Allpass-Phasenschieber für SSB
Einen Phasenschieber kann man für SSB-Sender und Empfänger nach der
Phasenmethode einsetzen. Die Aufgabe besteht darin, ein Signal über den
gesamten Frequenzbereich der Modulation gleichmäßig in der Phase um 90
Grad zu verschieben. Meist verwendet man dazu sechs Allpassfilter, wie
dies in der Philips Application Note "AN1981New low-power single sideband circuits"
gezeigt wird. Ich wollte erst mal klein anfangen und nur vier Stufen
verwenden. Die Schaltung kann ich später noch erweitern, muss dann aber
auch ausgemessene Kondensatoren und Widerstände einsetzen. Für diesen
ersten Versuch habe ich die Doppelstreifen-Platine aus dem Lernpalet Lötprojekte verwendet.
Eine große Hilfe war das Programm J-Tek All Ppass Filter Desingner,
bei dem ich die Anzahl der Stufen wählen kann. Ich habe zwei Stufen pro
Zweig und Kondensatoren von 10 nF gewählt. Man sieht, dass ich damit
theoretisch schon Phasenfehler unter 2 Grad und Seitenbandunterdrückung
nahe 40 dB erreichen kann. Allerdings habe ich beim ersten Test noch
nicht die genau richtigen Widerstände eingesetzt, sondern nur die nahe
gelegenen Standardwerte.
In einem Fall habe ich den Widerstand aus zwei Einzelwiderständen
zusammengesetzt (100k + 13 k), in anderen Fällten liegen Widerstände
relativ weit daneben. Außerdem haben alle Widerstände eine Toleranz von
5%, und die Kondensatoren sogar von 10%. Sehr genau kann das also nicht
werden. Ich wollte aber sehen, ob überhaupt schon mal etwas halbwegs
brauchbares dabei herauskommt, sozusagen als Motivationsschub, damit
ich mir dann vielleicht im zweiten Schritt mehr Mühe mit der
Genauigkeit gebe. Außerdem wollte ich die übliche Schaltung
modifizieren und die Kondensatoren gegen GND schalten, Das hat für mich
den Vorteil, dass ich ein vorhandenes DC-Potential in der ganzen
Schaltung weiter reichen kann. Ich war mir zwar nicht ganz sicher, aber
mein Bauchgefühlt sagte mir, dass ich die beiden frequenzbestimmenden
Bauteile (R und C) vertauschen darf. Dabei dreht sich zwar die Richtung
der Phasendrehung um, aber das dürfte am Ende einfach nur das andere
Seitenband unterdrücken. Und das hat sich dann auch bestätigt.
Eine einfache Phasenmessung gelingt mit einem Sinusgenerator und
dem Oszilloskop, indem man einen der beiden Ausgänge auf die
X-Ablenkung schaltet. An meinen HM204 konnte ich im Chopper-Betrieb
zusätzlich noch eine 45-Grad-Referenzlinie einstellen. Ein perfekter
Kreis zeigt eine genaue Phasenverschiebung von 90 Grad. Das stimmte an
zwei Punkten, bei 100 Hz und 5 kHz am besten.
Bei anderen Frequenzen zeigten sich deutliche Abweichung, Das zweite Oszillogramm zeigt das Ergebnis bei 2 kHz.
Das Filter habe ich schließlich an mein SDR-Shield angeschlossen.
Die Eingänge erhalten das I- und das Q-Signal des Empfängers. Die
Ausgänge werden mit zwei Widerständen zusammengeführt. Das SDR-Shield
bringt mit seinen zusätzlichen Oszillatorausgängen gleich alles mit,
was zur Überprüfung gebraucht wird. Im Test zeigte sich ein scharfer
Übergang zwischen dem gewünschten unteren Seitenband und dem
unterdrückten oberen Seitenband. Wenn ich I und Q vertausche, wird das
andere Seitenband empfangen. Die Seitenbandunterdrückung beträgt
aktuell etwa 25 dB. Das macht Mut für Verbesserungen.
Allpassfilter mit sechs Stufen
Nun also der nächste Versuch mit sechs Filterstufen. Man kann damit
eine Seitenbandunterdrückung bis fast 60 dB erreichen. Voraussetzung
ist aber, dass die Bauteilewerte genau eingehalten werden. Die
Kondensatoren wurden deshalb ausgemessen. Die gemessenen Werte wurden
statt der 10 nF eingegeben. Die Software lieferte dann jeweils den
optimalen Widerstand. Die Widerstände musste ich in den meisten Fällen
aus zwei ausgemessenen Einzelwiderständen zusammensetzen.
Die Bauteile habe ich seitlich in einen Wellkarton gesteckt und die
gemessenen Kapazitäten notiert. Die Kondensatoren selbst wurden
markiert.
Für den Aufbau habe ich erstmalig meine neue HF-Rasterplatine
mit durchgehender Masse verwendet. Die Bauteile habe ich in meinem
bewährten Stil nur von oben gelötet. Das hat zwei Vorteile. Ich muss
die Platine nicht umdrehen und vermeide dabei mögliche Fehler. Außerdem
kann die Platine dann auf der Unterseite vollkommen flach bleiben. Und
auch ein besonders kompakter Aufbau ist damit möglich.
Das Filter habe ich zuerst mit Sinusgenerator und Oszilloskop
getestet. Dabei sah schon alles sehr gut aus. Im ganzen Frequenzbereich
zeigte sich ein perfekt aussehender Kreis. Im zweiten Schritt habe ich
die Schaltung an das SDR-Shield angeschlossen. Hier konnte ich immerhin
eine Seitenbandunterdrückung von rund 40 dB messen. Das lässt vermuten,
dass ich eine Bauteilegenauigkeit von 1 % erreichen konnte.
