В. АРТЕМЕНКО (UT5UDJ), г.Киев.
При проектировании, изготовлении и модернизации
связной аппаратуры у радиолюбителей часто возникают
вопросы, связанные с инверсией (инверсия — перестановка,
переворачивание) боковой полосы (БП) принимаего или
передаваемого сигнала. От ответа — будет ли инвертироваться
БП или не будет — зависит выбор типа ФОС ("нижний" или
"верхний"), а также конкретное значение частоты первого
гетеродина. Дальнейшее расссмотрение вопросов инверсии
боковой полосы мы будем вести на примере
супергетеродинного SSB-трансивера (приемника, передатчика)
с одним преобразованием частоты. Анализ конкретных
практических случаев позволяет утверждать, что наиболее
часто в распоряжении радиолюбителя имеется ФОС (ЭМФ или
кварцевый фильтр), который в конструкции будет работать,
например, исключительно как "верхний" фильтр. В этом случае
необходимо найти (рассчитать) частоту первого гетеродина
так, чтобы на диапазонах ниже 10 МГц (160, 80 и 40 м)
происходили прием и передача сигналов с НБП, а на частотах
выше 10 МГц (высокочастотные КВ-диапазоны) —
соответственно, с ВБП. Кроме того, известно, что ГПД
конструктивно намного проще синтезатора частоты (при этом
зачастую еще и лучше по шумовым параметрам), однако высокая
стабильность частоты ГПД реализуется лишь при не очень
высокой генерируемой частоте. Например, на частотах до 5...
10 МГц можно добиться, что стабильность частоты ГПД
практически не будет отличаться от стабильности частоты,
обеспечиваемой синтезатором, поэтому из возможных вариантов
(для конкретного значения ПЧ) необходимо выбрать тот, при
котором частота ГПД будет минимальной, а стабильность
частоты — максимальной. При этом на ряде диапазонов
возникает необходимость использовать "верхний" фильтр, а
на других — "нижний". Позже более подробно остановимся на
условности названий "нижний" и "верхний" фильтры, а пока,
для более наглядного представления о возможных случаях
инверсии БП, рассмотрим приведенные на рис.1...12
диаграммы. Сразу отме- тим, что эти диаграммы применимы при
рассмотрении структурных схем трансиверов с любым числом
преобразований. В отличие от диаграмм, рассмотренных в [1,
2], здесь приведены все 12 возможных случаев (вариантов)
взаимного распределения частот и использования различных
типов фильтров, т.е. даны все возможные случаи
преобразования сигналов в одном смесителе. На диаграммах по
горизонтальной оси частот f отложены частоты принимаемого
или передаваемого сигнала (С), гетеродина (Г) и
промежуточная частота (ПЧ). Вид полосы (НБП или ВБП) для
сигнала и промежуточной частоты, а также наличие или
отсутствие инверсии БП указаны под осью частот f. По
вертикальной оси отложены относительные уровни сигналов (
масштаб в данном случае условный, не линейный, т.к.
уровень гетеродинного напряжения может в миллионы раз
превосходить уровень принимаемого сигнала). Как показывает
практика, уровень гетеродинного напряжения для
удовлетворительной работы смесителя должен быть как минимум
в 4 раза больше, чем уровни сигнала и ПЧ (в наибольшей
степени это актуально в режиме передачи, когда уровень
сигналов ПЧ достаточно высок). Например, на рис.1 из трех
представленных частот самая низкая — у принимаемого (
передаваемого) сигнала.
Маленькая черточка на оси f справа от С указывает на
остаток несущей (обычно с уровнем - 60 дБ по отношению к
уровню БП), что позволяет говорить о том, что это сигнал с
НБП (по отношению к подавленной несущей). Как видно из рис.
1, частота гетеродина выше, чем частота сигнала, но ниже,
чем промежуточная частота. Черточка на оси f справа от
обозначенной ПЧ отображает остаток несущей второго (
опорного) гетеродина и позволяет говорить именно о том, что
этот сигнал ПЧ также с НБП, а применяемый фильтр —
соответственно, "нижний". Таким образом, рис.1 показывает,
что в данном случае инверсии БП не происходит, т.е.
принимая сигнал с НБП, мы используем ФОС (ЭМФ или КФ) также
с НБП. На рис.1...6 представлены все возможные случаи
преобразования сигналов в одном смесителе трансиве-ра,
когда используется исключительно "нижний" ФОС.
Соответственно, на рис.7...12 представлены все возможные
случаи преобразования сигналов в одном смесителе
трансивера, когда используется исключительно "верхний" ФОС.
При этом черточка на оси f слева от С или ПЧ указывает на
сигналы с ВБП. Как уже было отмечено выше, рис.1...12
иллюстрируют распределение сигналов после первого
смесителя трансивера с одним преобразованием частоты,
однако реально представленные диаграммы носят более общий
характер и точно так же правильно отображают и работу
второго (и вообще, любого) смесителя SSB-трансивера,
преобразующего сигнал ПЧ в звуковую частоту (34). Однако
при этом надо помнить, что обычный звуковой (речевой)
сигнал — это всегда сигнал с ВБП и с несущей, равной нулю (
нулевая частота). При внимательном анализе диаграмм видно,
что только четыре случая из 12 приводят к инверсии БП —
когда для приема сигналов с ВБП используют ФОС с НБП, т.е.
"нижний" фильтр, и когда для приема сигналов с НБП
используют ФОС с ВБП, т.е. "верхний" фильтр. Что же общего
между всеми случаями инверсии БП? Дело в том, что для всех
случаев, когда наблюдается инверсия БП, частота гетеродина
имеет наибольшее значение (по сравнению с частотами С и ПЧ).
Теперь имеет смысл более подробно остановиться на
понятиях "верхний" и "нижний" фильтр (ФОС, фильтр ПЧ).
Следует сразу сказать, что эти понятия условны. Любой
полосовой фильтр (не обязательно ФОС) пропускает частоты
входящих сигналов в каких-либо пределах, а все остальные
частоты фильтр пропускает с очень сильным ослаблением.
Понятие "верхнего" и "нижнего" фильтра появляется, когда он
"состыковывается" со смесителем. Например, в режиме
передачи смеситель формирует сигналы с НБП и ВБП и сильно
подавляет несущую. Таким образом, фильтр и будет называться
"верхним", если он пропускает сигналы с частотами ВБП,
образующейся в смесителе, но не пропускает (сильно
ослабляет) сигналы с НБП. Аналогичный процесс происходит,
в принципе, говорить и в режиме приема, когда сигналы
проходят в обратном направлении. Поясним это на конкретном
примере. Пусть частота опорного генератора (второго
гетеродина) составляет 500 кГц. При подаче звукового (
речевого) сигнала со спектром частот 0...3 кГц без
постоянной составляющей и частоты 500 кГц на входы двойного
балансного смесителя, на его вы- ходе появляются две
боковые полосы — верхняя (500...503 кГц) и нижняя (500...
497 кГц). Частота 500 кГц считается "несущей" (по аналогии
с AM). Если фильтр пропускает полосу частот 500...503 кГц,
это будет соответствовать ВБП для сигнала на выходе
смесителя. Поэтому фильтр, пропускающий частоты 500...503
кГц при частоте опорного гетеродина 500 кГц, и называют
"верхним". Например, на корпусе ЭМФ присутствует
специальное обозначение — буква "В" (т.е. "верхний").
Однако всегда надо учитывать, что это "верх- ний" фильтр
только по отношению к частоте опорного гетеродина 500 кГц (
обозначена такая частота как цифра "500" на корпусе ЭМФ).
Если же радиолюбитель выберет другую опорную частоту,
например 503 кГц, этот фильтр, естественно, будет
по-прежнему пропускать частоты от 500 до 503 кГц, ослабляя
все остальные. Однако при подаче на входы смесителя
звукового (речевого) сигнала со спектром 0...3 кГц без
постоянной составляющей и сигнала опорного гетеродина 503
кГц, на выходе смесителя мы получим сигналы с НБП (503...
500 кГц) и ВБП (503...506 кГц) по отношению к несущей 503
кГц. Поскольку фильтр по-прежнему пропускает частоты 500...
503 кГц, такой фильтр из "верхнего" превращается уже в
"нижний". Эта кажущаяся неопределенность и подразумевает
четкое указание, по отношению к какой частоте опорного
генератора фильтр является"верхним" или "нижним". Однако
при этом, естественно, всегда подразумевается еще и наличие
смесителя, который формирует АМ-сигнал с подавленной
несущей, т.е. DSB-сигнал. Теоретически DSB-сиг-нал — это
АМ- сигнал с полностью подавленной несущей. Не следует
забывать, что в реальной конструкции бесконечно большое
подавление несущей не достигается, поэтому в реальном
SSB-сигнале присутствует и другая БП, и несущая, но они,
как правило, подавлены больше чем на 40...60 дБ. Что
касается кварцевых фильтров (КФ), то при их использовании
понятия "верхний" и "нижний" формируются аналогично
описанным выше. Радиолюбители чаще всего сами изготавливают
КФ. При этом наиболее простой вариант — использование
одинаковых кварцевых резонаторов на одну и ту же частоту
для конструкции фильтра по лестничной схеме. Лестничный
фильтр имеет ту особенность, что если используются кварцы,
например, на 10,000 МГц, то такой фильтр имеет полосу
прозрачности, находящуюся на несколько килогерц ниже чем 10,
000 МГц. Принимая во внимание, что в опорном генераторе
также используется кварц на 10,000 МГц (наиболее типичный
случай), можно, в принципе, говорить о том, что лестничный
КФ на одинаковых резонаторах — типичный "нижний" фильтр.
Однако этот "нижний" лестничный КФ превращается уже в
"верхний" путем установки частоты опорного гетеродина,
например, на 9997 кГц. В этом случае мы имеем дело уже с
фильтром, пропускающим "верхнюю" БП АМ-сигнала с сильно
подавленной несущей (частота несущей — 9997 кГц).
Рассмотренные в статье вопросы формирования и инверсии БП
могут помочь правильно оценить и составить структурную
схему приемника и/или трансивера.
Литература 1. Ред Э.Т. Схемотехника радиоприемников.
— М.: Мир, 1989, С.75, 92...93. 2. Ред Э.Т. Справочное
пособие по высокочастотной схемотехнике. — М.: Мир, 1990,
С.44...50, 86...88.
