Ruąení v pásmu 2 m a radiové parametry zahraničních zařízení
 
(Kopie článku ze sborníku VKV setkání Znojmo 1989)

OK1VPZ

Tento příspěvek si klade za cíl seznámit radioamatérskou veřejnost s těmi radiovými parametry zahraničních komerčních zařízení pro pásmo 144 MHz, které mají klíčový vliv na vzájemné ruąení mezi blízkými stanicemi.

Protoľe podle odhadu uľ asi třetina československých stanic (v roce 1989), které se zúčastňují aktivně závodního provozu CW a SSB, pouľívá dovezená zařízení, jistě nebude na ąkodu seznámit se s některými jejich parametry.
Příspěvek je věnován pásmu 144 MHz, protoľe na tomto pásmu jsou v současné době tyto problémy nejoľehavějąí. Je to z důvodu, ľe v pásmech KV je dynamika přijímaných signálů aľ o 30 dB menąí neľ na 2m, protoľe vyzářený výkon je limitován rozměry antén a vyuľitelná citlivost přijímače ąumem a hluky KV pásem. Naopak na vyąąích VKV pásmech (počínaje 432 MHz) je výrazně menąí počet stanic a značně směrovějąí antény - tedy - podstatně menąí pravděpodobnost vzájemného ruąení.

Předevąím je nutno říci, ľe získáním zahraničního komerčního zařízení větąinou končí mnohé problémy na straně uľivatele a prakticky vľdy zaznamená provoz s takovým zařízení kvalitativní krok kupředu. Přes vąechno vąak tím vąechny problémy nekončí, ba často spíąe se vyhrocují, protoľe v lidské povaze uľ je to tak zařízeno, ľe stíľnosti protistanic na nekvalitní vysílání s naąím novým, drahým a tím pádem dokonalým zařízením jsou samozřejmě způsobeny pouze na straně protistanice, i kdyľ v minulosti jsme eventuelně byli i ochotni připustit, ľe v některých případech se naąe staré, doma zhotovené zařízení mohlo stát příčinou vzájemného ruąení. Kde je tedy pravda?
Pokud rozdělíme otázku na dva problémy, je nutno konstatovat, ľe vąechna komerční zařízení beze zbytku a s rezervou splňují poľadavky na parazitní vyzařování stanovené radiokomunikačním řádem a přísluąnými národnímu předpisy (u nás např. ČSN 367110). Je to z důvodu poľadavku elektromagnetické slučitelnosti s jinými sluľbami (např. televize, letecká, pohyblivá atd.) a bez splnění těchto předpisů by nemohla být výroba a prodej takových zařízení vůbec povolena. Na druhé straně vąak je nutné říci, a na základě mnoha měření mohu tvrdit, ľe větąina československých doma postavených zařízení tyto předpisy hrubě nesplňuje a jen málo z nich stěľí splňuje elementární technické poľadavky Povolovacích podmínek. (Dovolte mi sloľit poklonu těm amatérským konstruktérům, kterých se tento odstavec netýká!) V praxi jde zejména o různé druhy parazitních kmitání, vyzařování signálu místního oscilátoru, zrcadlových signálů a harmonického vyzařování, způsobené hlavně nechutí k amatérské konstrukci filtrů jakéhokoli druhu. Druhým okruhem problémů je parazitní vyzařování uvnitř radioamatérského pásma, kdy k vzájemnému ruąení dochází mezi neprofesionálními stanicemi. V této oblasti uľ nejsou poměry u amatérských zařízení tak kritické - pokud v zařízení něco nekmitá.

Ruąení (brutální) na pásmu způsobené amatérskými zařízeními je skutečně způsobené převáľně parazitním kmitáním některého stupně vysílače (někdy je takových zakmitávání i více). Jestliľe dojde k silnému vzájemnému ruąení 2 stanic, které jsou od sebe vzdáleny přes 30 km, jde s vysokou pravděpodobností o tento druh ruąení (můľe k němu docházet i v přijímači).Charakteristickým jevem tohoto ruąení je, ľe maximum “spletrů“ (kliksů) je od hlavního signálu větąinou poněkud kmitočtově vzdáleno a jeho úroveň se i daleko od nosného kmitočtu výrazně nezmenąuje. Pokud je totiľ vysílací cesta buzena amplitudově proměnným signálem (SSB) přelaďují se větąinou parazitní produkty přes pásmo se vąemi neblahými následky. Příkladem můľe být např. kmitání směąovače vysílače transceiveru Kentaur, které je jedním z mála slabých míst jinak dobrého zařízení.

Více např. lit. /1/ /2/. Daląím zdrojem ruąení bývají u amatérských zařízení větąinou ąpatně filtrované měniče napětí, které produkují ve výstupním signálu diskrétní spektrální čáry v rozestupu opakovacího kmitočtu měniče. Častou chybou je také pouľití koncového stupně ve třídě C pro vysílání CW. Zesilovací prvky PA totiľ pracují ve spínacím reľimu, coľ samozřejmě produkuje velice silné kliksy. Nic potom nemůľe pomoci ideálně tvarovaná cw značka z budiče, a proto takové PA rozhodně nepatří do závodu. Uvedené druhy ruąení se u komerčních výrobků prakticky nevyskytují.

Ruąení na pásmu způsobené komerčními zařízeními se větąinou v praxi projevují aľ při menąí vzdálenosti mezi stanicemi a pro daląí popis je rozdělíme podle obvodů, kde vznikají.

a) Vstupní jednotka přijímače
- typickým obvodovým zapojením současnosti je vstupní jednotka osazená dvěma dvoubázovými FETy.(Podobně jako u Kentaura). Toto zapojení se přes svoje mnohé negativní vlastnosti pouľívá déle neľ 15 let téměř u vąech komerčních zařízení. (S výjimkou několika nejdraľąích - např. IC-275, FT-736). .Jeho běľné vlastnosti jsou:
Zisk:                                       20 dB
©umové číslo:                       3 - 7 dB
Intermodulační odolnost (IP) -25 ÷ -15 dBm

Horąí ąumové číslo je i u nových zařízení ( s GaAsFETem na vstupu) způsobené převáľně průchozím útlumem diodového přepínače příjem - vysílání s výkonovými diodami PIN.

Z hlediska vzájemného ruąení na pásmu se uplatňuje převáľně parametr intermodulační odolnosti (u amatérských zařízení vąak převáľně kmitání jednoho z FETů na neoąetřeném druhém hradle - viz. lit /2/). Na tomto místě je nutné zdůraznit, ľe jediná jakkoli silná stanice nemůľe způsobit intermodulace, ale pouze zablokování přijímače, kdy se extremně silným signálem řádu 100 mV posouvají pracovní body zesilovačů, silný signál obchází krystalový filtr a ovlivňuje AVC, čímľ dojde k “otupení“ přijímače, které se projevuje (pokud záměrně zanedbáme jiné, současně působící fenomény ruąení) poklesem ąumu a ztrátou citlivosti při příjmu jiné slabé stanice. Tento způsob ruąení je vąak neobvyklý a není přílią negativně hodnocen, ba spíąe operátoři vyslovují často uspokojení, ľe tak silný signál jejich zařízení vlastně neruąí, zatímco u jiného zařízení s odolnějąí vstupní jednotkou (např. Sněľka), u kterého efekt zablokování přijímače nenastává dojde ke zvýąení ąumu v přijímači, které je způsobeno převáľně recipročním směąováním postranních ąumů oscilátorů a ruąení je výrazné. Je zapotřebí říci, ľe jediným objektivním hodnocením takových rozdílů vstupních jednotek je zhorąení příjmu slabého signálu (nap. majáku), jestliľe je vstupní jednotka zatíľena uvedeným extrémně silným signálem.

Skutečné intermodulační ruąení vzniká při působení dvou a více silných vstupních signálů a to větąinou na směąovači, a výsledkem je, ľe se na pásmu objevují daląí (větąinou nečitelné) signály, obvykle jakoby sloľené z více stanic, které mizí, jakmile jedna z těchto ruąivých stanic přeąla na příjem. Tyto efekty se objeví velmi výrazně při pouľití předzesilovače, který zhorąuje intermodulační odolnost soustavy o míru svého zisku. V závodě jsou tyto efekty samozřejmě velmi nepříjemné, protoľe podle zákona schválnosti nám bude intermodulační parazit překrývat právě přijímanou slabou stanici, avąak můľeme si být jisti, ľe tento druh ruąení vzniká v naąí málo odolné vstupní jednotce.

b) Mezifrekvenční obvody přijímače
- se v současných komerčních zařízení řeąí větąinou s jediným mezifrekvenčním kmitočtem (pro SSB) s krystalovým filtrem v oblasti 10,7 MHz. V posledních několika letech je výrazný trend přesouvat MF kmitočet jinam - např. 10,81, 13,9 MHz a j. protoľe při MF kmitočtu 10,7 MHz vznikají určité potíľe s parazitními příjmy v pásmu 2 m.. Výjimečně se pouľívají i jiné MF kmitočty, a pokud má zařízení více mezifrekvenčních kmitočtů, je to obvykle z důvodů zařazení krystalových CW filtrů, obvykle na kmitočtu 455 kHz. Z hlediska moľných příčin ruąení je rozhodující konečný útlum krystalového filtru v nepropustné oblasti.

Běľné osmikrystalové filtry mají (pokud jsou dokonale přizpůsobené) potlačení ve “stopbandu“ okolo 90 dB (FT-221), ale to je hodnota jiľ dnes nedostatečná pro ąpičkový provoz v pásmu 2 m - např. dvě stanice s výkonem 100W a jednoduchou anténou vzdálené od sebe cca 5 km se přijímají navzájem v úrovni více neľ S9 +60dB a tedy, pokud bychom zanedbali jiné druhy ruąení, bude taková stanice slyąet na naąem při v úrovni okolo 54 po celém pásmu. Proto se dneąní mezifrekvenční přijímače řeąí větąinou s více krystalovými filtry - první filtr (filtry) bývá větąinou ąirąí (15 kHz) a vyuľívá se jednak pro FM, jednat jako “zastřeąovací“ filtr mezifrekvence SSB. Větąí ąířka prvního filtru v pásmu 145 MHz nevadí, naopak je výhodné z hlediska pouľití klíčovače poruch (noise blanker). Ale pozor - zapnutý klíčovač poruch obvykle významně zhorąuje intermodulační odolnost zařízení v ąířce prvního filtru a bývá proto nepouľitelný v závodech. Jiný druh ruąení - intermodulační ruąení “in band“, tedy v ąířce sdělovacího kanálu SSB je v pásmu 145 MHz (narozdíl od KV) prakticky nevýznamné a nebudeme se jím tedy zabývat.

c) Obvody AVC přijímače.
Se mohou stát významným faktorem ruąení ve vztahu k operátorovi. Jedním z rozhodujících parametrů je doba zpoľdění náběhu regulace, která musí být tak krátká, aby nedoąlo k zahlcení následujících obvodů a ohluąení operátora. Zároveň nesmí být přílią krátká, aby mohla sledovat modulaci. (V tom případě, ľe strmost nárůstu regulace je rychlejąí neľ modulace, dochází k tzv. “zalykání“, a tím významným ztrátám informace při příjmu.) Protoľe návrh regulační smyčky AVC není jednoduchou záleľitostí - vzájemně rozporné jsou poľadavky na rychlost (časovou odezvu regulace), zisk regulační smyčky a poľadovanou dynamiku regulace, volí se tato časová hodnota obvykle v oblasti do 10 ms. Vzorek napětí pro AVC se obvykle odvozuje z mezifrekvence, protoľe pokud bychom chtěli pouľít pro regulace NF napětí, vychází správný návrh smyčky sloľitějąí a zejména hůře opakovatelný při sériové výrobě, kdy je problematičtějąí dosáhnout optimální strmosti regulace v celém jejím rozsahu a (např.) díky deląí časové odezvě regulační smyčky hrozí zakmitávání obvodů AVC a tedy významný zdroj ruąení příjmu. Chtěl bych zde podotknout, ľe stejné, jako detekce NF signálu je odebírání MF signálu za výstupním krystalovým SSB filtrem mezifrekvence (pokud je pouľit - např. pro VF omezovač), protoľe tento filtr se promítne do časové oblasti regulační smyčky převrácenou hodnotou propustného pásma. Doba odběhu regulace se volí větąinou pro SSB okolo 400 msec, případně i lze přepínat pro CW (rychlejąí) a SSB (pomalejąí).

Správně nastavené obvody AVC by měly nasazovat svoji regulaci cca 10 dB nad plnou citlivostí přijímače, aby operátor mohl snadno rozliąit velmi slabé signály. Bohuľel vąak mnozí zahraniční výrobci nastavují obvody AVC tak, ľe zabírají těsně pod plnou citlivostí, a vylepąují tak subjektivně, avąak ve skutečnosti zcela klamně, ruąení způsobené postranním ąumem místního oscilátoru. Protoľe s obvody AVC je spojen S-metr, vyplývá z toho jednoduchý fakt, ľe pokud stupnice S-metru začíná na S1, ukazuje toto měřidlo nesmysly. Je to z toho důvodu, ľe signál S1 má úroveň 0,02 V (na 50Ω) a při běľném ąumovém číslu přijímače 6 dB bude mít takový signál odstup s + ą/č cca 4 dB, coľ je přibliľně 6 dB pod plnou citlivostí (která se vztahuje k odstupu 10 nebo 12 dB) a asi 10 dB pod prahem nasazení AVC - a tedy ručička měřidla nemůľe ukázat ľádnou výchylku. V praxi jsou tedy S metry cejchovány pro 59 a pro jiné úrovně mají větąinou velký zisk - např. pro vstupní signál S9 + 10dB ukazuje větąina S metrů výchylku 59 + 20 i více. (Nejsou potom na pásmu vzácností hovory: “..mám tady profesionální zařízení s dobře ocejchovaným S metrem - na 1 W výkonu jseą tady 55, a kdyľ zapneą ten 10W PA, poslouchám tě 59 + 20 dB...“) Navíc S metry, vzhledem k jinak rozloľeným ziskům v MF větąinou ukazují hrubě ąpatně při provozu FM.

Ale vrátíme se zpátky k otázce ruąení. Velmi silné ruąení, které je vąak velmi subjektivně vnímáno, jako by o ľádné ruąení neąlo, je činnost AVC na signál ve stop-bandu filtru . Potom dochází ke stavu, tedy v těsném okolí velmi silného (ale např. i velmi nekvalitního) signálu nám přijímač produkuje pouze čistý ąum, jako bychom poslouchali na prázdném pásmu, a teprve ve vzdálenosti 20 ÷ 50 kHz (záleľí na tvaru SSB filtru) se začne ąum přijímače zvětąovat, slyąíme spletry od uvedené silné stanice a začneme poslouchat i jiné signály. Výsledkem je, ľe za prvé nám takto koncipovaný přijímač zcela znemoľní příjem slabých stanic v okolí stanice silné, a za druhé nejsme absolutně schopni posoudit míru kvality signálu velmi silných stanic. Zvláą» zařízení IC-290, FT-225 a také FT-736 (vzhledem k místu odběru vzorku napětí pro AVC) jsou velmi evidentním důkazem tohoto neľádoucího jevu.

d) Nízkoúrovňové obvody vysílací cesty
V současných komerčních zařízení jsou obvody vysílací cesty aľ na výjimky řeąeny v podstatě shodně. MF signál po průchodu krystalovým filtrem je směąován do pásma 145 MHz vyváľeným směąovačem se dvěma J-FETy. Následuje víceobvodová pásmová propust a několik zesilovacích stupňů, načeľ následuje výkonový zesilovač (větąinou s hybridním IO). Obvodové řeąení této části zařízení má vąak zásadní vliv na jeden z parametrů, důleľitých z hlediska vzájemného ruąení na pásmu. Bohuľel vąak je tento fenomén mezi československými radioamatéry dosud zcela neznámý.
Jde totiľ o vysílání ąirokopásmového ąumu. Jak je známo, kaľdý zesilovač je téľ zdrojem ąumu - resp. má určité ąumové číslo, které udává, kolikrát tento zesilovač ąumí více neľ ideální beząumový. Jestliľe se podíváme na vysílací cestu transcieveru - pak obvody před krystalovým filtrem můľeme z tohoto hlediska zanedbat, protoľe tento filtr odřízne z kmitočtového spektra ąirokopásmové sloľky ąumu. Za filtrem obvykle následuje směąovač, který je buzen jen tak velkým signálem, aby vznikající intermodulační produkty byly bezpečně hluboko pod intermodulačním zkreslením následujících stupňů (pozor - to neplatí u amatérských zařízení, kde se zpravidla směąovač budí aľ do limitace ale to by byla jiné kapitola). Potom výstupní úroveň uľitečného signálu ze směąovače bývá maximálně okolo 1 mW tedy 0dBm. Směąovač má přitom ąumové číslo na MF kmitočtu cca 10 dB a zisk asi 6 dB. Můľeme si potom spočítat tzv. ekvivalentní ąumový výkon na vstupu směąovače, které prezentuje tento stupeň jako zdroj ąumového výkonu a ideální neąumící zesilovač. Při výpočtu kalkulujeme se ąířkou filtru 1,6 kHz, coľ prezentuje standartní SSB filtr, přepočtený na ideálně obdélníkovou charakteristiku z hlediska projevu při příjmu ąumového signálu (tzv. efektivní ąumová ąířka).

Pą = F . k. To . B   /W/, kde

F ... ąumové číslo zesilovače (kTo)
k ... Boltzmannova konstanta ( 1,38 . 10-23)
To... teplota ( oK)
B ... ąířka pásma (Hz)

Pą = 10 . 1,38 . 10-23 . 293 . 1,6 . 103 = 6,5 . 10-17  /W/  = 6,5 . 10-14 /mW/ = -132 dBm

Na výstupu směąovače bude ąumový výkon větąí a zisk 6 dB tedy - 126 dBm a na výstupu 10 W zesilovače - 86 dBm.

Pokud pouľijeme výkonový zesilovač 300 W, bude výsledný ąirokopásmový ąumový výkon, vztaľený k ąířce filtru SSB na úrovni - 71 dBm.

Jestliľe bude protistanice umístěna ve vzdálenosti asi 10 km a bude vybavena anténou o zisku 15 dB, stejně jako naąe stanice,. bude mezi výstupem naąeho vysílače a vstupem přijímače útlum přibliľně:

D = Gp + Gv + 20 log ( λ/R ) - 22   /dB/ viz /4/

kde Gp a Gv jsou zisky antén

D = 15 + 15 + 20 (2/10000) -22 = -66dB

a tedy ąumový výkon na vstupu přijímače protistanice (vztaľený k ąířce filtru SSB) bude -137 dBm. Vzhledem k tomu, ľe signál S9 má i -93 dBm bude tento ąumový signál o 44 dB slabąí a tedy přibliľně S2. V praxi to dopadne tak, ľe na přijímači s mírou ąumu 3 dB stoupne ąum o 5 dB kdekoliv na pásmu po dobu, dokud je naąe vysílací cesta zapnuta, bez ohledu na to, jestli je vybuzena na uvedený výstupní výkon, či nikoliv! Ve skutečnosti bývá tato situace jeątě horąí (v praxi přibliľně o 15dB), protoľe jen malý počet zařízení pouľívá tak výborný směąovač vysílače a větąinou se uplatňuje výrazně i ąum následujícího zesilovače vzhledem k útlumu filtru za směąovačem. Tento lev vylučuje v praxi současný provoz dvou stanic z jedné kóty, pokud nejsou antény od sebe výrazně separovány (např. výąkou). Chtěl bych zdůraznit, ľe popsaný případ zcela záměrně zanedbává ostatní druhy vzájemného ruąení, které bývalí často výrazně silnějąí a ukazuje za současných podmínek praktickou mezní hodnotu elektromagnetické slučitelnosti dvou stanic v pásmu 144 MHz. Ve skutečnosti ovąem se tento ąirokopásmový ąum vysílací cesty projevuje aľ v kmitočtové vzdálenosti větąí neľ 100 aľ 200 kHz od vysílaného signálu protoľe blíľe je překryt výrazně spektrem fázového ąumu oscilátoru - viz dále.
Z uvedeného vyplývá, ľe vysílací směąovač zařízení pro 145 MHz by měl být vľdy aktivní s pouľitím co moľná nejvýkonnějąích a málo ąumících aktivních prvků (V - MOSy). V praxi bude limitem maximální povolený výkon, který můľe být zpracován předcházejícím krystalovým filtrem (Srovnej lit. /3/).

e) Výkonové zesilovače
V současných komerčních zařízení se téměř bez výjimky pouľívají hybridní výkonové zesilovače 10 aľ 25 W. Tyto prvky mají výhodu v malých rozměrem, snadném chlazení a velkém zisku, nevýhoda je ve značném intermodulačním zkreslení, napájecím napětí a vysoké ceně.
Intermodulační zkreslení je jev, kdy při dvou a více vstupních signálech (např. hovorový signál SSB) se na výstupu objevují nové signály, které zabírají určitou ąířku spektra a zmenąují se s kmitočtovou vzdáleností od signálů budících. Získané intermodulační spektrum se stává zdrojem ruąení na pásmu. Podrobně jsou tyto jevy rozebrány v lit /2/.
Intermodulační zkreslení se velmi výrazně zhorąuje při ąpatné zátěľi výkonového zesilovače a proto je ľádoucí vľdy kontrolovat PSV z protoľe jsou dneąní PA konstruovány tak, ľe nemůľe dojít k jejich zničení ani při totálním odrazu. Tato skutečnost je zvláątě důleľitá při připojení následujícího elektronkového PA, který bývá v praxi na vstupu totálně nepřizpůsobený!
Daląí zhorąení intermodulačního zkreslení je dáno vnitřním zdrojem předpětí výstupního tranzistoru. V dneąních hybridních PA se bohuľel obvykle vyuľívá jako zdroje předpětí křemíkové diody, přičemľ tento jednoduchý zdroj nestačí pokrýt poľadavky výkonového tranzistoru na proud do báze, tranzistor se začne přesouvat do třídy C s následným velmi výrazným zhorąením intermodulací. S tímto uspořádáním souvisí i poľadavky na napájení. vąichni výrobci poľadují pro tento typ PA napájecí napětí 13,8 V s tolerancí ± 10%. Z toho vyplývá, ľe napájecí napětí 12 V (v praxí spíąe 11,5 V) je zcela mimo povolenou toleranci a výsledkem je značné roząíření spektra výstupního signálu. (Např. IC-290 je při 12 V napájení z hlediska čistoty spektra zcela nepouľitelný).
Obvody ALC se dnes (1989) jiľ větąinou řeąí jako ąpičkový detektor, který pouze omezuje výstupní výkon. Protoľe odezva regulace na modulační signál odeznívá pomalu, nedochází k naruąení modulační obálky. To umoľňuje téměř u vąech moderních zařízení plynulou regulaci výstupního výkonu na rozdíl od systémů, které se pouľívaly cca před 10 lety o svoji rychlou odezva modulační signál sice poněkud zlepąovaly komunikační účinnost principem komprese, ale také způsobovaly zhorąení výstupního kmitočtového spektra. Poznámka z r. 2007 - později se na trhu bohuľel objevily komerční transceivery, které měly opět v regulační smyčce ALC problém s odezvou - například některé transceivery ICOM (271, 471, 275) a YAESU (FT817, 847).

Přepínání Rx - Tx se dnes jiľ téměř výhradně řeąí polovodičovými přepínači s výkonovými diodami PIN. Má to výhodu v totálním BK provozu při CW, ovąem opět to částečně degraduje intermodulační parametry vysílače. Důvod pouľití je zřejmě niľąí cena... Při praktickém provozu se intermodulační zkreslení vysílače můľe projevit vznikem spletrů při SSB, přičemľ tyto spletry zcela mizí při přechodu na vysílání CW. Pokud takové ruąení trvá i při CW, jedná se o jeho jiný druh, např. zakmit nějakého stupně, nebo o projev fázového ąumu oscilátoru.

Typické parametry hybridních PA 145 MHz.
výkon: 10 nebo 25 W                                  napájení: 13,8 ± 10%        zisk: 20 dB
intermodulace:
                     3. řádu:  -28 dB
                     5. řádu:  -33 dB
pro pokles:
                     -80dB:   ±30kHz

f) Obvody místního oscilátoru
(pozn. výraz “místní“ pochází z angličtiny a vyjadřuje “local oscillator“ superheterodynu)
Jistě vąichni znáte tu situaci: místní silná stanice začne volat výzvu právě v tom okamľiku, kdyľ se jiľ po několikáté marně snaľíte přijat poslední dvě písmena v lokátoru vzdálené stanice. Ruąení, které Vám tato silná místní stanice způsobuje, připomíná při SSB spletry přebuzeného vysílače, ale je stejně výrazné (a subjektivně jeątě výraznějąí), pokud tato silná stanice začne pracovat provozem CW. Potom je na naąem přijímači celé pásmo klíčováno ąuměním v rytmu značek místní stanice, který spolehlivě překrývá slabé stanice, a zvyąuje se přilaďování směrem ke kmitočtu tohoto ruąícího signálu. Tedy situace celkem běľná, kterou vąak klidně zvládají pouze duąevně silní jedinci. Co je příčinou tohoto ruąení? Jev se nazývá postranní ąum (fázový ąum)oscilátoru a je nutné zdůraznit, ľe zdroj ruąení můľe být stejně tak na straně vysílače, jakoľ i naąeho přijímače. Kaľdý reálný obvodový prvek je zdrojem ąumu. Vzhledem k tomu, ľe dneąní komerční transcievery jsou bez jediné výjimky vybavovány kmitočtovým syntezátorem s obvody fázového závěsů, je nejdůleľitějąím obvodem z hlediska zdroje ąumu napětím řízený oscilátor VCO. Tento oscilátor obsahuje mimo jiné zejména varikap, aktivní zesilovací prvek a laděný obvod. Protoľe rezonanční obvod není bezeztrátový, jeho ztráty lze simulovat reálným odporem, který je vzhledem ke své teplotě zdrojem ąumového napětí. Také jakákoliv krátkodobá změna obvodových parametrů způsobí rozladění oscilátoru, a tedy např. ąum aktivního prvku má za následek frekvenční modulaci oscilátoru. A protoľe je známo, ľe spektrum kmitočtové modulace sahá teoreticky nekonečně daleko od nosného kmitočtu, je zřejmé, ľe výstupní spektrum VCO obsahuje mimo poľadovaného signálu i ąumové spektrum, které se zmenąuje (obvykle se směrnicí 6 dB/oktávu) se vzdáleností od nosného kmitočtu. V této souvislosti bych chtěl doporučit k prostudování příspěvek OK1DAK v lit. /5/.
Pokud s tímto reálným signálem směąujeme mezifrekvenční signál SSB do pásma např. 144 MHz, bude výstupní spektrum obsahovat rovněľ ąumovou obálku, jejíľ okamľitá úroveň bude navíc sledovat modulační obálku signálu SSB a proto se tento druh ruąení podobá spletrům přebuzeného vysílače.
Ovąem tento jev vzniká i na straně přijímače, kdy se postranní ąum oscilátoru směąuje se silným vstupním signálem na modulovaný ąum na kmitočtu mezifrekvence. Výsledkem je, za předpokladu, ľe ąumové vlastnosti oscilátoru vysílače i přijímače jsou přibliľně stejné, ľe není moľné výrazně zlepąit vzájemné ruąení pouze zlepąením parametrů jednoho z oscilátorů, protoľe potom by vzájemné ruąení pokleslo pouze o 3 dB. Proto je hodnota potlačení postranního ąumu oscilátoru velmi důleľitým parametrem kvality kaľdého zařízení. Pro kvantitativní hodnocení je nutné mít na mysli, ľe toto ąumové spektrum je spojité (a symetrické okolo nosného kmitočtu) a proto lze hovořit o jeho výkonu pouze ve vztahu k určité jednotce ąířky pásma. V praxi se vztahuje toto měření k ąířce pásma 1 Hz a udává vlastně výkon ąumu, který prochází filtrem se ąířkou 1 Hz v poměru k úrovni nosné.

Poměr se udává obvykle v logaritmické míre dBc/Hz (c = carrier = nosná). Jestliľe budeme toto ąumové spektrum přijímati filtrem ąirąím neľ 1 Hz, bude ąumový výkon větąí úměrně ąířce filtru a tak např. pro běľný SSB filtr (s tzv. efektivní ąumovou ąířkou např. 1,6 kHz) bude tento přijímaný výkon o cca 32 dB větąí. Jak se tyto skutečnosti projevují v praxi? Uvaľujeme 2 stanice v pásmu 144 MHz obě s výkonem 300 W a ziskem antény 15 dB, vzdálené 10 km při přímé viditelnosti. Obě stanice budou vybaveny průměrným komerčním transcieverem např. FT-221 R nebo FT-290 R s hodnotou postranního ąumu oscilátoru okolo 123 dBc/Hz na f = 20kHz. Jestliľe si tyto stanice na sebe navzájem nasměrují antény, způsobí si ruąení, které lze přibliľně spočítat takto:

- nejprve uvaľujeme, ľe pokud oba oscilátory produkují přibliľně stejný ąum, je moľné situaci zjednoduąit tak, ľe jednomu z oscilátorů přisoudíme ąum větąí o 3 dB a druhý budeme pokládat za ideálně beząumový. Potom postranní ąumový výkon, vztaľený k ąířce SSB filtru protistanice bude:
-120 + 32 = -88 dBc/Hz ( f = 20 kHz)

- při uvedené vzdálenosti a ziscích antén bude útlum mezi vysílačem a přijímačem přibliľně:
D = 15 + 15 + 20 (2/10000) -22 = -66dB

- výkon postranního ąumu ve vzdálenosti 20 kHz od nosné bude u vysílače s výkonem 300 W: (vztaľený k ąířce SSB filtrem) (300 W = + 55 dBm)
+55 - 88 = -33 dBm  (tedy 0,5 µW)

- výkon postranního ąumu přijatý přijímačem protistanice bude tedy:
-33 -66 = -99 dBm

- vzhledem k tomu, ľe signál S9 prezentuje vstupní úroveň -93 dBm (5μV na 50) bude mít ruąení postranním ąumem ve vzdálenosti 20 kHz úroveň S8! a bude sledovat modulační obálku vysílače. Tak silné ruąení samozřejmě zcela znemoľní příjemslabých signálů. A jestliľe vysílací stanice omezí výkon 100x na 3 W bude mít způsobené ruąení jeątě úroveň cca S5! (Vztahy pro výpočet podle lit. /4/).

- Z tohoto důvodu je fázový ąum oscilátoru je z nejdůleľitějąích parametrů při hodnocení kvality transceiveru. Proto byl změřen větąí počet komerčních transceiverů pro pásmo 144 MHz a také některá zařízení amatérská. Výsledky měření jsou přehledně uspořádány v tabulce:


 

Vąechna zařízení s výjimkou VCO Kentaur byly měřeny vľdy přes vysílací cestu CW TX a na výsledném postranním ąumu je tedy zahrnut i ąirokopásmový ąum vysílací cesty. Jeho vliv vąak lze zanedbat do vzdálenosti 50 kHz od nosné. V případě, ľe bylo měřeno více kusů zařízení stejného typu, byly výsledky zprůměrovány.

Poznámky

1) Byl měřen pouze jeden kus zařízení tohoto typu

2) Parazity ±20 kHz, ±100 kHz cca 25 db nad postranním ąumem zřejmě od čítače

3) Parazity od čítače cca 3 dB nad ąumem

4) Parazity ±58 kHz cca 18 dB nad ąumem od měniče

5) Parazity ±10, ±20 kHz cca 3 dB nad ąumem

6) Parazity ±20 kHz cca 10 dB nad ąumem

7) Parazity ±10, ±20, ±30 dB nad ąumem.

8) Parazity ±20 kHz cca 3 dB nad ąumem

9) Sněľka r. v. 1987. Bez parazitů

10) Parazity ±18, ±45, ±90 kHz cca 12 dB nad ąumem

11) Parazity ±42, ± 84 kHz cca 8 dB nad ąumem

12) Převzaté měření od OK1DAK 1986

13) Premixer - přebuzený směąovač

14) Malý ąum vysílací cesty způsobený plně vyuľitým směąovačem a malým útlumem pouze dvouobvodového filtru 145 MHz

15) VCO dolaďované elektromechanickou smyčkou PLL - viz /6/ a /5/

16) Převzaté měření OK1DAK - měřeno bylo pouze UX0+ násobiče ve výsledku také není zahrnut ąum vysílací cesty

17) Hranice měřicí metody. ©umové spektrum 2 generátorů je pravděpodobně o 3 dB niľąí. V kmitočtové vzdálenosti větąí neľ 50 kHz limituje měření dynamika směąovače RX

Vzhledem k tomu, ľe současně vyráběná komerční zařízení pouľívají vľdy číslicovou syntézu kmitočtu, nepřekvapuje mnoľství parazitů ve výstupním spektru. Vznik těchto parazitů lze v podstatě rozliąit na 2 druhy. Za prvé jde o násobky porovnávacího kmitočtu 10 nebo 20 kHz, které se dostávají do spektra VCO buď nedostatečnou filtrací smyčky PLL, nebo přeslechy vzniklými konstrukčním uspořádáním (např. pouľití programovatelné děličky a kmitočtově fázového detektoru na jednom čipu). Odstranit tyto parazity není v silách uľivatele. Za druhé jde o přeslechy signálů různých měničů, jde např. o měniče k napájení zobrazovače číslicové stupnice, měniče k zápornému napětí D/A převodníků atd.

Zde půjde pravděpodobně o přeslechy po napájení, nevhodných smyčkách zemí, resp. o přeslechy rozptylovým magnetickým polem. Tyto parazity je vhodné a teoreticky moľné potlačit i v amatérských podmínkách za předpokladu dobrých znalostí obvodového řeąení přístroje a vhodných měřicích postupů. Je to ľádoucí i z toho důvodu, ľe tento typ parazitů je větąinou výrazně silnějąí, neľ postranní ąum místního oscilátoru - viz transceivery FT-726, FT-736 a IC-271.

Z výąe uvedených parazitů vlastního oscilátoru přijímače lze vąak také učinit z nouze ctnost a pouľívat je pro zcela objektivní posuzování kvality signálu protistanice. Jestliľe např. víme, ľe naąe zařízení má v odstupu 20 kHz ąum na úrovni 125 dB/Hz a parazity 5 dB nad tímto ąumem, musíme silnou místní stanici slyąet nejen na správném kmitočtu, ale vlivem recipročního směąování i na kmitočtech svých parazitů, t.j. např. o ±10 a ±20 kHz. Pokud budeme mít moľnost bez problémů číst SSB modulaci této stanice i na těchto svých parazitech znamená to, ľe postranní spektrum (ąumové + intermodulační) této stanice je zcela jistě kvalitní. V opačném případě, kdy je příjem na naąem parazitu překrytý spletry, má protistanice buď výrazně horąí postranní ąum oscilátoru, nebo a to je podstatně pravděpodobnějąí, přebuzený vysílač (nebo PA)! O kterou eventualitu jde rozhodneme, kdyľ tato stanice přejde na CW. Jestliľe se nyní projeví parazitní příjem na naąem zařízení (např. ±10 a ±20 kHz) jednalo se určitě o intermodulační produkty přebuzeného nebo nesprávně přizpůsobeného vysílače při provozu SSB.

g) Princip měření postranního ąumu
V současné době se pouľívají dva typy měření tohoto jevu.
První z nich vyuľívá poznatku, ľe fázový ąum oscilátoru je vlastně převrácenou hodnotou krátkodobé kmitočtové nestability - a tedy fázová fluktuace se projeví ve spektrální oblasti. Při této metodě měření se čítá měřený oscilátor speciálním čítačem na velký počet desetinných míst, přičemľ hradlování je odvozeno úd mimořádně fázově čistého oscilátoru.

Velké mnoľství měření se porovnává metodami matematické statistiky a po zpracování počítačem dostáváme obraz o postranním ąumovém spektru.
Druhá metoda je filtrační a spočívá v přímém měření ąumového výkonu v poľadované vzdálenosti od nosné, za předpokladu odfiltrování silné nosné. Tato metoda klade velké nároky na dynamiku měřícího přijímače a kvalitu pouľitých filtrů. V naąem případě jsme pouľili pro měření upravenou mezifrekvenci z transceiveru Sněľka, protoľe ta má dostatečný stopband (okolo 150 dB) díky pouľití 2 krystalových filtrů na různých kmitočtech, a také velmi dobrou dynamiku směąovače přijímače - viz lit. /7/. Pro transpozici měřeného signálu na mezifrekvenci musel být pouľit kvalitní nízkoąumový generátor, jehoľ postranní ąum musí být minimálně o řád lepąí neľ ąum měřeného signálu. Z dostupných generátorů splňuje tento poľadavek pouze jediný a to typ BM 496, osazený speciální elektronkou v laděném obvodu s velmi vysokým činitelem jakosti. Blokové schéma měřící soustavy je na obr. 1. Měření probíhá tím způsobem, ľe se nejprve přesným (nejlépe programovatelným) generátorem zjistí vstupní napětí pro odstup (s+ą / ą) = 10 dB. Potom přivedeme na vstup přijímače ve vhodné úrovni měřený signál (s nosnou odladěnou o poľadované Δf) a jeho úroveň upravíme tak, aľ se na výstupu mezifrekvence zvýąí ąum o 10 dB. Poměr těchto dvou vstupních úrovní přepočtený vzhledem k ąířce filtru u měřící mezifrekvence dává přímo hodnotu postranního ąumu měřeného oscilátoru. Měření provádíme při vypnutém AVC.

h) Závěrem
Účelem tohoto příspěvku bylo objasnit různé druhy vzájemného ruąení v pásmu 145 MHz, a to zejména vzhledem k pouľití komerčních zahraničních zařízení, kterých u nás stále přibývá. Zároveň se vąak také podařilo vyloľit amatérským konstruktérům, ľe jeątě stéle nejsou zcela bez ąance postavit pro závody kvalitnějąí zařízení, neľ třeba firma Kenwood. A jestliľe čtenáři dospějí k hlubąímu poznání parametrů svého zařízení, pak tento příspěvek splnil svůj účel.

73! OK1VPZ


Literatura:

/1/ OK1VPZ  Transvertor  70cm                Sborník   Klínovec  1986
/2/ OK1VPZ  Tranzistorové PA                 Sborník   Klínovec  1987
/3/ OK3TRN  Jednotka vysílače 144 MHz        Sborník   Vsetín    1988
/4/ OK1VSS  Fázový ąum oscilátoru            Rukopis   OK1KRA    1981
/5/ OK1DAK  Oscilátory PLL                   Sborník   Klínovec  1986
/6/ OK1VOX  Transceiver 144 MHz              Sborník   Klínovec  1986
/7/ OK1VPZ  Obvody TXR 210                   Sborník   Klínovec  1988

SEMINÁŘ LEKTORŮ VKV TECHNIKY - ZNOJMO 1989

přepsal a upravil pro web OK2KKW Matěj, OK1TEH

Poznámka: viz článek na podobné téma, uvedený zde: http://www.ok2kkw.com/qrm1vpz.htm