Насильно мил не будешь

    Глубокое заблуждение, что в режиме CW линейность усилителя не нужна. Это, повторяю, заблуждение! Ведь форму огибающей фронтов телеграфных посылок, сформированных в трансивере, нужно сохранять при усилении неизменной - а это возможнотолько в линейном режиме.

Откуда взялось и укоренилось мнение, что для CW хорош класс Сс токами управляющей сетки и перенапряженный режим? Очень просто - из тех времен полувековой давности, когда CW/AM передатчики проектировались как единое целое от задающего генератора до оконечного каскада усилителя мощности включительно. В целях получения равномерной отдачи в широком диапазоне частот, получения наивысшего КПД и для осуществления амплитудной модуляции выходного каскада такой режим был наиболее рациональным. Тогда, исходя из заведомой нелинейности усилительных и умножительных каскадов, специально проектировали такие цепи манипуляции CW (притом, чаще всего не в первых каскадах, и не в одном, а в нескольких), чтобы на мощном выходе передатчика получалось в итоге то, что нужно. Кстати, далеко не всегда и получалось, в том числе, и в промышленных передатчиках. Сегодня типичный путь - это такое формирование телеграфных посылок, что правильная форма их фронтов обеспечивается на низких уровнях, а дальше происходит преобразование частоты и усиление. Если любой из каскадов работает в нелинейном режиме, то форма огибающей телеграфных посылок будет испорчена.

Если в режиме CW перекачивается любой из каскадовпосле того, в котором сформированы фронты телеграфных посылок, то колокольная (в идеале) огибающая фронтов сначала превращается в трапецеидальную (обрезается верхнее скругление фронта) а затем и в прямоугольную. Еслиугол отсечки менее 90 градусов (класс С), то подрезаются нижние скругления фронтов посылок. Прямоугольный радиоимпульс теоретически имеет спектр бесконечной ширины. Дело усугубляется и тем, что при ключевании с крутыми фронтами возникают слишком резкие броски постоянной составляющей тока анода и тока экранной сетки. Динамическаястабилизация источников питания часто бывает недостаточна, и в цепях питания мощного каскада при каждом нажатии возникает кратковременный низкочастотный затухающий колебательный процесс, который вызывает паразитную амплитудную модуляцию, с ней и паразитные боковые частоты. Все это ведет к появлению щелчков вокруг сигнала, а надежность связипри этом ни сколько не повышается.

Во-первых, если методом грубой силы даже и удастся, скажем, "выкачать" из киловаттного передатчика вместо 1000 Вт в полтора раза больше - целых 1500 Вт (без расширения частотной полосы - случай невероятный!), то прирост силы сигнала составит 1,75 дБ, т.е. всего четверть балла! Разницу в четверть балла с трудом обнаружит на слух только эксперт-акустик, а S-метр ее совсем не покажет. Во-вторых, большая часть прироста отдаваемой передатчиком мощности на самом деле произойдет вовсе не в той полосе 200-300 Гц, которая воспринимается хорошим CW приемником, а на других частотах, за пределами полосы пропускания приемника корреспондента - в виде внеполосных и побочных излучений. Это происходит при всех видах работы, в том числе и CW. А чтобы почувствовать на себе, что треть мощности чьего-то перекачанного передатчика пошла размазываться "мимо кассы" на пол-диапазона - вот тут-то и никаким экспертом не требуется быть…

Другая причина возникновения щелчков - частотная, наиболее характерна для передатчиков с манипулируемыми высокочастотными задающими генераторами или гетеродинами. Когда при нажатии на ключ или его отжатии частота генератора меняется, выбегает за доли секунды, получается "чириканье", а если это происходит за миллисекунды, то этот "чирп" становится настолько коротким, что звучит как щелчок. Поскольку частота генератора отклоняется только в одну сторону от установившегося значения, то и щелчки в этом случае наблюдаются только выше или только ниже рабочей частоты - в отличие от "перекачки", когда щелчки с обеих сторон.

Важно иметь ввиду, что этот дефект на экране осциллографа практически не виден, так же как и паразитная частотная модуляция (тон плохой, а на экране осциллографа всё гладко). "Чирп" так же как и девиация частоты на пиках SSB сигнала, может возникать в гетеродинах, не подвергаемых манипуляции, если питающее их напряжение хотя бы немного "просаживается" из-за колебаний тока, потребляемого от источников питания более мощными каскадами в процессе передачи.

Могут встречаться и все эти явления одновременно. Во всех случаях значительная часть энергии передатчика расходуется впустую, так как попадает куда угодно, но не в полосу пропускания приемника корреспондента.

Один из нюансов состоит в том, что если такой "щелкунчик" позовет вас точно на вашей частоте и вам не понадобится перестраиваться приемником вокруг его сигнала, то можно ничего и не заметить, особенно если включен узкополосный CW-фильтр. А его щелчки в то же время могут быть в очень широкой полосе вокруг. Так же обстоит дело и с плохим тоном - боковые полосы паразитной модуляции (и амплитудной, и частотной) при точной настройке узкополосного приемника на несущую остаются за пределами полосы пропускания, скажем, 200-герцового фильтра, и слышна только более-менее чистая "сердцевина" телеграфного сигнала. Поэтому, если позволяет обстановка, нужно во время приема немного "поелозить" ручкой настройки вокруг сигнала корреспондента - и сразу же ему сообщить, если что-то не в порядке.

Напомним попутно, что оценка RST дополняется буквой "К" если есть щелчки (klicks, clicks), "С" - если манипуляция чирикающая, хлюпающая или булькающая (chirp) и "D", если частота плавает (drifting). Сокращение "RAC" (raw alternating current) означает "Фон переменного тока". Кроме того, в Q-коде есть несколько полезных выражений: QRH = "Ваша частота плавает", QRI = "Тон Вашего сигнала…"- (за этим кодом следует цифра от 1 до 9 по системе RST) и QSD = "Ваша манипуляция не в порядке".
Беда в том, что иные горе-радисты принимают что QRH, что QRI, все одно за QRS, а QSD путают с QSB… Hi.

Сигналы телефонии с ЧМ действительно можно усиливать в жестком "телеграфном" режиме - там нет изменений амплитуды, а значит линейность и в самом деле не важна. Однако с RTTY все не так просто, как кажется. Если частотная манипуляция осуществляется классическим способом, то есть сдвигом частоты задающего генератора - то амплитудная линейность не требуется (там хватает и других проблем). Но сегодня 99,9% сигналов при всех цифровых видах работы - это тональные сигналы,передаваемые по SSB тракту (в том числе, и в многих "фирменных" трансиверах с "родным" режимом FSK/RTTY). Любая перекачка поднимает относительный уровень недочищенных НЧ шумов и гармоник модулирующих тонов (а их никогда нельзя вычистить полностью!). В нелинейных каскадах они не только усиливаются, но и комбинируют между собой, создавая новые, паразитные составляющие спектра. В итоге, тот сигнал, который в идеале должен занимать не более 300 Гц, расползается на 2-3 кГц, а то и шире.

Такая же беда и с тональным способом получения телеграфного режима в самодельных SSB трансиверах. Сколько уже писалось на эту тему грамотных и толковых разъяснений! Приходится повторять снова (это уж, извините, для особо одарённых… Hi): НЕЛЬЗЯ этого делать! Теоретически - можно, а практически - нельзя.

Даже если каким-то чудом и удастся добиться подавления всех побочных излучений -50 дБ (гармоник НЧ тона, остатка несущей и продуктов их взаимной модуляции между собой и с основным сигналом), то при уровне основного сигнала S=9+20, эти "побочки" будут с уровнем S=4 по S-метру. Это совсем не слабо: по официальной таблице - "сигналы умеренного уровня", а на слух такой уровень нередко оценивают баллов и на шесть-семь! Этого вполне достаточно, чтобы сорвать связи (и не только с DX) всем тем, кому пришлось оказаться ближе 2…3 кГц, а то и 4…5 кГц от такой "широкозахватной сеялки"! Это похуже щелчков (а встречаются и оба явления вместе!).

Практически, у многих приверженцев такого извращения, весь этот мусор (да еще и шумы SSB-тракта в полосе 3 кГц) излучается на уровне -20…-30 дБ, то есть помехи окружающим доходят до того, что передатчик вообще становится "оружием массового поражения"! А при нормальных способах формирования CW никакой сетки "побочек" не должно существовать в принципе.

Однако не так уж редко, даже при формировании CW в трансивере более правильным путем (не тональным, а с помощью, например, манипулируемого LC-генератора на 501 кГц в трансиверах с ЭМФ-500-В), побочные излучения все же присутствуют. Обычно это происходит при просачивании в тракт передачи наводки от постоянно работающего гетеродина биений приемника (BFO, в данном случае 500 кГц). Бывает, что при нажатии ключа "законный" сигнал, как более сильный, подавляет эту наводку и она проявляется только в паузах между посылками в виде второго сигнала с обратной манипуляцией, сдвинутого по частоте на 500…1500 Гц от основного. Если эта наводка сильная, то возникают и комбинационнные составляющие, похожие на те, которые есть при тональном способе (и это опять следствие нелинейности!).

К сожалению, нет телеграфного кода для извещения о наличии сетки излучаемых побочных частот. Тон и основной составляющей, и каждой из побочных по отдельности, на приемнике с узким фильтром может выглядеть гладким, музыкальным - то есть плохую оценку тона как такового вроде бы давать не за что; как будто Т=9, но ведь этих тонов слишком уж много… Поскольку сигнал все равно промодулирован - хоть и не 50/100 герцами, а килогерцем, то резонно снижать оценку тона согласно таблице значений "Т" (модуляция, кстати, сходу обнаруживается приемником в АМ режиме). Может быть, для такого случая подойдет код "R2A" - обозначение соответствующего этому случаю класса излучения: "телеграфия с модулирующей поднесущей на одной боковой полосе с неполностью подавленной несущей" (который, кстати, радиолюбителям не разрешен!). Может быть, добавлять к RST слово "multitonal" (многотональный, "МТ") или просто сокращение "АМ" ?

Встречаются случаи, когда "сетка" побочных частот сравнительно редка, например, есть побочные излучения, отстоящие симметрично, с шагом по 5…150 кГц от основного сигнала. Это, обычно, явление так называемого дроссельного самовозбуждения. Его причиной бывает неудачная конструкция ВЧ каскада, в котором самовозбуждение происходит на низкой частоте. Нередко колебательный контур, обуславливающий эти колебания, образуется развязывающим дросселем и блокирующими емкостями в одной из цепей питания. Причем такое самовозбуждение может и не возникать до тех пор, пока нет ВЧ-сигнала. А когда ВЧ колебания смешиваются в этом каскаде с возникшими колебаниями НЧ, возникает амплитудная модуляция и образуются боковые частоты. (Другой причиной побочных излучений бывает недостаточное подавление зеркального канала в "трансиверизованных" приемниках с низкой последней ПЧ - 215 кГц или 128 кГц, а также наводка от импульсного источника питания на один из каскадов передатчика.)

Недостаточное подавление ВЧ-гармоник (особенно 2-й) все еще остается актуальной проблемой. Часто досаждают помехи из-за попадания второй гармоники SSB станций, работающих около 1,875…1,900 МГц в SSB DX-окно 80-метрового диапазона (3,750…3,800 МГц) и от станций, работающих на SSB в диапазоне 40 м - в RTTY и SSB участки диапазона 20 м. Вторая гармоника чистого SSB сигнала без сплэттера занимает 5-7 кГц. Если есть хоть небольшой сплэттер, то его гармоники могут расползтись и на 15-25 кГц, а у некоторых станций порой они по силе превосходят сигнал на основной частоте! Это может свидетельствовать об ошибочной настройке выходного контура передатчика вдвое выше, чем надо, или о каких-то промахах при конструировании выходного каскада. Помехи от гармоник SSB-передатчиков звучат неразборчиво, при узкой полосе приемника они могут ощущаться как треск или хруст, поэтому их виновника не всегда удается сразу "вычислить" и предупредить.

Во всяком случае, перед началом эксплуатации новой или переделанной конструкции, надо обязательно попросить опытных коллег (в своем населенном пункте, чтобы не зависеть от прохождения на разных частотах) проконтролировать в эфире ваш сигнал на отсутствие гармоник на всех диапазонах и видах работы при полной выходной мощности и на все имеющиеся антенны. Конечно, если есть возможность раздобыть анализатор спектра хотя бы на день, надо непременно этим воспользоваться. Запросто может оказаться, что и та аппаратура, которой вы сейчас пользуетесь, годами излучает не только там, где вы сами хотите, но по случайности это осталось не выявленным! При этом не только засоряется эфир, но и понапрасну распыляется драгоценная и с таким трудом добытая мощность вашего передатчика!

Шлифуем свой сигнал до блеска!

    Только дилетанту, поверхностно перелиставшему пару популярных книжек, может показаться, что "радио - это очень просто". На самом деле, без специального образования далеко не каждому по силам вникнуть во все тонкости функционирования и взаимодействия даже базовых радиоэлементов и устройств. Однако если аккуратно и без излишней самоуверенности следовать известным правилам и рекомендациям специалистов, то можно, по крайней мере, избежать грубых ошибок. Это особенно важно при конструировании и эксплуатации радиопередающих устройств. Мои заметки, конечно, не могут охватить и сотой доли того, что следовало бы знать каждому, кто берется строить и регулировать любительский КВ-передатчик, сигналы которого рано или поздно достигнут практически всех уголков Земли (и список рекомендуемой литературы далеко не является исчерпывающим!). Некоторые из рекомендаций могут показаться банальными, но я их вынужден повторять, потому что слишком многие снова и снова наступают на одни и те же грабли. Надеюсь, что эти советы все же хоть чем-то помогут вдумчивому, заинтересованному (а, значит, настоящему!) радиолюбителю.

 Формирование сигнала

1) Сформировать хороший CW сигнал можно по следующей схеме: при передаче кварцевый генератор непрерывно работает на частоте F, в N раз выше, чем частота ПЧ. Манипуляция осуществляется ключеванием делителя частоты F/N. (За основу взята идея UA3DB [13], но это еще не всё.)

Далее, с выхода делителя сигнал поступает на двух-трехзвенный RC-фильтр нижних частот с частотой среза, равной частоте ПЧ, и с уровнем около 1 В поступает на узкополосный фильтр ПЧ с полосой 200…350 Гц (ЭМФ или кварцевый: можно использовать один из тех, что используются в режиме приема CW); в крайнем случае сойдет и фильтр с шириной полосы до 600 Гц. Нужный уровень сигнала, подаваемого на вход фильтра ПЧ, устанавливается резистивным аттенюатором, имеющим выходное сопротивление, равное входному сопротивлению фильтра.

Частота F/N обязательно должна точно соответствовать центральной частоте узкополосного фильтра, только тогда телеграфные посылки будут правильной формы после фильтра. Естественно, частота F и ее гармоники не должны быть близки ни к промежуточным частотам передатчика, ни к частотам любительских диапазонов. Весь этот узел надо хорошо заэкранировать и развязать по цепям питания. Готовый сигнал CW после узкополосного фильтра основной селекции поступает на дальнейшие каскады преобразования частоты и усиления линейного тракта трансивера. Разумеется, клиппер и прочие телефонные каскады должны быть при этом отключены.

В трансиверах важно, чтобы сигнал телеграфного гетеродина (CW-BFO) приемного тракта (который выше или ниже частоты ПЧ на 500-1000 Гц) совершенно не просачивался в тракт передачи. Полезно на время передачи снижать напряжение питания BFO, чтобы его выходное напряжение уменьшалось до минимального, достаточного для самопрослушивания уровня, или этот гетеродин просто отключать, а самоконтроль вести с помощью вспомогательного звукового генератора, подключенного к УНЧ приемника. Если имеется отдельный опорный генератор для формирования SSB, то он, конечно, тоже должен быть выключен при переходе на CW.

2) Недостаточно подавленная несущая, смешиваясь с полезной боковой полосой в любом нелинейном каскаде, воссоздаёт в виде комбинационного продукта ранее подавленную фильтром вторую боковую полосу. Именно так на выходе SSB передатчика может получитьсясигнал с недостаточным подавлением второй боковой, хотя фильтр основной селекции имеет хорошие параметры. Это же явление очень часто является причиной возникновения целой сетки частот при попытках формировать CW и RTTY тональным способом в SSB тракте.

Если и в приемном, и в передающем трактах трансивера используется один и тот же хороший фильтр основной селекции, то при приеме он "выглядит" хорошо (т.е. обеспечивает однополосный прием), а при передаче может "выглядеть" плохо, но "не по своей вине", а по вине неудовлетворительной работы балансного модулятора и нелинейности в одном из последующих каскадов.

Несущая должна быть надежно подавлена (сразу в балансном модуляторе!) никак не меньше, чем на 50 дБ, а при клиппировании SSB на ПЧ и при цифровых видах работы - не меньше 65 дБ. Очень важна хорошая развязка по питанию опорного генератора, тщательная экранировка его и всех связанных с ним цепей.

3) Формирование RTTY и других цифровых видов работы можно делать по той же схеме, которая рекомендована для CW (см. п. 1) - для этого нужно манипулировать частоту (или фазу - для PSK) кварцевого генератора (это не трудно, поскольку требуемый относительный сдвиг частоты не велик). Если уж неизбежно применение тонального способа в SSB режиме, то нужно обязательно очищать тональные посылки хорошим полосовым активным RC или пассивным LC фильтром на низкой частоте [7] и подавать их с надлежащим уровнем прямо на балансный смеситель, а не через микрофонный усилитель.

В любом случае использование фильтра ПЧ основной селекции, предназначенного для речи (2,4 - 2,8 кГц) при передаче RTTY или PSK31 недопустимо, а следует применять ЭМФ или кварцевый фильтр с полосой 300 - 600 Гц (можно тот же, что и для приема RTTY/CW). При всех видах работы, кроме телефонного, питание микрофонного усилителя должно выключаться автоматически!

4) Мощность колебаний опорного генератора, подаваемых на диодный балансный модулятор DSB, должна превышать пиковую мощность НЧ-сигнала примерно на 20 дБ. То есть, если, например, входные сопротивления обоих входов БМ одинаковы, то пиковое напряжение звукового сигнала должно быть на порядок меньше, чем от генератора несущей. Форма колебаний генератора должна быть симметричной на реальной нагрузке (на входе БМ). Выходы опорного генератора и микрофонного усилителя должны быть низкоомными (т.е. достаточно мощными). То же и для высокочастотных смесителей.

5) Чтобы сохранялась линейность ЭМФ, на него нельзя подавать сигналы с пиковым уровнем больше, чем 1,5 В, и нельзя допускать протекание постоянного тока через его входные и выходные цепи. Перегрузка ЭМФ- очень распространенная причина сплэттера, в частности, в "вечнозеленом" ламповом UW3DI.В то же время, при слишком низких уровнях сигнала в цепях передатчика увеличивается относительный уровень шумов и помех, вызванных различными наводками.

Кроме того, с годами ЭМФ'ы (особенно "круглые" на 500 кГц) стареют, размагничиваются и перемагничиваются, у них может сильно увеличиться затухание и неравномерность в полосе прозрачности. Из-за увеличения затухания ЭМФ в полосе прозрачности со старением, начинает не хватать раскачки. Попытки восстановить прежний уровень отдачи увеличением усиления в НЧ или DSB каскадах приводят к перегрузке самого фильтра и увеличению сплеттера.

6) Настраивать конденсаторами вход и выход ЭМФ надо не на максимум сигнала, а по максимальной равномерности АЧХ в полосе прозрачности. Эта настройка весьма критична и может со временем "уходить". Со временем, а также при изменениях температуры расстраиваются и самодельные кварцевые фильтры. Согласование сопротивлений как на входе, так и на выходе любого фильтра очень важно. Если используется один и тот же фильтр для приема и для передачи, нужно обеспечить его согласование в обоих режимах, но в первую очередь - на передачу. (При нынешней доступности и небольшой цене вполне приличных фильтров украинского и российского производства, гораздо разумнее строить полностью отдельные тракты приема и передачи даже в простых приемо-передатчиках.)

При формировании SSB недопустимо использовать фильтры с коэффициентом прямоугольности более 1,25 (по уровням 6/60 дБ). Чтобы улучшить прямоугольность, полезно включать два фильтра каскадно (особенно после SSB-клиппера), но следует тщательно настроить их результирующую частотную характеристику в полосе прозрачности. Вся вторая боковая полоса должна подавляться никак не меньше, чем на 65 дБ, а при пиковой выходной мощности порядка киловатта - не меньше 75 дБ. Вполне достижимы и очень желательны более высокие показатели. Часто причиной недостаточной фильтрации является не сам фильтр, а прямое просачивание сигнала мимо него из-за плохой экранировки и слабой развязки каскадов по питанию.

7) Амплитудно-частотная характеристика всего тракта по звуковому давлению - от микрофона до выхода готового SSB сигнала - должна иметь крутые спады на частотах ниже 250…300 Гц и выше 2800…2950 Гц. В полосе 300…1100 Гц АЧХ должна быть почти горизонтальна, и только от 1100…1300 Гц должен начинаться подъем до +12…15 дБ с максимумом около 2400 - 2500 Гц (в среднем для мужского голоса, а точные границы желательно уточнить для себя индивидуально).

То есть в рабочей полосе нужно не заваливать низкие (300…800 Гц), а поднимать высокие частоты (1500…2700 Гц), что не одно и то же. Это легко достигается, например, с помощью резонансного LC-контура (добротностью порядка 4…8) в цепи ООС или в нагрузке одного из каскадов микрофонного усилителя. Такой сигнал звучит заметно лучше, чем с равномерным подъемом АЧХ. При клиппировании подъем высоких должен быть обеспечен до клиппера, а у самого клиппера и у последующих каскадов АЧХ должна быть горизонтальной в полосе 2,5 - 2,7 кГц, с крутыми скатами и надлежащим подавлением за пределами полосы.

Делать частотную полосу меньше, чем 2,3 - 2,4 кГц не следует, так как на более узкий сигнал труднее настраиваться, да и звучит он неприятно. В то же время, если полоса SSB cигнала шире, чем 2,7 - 2,8 кГц, то часть мощности передатчика расходуется и излучается зря, так как все равно не попадает в полосу пропускания приемника корреспондента.

8) Как правило, наилучшее звучание получается, когда используется высококачественный широкополосный, но узконаправленный микрофон (на достаточном, правильном расстоянии ото рта! - обычно 7…15 см), а формирование надлежащей частотной характеристики и необходимое усиление с автоматической регулировкой целиком возложены на микрофонный усилитель. Уменьшить наводки поможет малошумящий линейный предусилитель, встроенный прямо в микрофон.

Качество работы многих микрофонов зависит от сопротивления их нагрузки, поэтому должно быть обеспечено входное сопротивление микрофонного усилителя, соответствующее паспортным данным микрофона. Ухудшение качества звучания "фирменных" трансиверов при подключении динамических микрофонов во многих случаях обусловлено рассогласованием сопротивлений микрофона и входа трансивера и/или протеканием постоянного тока через катушку микрофона из-за присутствия постоянного напряжения на микрофонном входе (для питания предусилителя "штатного" электретного микрофона).Динамический микрофон к такому входу следует подключать через конденсатор достаточной емкости.