Трансивер uSDR. Влияние усиления микрофона на модуляцию. [TX Drive and SSB modulation uSDX]

  В данном материале рассмотрим влияние параметра TX Drive на модуляцию SSB в трансивере uSDR (uSDX). Согласно руководству по эксплуатации usdx_manual_author.pdf,  название "Всеволновый uSDX трансивер",  автор Guido PE1NNZ, раздел меню 3.3 TX Drive "Коэффициент усиления звука при передаче (0-8) с шагом 6 дБ, 8=постоянная амплитуда для SSB". Иными словами - это усиление микрофона. Подключить внешний компьютерный микрофон не получилось, т.к. трансивер сразу же переходил в режим передачи, поэтому рассмотрим все на примере встроенного микрофона uSDR. Звук будет подаваться с компьютера через наушник. В качестве тестового сигнала 2 частоты 500 + 2000 Гц. Значение по умолчанию TX Drive =5, но только при TX Drive = 6 я вижу спектр с хорошо различимыми модулирующими составляющими.

Итак, Fн=7.1 МГц, PA Bias min = 0, USB, FM1 = 500 Гц, FM2 = 2000 Гц  начинаем с минимального значения TX Drive.  Спектрограммы снимаются на анализатор R&S FSW через аттенюаторы 40 дБ. Параметр 8.1 PA Bias min = 0

TX Drive = 0

TX Drive = 1

TX Drive = 2

TX Drive = 3

TX Drive = 4

TX Drive = 5

TX Drive = 6

TX Drive = 7

TX Drive = 8

Сведем значения амплитуд несущей и двух модулирующих частот в таблицу. 

TX Drive	7.1 МГц, дБм	7.1 МГц - 500 Гц, дБм	7.1 МГц - 2000 Гц, дБм
0	-24.3	-18	-27
1	-21.7	-20	-14.7
2	-22.5	-20	-16
3	-24.7	-18	-18
4	-25.7	-17.9	-15.4
5	-9.86	-8.1	-18
6	14.5	14.5	35.3
7	25	27.2	17.7
8	13.1	18	16.06

До значения TX Drive = 5 некоторые ячейки заполнены примерно, т.к. пики составляющих явно не отслеживаются. Здесь видно, что более-менее серьезные мощности (порядка 1 Вт) регистрируются только начиная с TX Drive =6. 

Оставим только 1 модулирующую частот 500 Гц и сравним вид спектрограмм для двух значений PA Bias min (минимальный уровень раскачки усилителя мощности), TX Drive = 6.

PA Bias min = 0

Fн = 7.1 дБм, Fн-500 = 8 дБм, Fн-2000 = -11.3 дБм (пики 14,13,9)

PA Bias min = 70

Fн = 21.87 дБм, Fн-500 = 25.915 дБм, Fн-2000 = 22.042 дБм (пики 14,13,9)

Наблюдается общее приподнятие спектра выходного сигнала. 

Теперь проверим, есть ли какое-то влияние смены диапазона (несущей частоты) на характер выходного спектра.

Fн=7.1 МГц, TX Drive = 6, PA Bias min = 0, LSB, FM1 = 500 Гц, FM2 = 2000 Гц

Fн = 14.6 дБм, Fн-500 = 16 дБм, Fн-2000 = 15 дБм (пики  23,20,15)

Fн=14.1 МГц, TX Drive = 6, PA Bias min = 0, LSB, FM1 = 500 Гц, FM2 = 2000 Гц

Fн = 7.6 дБм, Fн-500 = 8.9 дБм, Fн-2000 = 4.34 дБм (пики 9,8,5)

В целом картинка сопоставимая, наблюдается общее снижение выходного уровня сигнала на частоте 14.1 МГц, относительно частоты 7.1 МГц. Это также наблюдалось при измерении выходной мощности uSDR под диапазонам.

Теперь проверим вариант с верхней боковой полосой.

Fн=7.1 МГц, PA Bias min = 0, USB, FM1 = 500 Гц, FM2 = 2000 Гц

TX Drive = 0

TX Drive = 1

TX Drive = 5

TX Drive = 6

TX Drive = 8

Не принципиальные спектрограммы промежуточных значений TX Drive пропускаю. Обобщение результатов измерений спектрограмм в таблице:

TX Drive	7.1 МГц, дБм	7.1 МГц + 500 Гц, дБм	7.1 МГц + 2000 Гц, дБм
0	-24.7	-18	-25.2
1	-24	-17.9	-27.8
5	-11.5	-11.86	-21.3
6	4.34	6.546	16.5
8	26.2	30.9	26.244

Принципиальные выходные мощности достигаются начиная с TX Drive = 6.  

Ещё одна картинка для

Fн=14.1 МГц, PA Bias min = 0, USB, FM1 = 500 Гц, FM2 = 2000 Гц, TX Drive = 8 (поменяли несущую частоту)

Уровни составляющих Fн=22.7 дБм, Fн+500 Гц = 28.5 дБм, Fн+2000 = 26 дБм.

(чуть ниже, чем на частоте 7.1 МГц).

Все измеренные спектрограммы можно скачать по ссылке: https://drive.google.com/file/d/1BiTaV_BWlJaAprlH-mme227a8lHFAc3U/view?usp=sharing

0.6 Мб

Выводы:

1. При работе со встроенным микрофоном следует установить значение TX Drive не менее 6.

2. Следует повторить эксперименты с передачей сигналов телефонией реальной речью и уточнить значение TX Drive.

3. Следует повторить эксперименты с передачей сигналов телефонией реальной речью и уточнить значение PA Bias min.

  

Дополнительная информация:

[1] Трансивер uSDR. Калибровка опорного генератора. https://lavrinenkov.blogspot.com/2024/04/usdr-usdr-25-mhz-calibration.html

[2] Трансивер uSDR. Излучаемые спектры и гармонические составляющие CW сигналов https://lavrinenkov.blogspot.com/2024/04/usdr-cw-usdr-cw-spectrograms.html

[3] Трансивер uSDR. Измерение выходной мощности [uSDR Output Power Measurements] https://lavrinenkov.blogspot.com/2024/04/usdr-usdr-output-power-measurements.html

[4] Трансивер uSDR. Зависимость выходной мощности от напряжения питания [Output Power and Voltage supplement of uSDR TRX]  https://lavrinenkov.blogspot.com/2024/04/usdr-output-power-and-voltage.html

[5] Трансивер uSDR. Работа цифрового фильтра при передаче SSB [uSDR Tranceiver. DSP Filter SSB TX] https://lavrinenkov.blogspot.com/2024/04/usdr-ssb-usdr-tranceiver-dsp-filter-ssb.html

Материал подготовил: Лавриненков Игорь / R2AJA

Для связи с автором есть почта: R2AJA at MAIL RU

Трансивер uSDR. Работа цифрового фильтра при передаче SSB [uSDR Tranceiver. DSP Filter SSB TX]

 В данном материале рассмотрим работу цифрового фильтра в трансивере uSDR (uSDX). Трансивер uSDR (версия uSDX, прошивка R1.02v.) согласно инструкции usdx_manual_author.pdf,  название "Всеволновый uSDX трансивер",  автор Guido PE1NNZ раздел меню 1.3 Фильтр (Filter
BW) работает как на приём, так и на передачу.  Рассмотрим режимы с верхней и нижней боковой полосой, влияние цифрового фильтра на выходные SSB сигналы.  Спектрограммы снимаются с анализатора спектра R&S FSW через аттенюатор 40 дБ и коаксиальный кабель с ослаблением не более 0.1 дБ в КВ диапазоне. 

Переводим трансивер в режим LSB, кнопкой "Mode" и посмотрим на спектр излучения без воздействия на встроенный микрофон.

На частоте 7.1 МГц наблюдаем сигнал с уровнем -15 дБм. Если принять, что излучение в данном диапазоне имеет мощность 38.03 дБм, следовательно подавление несущей можно оценить как -53.03 дБ, согласно инструкции эта величина лучше, чем -45dBc. Заявленное подавление можно считать подтвержденным. 

Возьмем в качестве тестового сигнала звук из программы Cool Edit/Tone generator. Синусоидальное колебание, 1 и 4 компоненты: 500 и 2000 Гц. 

На конечный результат должны влиять АЧХ звуковой карты, наушника, микрофона, данное влияние в эксперименте не анализируется. 

Выбираем режим USB, частота 7.1 МГц, TX Drive = 6 (усиление микрофона), на данном уровне картинки получились более менее интересными, вероятно, звучание наушника не достаточное, для раскачки микрофона. 

Фильтр DSP 50, 100, 200, 500

Приведена 1 картинка для четырех значений аудио фильтра. Отличия в силе модулированных сигналов менее 0.1 дБ, поэтому я считаю фильтр тождественным для этих вариантов. Маркерами отмечены компоненты М1 - несущая, М2 - 500 Гц, М3 - 2000 Гц. По каким-то причинам М3 больше М2 на 30.45 дБ, это может быть связано с самим аудиосигналом с компьютера. 

Фильтр DSP 1800

Фильтр, который вносит самые большие нелинейные искажения в выходную АЧХ. Наблюдается пик №13 на частоте 1189 Гц, а также другие пики формируемые фильтром.

Фильтр DSP 2400, 3000

Приведена 1 картинка для двух значений аудио фильтра. Отличия в силе модулированных сигналов менее 0.1 дБ, поэтому я считаю фильтр тождественным для этих вариантов.

Фильтр DSP Full

Заметно некоторое расширение АЧХ. 

Выбираем режим LSB, частота 7.1 МГц 
Фильтр DSP 50, 100, 200, 500

Видно, что АЧХ LSB расположена зеркально АЧХ USB. Приведена 1 картинка для четырех значений аудио фильтра. Отличия в силе модулированных сигналов менее 0.1 дБ, поэтому я считаю фильтр тождественным для этих вариантов.

Фильтр DSP 1800

Фильтр, который вносит самые большие нелинейные искажения в выходную АЧХ. Наблюдается пик №11 на частоте 1189 Гц, а также другие пики формируемые фильтром.

Фильтр DSP 2400, 3000

Приведена 1 картинка для двух значений аудио фильтра. Отличия в силе модулированных сигналов менее 0.1 дБ, поэтому я считаю фильтр тождественным для этих вариантов.

Фильтр DSP Full

Заметно некоторое расширение АЧХ. 

Расширим эксперимент, усложнив аудиосигнал до 3-х гармоник: 1000, 2000, 3000 Гц

Выбираем режим LSB, частота 7.1 МГц 
Фильтр DSP 50, 100, 200, 500

Приведена 1 картинка для четырех значений аудио фильтра. Отличия в силе модулированных сигналов менее 0.1 дБ, поэтому я считаю фильтр тождественным для этих вариантов.  Маркерами отмечены М1- несущая, М2,М3,М4 - компоненты 1000, 2000, 3000 Гц
Можно отметить, что 2000 Гц более чем на 20 дБ сильнее компонент 1000 и 3000 Гц. 

Фильтр DSP 1800

Наблюдается компонент (Пик №9) на частоте 1079 Гц. Нелинейные искажения. 

Фильтр DSP 2400, 3000

Приведена 1 картинка для двух значений аудио фильтра. Отличия в силе модулированных сигналов менее 0.1 дБ, поэтому я считаю фильтр тождественным для этих вариантов.  Маркерами отмечены М1- несущая, М2,М3,М4 - компоненты 1000, 2000, 3000 Гц

Можно отметить, что 2000 Гц более чем на 19 дБ сильнее компонент 1000 и 3000 Гц. 

Фильтр DSP Full

Заметно расширение АЧХ. Можно отметить, что 2000 Гц более чем на 23 дБ сильнее компонент 1000 и 3000 Гц.  На фоне передачи аудиосигналов, уровень подавленной несущей достигает 16.72 дБм, а подавление несущей относительно немодулированного CW колебания 21.31 дБ, это более слабое подавление, чем было показано в опыте без аудиосигнала на входе модулятора. 

Переходим на диапазон 20М, сразу посмотрим аудиосигнал с тремя компонентами. 

Выбираем режим USB, частота 14.1 МГц 

Фильтр DSP 50, 100, 200, 500

Приведена 1 картинка для четырех значений аудио фильтра. Отличия в силе модулированных сигналов менее 0.1 дБ, поэтому я считаю фильтр тождественным для этих вариантов.  Маркерами отмечены М1- несущая, М2,М3,М4 - компоненты 1000, 2000, 3000 Гц

Можно отметить, что 2000 Гц более чем на 18.6 дБ сильнее компонент 1000 и 3000 Гц. 

Фильтр DSP 1800

Все также наблюдаем нелинейные искажения. Наибольший побочный пик №11, 1149 Гц
Фильтр DSP 2400 

Фильтр DSP  3000

Есть некоторое приподнятие со стороны LSB у фильтра 3000 Гц. Привожу обе спектрограммы.

Маркерами отмечены М1- несущая, М2,М3,М4 - компоненты 1000, 2000, 3000 Гц

Можно отметить, что 2000 Гц более чем на 18.22 дБ сильнее компонент 1000 и 3000 Гц.

Фильтр DSP Full

Заметно расширение АЧХ. Можно отметить, что 2000 Гц более чем на 20.28 дБ сильнее компонент 1000 и 3000 Гц. 

По определению подавление в dBc - разница между энергией несущей и полезного сигнала. Если взять например несущую как -24.2 дБм, а сигнал, 1 самую сильную компоненту 2000 Гц -7.41 дБ получаем подавление несущей 16.79 dBc. 

Все снятые осциллограммы можно скачать по ссылке https://drive.google.com/file/d/1OUYhhyiGWI6jYOJ_6QGG_D2QeitqF4n8/view?usp=sharing

1.1 Мб

Выводы:

1.Похоже, что фильтры 50,100,200,500 не задействованы в работе передачи ССБ сигналов, и всегда работает фильтр 2400 (или 3000). 

2. Большой разницы по АЧХ 2400 и 3000 заметить сложно. 

3. Фильтр Full выглядит чуть более широким, причем для LSB и USB. 

Дополнительная информация:

[1] Трансивер uSDR. Калибровка опорного генератора. https://lavrinenkov.blogspot.com/2024/04/usdr-usdr-25-mhz-calibration.html

[2] Трансивер uSDR. Излучаемые спектры и гармонические составляющие CW сигналов https://lavrinenkov.blogspot.com/2024/04/usdr-cw-usdr-cw-spectrograms.html

[3] Трансивер uSDR. Измерение выходной мощности [uSDR Output Power Measurements] https://lavrinenkov.blogspot.com/2024/04/usdr-usdr-output-power-measurements.html

[4] Трансивер uSDR. Зависимость выходной мощности от напряжения питания [Output Power and Voltage supplement of uSDR TRX]  https://lavrinenkov.blogspot.com/2024/04/usdr-output-power-and-voltage.html

Материал подготовил: Лавриненков Игорь / R2AJA

Для связи с автором есть почта: R2AJA at MAIL RU

Трансивер uSDR. Зависимость выходной мощности от напряжения питания [Output Power and Voltage supplement of uSDR TRX]

 В данном материале рассмотрим измерение мощности трансивера uSDR (uSDX) в режиме телеграфа (CW) и связь выходной мощности с напряжением питания. Трансивер uSDR (версия uSDX, прошивка R1.02v.) будет запитан от лабораторного источника питания (ЛИП) Instek PSP-603, ток ограничения Iogr=3.5A (надеюсь, не попаду на него). Режим усиления УМ трансивера выбран по умолчанию: 8.1 PA Bias min = 0, 8.2 PA Bias max = 223. 

Сверим точность установки напряжения мультиметром Fluke 289. Точность отображения напряжения не хуже 17 мВ, для данной работы этого более чем достаточно.

Можно сразу отметить ток в режиме приёма:

Ток по приёму составляет 77 мА с включенной подсветкой экрана, диапазон 20М.

Влияние громкости на ток приёма имеется, посмотрел на диапазоне 80М.

При напряжении питания Up=12 В Получим такую табличку:

Громкость	Ток, А	Мощность, Вт
5	0.077	0.924
10	0.077	0.924
15	0.097	1.164

Измерение мощности излучения, потребляемой мощности при передаче и при приёме выполняю обычным образом.

Результаты измерений свожу в таблицу. Измерения проведены на напряжениях: 7В (начало устойчивой работы), 9В (напряжение одного элемента 6F22), 12В, 13.8 В (предельное напряжение, указанное на корпусе трансивера). 

Обозначения столбцов таблицы:

F, МГц         Частота, МГц
Up, В         Напряжение питания, В
Idr, A         Ток приема громкость 10, экран с подсветкой, А
Isr, A         Ток передачи, А
P_uSDR         Мощность на экране uSDR, Вт
W, дБм         Мощность на измерителе мощности NRX, дБм
W, Вт         Мощность на измерителе мощности NRX, Вт
Wпит, Вт Мощность потребления, Вт
n_prd, Вт КПД на излучение

Примечания:

1. На частоте 50.3 (6М) и напряжении питания 7В при передаче зажигается надпись SWR nan3, на напряжениях 9,12,13.8 В зажигается SWR nan2.

Дополнительно выполнена проверка связи напряжения смещения в усилительном каскаде трансивера, за который отвечают параметры 8.1 PA Bias min, 8.2 PA Bias max. Для проверок выбраны диапазоны 40М и 20М, напряжение питания 12В. 

PA Bias min = 0

PA Bias max изменяется от 10 до 255.

7 МГц

PA Bias max	P, dBm	P, Вт
10	-13.82	4.14954E-05
50	-7.46	0.000179473
100	20.53	0.112979591
150	34.52	2.831391996
200	37.41	5.508076964
223	37.46	5.571857489
255	37.48	5.597576015

14 МГц

PA Bias max	P, dBm	P, Вт
10	-5.55	0.00027861
50	0.2	0.00104713
100	22.5	0.17782794
150	31.34	1.36144468
200	34.76	2.99226464
223	35.17	3.28851631
255	35.61	3.63915036

Выводы:

1. Трансивер uSDR начинает работать при Up от 7 В!
2. Ток по приёму 0.077 А с подсветкой, подсветка не отключается!
3. При напряжении 7В, немного слабеет подсветка при передаче;
4. Чем выше частота, тем больше ток по приёму;
5. Прибор включается на 6.7В неуверенно с потрескиванием по приему.

6. Параметр PA Bias max может регулировать выходную излучаемую мощность в режиме CW. 

Дополнительная информация:

[1] Трансивер uSDR. Калибровка опорного генератора. https://lavrinenkov.blogspot.com/2024/04/usdr-usdr-25-mhz-calibration.html

[2] Трансивер uSDR. Излучаемые спектры и гармонические составляющие CW сигналов https://lavrinenkov.blogspot.com/2024/04/usdr-cw-usdr-cw-spectrograms.html

[3] Трансивер uSDR. Измерение выходной мощности [uSDR Output Power Measurements] https://lavrinenkov.blogspot.com/2024/04/usdr-usdr-output-power-measurements.html

Материал подготовил: Лавриненков Игорь / R2AJA

Для связи с автором есть почта: R2AJA at MAIL RU