Эту тему следует рассматривать как продолжение статьи «Как установить линейный режим передатчика» [ 1 ], опубликованную в журнале РАДОН ранее, где процесс анализа спектра передатчика рассматривается недостаточно подробно.

Известные конструкторы радиолюбительской аппаратуры Б. Степанов и Г. Шульгин: в статье «Анализатор спектра передатчика». Радио №9, 1983 г, [ 2 ], попавшейся недавно на глаза при просмотре старых журналов, отмечают, что испытание радиопередатчиков 2-х тональным методом совместно с осциллографом позволяет устранить в основном лишь грубые просчёты в выборе режимов усилительных каскадов передатчика. Количественную же оценку соответствия  SSB аппаратуры современным требованиям можно получить лишь при использовании анализатора спектра, так как этот метод позволяет достаточно легко и точно определить оптимальную (пиковую) мощность передатчика (усилителя), при которой нелинейные искажения начинают превышать требуемую норму.

Двухтональный ВЧ сигнал получают подачей на микрофонный вход трансивера двух низкочастотных сигналов одинаковой амплитуды с близкими частотами. В результате сложения этих двух ВЧ колебаний возникает результирующее (суммарное) колебание с изменяющейся с течением времени амплитудой, так называемые биения. На рис.1а показан график такого результирующего колебания.

                                                     Рис.1

Амплитуда этого результирующего колебания изменяется со временем по закону:

        

В моменты, обозначенные на графике цифрами 1, амплитуда суммарного колебания становится в два раза больше амплитуды любого одного из двух слагаемых колебаний и равна амплитуде телеграфного (CW 1 тон) сигнала (рис.1b) при оптимальной загрузке передатчика. А эффективная мощность одного полного колебания с наибольшей амплитудой (в которое входит пик 1),   будет пиковой (максимальной) мощностью результирующего колебания.

      Как эффективную мощность немодулированного сигнала, так и пиковую мощность модулированного сигнала можно определить при усилении двухтонального сигнала (в режиме класса В), как удвоенное значение средней мощности двухтонального сигнала, измеренной на сопротивлении нагрузки Rн при условии, что нелинейные искажения не превышают установленную норму.  

   При этом пиковая мощность двухтонального сигнала - Рпик будет равна эффективной (средней) мощности одночастотного (телеграфного) сигнала - Рэфф. Эта же мощность принимается как предельная пиковая мощность для сигнала SSB - Ррер, т. е.׃

                                             P эфф = P пик =   P рер.     {2}

Но это равенство справедливо только для момента, обозначенного на графике [см. 1] рис.4 точкой 2. При других значениях выходной мощности эффективную мощность одночастотного (CW) сигнала приравнивать к пиковой мощности никак нельзя.

Известна следующая методика исследования выходного спектра передатчика с помощью анализатора спектра. Выход передатчика нагружается на сопротивление нагрузки Rн, часть энергии с которого каким либо образом подаётся на вход анализатора спектра. В режиме передачи несущей (CW 1 тон), при оптимальной загрузке, уровень этого сигнала на экране анализатора (отклик) устанавливается на отметку «0 дБ» (хотя не обязательно, можно на любую отметку). Затем передатчик переводится в режим  SSB, на микрофонный вход которого подаётся 2–х тональный сигнал, а уровень каждого тона на экране анализатора (отклик) устанавливается на 6 дБ меньше уровня несущей. При этом эффективная мощность суммарного колебания этих 2-х тонов будет на 3 дБ меньше эффективной мощности несущей, пиковая же мощность суммарного колебания 2-х тонов будет равна эффективной мощности несущей. А уровень интермодуляционной составляющей 3-го порядка (ИМД-3) отсчитывается от уровня пиковой мощности суммарного 2-х тонового сигнала

 Б. Степанов и Г. Шульгин в своей статье [2] приводят реальные спектрограммы выходного сигнала лампового SSB передатчика заводского изготовления (модель Т4ХС фирмы «Дрейк» США) при испытании его двухтональным сигналом. Спектрограмма рис. 2  соответствует случаю, когда уровень НЧ сигнала микрофонного усилителя передатчика, не превышает  некоторый допустимый уровень (усилитель передатчика не перегружается).

 

           

                                                     Рис.2

Здесь интермодуляционные составляющие 3-го порядка (IM3a, IM3b) имеют уровень около -40 дБ по отношению к пиковому уровню суммарного 2-х тонового сигнала (отсчитывается от отметки «0 дБ»).

Повышение уровня НЧ сигнала (микрофонного усилителя) приводит к значительному увеличению уровней интермодуляционных составляющих всех порядков (при отключённой системе ALC). На рис.3a спектрограмма при повышении уровня НЧ сигнала на 10 дБ, а на рис3b спектрограмма при повышении уровня НЧ сигнала на 20 дБ.

 

 

                                                                   Рис.3           

На рис. 4 представлена спектрограмма этого же передатчика, но с включённой системой ALC, наглядно иллюстрирующая  эффективную работу этой системы: с увеличением уровня НЧ сигнала (по микрофону) на 10 дБ (как в случае рис.3а) уровень ИМД не повышается.

 

     

                                                          Рис. 4

Как видно из этих спектрограмм, ламповый передатчик Т4ХС фирмы «Дрейк» имеет высокую линейность, ослабление ИМД-3 составляет -40 дБ.

Однако на форумах в Интернете встречаются сообщения некоторых радиолюбителей, производивших измерения линейности многих трансиверов известных фирм, что их линейность не удовлетворяет современным требованиям. Если это так, то возможны два варианта: либо тот, кто проводил измерения, не правильно это делает, либо фирма намеренно завышает параметр РЕР. Для импортных трансиверов мощность РЕР указывается не всегда, а указывается только output power, 100 Вт и более выходной эффективной мощности в режиме передачи несущей. Однако в этом режиме довольно затруднительно обнаружить побочное излучение, гармоники эффективно ослабляются и подавляются выходными фильтрами. А вот внеполосное излучение при плохой линейности усилителя в режиме SSB может в несколько раз превышать уровень гармоник.

Действительно, если фирма не указывает пиковую мощность, а заявляет выходную мощность в 100 Вт, а мы слепо верим, что это и есть мощность РЕР (на самом же деле она равна, скажем, 90 Вт), то тогда, установив уровни 2-х тонов на 6 дБ меньше 100 Вт, получим перекачку по микрофонному усилителю и мощность ИМД-3 будет превышать требуемый уровень. А отношение мощности ИМД-3 к мощности суммарного 2-х тонального колебания будет завышенным, чем на самом деле, потому что  амплитуда суммарного 2-х тонального колебания в этом случае не будет в 2 раза больше амплитуды любого из тонов (на 6 дБ), а будет меньше, так как режим работы передатчика в этом случае соответствует моменту на графике [1] рис.4 между точками 2 и 3 (режим ограничения).

В таком случае следует изменить  методику проведения измерения линейности и начинать надо с установки уровня ИМД-3. Изменяя усиление микрофонного усилителя, а возможно даже уменьшая выходную мощность трансивера, нужно добиться, чтобы отношение уровня ИМД-3 к пиковому уровню суммарного 2-х тонового сигнала удовлетворяло бы установленным требованиям.

 Результат такого подхода к измерению линейности показан на рис.5  (скриншот с панорамника спектроанализатора SDR). Здесь за пиковый уровень суммарного 2-х тонового сигнала принимается уровень «-38 дБм», на 6 дБ выше  уровня каждого из двух тонов (так задавился аттенюатором сигнал на входе SDR), а уровень ИМД-3 установлен на 40 дБ меньше пикового 2-х тонового суммарного сигнала.

 

 

                                                   Рис.5

И только после этого нужно определять мощность РЕР, как удвоенное значение эффективной мощности суммарного 2-х тонового сигнала и равную эффективной мощности несущей (CW 1 тон - отклик на экране спектроанализатора «-38 дБм», рис.5, справа).  К примеру, спектрограмма рис.5 получена при эффективной мощности суммарного 2-х тонового сигнала, измеренной прибором  SX 100, Рэфф=48 Вт, и, следовательно, при пиковой мощности Ррер=96 Вт.  Здесь следует заметить, что для измерения эффективного напряжения суммарного 2-х тонового сигналa  ВЧ вольтметры типа В7-15 не подходят, так как дают сильно завышенные показания.

Такую же методику следует применять и при измерении линейности самодельных усилителей мощности (да и заводских), так как неизвестно, какая у него получилась мощность РЕР.  А, включив несущую (CW) и «подкинув» мощность возбуждения «на всю катушку», и измерив выходную эффективную мощность на Rн, нельзя быть уверенным, что при такой мощности усилитель работает в линейном режиме. Только установив сначала уровни ИМД-3, соответствующими требованиям, лишь только тогда и только тогда усилитель будет введён в линейный режим, а выходная эффективная мощность будет являться РЕР мощностью. Конечно, при этом в сигнале возбудителя (трансивера) мощность ИМД-3 также должна быть не выше установленной нормы.

Для установки линейного режима усилителя можно порекомендовать более простой способ, правда, по точности уступающий двухчастотному методу. Для этого нужен только какой-либо стрелочный индикатор выходного ВЧ напряжения: ВЧ вольтметр, ваттметр, ксв-метр (в режиме падающей волны), наконец простой диодный вольтметр – индикатор тока в антенне (второй прибор, обычно устанавливаемый радиолюбителями на передней панели усилителя). Анодный миллиамперметр для этого не подойдёт, т. к. при исчерпании ресурса эмиссии катода в режиме насыщения приращение тока анода происходит за счёт сеточных токов.

     В режиме «настройки» увеличивают мощность возбуждения до тех пор, пока идёт линейный прирост ВЧ напряжения по прибору индикатора выхода. (Анализируем график рис. № 4, статьи [1] ). Как только линейный прирост ВЧ напряжения прекратится (момент на графике между точками 2 и 3), ручку регулятора уровня возбуждения нужно немного возвратить назад. В таком режиме будет использоваться только линейный участок характеристики усилительного элемента, не заходя в область ограничения (до точки 2 на графике). Мощность, измеренная в таком режиме и будет максимальной эффективной (средней) мощностью усилителя, а для режима SSB это будет предельная пиковая мощность - РЕР.

По миллиамперметру анодного тока  следует зафиксировать его величину и никогда не превышать во время работы в режиме CW. В режиме SSB при громком «а-а» следует устанавливать мощность возбуждения такой, чтобы величина анодного тока составляла бы 1/2 - 2/3 величины, зафиксированной в режиме  «настройки» (в зависимости от степени компрессии), и попросить коллегу из своего QTH послушать сигнал по соседним каналам. А если кто-либо из коллег имеет SDR, то момент превышения внеполосным излучением допустимой величины   может быть зафиксирован более точно. В дальнейшем при работе не превышать этого, экспериментально найденного, значения анодного тока.

 

В. Костычев, UN8CB

г. Петропавловск Казахстан.