Zenders

Een zender maakt een stabiel hoogfrequent signaal, brengt daar de informatie op (modulatie), versterkt het tot het gewenste vermogen en levert het schoon aan de antenne. Voor het N-examen moet je de blokschema's van een CW-, FM- en EZB-zender (SSB-zender) kennen, de functie van elke trap, en de belangrijkste zendereigenschappen.

Blokschema's van zenders

CW-zender

oscillator (kristal of VFO) → scheidingstrap (buffer) → stuurtrap → eindtrap → uitgangsfilter (pi-filter) → antenne

De seinsleutel schakelt de draaggolf aan en uit, meestal door de stuurtrap en/of de eindtrap in en uit te schakelen. De oscillator loopt ongestoord door; de scheidingstrap (buffer) ertussen zorgt dat het sleutelen de oscillatorfrequentie niet beïnvloedt. Een CW-signaal is dus een draaggolf die in het ritme van de morsetekens aan en uit gaat.

FM-zender

microfoon → microfoonversterker → frequentie- of fasemodulator (bij de oscillator) → buffer → frequentievermenigvuldiger(s) → stuurtrap → eindtrap → uitgangsfilter (pi-filter) → antenne

Voorbeeld voor 2 m: een oscillator op 12 MHz met vermenigvuldigers ×3, ×2 en ×2 (samen ×12) geeft 144 MHz.

Een vermenigvuldiger vermenigvuldigt niet alleen de frequentie, maar ook de frequentiezwaai. Bij ×12 wordt een zwaai van 250 Hz dus 3 kHz.

EZB-zender

microfoon → microfoonversterker → balansmodulator (+ draaggolfoscillator, kristal) → zijbandfilter → mengtrap (+ VFO) → stuurtrap → lineaire eindtrap → uitgangsfilter (pi-filter) → antenne

Het EZB-signaal wordt eerst op een vaste frequentie gemaakt, bijvoorbeeld 9 MHz. Daarna zet de mengtrap het met de VFO om naar de zendfrequentie. Dit heet de filtermethode.

Functies van de trappen

Oscillator (kristal en VFO)

De oscillator wekt het hf-signaal op.

• Kristaloscillator: zeer stabiel en nauwkeurig, maar staat op één vaste frequentie (per kristal).
• VFO (variabele frequentie-oscillator): de frequentie is instelbaar, maar hij is minder stabiel dan een kristal. Hij is gevoelig voor temperatuur, spanningsschommelingen en belasting.

Scheidingstrap (buffer)

De buffer zit direct na de oscillator. Hij scheidt de oscillator van de volgende trappen, zodat veranderingen in de belasting (bijvoorbeeld bij het seinen of bij een veranderende eindtrap) de oscillatorfrequentie niet beïnvloeden. Zijn doel is dus frequentiestabiliteit, niet veel versterking.

Stuurtrap

De stuurtrap (driver) versterkt het signaal tot het niveau dat nodig is om de eindtrap volledig uit te sturen.

Frequentievermenigvuldiger

Een frequentievermenigvuldiger is een versterker die opzettelijk vervormt, zodat er harmonischen ontstaan. Zijn uitgangskring is afgestemd op de gewenste harmonische (2×, 3×, ...).

• Verdubbelaar: 72 MHz → 144 MHz
• Verdrievoudiger: 48 MHz → 144 MHz
• Bij meerdere trappen achter elkaar vermenigvuldig je de factoren: ×3, ×3, ×2 geeft ×18, dus 8 MHz → 144 MHz.

Zo kun je een stabiele oscillator op een lage frequentie gebruiken voor een zender op een hoge frequentie.

Bij FM vermenigvuldigt de vermenigvuldiger ook de zwaai: een verdrievoudiger maakt van 1 kHz zwaai 3 kHz. Wil je met ×12 op 2 m een zwaai van 3 kHz, dan moet de modulator 3 kHz / 12 = 250 Hz zwaai maken. Aan de uitgang van een vermenigvuldiger zitten ook nog de oorspronkelijke frequentie en andere harmonischen (bij 36 → 72 MHz bijvoorbeeld 36 en 108 MHz); filters erna moeten die onderdrukken.

Mengtrap

In een zender mengt de mengtrap een signaal op een vaste frequentie (bijvoorbeeld het EZB-signaal op 9 MHz) met een VFO-signaal. Aan de uitgang staan de som en het verschil. Een filter na de mengtrap kiest de gewenste frequentie.

Rekenvoorbeeld: 9,0 MHz EZB met een VFO op 5,1 MHz geeft 9,0 + 5,1 = 14,1 MHz (som, 20-m-band) en 9,0 − 5,1 = 3,9 MHz (verschil). 3,9 MHz ligt in geen enkele Nederlandse amateurband; het filter na de mengtrap laat alleen 14,1 MHz door.

Frequentie- en fasemodulator

• Frequentiemodulator (directe FM): het audiosignaal verandert de frequentie van de oscillator zelf, bijvoorbeeld via een capaciteitsdiode (varicap) in de oscillatorkring. De varicap zelf is geen N-examenstof; in N-examens komt hij alleen in foute antwoorden voor.
• Fasemodulator (indirecte FM): het audiosignaal verandert de fase van het signaal in een trap na de oscillator. Het resultaat is ook een FM-achtig signaal, maar de oscillator zelf wordt niet gemoduleerd en kan dus een stabiel kristal blijven.

Balansmodulator

Een balansmodulator mengt het audiosignaal met de draaggolf van een (kristal)oscillator. Aan de uitgang staan de twee zijbanden; de draaggolf is onderdrukt. Het resultaat is een dubbelzijbandsignaal zonder draaggolf.

Zijbandfilter

Het zijbandfilter, meestal een kristalfilter, laat één zijband door (de bovenste of de onderste) en onderdrukt de andere. Pas na dit filter heb je een echt EZB-signaal.

Rekenvoorbeeld. De draaggolfoscillator staat op 10,700 MHz en de spraak loopt van 300 tot 3000 Hz. De bovenste zijband (USB) loopt dan van 10,7003 tot 10,7030 MHz en de onderste zijband (LSB) van 10,6970 tot 10,6997 MHz. Het USB-filter laat 10,7003–10,7030 MHz door, het LSB-filter 10,6970–10,6997 MHz. De draaggolf (10,700 MHz) valt er net buiten.

Vermogensversterker (eindtrap)

De eindtrap (PA, power amplifier) versterkt het signaal tot het gewenste uitgangsvermogen voor de antenne.

• Bij EZB moet de eindtrap lineair zijn, omdat de amplitude van het signaal meebeweegt met de spraak. Een niet-lineaire eindtrap vervormt het signaal en maakt het breder (splatter).
• Bij CW en FM is de amplitude constant. Daar mag een niet-lineaire eindtrap (klasse C) met een hoger rendement.

Uitgangsfilter (pi-filter)

Het pi-filter bestaat uit een spoel in serie met aan beide kanten een condensator naar massa, zodat het op de Griekse letter π lijkt. Het is een laagdoorlaatfilter met twee taken:

1. harmonischen onderdrukken, dus ongewenste uitstraling tegengaan;
2. impedantie aanpassen: de uitgangsimpedantie van de eindtrap aanpassen aan de kabel en de antenne (meestal 50 Ω).

Voeding

De voeding levert de gelijkspanningen voor alle trappen. Voor de eindtrap moet ze een grote stroom kunnen leveren. Voor de oscillator moet de spanning goed gestabiliseerd zijn, want spanningsschommelingen laten de frequentie verlopen.

Zendereigenschappen

Frequentiestabiliteit

Frequentiestabiliteit is het vermogen van een zender om op de ingestelde frequentie te blijven, zonder te verlopen (driften). Maatregelen:

• een kristaloscillator of een stabiele VFO;
• een buffertrap na de oscillator;
• een gestabiliseerde voedingsspanning voor de oscillator;
• een constante temperatuur, of opwarmen voor gebruik.

Hf-bandbreedte

De hf-bandbreedte is de breedte van het frequentiegebied dat het uitgezonden signaal inneemt. Hoe smaller, hoe meer stations naast elkaar passen.

Modulatiesoort	Bandbreedte (spraak tot ca. 3 kHz)
CW	zeer smal, ongeveer 100 tot enkele honderden Hz
EZB (SSB)	ongeveer 3 kHz (één zijband)
AM	ongeveer 6 kHz (twee zijbanden: 2 × de hoogste audiofrequentie)
FM (smalband)	ruim 10 kHz

Van smal naar breed: CW → EZB → AM → FM. Bij CW maken te steile flanken bij het seinen sleutelklikken: het signaal wordt dan onnodig breed en stoort op naburige frequenties.

Bij FM hangt de bandbreedte af van de zwaai en van de hoogste modulerende (audio)frequentie. Vuistregel: B ≈ 2 × (zwaai + hoogste audiofrequentie). Met een zwaai van 3 kHz en spraak tot 3 kHz wordt dat 2 × (3 + 3) = 12 kHz. Moduleer je harder, dan wordt de zwaai groter en het signaal breder. Bij een te grote zwaai past het signaal niet meer in het mf-filter (ongeveer 12 kHz) van de ontvanger en klinkt het vervormd. Het zendvermogen van een FM-zender verandert niet door de modulatie.

Zijbanden

Bij modulatie ontstaan zijbanden naast de draaggolf: f_draaggolf + f_audio (bovenzijband, USB) en f_draaggolf − f_audio (onderzijband, LSB).

Rekenvoorbeeld: een draaggolf op 3,700 MHz wordt met een toon van 1 kHz gemoduleerd. De zijbanden liggen dan op 3,699 MHz en 3,701 MHz.

• AM zendt de draaggolf en beide zijbanden uit.
• EZB zendt één zijband uit, zonder draaggolf. Een EZB-zender in USB met de (onderdrukte) draaggolf op 14,200 MHz zendt bij een toon van 1 kHz dus alleen op 14,201 MHz uit.

Uitgangsvermogen

Het hf-uitgangsvermogen is het vermogen dat de zender aan de antenne(kabel) levert. Het gelijkstroom-ingangsvermogen van de eindtrap is P = U · I. Het verschil tussen ingangs- en uitgangsvermogen wordt in de eindtrap omgezet in warmte.

Rekenvoorbeeld: de eindtrap neemt 13,8 V × 10 A = 138 W op en levert 80 W hf. Er gaat dan 138 − 80 = 58 W verloren als warmte.

Gebruik nooit meer vermogen dan nodig is voor de verbinding.

Ongewenste uitstralingen

Ongewenste uitstralingen zijn signalen buiten de bedoelde bandbreedte. Ze kunnen andere diensten storen, zoals radio en tv. Voorbeelden:

• harmonischen: veelvouden van de zendfrequentie;
• parasitaire oscillaties: ongewenste trillingen in de eindtrap, op een willekeurige frequentie;
• splatter: verbreding door overmodulatie of een niet-lineaire EZB-eindtrap;
• sleutelklikken bij CW.

Maatregelen: een goed afgeregelde zender, een uitgangsfilter (pi-filter of extra laagdoorlaatfilter), niet overmoduleren, en niet meer vermogen dan nodig.

Harmonischen

Een harmonische is een geheel veelvoud van de grondfrequentie: de 2e harmonische is 2 × f, de 3e harmonische is 3 × f, enzovoort.

Grondfrequentie	2e harmonische	3e harmonische
3,6 MHz	7,2 MHz	10,8 MHz
7,1 MHz	14,2 MHz	21,3 MHz
144,3 MHz	288,6 MHz	432,9 MHz

Harmonischen ontstaan vooral in de (niet-lineaire) eindtrap en worden onderdrukt door het pi-filter, dat een laagdoorlaatfilter is.

Examentips

• Buffer = scheiden, voor frequentiestabiliteit. Stuurtrap = versterken om de eindtrap uit te sturen. Verwissel ze niet.
• Pi-filter = laagdoorlaat, met twee taken: harmonischen onderdrukken en aanpassen.
• Balansmodulator = twee zijbanden, geen draaggolf. Zijbandfilter = haalt daar één zijband uit.
• EZB-eindtrap moet lineair zijn. CW en FM mogen klasse C.
• Vermenigvuldigers achter elkaar: factoren vermenigvuldigen, niet optellen (×3 en ×2 is ×6, niet ×5).
• Harmonischen zijn veelvouden naar boven (2 × f, 3 × f), nooit f / 2.
• De mengtrap geeft som en verschil. Een vermenigvuldiger geeft een veelvoud.
• Bandbreedte van smal naar breed: CW, EZB, AM, FM.