sábado, 14 de novembro de 2009

Transmissão em SSB [Primeira parte]

O termo SSB é a sigla em inglês para "Single SideBand" ou faixa lateral única. Esse termo refere-se à principal característica desse tipo de emissão, que é a de transmitir somente uma das faixas laterais pelo processo de modulação em amplitude com supressão da portadora. De fato, o sistema de modulação em SSB pode ser encarado como um avanço em relação ao sistema AM-DSB/SC e dele se origina. A Figura 1 mostra os espectros dos vários tipos de modulação em amplitude.


Figura 1


Como seria de se esperar, devido à existência de duas faixas laterais, existem dois modos de se emitir um sinal de SSB: em USB (Upper SideBand), faixa lateral superior, ou LSB (Lower SideBand), faixa lateral inferior. Existem basicamente três métodos para a obtenção do SSB: por filtragem, por fase e por segmentação do espectro.
Modernamente, porém, somente o método da filtragem é utilizado, devido à disponibilidade de filtros apropriados para a execução dos circuitos de transmissão.

SSB por Filtragem

Neste método inicialmente se produz um sinal AM-DSB/SC com um modulador balanceado e na seqüência remove-se uma das faixas laterais com o auxílio de um filtro passa-faixa (Figura 2).


Figura 2a

Figura 2b


O funcionamento deste transmissor pode ser descrito como se segue.

Amplificador de áudio: tem a finalidade de adaptar o nível do sinal entregue pelo microfone às necessidades do modulador balanceado. Inclui muitas vezes algum tipo de tratamento do sinal com o objetivo de melhorar a inteligibilidade. Um limitador de picos é quase sempre empregado ou, então, um compressor de nível.

Modulador balanceado: gera o sinal AM-DSB/SC a partir do sinal modulante proveniente do amplificador de áudio e da portadora, oriunda do oscilador do mesmo nome.

Oscilador de portadora: gera um sinal de RF de amplitude e freqüência constantes. Geralmente utiliza um cristal oscilador para melhoria da estabilidade de freqüência.

Filtro de faixa lateral: como o seu nome sugere, sua finalidade é filtrar uma das duas faixas laterais entregues pelo modulador balanceado. Devido à alta seletividade requerida neste ponto do circuito, normalmente não são empregados circuitos LC e sim filtros mecânicos ou a cristal.

Misturador de canal: justamente pela necessidade do uso de filtros especiais para eliminação da faixa lateral indesejada, toma-se imperativo o uso do estágio misturador. Acontece que os filtros de faixa lateral são fabricados em algumas poucas freqüências, e a necessidade da obtenção de inúmeros canais de RF obriga a se dispor de um estágio misturador para obtê-los.

Oscilador de canal: através da escolha apropriada da freqüência deste oscilador é que se consegue obter a freqüência irradiada. Geralmente, como no caso do oscilador de portadora, utilizam-se cristais em sua construção. Contudo, em equipamentos de freqüência variável utilizam-se osciladores LC de alta estabilidade ou sintetizadores de freqüências digitais.

Filtro de canal: é utilizado para filtrar os sinais na saída do misturador do canal, permitindo que apenas um deles tenha acesso ao amplificador linear. Como as necessidades de seletividade são menos severas nesse ponto, utilizam-se circuitos LC na construção desse filtro.

Amplificador linear: serve para amplificar o sinal que será irradiado pela antena. Sua construção exige precauções no tocante à quantidade de distorção introduzida pelo circuito, que deve permanecer a mais baixa possível. Utilizam-se sempre dispositivos polarizados em classe A ou B, sendo proibido o uso de amplificadores classe C.

A maior parte dos estágios que compõem um transmissor de SSB já foi analisada nos capítulos anteriores. Aqui serão abordados o funcionamento, em maior profundidade, do filtro de faixa lateral e do amplificador linear, já que se trata de circuitos específicos para esse tipo de transmissor.

O Filtro de Faixa Lateral

Para cumprir sua finalidade, o filtro de faixa lateral deverá exibir uma curva de resposta semelhante à da Figura 3.


Figura 3


A atenuação final precisa exceder - 40 dB para uma boa supressão da faixa lateral. A ondulação da curva de resposta dentro da região plana não deverá ultrapassar a 3 dB e a largura de faixa a - 3 dB deverá ser inferior a 3 kHz. O fator de forma da curva do filtro, que é a relação entre largura de faixa a - 60 dB e a largura de faixa a - 6 dB, deve ser o menor possível. A freqüência da portadora é aquela em que a curva de resposta do filtro exibe uma atenuação de aproximadamente - 20 dB.

Filtros Mecânicos

A indústria americana iniciou a produção de modelos desse tipo de filtro em 1952 e a indústria japonesa em meados dos anos 60. Sem dúvida, a mais significativa característica desse tipo de filtro é o alto Q dos ressoadores de disco metálico dos quais é feito. Um Q de 10000 é comum neste tipo de ressoador.
Os filtros mecânicos desfrutam de uma excelente característica de estabilidade de freqüência. Isso toma possível fabricá-los com uma faixa passante que vai de algumas centenas de hertz até alguns quilohertz.
A Figura 4 ilustra o modo de operação de um filtro mecânico. A Figura 5 mostra a constituição interna de um filtro com transdutores magneto-estritivos.


Figura 4

Figura 5


Outros filtros utilizam transdutores piezoelétricos. A figura 6 mostra o circuito equivalente elétrico de um filtro mecânico com transdutores magneto-estritivos.


Figura 6


Como observação final, o filtro mecânico é fabricado para freqüências inferiores a 1 MHz e sua perda inserção não ultrapassa 7 dB.
A impedância de terminação é de aproximadamente 50 k ohms para um filtro magneto-estritivo de 455 kHz e sua capacitância de sintonia é de cerca de 120 pF. Filtros com transdutores piezoelétricos requerem uma impedância menor, em tomo de 1 k ohms.

Filtros Piezoelétricos

Um cristal oscilador exibe uma ressonância série, fs, e, numa freqüência ligeiramente maior, uma ressonância paralela, fp, conforme se pode concluir, pelo exame da Figura 7.


Figura 7


Em ambos os casos o fator de qualidade Q é muito elevado, podendo superar 100 mil vezes. O cristal é utilizado como filtro nas imediações da ressonância série. Como a separação pólo-zero, fp – fs, equivale, num cristal em aberto do tipo HC-6U, a cerca de 0,12% de fs, a largura de faixa obtida com o uso de cristais de freqüência inferior a 1,25 MHz será insuficiente para o uso em SSB, havendo a necessidade de aumentar a separação. Isso pode ser conseguido pela conexão de uma indutância externa em série com o cristal, para diminuir fs, ou em paralelo para aumentar fp. A Figura 8 mostra os efeitos causados pelo uso de indutâncias.


Figura 8a

Figura 8b


O uso de indutâncias, contudo, pode originar respostas espúrias. A Figura 8b mostra o aparecimento de uma ressonância paralela abaixo da freqüência de ressonância do braço RLC-série, causada pela colocação de uma indutância externa em paralelo com o cristal.
A Figura 9 mostra um filtro a cristal do tipo meia-treliça.


Figura 9


Esta configuração é utilizada para neutralizar a capacitância Co dos cristais e aumentar a faixa de passagem, que passa a ser igual ao dobro do espaçamento entre fp e fs. Para isso, tanto a separação de freqüências entre pólo e zero quanto à diferença entre as freqüências de ressonância série dos cristais Y1 e Y2 deverão ser de aproximadamente 1,5 kHz, ou seja, fS2 igual a fp1, para uma faixa de passagem de 3 kHz. O valor exato de fp2 pode ser ajustado por meio de C2. Desta forma, haverá o máximo de sinal na saída, e mínimo de atenuação, tanto nas freqüências de ressonância série de ambos os cristais, quanto nas freqüências onde as reatâncias apresentadas pelos cristais tiverem sinais opostos, ou seja, acima de fS1 e abaixo de fS2, acima de fp1 e abaixo de fp2. Nas freqüências onde as reatâncias tiverem os mesmos sinais, haverá atenuação, sendo máxima quando as reatâncias forem exatamente iguais, o que ocorre acima de fp2, no filtro meia-treliça. A atenuação da faixa lateral obtida pela utilização de um filtro meia-treliça de apenas -20 dB. Para conseguir maior atenuação, deve-se utilizar o filtro treliça, mostrado na Figura 9b, que apresenta maior atenuação da faixa lateral indesejada (- 40 dB). Um filtro adequado para SSB deve utilizar seis cristais, sendo quatro na configuração treliça e dois na configuração meia-treliça. A atenuação conseguida para a faixa lateral, dessa maneira, é de aproximadamente - 60 dB.

O Excitador de SSB

A Figura 10 mostra um excitador completo para SSB, cujo funcionamento é analisado a seguir.


Figura 10


Função dos Principais Componentes

D1 e D2 - servem para nivelar os picos do sinal de voz, proveniente do microfone (diodos limitadores).
R4 - regula o nível de modulação.
Q1 e Q2 - modulam a portadora com o sinal de áudio, suprimindo-a na saída, onde aparecem somente as faixas laterais.
R7, R8 e C9 - ajustam o equilíbrio do circuito modulador.
FM1 - filtro mecânico de faixa lateral. Suprime uma das faixas laterais.
Q3 - fornece o ganho de tensão ao sinal de FI.
T2 - sintonizado na FI. Serve de acoplamento ao estágio seguinte.
Q4 e Q5 - converte a freqüência de FI na freqüência desejada de transmissão.
R13 - ajuste de equilíbrio do misturador de canal.
T3 - bobina trifilar.
Q6 - oscilador de portadora.
C18 - ajuste fino da freqüência da portadora.
Q7 - gerador de corrente constante.
Q8 - oscilador de canal.
C22 - ajuste fino da freqüência do oscilador de canal.
Q9 - gerador de corrente constante.
Y1 - cristal de portadora.
Y2 - cristal de canal.

Modulador Balanceado

É composto pelos transistores Q1, Q2 e Q7, mais os potenciômetros R7 e R8 e o trimmer C9. O potenciômetro R7 compensa as diferenças de VBE dos transistores Q1 e Q2. O potenciômetro R8 mais o trimmer C9 ajustam o equilíbrio do modulador, permitindo a eliminação quase completa da portadora. Na verdade é possível obter-se uma atenuação da portadora de aproximadamente - 40 dB em relação ao nível das faixas laterais. O transformador T1 é usado para inverter a fase do sinal de áudio destinado à base de cada transistor.
Os capacitores C3 e C4 desacoplam as bases para o sinal de portadora, já que os transistores moduladores operam em base-comum para esse sinal.
O uso de um gerador de corrente constante, Q7, para acoplar a portadora aos emissores dos transistores moduladores, bem como a seleção adequada dos componentes (no sentido da obtenção do equilíbrio perfeito de todo o circuito), proporciona a melhor condição de funcionamento. T1 tem uma impedância de 10 k ohms no primário e 500 ohms em cada metade do secundário. A corrente de coletor dos transistores é igual a 1mA, exceto para Q7, onde a corrente tem o dobro do valor. O divisor de tensão de base polariza-as ao redor de 3 V. Os transistor são todos BF 494, que possuem uma fT = 250 MHz e ß = 115.
O trimpot R8 é utilizado para o ajuste do equilíbrio do modulador balanceado, permitindo o cancelamento da portadora. A ação de R8 é complementada pelo trimmer C9, que corrige eventuais diferenças de fase entre os sinais presentes em ambos os coletores. Às vezes toma-se necessário conectar C9 ao coletor de Q1, para conseguir-se uma atuação correta.

Misturador de Canal

O funcionamento do misturador de canal é, sobre todos os aspectos, semelhante ao do modulador balanceado, valendo para este estágio os mesmos critérios de seleção rigorosa dos componentes utilizados, visando à obtenção do melhor equilíbrio do circuito a fim de suprimir na saída o sinal do oscilador de canal.
O potenciômetro R13 mais os resistores R14 e R15 formam um divisor de tensão que modifica a polarização da porta dos FETs, fazendo variar sua condutância, proporcionando a compensação das eventuais diferenças de parâmetros dos componentes usados.
O transformador T3 mais o capacitor C16 sintonizam a freqüência desejada, fc + fi ou fc - fi. Para melhor precisão e controle da capacitância distribuída dos enrolamentos, é utilizado um transformador trifilar.
Os capacitores C14 e C15 colocados nas portas dos FETs devem apresentar baixa impedância para a freqüência de conversão e servem para criar uma tensão simétrica entre os terminais do transformador de FI, melhorando o desempenho geral.
Após o misturador de canal, deve ser colocado um filtro suficientemente seletivo para eliminar os produtos indesejados de conversão. Normalmente, são necessários pelo menos dois circuitos ressonantes LC paralelos para a obtenção da seletividade necessária. Aqui isso é conseguido pelos seguintes componentes: C16 em paralelo com a indutância do primário de T3 formam o primeiro filtro passa-faixa de canal. O segundo filtro passa-faixa está localizado no pré-amplificador de RF, mostrado na Figura 18. Os componentes do filtro são L2 e C2. Juntos, os filtros conseguem atenuar pelo menos -40 dB os produtos indesejáveis de conversão.

Fonte:
Telecomunicações
Juarez do Nascimento
Makron Books

10 comentários:

Luciano disse...

Picco, o método mais comum empregado hoje em dia por nós radioamadores para gerar SSB, é o o primeiro método, só faltou explicar que é usado um "simples" filtro a cristal, chamado de LADDER.

Veja um exemplo de filtro LADDER:

http://py2ohh.w2c.com.br/trx/ararinha4/ararinhaladder/ararinhaladder.htm

Picco disse...

Luciano, está explicado agora, na verdade como eu peguei esse texto de um livro, o autor não se preocupou em entrar em detalhes sobre o filtro a cristal.

Anônimo disse...

olha picco, a maioria dos transceptores SSB usam a diferença,de 2,5Khz na direfença de frequencias de USB e LSB. so para ser preciso. muito bom seu Blog.

Picco disse...

Obrigado pela visita, está anotado sua observação.

Um abraço

NAILTON PY7NM RADIOAMADOR disse...

noça cara imprecionante so nao emcontrei em modo LSB como e colocado neste tipo de transmissor ok mais ficou um 10 parabemss vc eu tiro meu chapel ok valeoo forte 73 ! de PY7NM/NAILTON

NAILTON PY7NM RADIOAMADOR disse...

ficou o bixoo parabems forte 73 vc e toda familha eu so nao emcontrei a parte do LSB ok eu tiro meu chapel para vc !!

Picco disse...

Nailton,

Obrigado pela visita, você chegou a olhar o livro do Juarez se tem sobre LSB? Tenho o livro no blog, mas não lembro se tem mais sobre SSB lá.

Um abraço

Cassiano Mendonça disse...

Senhores para passar o excitador de USB para LSB é muito facil, basta substituir o cristal de 453,5khz por um de 456,35khz, se colocar uma chave para comutar entre estes dois cristais, tem-se as duas bandas!

Picco disse...

Cassiano,

Obrigado pela visita e pela dica.

Um abraço

Anônimo disse...

Seu site está muito pesado!!!