Если в трансивере с раздельными трактами передачи и приема использован смеситель на встречно-параллельных диодах или противофазно-управляемых полевых транзисторах, то гетеродин работает на частоте вдвое ниже частоты сигнала. Тогда в передающем тракте необходим дополнительный удвоитель частоты, рбойтись без него позволяет модулятор, преобразующий частоту по закону 2f±F. Схема одного из подобных модуляторов приведена на рис. 33. Это обычный дифференциальный каскад на полевых транзисторах VI и V2. Амплитуда ВЧ напряжения на одном из входов подбирается несколько большей, чем необходимо для начала ограничения. Форма выходного тока при этом является ограниченной синусоидой и содержит при симметричном ограничении лишь нечетные гармоникиfo, Зго, 5f0 и т. д. Когда на другой вход каскада приходит положительная полуволна НЧ сигнала, ограничение становится несимметричным и в выходном токе появляется вторая гармоника, выделяемая контуром L1C2, настроенным на частоту 2f0. При отрицательной полуволне НЧ сигнала также выделяется вторая гармоника, но уже с обратной фазой. Таким образом, на частоте 2f0 получается DSB сигнал с подавленной несущей. Подстроечным резистором R5 балансируют модулятор, добиваясь минимума сигнала с частотой 2fo на выходе в отсутствие модуляции.

3. ФАЗОВРАЩАТЕЛИ

Существует очень много различных цепей, сдвигающих фазу выходного сигнала относительно входного. Многие из них пригодны и для однополосных фазовых формирователей и демодуляторов SSB сигналов. Общее требование к фазовращателям - получение двух равных по амплитуде напряжений с относительным сдвигом фазы 90°. Это требование просто выполнить на одной частоте, труднее - в диапазоне частот. Относительная ширина любительских диапазонов составляет от 1,4 % (40 м) до 6% (10 м), поэтому схемы ВЧ фазовращателей обычно очень просты. На рис. 34 показано несколько схем ВЧ фазовращателей. В устройстве рис. 34, а ток вторичной обмотки трансформатора связи 77, протекая через последовательно включенные резистор и конденсатор, создает на них напряжения, сдвинутые по фазе на 90°. Напряжения равны, когда емкостное сопротивление равно активному, т. е. 1/2пfC=R. Необходимую емкость конденсатора для настройки фазовращателя на частоту f при заданном сопротивлении резистора R находят по формуле C = jafR. При расчете все величины, если специально не оговорено, надо выражать в единицах системы СИ: частоту в герцах, емкость в фарадах, сопротивление в омах. Для данного фазовращателя при отклонениях частоты от расчетной разбаланс выходных напряжений прямо пропорционален расстройке (фазовращатель 1-го порядка). В диапазоне 10 м, например, разбаланс составит 3% на краях диапазона. Если нежелательно, чтобы фазовращатель вносил потери, резистор R можно заменить катушкой индуктивности, образующей с конденсатором С контур, настроенный на частоту сигнала. Оба выхода в этом случае должны быть нагружены активными сопротивлениями, равными R. Ими могут быть входные сопротивления смесителей. Частотные и фазовые характеристики при такой замене не изменяются.

Фазовращатель 2-го порядка (рис. 34,6) значительно лучше поддерживает равенство выходных напряжений в диапазоне частот. В отличие от первого в нем последовательно с конденсатором включена катушка индуктивности L. Напряжение на ней также сдвинуто на 90° относительно тока, но в другую сторону, таким образом, оно противоположно по фазе напряжению на конденсаторе. Напряжение на индуктивности инвертируется второй половиной обмотки и складывается с напряжением на емкости, образуя выходное напряжение со сдвигом фазы 90°. Расчетные формулы фазовращателя таковы (индуктивность взята для одной половины обмотки):

Рис. 34. Схемы ВЧ фазовращателей:

а - первого порядка; б - второго порядка; в - без симметрирующего трансформатора

При отклонениях частоты от f0 напряжения на емкости и индуктивности изменяются по-разному, одно растет, другое уменьшается, и это компенсирует изменение выходного напряжения в некотором диапазоне частот. Отношение выходных напряжений фазовращателя равно

2x/(X2+l), где X = f/frj.

Фазовращатель, показанный на рис. 34, в, имеет од-нополярные вход и выходы и не требует симметрирующего трансформатора. Равенство выходных напряжений при 90° фазовом сдвиге получаются при равенстве емкостного, индуктивного и активного сопротивлений, т. е. при 2nfoL = /foC = R. Входное сопротивление и паразитную емкость смесителей можно учесть соответствующим изменением величин R и С. Диапазонные свойства получаются не лучше, чем у других фазовращателей 1-го порядка, поскольку при изменениях частоты меняются и амплитуда и фаза выходного сигнала. Более широкополосные ВЧ фазовращатели без потерь можно собрать по схемам, аналогичным схемам НЧ фазовращателей на LC элементах, описанным ниже.

Рис. 35. НЧ фазовращатель: а - структурная схема; б - ФЧХ

Низкочастотные фазовращатели можно выполнить как на RC, так и на RLC и LC элементах. Фазовые характеристики фазовращателей одинакового порядка совпадают, различаются лишь вносимые потери. Они значительны у RC фазовращателей, около 6 дБ у RLC и практически отсутствуют у LC фазовращателей. НЧ фазовращатель составляют из элементарных фазовых звеньев, модуль коэффициента передачи которых равен единице (амплитуды входного и выходного сигналов равны), а фазовый сдвиг изменяется от 0 до 180° при повышении частоты. На собственной частоте звена фазовый сдвиг равен 90°. Общее число звеньев определяет порядок фазовращателя, оно может быть любым, но число звеньев в каналах не должно отличаться больше чем на единицу. Структура НЧ фазовращателя показана на рис. 35, а, его фазовая характеристика - на рис. 35, б. График ф1 показывает изменение фазы в нижнем канале, а ф2 - в верхнем. При соответствующем выборе собственных частот звеньев U1 - UN разность фаз на выходах фазовращателя Дф = ф1 - ф2 равна 90° с небольшими отклонениями. Наиболее широкополосны фазовращатели с чебышевской фазочастотной характеристикой (ФЧХ), у которой все отклонения разности фаз от 90° равны по абсолютной величине и противоположны по знаку. Число частот, на которых разность фаз точно равна 90°, совпадает с порядком фазовращателя. ФЧХ на рис. 35, б соответствует фазовращателю 4-го порядка, содержащему по два элементарных звена в каждом канале. Более сложные фазовращатели применять в любительской практике вряд ли целесообразно. Расчетные собственные частоты звеньев и другие необходимые параметры фазовращателей различных порядков приведены в табл. 3. Подавление боковой полосы относится к точкам, где отклонение фазового сдвига максимально, а на других частотах звукового спектра подавление будет больше. Частоты, где ДФ = 90°, соответствуют точкам «бесконечного» подавления.

Таблица 3

Схема элементарного RC звена приведена на рис. 36, а. Постоянная времени R1C1 = R2C2 определяет

собственную частоту звена г=1/2пЯС. Модуль коэффициента передачи звена постоянен на всех частотах и равен R2/(R1±R2). При высокоомной нагрузке элементы R2C2 можно исключить, и тогда коэффициент передачи будет равен единице. Векторная диаграмма, иллюстрирующая работу звена в этом случае, показана на рис. 36, б. Вектор О А обозначает напряжение на верхней (по схеме рис. 36, а) половине обмотки симметрирующего трансформатора 77. Средний вывод обмотки (точка О) соединен с общим проводом. Напряжение на нижней половине обмотки противоположно по фазе, ему соответствует вектор ОВ. Напряжение на конденсаторе ис (вектор СВ) сдвинуто по фазе на 90° относительно напряжения на резисторе R1 UR (вектор АС), а сумма этих напряжений равна полному напряжению на вторичной обмотке (АВ). Напряжение НЧ на выходе цепочки обозначено вектором ОС. При возрастании частоты звукового сигнала напряжение на конденсаторе уменьшается, поскольку падает его емкостное сопротивление, а на резисторе увеличивается. Конец вектора ОС при этом движется вправо по окружности, обозначенной на рисунке штриховой линией. Его длина, соответствующая амплитуде выходного сигнала, не изменяется, а угол поворота, соответствующий фазе, изменяется от 0 до 180°.

Рис. 36. Элементарное фазовращающее RC звено: а - схема; б - векторная диаграмма

Для построения фазовращателя второго порядка ко вторичной обмотке трансформатора Т1 присоединяют и второе элементарное звено, настроенное на другую частоту, в соответствии с данными табл. 3. Трансформатор можно заменить фазоинверсным каскадом на транзисторе. Для получения более высокого порядка элементарные звенья в каждом канале чередуются с фазоинверсными каскадами. Такой фазовращатель, разумеется, пригоден только для передающего тракта трансивера. Хотя его схема получается довольно сложной, фазовращатель с разделенными звеньями удобен тем, что позволяет независимо подстраивать частоты звеньев, например, с помощью подстроечных резисторов, и получать, таким образом, нужную фазовую характеристику.

Рис. 37. Низкочастотный RC фазовращатель