Если с демодуляцией АМ сигналов все понятно, так как об этом говорили при обсуждении разных схем приемников прямого усиления, то с сигналами CW и SSB все не так просто.
CW (Continuous Wave - непрерывная волна) — это сигнал, где информация передаётся ключеванием несущей частоты. Это можно представить себе как амплитудную модуляцию с коэффициентом 100%. Так, при передачи азбуки Морзе сигнал либо присутствует, либо отсутствует.
А раз так, то и детектировать такой сигнал можно простым амплитудным детектором. Однако в наушниках вы услышите не пение морзянки, а просто щелчки, которые возникают при переходе от паузы к началу точки или тире, а также при их завершении и переходе к паузе. Но, если к детектору добавить управляемый НЧ-генератор, то все получится.
На детектор подается сигнал ПЧ, а на выходе формируются импульсы, которые управляют работой генератора НЧ: при высоком уровне генератор запускается , а при низком - не работает. Вот в этом случае мы услышим в наушниках пение морзянки, причем громкость и высота тона определяется только характеристиками генератора.
А можно применить другой способ:
Сигнал ПЧ поступает на один вход смесителя U1, на второй вход которого подается сигнал опорного генератора G1, частота которого отличается от частоты ПЧ, например, на 1 кГц. На выходе смесителя будут присутствовать суммарный и разностный сигнал. Суммарный сигнал не проходит через ФНЧ Z1 с частотой среза 2 кГц, а разностный сигнал 1 кГц проходит через него, усиливается УНЧ А1 и подается на наушники, в которых мы и будем слышать тональные посылки с частотой 1 кГц. Если разница между частотами ПЧ и G1 будет другой, то изменится и тон сигнала в наушниках. Этот способ называют методом биений, а генератор называют BFO — Beat Frequency Oscillator (генератор биений).
Этот способ, конечно, сложнее, зато он полностью подходит и для демодуляции SSB и цифровых мод. Вы помните, что при модуляции SSB передаётся только одна боковая полоса (USB — Upper Side Band или LSB — Lower Side Band) , а несущая частота полностью подавлена. Обычный АМ‑приёмник не может демодулировать такой сигнал: без несущей на выходе будет лишь слабый неразборчивый шум. Задача демодулятора - восстановить несущую частоту и «наложить» её на принятую боковую полосу, чтобы выделить исходный звуковой сигнал. Все это и происходит в схеме на рис. 2.
В принципе, схема на рис. 2 представляет собой приемник прямого преобразования.
Для этой схемы у нас уже есть УНЧ и кольцевой смеситель, который я уже опробовал именно как приемник прямого преобразования. Осталось сделать генератор биений. Этот генератор должен иметь высокую стабильность, поэтому его в наше время всегда делают кварцевым. Но можно сделать его и подстраиваемым.
Давайте посмотрим на примере.
Синим изображена АЧХ кварцевого фильтра. При приеме верхней боковой полосы частота генератора биений F1 устанавливается на нижнем скате АЧХ в точке примерно -10 дБ. При приеме нижней боковой полосы частота генератора биений F2 должна располагаться на верхнем скате АЧХ фильтра.
Так как на частотах ниже 10 МГц используется нижняя боковая полоса (НБП), а 10 МГц и выше - верхняя боковая полоса (ВБП), то, видимо нужно иметь два генератора. Но, оказывается, что для работы SSB и CW нужен только фильтр с ВБП. Так как на высокочастотных диапазонах частота первого гетеродина ниже частоты принимаемого сигнала (Fпч = Fс - Fг), то принимаемая боковая полоса (ВБП) не инвертируется.
На низкочастотных диапазонах наоборот, частота первого гетеродина выше частоты принимаемого сигнала (Fпч = Fг - Fс), то принимаемая боковая полоса (НБП) инвертируется, и принимается фильтром с ВБП.
Все бы хорошо, но в бочке меда обязательно что-то плавает :)) - для приема цифровых сигналов на всех диапазонах используется ВБП, поэтому тут без второго BFO (или перестройки одного) не обойтись.
Но мы стоим однодиапазонный супергетеродин, поэтому никаких забот о перестройке BFO у нас нет. Нужен кварцевый генератор, частоту которого можно было бы перестраивать в диапазоне +/- 1 кГц.
Чаще всего для кварцевого генератора я использую простую схему емкостной трехточки.
Схема простейшая, налаживание заключается в установке (при отключенном кварце) с помощью R1 в точке Б напряжения 1,5 -2 В. Емкость конденсаторов С1 и С2 выбирается в соответствии с диапазоном частот, в котором будет работать генератор. Тут мнений много. В книге С.Г. Бунин, Л.Г. Яйленко "Справочник радиолюбителя коротковолновика". издание 2, 1984 год, на стр. 42 написано, что "емкость конденсаторов С1 и С2 (в пФ) выбирают примерно равной длине волны (в метрах)". (В диапазоне 5.....10 МГц - 60 - 30 пФ )
В книге Альтшулер Г.Б., Ефимов И.И. "Кварцевые генераторы" приведена таблица величин этих конденсаторов:
На сайте приведен еще один вариант, где кроме С1 и С2 указывается и сопротивление R3: "Для полосы частот 1…3 МГц они должны быть соответственно 270 пФ, 180 пФ и 3,3 кОм; для 3…6 МГц — 180 пФ, 120 пФ и 3,3 кОм; для 6…10 МГц — 180 пФ, 120 пФ и 2,2 кОм; для 10…18 МГц — 150 пФ, 68 пФ и 1,2 кОм; для 18…21 МГц — 68 пФ, 33 пФ и 680 Ом."
Разброс в 200 раз. Будем искать истину на практике. Делитель С1, С2 регулирует уровень ПОС, поэтому от выбора номиналов будет зависеть и легкость запуска, и амплитуда колебаний, и, даже форма сигнала.
Собираю эту простенькую схему на макетке, кварцевый резонатор на 8 МГц. Конденсаторы возьму для начала по рекомендации С.Г. Бунина: частоте 8 МГц соответствует длина волны около 37,5 м, беру конденсаторы по 47 пФ.
Подключаю питание, а в качестве индикатора - детекторную головку к мультиметру.
Все работает, напряжение на выходе нормальное. Раньше бы я на этом и закончил бы налаживание, разве проверил бы частоту самодельным частотомером. А теперь могу взглянуть глубже :))
Один щуп осциллографа подключаю к эмиттеру транзистора, а другой - к верхнему по схеме выводу кварцевого резонатора. Вверху - сигнал на резонаторе, внизу - на эмиттере. И оба, особенно нижний, не особенно-то напоминают синусоиду. Величина почти соответствует измеренной детекторной головкой.
Потом смотрю в интернете: в схеме приемника Сергея Столярова (4Z5KY) в кварцевом генераторе стоят конденсаторы по 150 пФ.
И во всех схемах форма сигнала на эмиттере транзистора, откуда он снимается, совсем не похожа на синусоиду. Гораздо ближе к синусоиде форма сигнала на самом кварцевом резонаторе.
Раз изменение емкостей конденсаторов не особенно=то оказывает влияние на форму сигнала, то может быть подстройка режима по постоянному току даст результат? И получается.
Почти чистая синусоида. Но ведь ни в одном из известных мне описаний по налаживанию кварцевых генераторов такого типа нет ни слова о возможности уменьшения искажений выходного сигнала путем изменения режима транзистора по постоянному току.
Вот, например, на сайте магазина RV3YF предлагается набор для сборки основной платы трансивера "Дружба - М". Там можно скачать и документацию, и схему. Я вырезал из нее схему кварцевого генератора:
А вот инструкция по его наладке:
К чему все эти изыскания с формой сигнала? К тому, что одни читатели говорят о том, что форма сигнала должна быть синусоидальная, а другие - прямоугольная (меандр). Возникает вопрос, а как же работают смесители во всех трансиверах и приемниках - ведь форма сигнала кварцевого гетеродина вряд ли там идеальная. Тем более. что, при использовании кольцевых балансных смесителей, хоть на диодах, хоть на транзисторах, в схеме присутствуют трансформаторы и при подаче на их обмотку самых "правильных" сигналов происходит их искажение.
А в чем собственно вред искаженной синусоиды? В том, что такой сигнал содержит гармоники. Но, если ПЧ = 8 МГц, то вторая гармоника имеет частоту 16 МГц, третья - 24 МГц. Через тракт ПЧ после кварцевого фильтра проходит сигнал с частотой 8 МГц и полосой не более 3,5 КГц. Что же произойдет в кольцевом смесителе? Основная гармоника: (8,0 - 8,003 Мгц) -8 МГц = 0 - 3 кГц - демодулированый сигнал НЧ; вторая гармоника: 16 МГц - (8,0 - 8,003 Мгц) = 8,0 - 7,997 МГц. Но на выходе смесителя стоит ФНЧ с частотой среза 3 кГц, который сигналы с частотой 10 кГц подавляет раз в 100, а уж сигнал с частотой 8 МГц подавит намертво.
Давайте сравним спектры сигналов разной формы с частотой 8 МГц:
У синусоидального сигнала уровень второй гармоник меньше примерно на 30 дБ, третьей - почти на 40 дБ. У прямоугольного сигнала все не так.
В этом случае вторая гармоника имеет величину примерно на 20 дБ ниже первой, а вот третья гармоника-только примерно на 10 дБ. А вот тот же сигнал, но прошедший через ШПТЛ.
Посмотрите, как обросла кривая большим количеством всяческих гармоник, хотя и небольшого уровня.
Вот такая картина. Поэтому не будем привередничать, а будем использовать ту форму, которая есть. Как мне кажется, нужно просто выбрать такой уровень гетеродина, чтобы только основная гармоника могла открывать диоды или транзисторы. А сделать это не так трудно, потому, что разница в 10 дБ - это 3 раза. Т.е., если основная гармоника будет иметь амплитуду 1 В, то третья гармоника - только около 300 мВ и не сможет открыть кремниевый диод. А вот с германиевыми и диодами с барьером Шоттки сложнее. так как они открываются при прямом напряжении около 330 мВ. Здесь регулировка должна быть тоньше, а уровень сигнала генератора - стабильным.
Но, скажу сразу, это мой сугубо непрофессиональный взгляд на эту сложную проблему. Поэтому я вернулся к практике и собрал окончательный вариант кварцевого генератора на зеленой качественной макетке вот по такой схеме:
Я добавил эмиттерный повторитель с регулируемым выходом, чтобы легче было настраивать смеситель. Катушка L1 позволяет подстроить частоту генератора, чтобы установить ее на нижнем скате АЧХ кварцевого фильтра. Катушка содержит 30 витков провода 0,15 мм на каркасе диаметром 5 мм с подстроечником из карбонильного железа.
Вот форма сигнала на выходе.
А вот его спектр.
Далее будем проверять все в деле.
Всем здоровья и успехов!