SM7EQL SSB exciter

Mätningar på Yaesu FT1000MP MKV Field
-Av Bengt Falkenberg, SM7EQL -

De flesta moderna SSB-sändare för amatörradio är inte tillräckligt bra för att användas tillsammans med större slutsteg. -Lyssna på 20 m under en stor contest! Ytterst få stationer låter bra.

De vanligaste problemen är kraftig distortion, splatter, otillräcklig sidbandsundertryckning och i bland även s k bredbandigt sändarbrus. Orsakerna torde i de flesta fall bero på felinställda sändare - för mycket mikrofonförstärkning - i kombination med att försöka "kräma" ut den sista milliwatten ur ett allt för klent dimensionerat slutsteg.

Denna artikel redovisar några mätningar av splatter från Yaesu FT1000MP MKV Field samt konstruktion av en moduluppbyggd referenssändare för mina fortsatta experiment med att försöka definiera och bygga den "perfekta SSB-sändaren".

Bakgrund
Efter att ha fått oroväckande många klagomål på splatter - eller "du har en bred signal...jag hör dig över halva bandet" som vissa säger - från min nya fina Yaesu FT1000 MP MKV Field bestämde jag mig för att kika närmare på problemet.

... Som "klagande" måste man ha klart för sig att "felet" också ibland kan skapas i den egna mottagaren. För att göra rimligt säkra bedömningar krävs att mottagaren är försedd med ett skarpt filter och i övrigt arbetar inom sitt linjära område och inte själv blir överstyrd. Det krävs också att Du eller jag som lyssnare har ett visst mått av praktisk erfarenhet av att bedöma signaler, detta för att kunna dra någorlunda säkra slutsatser....

Beprövad två-tonsmätning
En vedertagen mätmetod när det gäller mätning av en SSB-sändares intermodulationsegenskaper är att mata in två sinustoner på mikrofoningången och därefter mäta 3:e, 5:e 7:e osv ordningens intermodulationsprodukter. En kontroll av FT1000MP MKV visade att sändaren uppfyllde de utlovade specifikationerna.

Två-tonsmetoden används av i princip alla fabrikanter och mätlabb. Metoden är standardiserad och ger exakta siffervärden på intermodulationsegenskaperna. När det gäller uppmätning av splatter och andra oönskade produkter är metoden dock inte relevant.

En säkrare men nästan ej använd mätmetod
Mer rättvisande är att mäta det verkliga utsända spektrat från sändaren, baserat på vad operatörens röst producerar. Metoden tillämpas bl a av FCC för vissa typer av radiosändare men är i övrigt inte särskilt utbredd eller använd. Om t ex ARRL mätlab hade använt sig av denna metod i samband med provning av nya amatörradiotranceivrar hade de tekniska bristerna i dagens konstruktioner ovillkorligen avslöjats och fabrikanterna hade tvingats att åtgärda defekterna.

Uppkoppling för splattertest
En spektumanalysator kopplas via en konstbelastning med mätuttag till sändarens antennanslutning Bandbredden ställs till 200 Hz (eller mindre) Analysatorn ställs in för max-hold med kontinuerligt svep 10 eller 20 kHz. Svephastigheten bör vara 5-10 sekunder eller längre. Sändaren moduleras genom att tala högt i mikrofonen alternativt moduleras med musik och tal från annan ljudkälla. Försök åstadkomma så många olika ljudeffekter som möjligt, t ex knäppningar med tungan mot gummen (som orsakar extremt snabba transienter), överdrivna s-ljud (ger energi i det högre tonområdet) När kurvan på spektrumanalysatorn stabiliserat sig och inte bygger på ytterligare är mätningen klar. Resultatet visar sändarens "worst case" spektra och ser mycket värre ut än en motsvarande "bluff-test" med två sinustoner hade visat. Resultatet är kanske också värre än vad som produceras under mer normal användning när antennen är ansluten.

Mätning 1
FT1000MP MKV Field inställd enligt manualen för max uteffekt 100W PEP. Mikrofonförstärkning uppdragen så att ALC precis aktiveras 1...2 "lysdioder" i taltopparna. Observera att ALC-nivån alltså är långt under den maximalt tillåtna enligt manualen. Sändaren orsakar trots detta mycket kraftiga splattersprodukter som ligger endast 30 dB under PEP. Även om sändaren hade anslutits till ett perfekt hyperlinjärt 1 kW slutsteg (sådana finns inte) innebär detta att splatterprodukterna skulle få en uteffekt av 1 Watt! En watt går som bekant runt hela jordklotet när konditionerna är bra.

Bild 1.
Menyinställning 5-9 med 6 kHz filter aktiverat. ALC aktiv i det lägre området. Sändaren lämnar 100 W PEP. Frekvens 3700 kHz LSB. Splatterprodukterna -4...5 kHz ligger -30 dB ner. Bandpasskurvan för LSB är något smalare i verkligheten beroende på att 200 Hz filtret i spektrumanalysatorn inte är tillräckligt smalt för exakta mätningar.

Menyinställning 5-9 med 2.4 kHz filtret aktiverat visade på exakt samma splatternivåer som bild 1, dock var passbandet c:a 500 Hz smalare.

Mätning 2
FT1000MP MKV Field med neddragen mikrofonförstärkning tills punkten där ALC aldrig aktiverades. Mätningen visar en förbättring med c:a 20 dB. Sändarens PEP effekt uppmättes till knappt 50 Watt. För att vara rak och övertydlig så innebär detta att min FT1000MP MKV Field kan avge maximalt 50 W PEP om jag vill känna mig trygg på bandet och inte riskera få klagomål. Inte 100 W som det står i manualen.

Bild 2.
Menyinställning 5-9 med 6 kHz filter aktiverat. ALC ej aktiv. Sändaren lämnar 50 W PEP. Frekvens 3700 kHz LSB. Splatterprodukterna -4...5 kHz ligger >-50 dB ner. Bandpasskurvan för LSB är något smalare i verkligheten beroende på att 200 Hz filtret i spektrumanalysatorn inte är tillräckligt smalt för exakta mätningar.

Menyinställning 5-9 med 2.4 kHz filtret aktiverat visade på exakt samma splatternivåer som bild 2, dock var passbandet c:a 500 Hz smalare.

Ett stort antal mätningar har gjorts med olika menyinställningar, både med "digital"- och analog modulator, med 2.4 kHz respektive 6 kHz filter, olika audiobandbredder och bärvågsfrekvens-offset etc. Mindre avvikelser noteras men ovanstående två mätningar är trots allt representativa.

Det speciella klass A-läget provades men gav överraskande nog betydligt sämre resultat än motsvarande effektsänkning till 25 W genom att enbart vrida ner effektkontrollen. Även här har Yaesu nog tyvärr gjort en konstruktionsblunder genom att använda ALC:n för strypa drivningen till slutsteget. En två-tonstest visade dock den förbättring av intermodulationsegenskaperna som uppges i manualen. Förklaringen till detta är att ALC:n inte arbetar lika hårt som vid tal.

Bild 3.
Menyinställning 5-9 med 6 kHz filter aktiverat. Ingen modulation. Mikrofonförstärkning på noll. Bilden visar restprodukter i form av sändarbrus och brus från SSB-modulatorn. Produkterna ligger 50-60 dB under PEP och utgör inga direkta problem.

Ställ in din SSB-sändare för minimum splatter
Ett bra sätt att under kontrollerade former ställa in en SSB-sändare för minsta möjliga splatter och distortion är att använda en extern audiokompressor eller mikrofonförstärkare med peak-limiter på utgången. Detta innebär att den audionivå som skickas vidare in till SSB-sändarens mikrofoningång ALDRIG tillåts överskida en viss inställd max-nivå. Sändarens uteffekt justeras därefter med den normala mikrofonförsärkningskontrollen till den uteffekt som sändaren nu kan lämna UTAN att orsaka splatter. ALC skall vara så justerad att den under inga omständigheter tillåts att aktiveras. Om ALC:n aktiveras så är effekten för hög och mikrofonförstärkningen måste sänkas ytterligare. Med denna procedur tillämpad på FT1000MP MKV Field går det att få ut maximalt 50 Watt PEP och där splatterprodukterna ligger >50 dB under PEP. Detta är bra värden för amatörradioutrustning!

5 MHz SSB exciter