Die SSB-Erzeugung nach der Phasenmethode gibt es schon lange. Ich
habe die Möglichkeiten bis jetzt unterschätzt, weil ich sie für einen
schwachen Kompromiss gehalten habe. Das Problem ist, dass man das
gesamte NF-Band gleichmäßig um 90 Grad drehen muss, was mit analogen
Schaltungen nur annähernd funktioniert. Aber mit Software geht es
besser, wie ich gerade am Beispiel des OCX-SSB
gesehen habe. Da gab es noch gewisse Schwächen, weil alles auf dem
Arduino laufen musste. Nun habe ich eine Methode gefunden, bei der es
mit einer Software auf dem PC geht.
Der Software IQ-TX von Peter Martinez, G3PLX kann hier geladen werden: www.g4jnt.com/SDRTxSW.htm
Das Programm verarbeitet das Mikrofonsignal und liefert zwei um 90 Grad
verschobene Modulationssignale. Außerdem ist ein Clipper enthalten, der
für die korrekte Aussteuerung sorgt, ohne dass es zu großen
Verzerrungen kommt. Intern arbeitet eine Signalverarbeitung nach der
dritten Methode. Die verwendeten Filter sorgen gleichzeitig dafür, dass
die korrekte Bandbreite eingehalten wird.
Ich verwende eine alte SDR-Platine
von Elektor, weil darauf schon der vollständige IQ-Mischer und der
90-Grad-Teiler für das Oszillatorsignal vorhanden ist. Ein externer
Quarzgenerator mit 15 MHz sorgt beim ersten Test für eine Sendefrequenz
von 3750 kHz. Nur der Modulationsverstärker musste neu gebaut werden.
Ich verwende dafür einen Vierfach-OPV MCP6004. Jeder der beiden
NF-Kanäle wird gepuffert und zusätzlich noch einmal um 180 Grad
gedreht. So bekomme ich vier Phasen mit 0, 90, 180 und 270 Grad. Damit
werden die digitalen Umschalter im 74HC4066 angesteuert. Die beiden
gemischten Signale werden dann mit zwei 100-Ohm-Widerständen
zusammengesetzt, die auch schon im ursprünglichen Empfängermischer
vorhanden waren. Die Elektor-Platine wird sozusagen rückwärts benutzt.
Aus dem Empfänger wird ein Sender.
Das Ergebnis ist ein absolut sauberes und unverzerrtes SSB-Signal
mit guter Träger- und Seitenbandunterdrückung. Wenn ich das Signal mit
meinem SDR empfange, höre ich mein eigenes Signal mit einer gewissen
Zeitverzögerung. Der Software-IQ-TX braucht ca. 250 ms für die
Verarbeitung, und SDR# braucht rund eine Sekunde. Die gesamte
Verzögerung reicht für mein Rufzeichen. Ich kann also ins Mikrofon
sprechen und mir das Ergebnis sofort danach anhören. Diese Versuche
bestätigen die hohe Qualität des Signals.
Die IQ-Software kann statt des Mikrofonsignals auch einen Sinuston
ausgeben, der dann ebenfalls mit zwei Phasen am Ausgang der Soundkarte
erscheint. Das ist eine gute Methode für Messungen und für die
Entwicklung der Sendeendstufe.
SDR# zeigt eine Trägerunterdrückung von 50 dB und eine
Seitenbandunterdrückung von ebenfalls 50 dB, und das ohne irgendeine
Art von Abgleich.
Das Ausgangssignal lässt erkennen, dass es aus vier Phasen zusammengesetzt wird.
In einem andern Zeitmaßstab erkennt man das modulierte Signal.
Rudolf Drabek wies mich auf die Seite von Lawrence GJ3RAX und seine Software zum Design von Allpassfiltern hin: www.gj3rax.com/apf.htm.
Damit hat man am Ende vielleicht doch noch eine Chance, es in Hardware
zu gießen. Ich habe mir vorgenommen, es mal zu probieren, wenn alle
übrigen Aufgaben gelöst sind und sich das Verfahren bewährt.
SSB mit Matlab
Leander, DK1LH, hat den Modulationsverstärker nachgebaut und mit
einem etwas anderen Mischer in Gang gesetzt. Das phasenverschobene
VFO-Signal kommt direkt aus zwei Ausgängen des SI5351, entsprechend der
Methode im OCX-SSB. Das Besondere ist aber die
90-Grad-Phasenverschiebung des NF-Signals, die er mit einem kurzen
Programm in Matlab mit Hilfe der Hilbert-Transformation erzeugt. Auch
so entsteht ein völlig klares SSB-Signal ohne Verzerrungen und mit
guter Seitenbandunterdrückung.
Inzwischen habe ich eine einfache Endstufe gebaut und das Elektor-SDR-Shield als Empfänger mit eingebaut.
Die Endstufe arbeitet mit einem SiC-FET. Der C2M1000170D verträgt
bis zu 1700 V und hat laut Datenblatt erstaunlich geringe Kapazitäten
(Eingang 191 pF, Ausgang 12 pF, Rückwirkung nur 1,3 pF). Ich betreibe
ihn aber nur mit 60 V und erreiche eine Ausgangsleistung von 25
W. Der Transistor ist auf einen massiven Kühlblock geschraubt.
Ein IRF510 dient als Treiber und wird mit 12 V versorgt. Auf dem
Kühlkörper sitzt noch ein zweiter IRF510 von einem anderen Versuch, der
aber jetzt arbeitslos ist. Zum Senden muss ich auf den Taster drücken.
Dann wird die über die Potis einstellbare Vorspannung bis 5 V an die
beiden Gates gelegt. Außerdem wird das Schaltsignal vom Arduino
gelesen, der dann den Sender-VFO einschaltet. Das Antennenfilter ist
derzeit nur für 80 m ausgelegt.
Der Ruhestrom der Treiberstufe wird auf 100 mA
eingestellt. Für die Endstufe musste der Vorspannungsregler
ganz hochgedreht werden. Dann ergab sich ein Ruhestrom von 50 mA
mit relativ geringen Verzerrungen. Für eine optimale Einstellung müsste
die Gate-Spannung noch etwas höher liegen. Beim Umschalten auf Senden
wird die Vorspannung eingeschaltet. Das 5V-Signal wird zum Arduino
geführt, damit er vom Empfangs- auf den Sende-VFO umschalten kann. Der
Empfänger ist über einen Vorkreis und einen kleinen Koppelkondensator
mit 6,8 pF direkt an den Antennenausgang angeschlossen. Beim Senden
sorgen die Dioden im Empfänger für eine ausreichende Begrenzung.
Mit dem Transceiver gelang ein SSB-QSO mit dem Rapport 57. Insgesamt
ist SSB mit geringer Leistung und einer nicht optimalen Antenne
schwierig. Deshalb habe ich den Transceiver mit FT8 getestet. Das
funktionierte einwandfrei und dank der höheren Leistung besser als mit
meinem bisherigen Transceiver.
SSB auf 40 m mit 25 W
Inzwischen habe ich den Transceiver auf 40 m umgerüstet und kann
auch auf 60 m und 30 m umschalten. Die ursprüngliche Endstufe gab auf
höheren Frequenzen immer weniger Leistung ab. Dagegen halfen eine
vorgeschaltete Treiberstufe mit einem NPN-Transistor und zwei
Doppelloch-Übertrager, die jeweils für eine bessere Anpassung an die
Impedanz der Power-FETs bewirken. Die erste Treiberstufe wird direkt
vom Mischer angesteuert, der eine mittlere Ausgangsspannung von 2,5 V
hat und ein Nutzsignal von ca. 0,5 V. Die Emitter-Gegenkopplung enthält
ein RC-Glied, das für mehr Verstärkung auf den höheren Frequenzen
sorgt.
Das Pi-Filter am Ausgang der Endstufe kann über die Umschaltung von
Kondensatoren auf 5 MHz, 7 MHz und 10 MHz gebracht werden. Gezeichnet
ist die Jumperstellung für 7 MHz. Es werden einfache Luftspulen mit dem
Durchmesser einer Mignon-Batterie verwendet. Die experimentell
ermittelten Windungszahlen und Kapazitäten sorgen für eine gute
Anpassung an 50 Ohm und eine gute Oberwellenunterdrückung. Die Spule im
Pi-Filter wird im Betreib leicht warm, ich schätze, dass hier 0,5 W
verloren gehen. Auf allen drei Bändern wird etwa 25 W erreicht.
Schön ist anders, aber der Aufbau auf einer durchgehenden
Kupferplatine unterstützt das leichte Experimentieren. Änderungen sind
schnell gemacht, und Ergebnisse können sofort gemessen werden. Später
wird dann alles noch mal ordentlich gebaut (vielleicht). Wichtig war
mir die erreichbare Oberwellendämpfung. Für eine Messung habe ich meine
einfache 50-Ohm Dummyload
mit einem Abschwächer und einem BNC-Anschloss versehen. Da kann ich nun
den Spectrum Analyzer anschließen. Auf 40 m erreiche ich eine
Oberwellenunterdrücken von 40 dB. Dazu kommt noch der
Antennen-Anpasskreis am Ende des Halbwellendipols, der vermutlich noch
einmal 40 dB bringt.
Die ersten Versuche auf 40 m waren
erfolgreich. Eine SSB-Verbindung nach Italien bekam den Rapport 59. Und
wie zu erwarten war funktioniert auch FT8 sehr gut.
SSB-Sender nach der Phasenmethode
