САЙТ МЕДИКОВ-РАДИОЛЮБИТЕЛЕЙ SMHAM ГлавнаяРегистрацияВход
Главная » Статьи » Другое » Все остальное

В.Костычев, UN8CB. О мощности возбуждения

В Регламенте радиосвязи ITU подчёркивается, что выходная мощность передатчиков (усилителей) и пиковая, и средняя, определяется при «нормальных условиях» работы, т. е. в линейном режиме. Линейный режим работы усилителя определяется не только энергетическими характеристиками используемой лампы (транзистора), величиной анодного (коллекторного) напряжения и тока, но и мощностью возбуждения. Для того чтобы усилитель не вносил нелинейных искажений, зависимость амплитуды выходного сигнала от амплитуды входного сигнала должна быть линейной.

 

Хотя пиковая мощность SSB сигнала количественно приравнивается к максимальной «телеграфной» мощности, на самом деле, пиковая мощность SSB сигнала, при линейной работе усилителя, несколько меньше этого значения. В определённые моменты времени фазы некоторых частот в спектре модулированного радиосигнала совпадают и амплитуды этих колебаний суммируются, а суммарная эффективная мощность этих пиков и остальных пиков, с меньшими амплитудами, может достичь пикового значения (пиковой мощности).

 

Таким образом, пиковая мощность модулированного сигнала достигается только при уровне эффективной (средней) мощности определённого значения. Здесь следует добавить, что пиковая мощность в режиме однополосной модуляции (SSB) достигается при меньшей средней мощности, чем при двухтональной модуляции и должна быть всегда меньше 50% от выходной эффективной «телеграфной» мощности.

 

При увеличении мощности возбуждения усилителя сверх оптимальной пики SSB сигнала с наибольшими уровнями, вследствие большого значения пикфактора, достигнут максимального значения и подвергнутся ограничению раньше того, как средняя мощность достигнет 50% пикового значения. Режим работы усилителя станет нелинейным, возникнут гармоники и комбинационные составляющие, спектр сигнала расширится.

И если гармоники (побочное излучение) достаточно эффективно подавляются и ослабляются выходными фильтрами усилителя, то комбинационные составляющие (внеполосное излучение) не подавляются и не ослабляются. Согласно нормам мощность побочных и внеполосных излучений на выходе передатчика (усилителя) должна быть меньше мощности сигнала на 40 дБ (в 10000 раз), но в любом случае не должна превышать 50 мВт.

 

Рассмотрим такой пример. Работает радиостанция в режиме SSB на 80-ти метровом диапазоне (в нелинейном режиме) и занимает полосу частот от F1=3645 кГц до F2=3648 кГц. Крайние частоты этого спектра и их гармоники дадут такие комбинационные составляющие, частоты которых будут расположены за пределами излучаемого спектра частот:

1. третьего порядка – 2F1 – F2 = 7290 – 3648 = 3642 кГц;

                                             2F2 – F1 = 72963645 = 3651 кГц;

2. пятого порядка – 3F1 – 2F2 = 10935 – 7296 = 3639 кГц;

                                           3F2 – 2F1 = 10944 – 7290 = 3654 кГц;

3. кроме того, составляющие седьмого, девятого и т.д. порядков, которые для краткости изложения рассматривать не будем.

Если взять из спектра (3645 - 3648 кГц) только десять частот, то число комбинационных частот увеличится до 770. А все частоты из этого спектра дадут сплошной спектр комбинационных составляющих, занимающий полосу 30 - 40 кГц и более.

Такой сигнал (назвать его SSB сигналом не слушается клавиатура) представлен на спектрограмме № 1.


Спектрограмма № 1.

 

Это реальный сигнал, принятый из эфира, (работают и такими). Основной сигнал (в светлом секторе) занимает полосу частот около 3 кГц, остальное всё, ниже и выше по частоте, до уровня шумов эфира (который доходит до 9 баллов) – внеполосное излучение (комбинационные составляющие).

Гармоники и комбинационные частоты образуются уже в передающем тракте трансивера, а не только в усилителе, и если не принять мер по их ослаблению, мощность побочных и внеполосных излучений может превысить допустимый уровень.

 

Для наглядной иллюстрации вышеизложенного проанализируем несколько спектрограмм реальных сигналов радиолюбительских станций, полученных с панорамника SDR–трансивера, являющегося достаточно хорошим анализатором спектра.

 

Панорамник SDR–трансивера имеет координатную сетку. По оси ординат можно определить уровень сигнала, дискретность делений 10 дБ. По оси абсцисс определяется частота, дискретность делений 2 кГц, но её можно менять (растягивать по горизонтали).


Спектрограмма № 2.

 

На спектрограмме № 2 справа от центральной частоты виден SSB сигнал старенького UW3DI, работающего в паре с усилителем на лампе ГК-71 в диапазоне 14 МГц. Принимаемый сигнал имеет уровень S9+10 дБ. Вертикальная зелёная полоса – визир настройки, его ширина равна полосе пропускания включённого фильтра. В данном случае включён фильтр на 3.1 кГц.

Принимаемый сигнал имеет полосу частот около 3 кГц. Шум эфира (шумовая дорожка внизу по всей ширине панорамника) имеет уровень 5-6 баллов. Внеполосного излучения в этом сигнале не заметно. Если оно и есть, то маскируется шумами эфира, во всяком случае, мощность внеполосного излучения меньше мощности основного сигнала не менее чем на 40 дБ. Видно, что оператор тщательно следит за уровнем мощности возбуждения. Можно сказать - это идеальный сигнал (сравните со спектрограммой № 1).

 

На спектрограмме № 2а - этот же сигнал, но с дискретностью частотных делений 0,5 кГц (растянут по горизонтали.

Спектрограмма № 2а.

 

Cпектрограф программы SDR фиксирует только мгновенные значения составляющих сигнала, которые сливаются в одну сплошную кривую линию (амплитудно–частотная характеристика). Вершина сигнала заполнена пиками, амплитуда этих пиков и их расположение в спектре в течение времени изменяются, в зависимости от произносимых оператором звуков (частоты модуляции). В этом сигнале заметно значительное преобладание низких частот модуляции над высокими (до 20 дБ) - это указывает на то, что сигнал не клиппирован.

 

На спектрограммах № 3 и № 4 - сигналы импортных трансиверов, работающих без усилителей. Первый - сигнал местной станции, принимаемой с уровнем S9+25 дБ и полосой около 2,7 кГц, расширяющейся к низу до 3,3 кГц, (ниже уровня сигнала на 40 дБ), где уже заметно внеполосное излучение. Однако, его уровень не превышает требуемый. На уровне шумов эфира (около 6 баллов) сигнал занимает полосу около 6 кГц. На большом расстоянии сигнал этой станции будет приниматься подобно такому, как на спектрограмме № 4. Это - сигнал дальней станции, принимается с уровнем S9+5 дБ, полоса 2,7кГц, расширяющаяся к низу до 3,3 кГц на уровне -40дБ по отношению к сигналу. Внеполосного излучения не заметно, оно, конечно, есть, но в пределах нормы и маскируется шумами эфира, уровень которых доходит до 6 баллов.

В обоих сигналах заметна небольшая разница в уровнях низких и высоких частот модуляции. Это свидетельствует о клиппировании сигналов.


Спектрограмма № 3              Спектрограмма № 4.

 

Нужно заметить, что импортные трансиверы по внеполосному излучению удовлетворяют требованиям, однако, при работе с усилителями мощности, мощность которых исчисляется «лошадиными силами», у многих радиостанций внеполосное излучение превышает допустимый уровень. Милливатты комбинационных частот на выходе трансивера превращаются на выходе усилителя уже в ватты и десятки ватт, плюс нелинейные искажения самого усилителя при повышенной мощности возбуждения.

Спектрограммы таких сигналов представлены ниже (№ 5 - № 8). Это довольно типичные спектры сигналов любительских радиостанций, работающих с усилителями мощности.

Спектрограмма № 5.             Спектрограмма № 6.

 

Спектрограмма № 7.             Спектрограмма № 8.

 

Эти спектрограммы получены от любительских радиостанций, работающих из разных радиолюбительских районов. Мощность внеполосных излучений на них меньше мощности сигнала всего на 15 - 20 дБ, т.е., намного превышает допустимый уровень, ширина полосы излучаемых частот на уровне шумов эфира 8 - 10 кГц и даже более. Редко, но работают и сигналами с «супермодуляцией», как на спектрограмме № 1...

 

Эффективная мощность модулированного радиосигнала, которую способен отдать усилитель без нелинейных искажений ограничивается мощностью возбуждения и её превышение недопустимо. Оптимальная мощность возбуждения определяется не по «загибанию» стрелки индикатора выхода, а по появлению нелинейных искажений, когда их уровень начинает превышать допустимый. Для этого используют метод возбуждения усилителя двухтональным сигналом.

 

Установлено, что при возбуждении усилителя двухтональным сигналом равной амплитуды выходная пиковая мощность будет равна эффективной (средней) мощности усилителя при усилении однотонального немодулированного сигнала. При этом эффективная (средняя) мощность двухтонального сигнала будет в два раза меньше эффективной (средней) мощности однотонального немодулированного сигнала. Т.е., мощность возбуждения двухтональным сигналом должна быть снижена до такой, чтобы средняя выходная мощность стала бы меньше средней выходной мощности усилителя в два раза. Пиковая мощность двухтонального сигнала принимается как предельная пиковая мощность и для SSB сигнала.

Т.е., пиковая мощность является «мерилом» линейности усилителя, тем пределом, превышение которого приводит к появлению нелинейных искажений, превышающих допустимую норму.

 

При работе в режиме SSB пиковая мощность может быть достигнута при ещё меньшей мощности возбуждения, чем при возбуждении двухтональным сигналом. Поэтому мощность возбуждения усилителя в режиме SSB (без компрессии) должна быть снижена до такой, чтобы средняя выходная мощность в этом режиме была бы в 4 – 8 раз меньше пиковой (это зависит от схемотехники, используемой в трансивере, пик-фактора сигнала, сформированного трансивером, и пр.). Тогда SSB сигнал на выходе будет без претензий, как со стороны коллег–радиолюбителей, так и со стороны «инспекции».

 

В последнее время наблюдается устойчивый рост тенденций к постройке и приобретению радиолюбителями усилителей с «лошадиными силами», однако не наблюдается тенденций к контролю за мощностью возбуждения, «стрелочная болезнь» прогрессирует и это, как говорят, медицинский факт.

 

Нужно иметь в виду, особенно страдающим «стрелочной болезнью», что увеличение мощности возбуждения усилителя сверх оптимальной не приводит к увеличению его пиковой мощности. При увеличении мощности возбуждения выше предельной для каждого конкретного усилителя, лампа (транзистор) переходит в перенапряжённый режим, входит в режим ограничения для первой гармоники сигнала. Основной сигнал усиливается незначительно, зато заметно усиливаются высшие гармоники и комбинационные частоты, расширяется полоса излучаемых частот. При плохой фильтрации П–контуром гармоники сигнала возбуждают в линии передачи стоячие волны, что приводит к увеличению потерь в линии, и к антенне будет подводиться не намного больше мощности, чем при оптимальном возбуждении. И даже при работе усилителя в линейном режиме внеполосное излучение может превысить норму за счёт усиления комбинационных частот самого трансивера при чрезмерной мощности возбуждения.

 

Какую максимальную неискажённую выходную мощность могут отдавать передатчики (усилители), рекомендуют определять методом испытания двумя тонами с применением осциллографа. Однако этот метод не отличается высокой точностью, т. к. по осциллографу можно зафиксировать появление нелинейных искажений при разности с уровнем сигнала около 20 дБ, да и мало кто из радиолюбителей имеет такую возможность. Для установки линейного режима усилителя можно порекомендовать более простой способ, по точности не намного 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. Как только линейный прирост ВЧ напряжения прекратится, ручку регулятора уровня возбуждения нужно немного возвратить назад. В таком режиме будет использоваться только линейный участок характеристики усилительного элемента, не заходя в область насыщения. 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 найденного значения анодного тока.

 

Человеческий слух не различает разницу громкости звуков в 3 дБ (за редким исключением). Чтобы на приёмной стороне уровень сигнала увеличился на 3 дБ, на передающей стороне необходимо увеличить мощность передачи в два раза. Однако, другой раз увеличение мощности даже на меньшую величину сопровождается появлением заметных внеполосных излучений. Так стоит ли из-за такого прироста мощности, которого никто из корреспондентов не заметит, загрязнять эфир и «подмачивать» свою репутацию?

 

 

В. Костычев, UN8CB

г. Петропавловск

 

 

 

 

 

Категория: Все остальное | Добавил: Author (08.12.2012) | Автор: В.Е.Костычев E
Просмотров: 1712 | Рейтинг: 5.0/1
Всего комментариев: 0
Добавлять комментарии могут только зарегистрированные пользователи.
[ Регистрация | Вход ]
Понедельник, 25.09.2017, 03:41
Меню сайта
Категории раздела
Источники питания [20]
.....
Все остальное [71]
....
Измерения [22]
....
Вход на сайт

Поиск
Наш опрос
Какие статьи Вы хотите увидеть на сайте?
Всего ответов: 650
Друзья сайта
  • Официальный блог
  • Сообщество uCoz
  • FAQ по системе
  • Инструкции для uCoz
  • Статистика

    Онлайн всего: 3
    Гостей: 3
    Пользователей: 0
    Copyright MyCorp © 2017