.

Den LF-förstärkare som driver transformatorn måste för 100 % modulationsgrad kunna avge bärvå-gens halva effekt. Eftersom uteffekten från en fullt utmodulerad A3E-sändare är 150 % av den i vila, mås-te slutsmås-teget dimensioneras därefmås-ter. Utöver den egna signalspänningen måste modulationstransformatorn även klara slutstegets arbetsspänning.

Om som på bilden anodspänningen i ett förstärkar-steg amplitudmoduleras, kan förstärkarförstärkar-steget arbeta olinjärt, till exempel i klass C. Varje följande förstär-karsteg måste däremot arbeta linjärt, till exempel i klass A.

På grund av den låga verkningsgraden och det stora bandbreddsbehovet används i dagens amatörra-diosändare knappast ”äkta” amplitudmodulering, det vill säga A3E. I stället används i läget ”AM” nästan alltid H3E, det vill säga enkelt sidband med full eller reducerad bärvåg (se nästa stycke). Trots det lägre effektbehovet på grund av endast ett sidband och eventuellt reducerad bärvågsamplitud kan av dimen-sioneringsskäl ändå inte de flesta H3E-sändare avge sin fulla effekt kontinuerligt!

Som redan sagts i avsnitt 1.8, är det onödigt sän-da ut två sidband, eftersom båsän-da innehåller samma information. Det räcker med ett sidband. Bärvågen innehåller inte någon information. Den kan därför undertryckas redan i sändaren för att ersättas i mot-tagaren. Därmed uppstår sändningsslaget J3E.

3.9.3 Sändningsslaget J3E (SSB)

Vid sändningsslaget J3E (SSB) sänds således endast ett sidband. Det andra sidbandet och bärvågen un-dertrycks, vilket kan göras på flera sätt. Numera är den så kallade filtermetoden allra vanligast och den enda som behandlas här.

Bild 3.89 visar alstring av J3E (SSB). Med filtermetoden blandas HF- och LF-signalerna i en

balanserad blandare där de undertrycks medan bland-ningsprodukterna med deras summa- och skillnads-frekvenser blir kvar, det vill säga det övre och undre sidbandet.

För att undertrycka det ena sidbandet före sänd-ningen följs blandaren av ett bandpassfilter med bandbredd och frekvensläge för avsett sidband. Den signal som sänds ut innehåller på så sätt endast ett sidband (Single Side Band).

Valet mellan USB och LSB kan göras på två sätt. Antingen genom att välja mellan ett separat passbandfilter för respektive sidband eller genom att använda ett enda filter och flytta HF-signalen från ena sidan till den andra av det filtret (se bild 1.32 i avsnitt 1.8).

En J3E-modulator enligt filtermetoden består således av en balanserad blandare ofta en så kallad ringblandare (se bild 3.86 i avsnitt 3.8) samt ett bandpassfilter. För att SSB-signalen ska få avsedd sändarfrekvens kan ytterligare frekvensblandning behövas (se kapitel 6.1).

3.9.4 Vinkelmodulation

Vinkelmodulation är samlingsnamnet för frekvens-modulation (FM) och fasfrekvens-modulation (PM).

3.9.5 Frekvensmodulation

Vid sändningsslaget F3E (även kallat FM) varierar bärvågens frekvens i takt med den modulerande sig-nalens amplitud. Bärvågen kommer på så sätt att pendla omkring en nominell frekvens, det vill säga vara frekvensmodulerad. Bärvågsamplituden ändras däremot inte vid frekvensmodulation.

Likspänningsnivåer kan således överföras eftersom en frekvensavvikelse (deviation) i bärvågen endast påverkas av den modulerande signalens amplitud.

Vid F3E påverkas resonansfrekvensen i den re-sonanskrets i oscillatorn som bestämmer dess ar-betsfrekvens. Det görs enklast genom att tillföra en kondensator med variabelt kapacitansvärde, en kapacitansdiod (se avsnitt 2.5.3.2).

Bild 3.90 visar en LC-resonanskrets där det ingår en kapacitansdiod som styrs av en likspänning med en överlagrad modulerande LF-signal. En likspänning tjänar som en ställbar förspänning till kapacitansdio-den. På så sätt kan man påverka arbetsfrekvensen. Med den överlagrade LF-signalen påverkas arbetsfre-kvensen i takt med signalamplituden.

3.9.6 Fasmodulation

Vid sändningsslaget G3E (även kallat PM) varierar bärvågens fasläge i förhållande till en omodulerad referens. Bärvågens amplitud ändras däremot inte. Fasändringen – deviationen – är direkt proportionell mot hur snabbt fasläget ändras och till den totala fasändringen. Hastigheten på fasändringen är direkt proportionell mot frekvensen på den modulerande signalen och till dess amplitud.

Bild 3.90: Alstring av F3E (FM)

Det betyder att deviationen vid fasmodulation ökar både med amplituden och frekvensen på den modulerande signalen. Ändringar i likspänningsnivåer kan därför överföras endast om en fasreferens används.

Fasmodulation kan alstras till exempel genom att påverka resonansfrekvensen i en resonanskrets någonstans efter oscillatorn, det vill säga där oscilla-torfrekvensen inte påverkas. Denna resonanskrets har i viloläge samma resonansfrekvens som oscillatorn. När kretsen bringas ur resonans genom modulation – samtidigt som kretsen påtrycks oscillatorsignalen – uppstår i kretsen omväxlande en induktiv och kapaci-tiv reaktans – detta inom tiden för varje halv period. Reaktansen skapar därvid den fasförskjutning som innebär fasmodulation. Se även avsnitt 3.1.17.1 och 3.1.17.2, bilderna 3.18 och 3.19

Bild 3.91 visar alstring av G3E (PM). Liksom vid frekvensmodulation kan till exempel en kapacitans-diod användas för att med en modulerande signal påverka resonansfrekvensen i en krets.