Allpass-Phasenschieber für SSB   

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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.



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