04.09.2015

Не секрет, что для оценки и настройки линейности КВ-усилителя мощности необходим такой инструмент, как двухтональный генератор. Говорят, что когда-то (когда трава была зеленее, солнце ярче, а девушки красивее), этот прибор должен был находиться у каждого радиолюбителя в обязательном порядке. 

Выглядеть линейный сигнал должен примерно вот так:

Я немного то время не застал и у меня (как и у многих, я думаю) этого прибора в наличии нет. Некогда, я даже приобрел печатную плату качественного варианта этого прибора, но до сих пор руки так и не дошли до сборки...

Методика настройки и оценки линейности PA описана, например, здесь.

В SDR-трансиверах возможность тестирования двухтональным сигналом, как правило, заложена в софте. Например, в программе PowerSDR данный функционал находится во вкладке тестирования. С аналоговой техникой всё обстоит сложнее - нужно иметь аппаратный генератор с достаточно чистым спектром сигналов, сигналы должны быть идентичны по уровню, кроме того, необходимо ещё правильно подобрать уровень самого двухтонального сигнала при подаче его на микрофонный вход трансивера. Поскольку, даже получив желаемый результат при испытании двумя тонами, можно испортить SSB-сигнал, подключив на микрофонный вход тангенту и чрезмерно увеличив усиление по микрофону.

Однажды, появилась мысль, задействовать компьютер для решения этой задачи, применительно к традиционной передающей технике. Идея заключается в следующем - использовать wav-файл с записью двух тонов в качестве источника сигнала для настройки КВ-усилителя мощности.

Файл создается в редакторе SoundForge (или другом звуковом редакторе) в стерео-варианте. В одном канале записан сигнал частотой 900Гц (генерирует сам редактор), в другом - 1900Гц (в последствии, я стал использовать частоты 1кГц/2кГц). Я подготовил несколько файлов с уровнями от -50дБ до 0дБ.  Длительность каждого файла - 60сек., но его можно увеличить, по желанию. Вы можете сделать самостоятельно любую комбинацию частот и любой уровень сигнала в каналах. Можете даже подготовить тестовый диск с записью различных частот... Я себе сделал такой диск для настройки УМЗЧ и пользуюсь им постоянно, т.к. НЧ-генератора у меня тоже нет.

Далее, записываем файл на компакт-диск в формате CD-DA и с проигрывателя подаем через простейший смеситель на двух резисторах (я поставил по 10кОм) моно-сигнал на соответствующие контакты микрофонного разъема трансивера, отключив тангенту. Подключение осуществляется согласно этой схеме:

Важно, чтобы проигрыватель умел регулировать уровень выходного сигнала. Начиная с минимального, подбираем оптимальный уровень сигнала, поданного на микрофонный вход трансивера по показаниям ALC и смотрим ВЧ-сигнал на эквиваленте нагрузки.  В последствии, обилие файлов с дискретными уровнями избавило меня от необходимости наличия подобной функции у плеера.

Убедившись в качестве исходного двухтонального сигнала, отключаем эквивалент, подключаем к выходу трансивера испытуемый PA (не забываем про согласование), выход PA нагружаем на эквивалент нагрузки и смотрим форму двухтонального сигнала. 

Далее, занимаемся непосредственно настройкой своего PA по известной методике... Подбираем оптимальный уровень раскачки PA, регулируем ток покоя и т.п..

Можно попробовать снимать исходный сигнал с выхода звуковой карты и регулировать уровень программно, однако, в большинстве случаев, качество сигнала с CD-плеера будет выше, чем с интегрированной ЗК, например.

Собственно, свои файлы сигналов и фото я выложил здесь. В папке WAV-2 выложены моно-варианты файлов. Файлы создавались микшированием предварительно подготовленных стерео-вариантов в моно. При их использовании пассивный смеситель не нужен - подаем сигнал с любого из каналов CD-плеера на микрофонный вход трансивера. Причём, обратите внимание, что файлы созданы парами. Если Вы ориентируетесь, скажем, на файл одного тона 1.5кГц с уровнем -10дБ (настроили по нему чувствительность микрофонного входа по показаниям ALC-метра), то после этого нужно использовать файл двухтонального сигнала с уровнем -16дБ, т.к. разница между ними должна составлять именно 6дБ. Пиковая же мощность этих двух сигналов будет одинаковой, но инерционный ALC метр в случае с двухтональным сигналом этого не зафиксирует... Хорошо бы посмотреть тональный и двухтональный сигнал с выхода источника на осциллографе. При правильно подобранных уровнях, пиковые амплитудные значения в обоих случаях должны быть идентичными. 

Аудио-файлы "белого шума" можно использовать для комплексной оценки SSB-сигнала и уровня внеполосных излучений. Подобрать уровень чувствительности микрофонного входа нужно таким образом, чтобы на самых пиках индикатор ALC иногда достигал предельной отметки в "0дБ" (на шкале моего IC-78 это 9 баллов по шкале S-метра).

Можно использовать различные программные генераторы, например, функцию в программе SpectraLab или Adobe Audition, но сигнал на выходе необходимо будет смикшировать таким образом, чтобы исключить взаимное влияние между каналами и нагрузка для выхода ЗК была бы согласованной. Вот настройки в программе SpectraLab. Обратите внимание, что сначала нужно подобрать уровень сигнала на микрофонном входе трансивера по показаниям индикатора ALC (сигнал достигает нулевой отметки или 9 баллов по шкале S-метра), а при подаче двух тонов, уровень каждого из них должен быть ниже на 6дБ. Тогда, на осциллографе вы увидите, что пики двухтонального и тонального сигналов будут иметь одинаковую амплитуду. Индикатор ALC в случае с двумя тонами будет показывать несколько меньший уровень...

Что касается обычной интегрированной ЗК, то если запустить функцию качания частоты и послушать сигнал на выходе, то в большинстве случаев вы услышите массу гармоник, подмешиваемых в исходный сигнал. Именно по этой причине я предложил использовать воспроизведение файла с CD-плеера. Либо, качество ЗК не должно вызывать сомнений.

08.09.2015

Сегодня я опробовал свою идею на практике, результат - порадовал! Как и предполагалось, при попытке вывести сигнал с линейного выхода интегрированной звуковой карты положительного результата не было - на выходе была каша из смеси гармоник. Поскольку, имеющаяся под рукой CD-дека не воспроизводила CD-RW диски - пришлось записать CD-R и снова возобновить эксперименты. Подготовил побольше файлов с разными уровнями (позже, выложу весь диск и дам ссылку), чтобы была возможность подобрать нужный при усилении микрофонного входа 90 единиц моего IC-78 (компрессор отключен) и приемлемом уровне индикатора ALC (чтобы не было избыточного усиления сигнала). Оказалось, что подошёл исходный сигнал с уровнем "-30дБ".

Сначала опробовал всё на минимальной выходной мощности трансивера, потом, определившись с уровнем входного сигнала, постепенно увеличивал выходную мощность, пока весь экран осциллографа на пределе 20В/дел не показал двухтональный сигнал на все 6 клеток экрана. Уровень мощности по индикатору трансивера был в пределах 85 единиц.

Оценить выходную мощность (среднюю, эффективную или пиковую) не берусь, но по картинке увидел, что несколько мал ток покоя транзисторов... Если разберусь в схеме - попробую на досуге подобрать "правильный ток", чтобы форма сигнала была близка к идеальной. По поводу определения разных видов мощности можно почитать здесь и здесь.

Тем не менее, уже можно пробовать использовать этот сигнал с выхода трансивера для дальнейшей проверки внешних PA. Для раскачки имеющихся PA мне достаточно иметь мощность сигнала 20-30Вт.

Спустя пол-часа...

Был подключен PA на 2-х ГИ-7Б и определён уровень выходного сигнала, при котором визуально не искажалась форма двухтонального сигнала на выходе (сигнал смотрел осциллографом на эквиваленте нагрузки). Уровень выходного сигнала - 36 единиц по шкале регулировки выходной мощности. К сожалению, в режиме нажатия ключа SX-200 показал мощность только 250Вт (на тот момент использовался источник анодного напряжения 1200В). Однако, вопросов в качеству сигнала, уверен, ни у кого не возникнет!

Далее, если увеличивать раскачку с трансивера, верхушки двухтонального сигнала начинают сплющиваться и растет анодный ток PA. К слову, ранее, я использовал уровень усиления до 46-ти единиц по шкале мощности трансивера...

Таким образом, тест двухтональным сигналом позволяет определить пиковую мощность SSB-сигнала, которая может иметь в конкретных условиях используемой передающей аппаратуры только одно значение. Определив при этом максимальное амплитудное значение сигнала, можно найти тот уровень мощности тонального сигнала (эффективная мощность) с источника для настройки внешнего PA, при котором, по уровню допустимых искажений третьего порядка последующий сигнал в режиме SSB будет вписываться в допустимые нормы. Максимальная же мощность в режиме нажатия может быть достигнута заметно большей, но по критерию допустимого уровня искажений, SSB-сигнал при этом же уровне раскачки уже выйдет за допустимые рамки... В телеграфе или цифровых видах это ещё может быть допустимо, а в SSB - уже нет.

Полезные ссылки по теме:

http://www.cqham.ru/ntest.htm

http://smham.ucoz.ru/publ/12-1-0-334

http://smham.ucoz.ru/publ/12-1-0-303

http://smham.ucoz.ru/publ/13-1-0-292

http://smham.ucoz.ru/publ/13-1-0-282

http://smham.ucoz.ru/publ/12-1-0-335

И напоследок, примеры хорошего и плохих сигналов в эфире.

1 - хороший сигнал (резкие границы полосы, отсутствует несущая и обратная боковая), 2 - плохой сигнал (размытые границы полосы, недостаточно подавлена несущая, недостаточно подавлена обратная боковая).

Два плохих сигнала (две станции) отстоят друг от друга на 2,5МГц, мешают друг-другу и тем, кто работает вокруг...

Яркий пример плохого сигнала при тональной посылке ("зубов" по бокам от основного тона быть не должно).

Эта же станция, после настройки тональником, сигнал SSB "во всей красе".

Успехов в настройке!

06.12.2018

Перекрёстная ссылка на измерение уровня IMD посредством удалённого SDR-приёмника. Более наглядный и весьма точный способ...

p.s. Если Вы обнаружили ошибку в моих рассуждениях и предположениях - просьба сообщить мне об этом через форму обратной связи.