CU. Elementarz krótkofalowca. Miernik ALC w twoim radiu

ALC to skrót, który znajdziemy na mierniku praktycznie każdego nowoczesnego transceivera. Pochodzi od angielskiego terminu Automatic Level Control, co na język polski można przetłumaczyć jako Automatyczna Kontrola Poziomu. Chodzi tutaj o kontrolę poziomu sygnału trafiającego do stopnia wyjściowego (wzmacniacza mocy) nadajnika. Wskazania ALC pozwalają operatorowi ustalać poziom tego sygnału w taki sposób, aby wzmacniacz pracował liniowo. Z kolei liniowa praca przekłada się na jakość transmitowanego sygnału.

Dobrze – ale czym jest liniowość wzmacniacza? Takie pytanie z pewnością może zadać wiele osób nie-technicznych. Posłużmy się zatem przykładem, aby uniknąć trudnej terminologii.

Przykład jest dla zupełnych technicznych ignorantów (sam się do takich zaliczam). Wyobraźmy sobie kuchenny lejek. Nawet jeśli nalejemy do lejka dużo wody, to i tak będzie ona wyciekać stałym tempem, a zbyt szybkie dolewanie doprowadza do przelewania się wody brzegami. Upraszczając, można powiedzieć, że dopóki woda się nie przelewa brzegami, lejek pracuje liniowo. Kiedy woda zaczyna się przelewać, liniowość nie jest zachowana i lejek “sieje po bokach” – nadmiar wody wycieka brzegami.

Przenieśmy teraz ten przykład do świata krótkofalarstwa. Kiedy stopniowo zwiększamy wzmocnienie mikrofonu, moc wyjściowa w pewnym momencie przestaje wzrastać: zwiększanie wzmocnienia mikrofonu nie przekłada się na wzrost mocy wyjściowej. Ten moment to właśnie granica liniowej pracy wzmacniacza. Dalsze zwiększanie mocy sterującej powoduje, że wzmacniacz przestaje pracować liniowo, a zamiast wzrostu mocy pojawiają się zniekształcenia i produkty uboczne. Wzmacniacz jest przesterowany i emituje niepożądane sygnały (potocznie mówi się, że wzmacniacz “sieje po bokach”).

Brak wzrostu mocy wyjściowej to tylko jedno z następstw nieliniowej pracy wzmacniacza. Przekroczenie optymalnego poziomu wysterowania wzmacniacza generuje także zakłócenia na sąsiednich częstotliwościach, utrudniając pracę na paśmie innym użytkownikom eteru. Czasem można spotkać na paśmie sygnały, które nawet „na ucho” można ocenić jako przesterowane.

Miernik ALC to bardzo ważne narzędzie, które pokazuje, kiedy nasze urządzenie pracuje poprawnie. Jak się jednak okazuje, to, przy jakim poziomie wskazań miernika ALC pojawiają się zniekształcenia sygnału i zakłócenia zależy od rodzaju obwodu ALC oraz od stopnia jego wysterowania (poziom sygnału na wyjściu mikrofonu lub wzmacniacza mikrofonowego). To oznacza, że każdy właściciel transceivera powinien znać „charakterystykę” swojego urządzenia i tak dobrać parametry pracy, aby uzyskać silny, ale nie zniekształcony sygnał. Kluczowa jest tutaj umiejętność interpretowania wskazań miernika ALC.

Niektóre nowoczesne transceivery są wyposażone w układy, informujące bezpośrednio o dokładnej, optymalnej wartości ALC (np. Elecraft K3, Flex czy Yaesu FT DX-3000D) i w tych wypadkach należy stosować się do tych wartości. Jednak wiele urządzeń nie posiada możliwości tak precyzyjnych wskazań. Zamiast tego urządzenia posiadają mierniki z zakresem rekomendowanych wskazań ALC. Zwykle jest to miernik wielofunkcyjny, gdzie mierzoną wielkość wybieramy dedykowanym przełącznikiem (patrz ilustracja).

Wielofunkcyjny miernik współczesnego transceivera. Niebieski obszar (zaznaczony na ilustracji strzałkami) to rekomendowany poziom ALC. W praktyce często wskania miernika powinny znajdować się w dolnej części tego obszaru. Zmiana funkcji miernika odbywa się dedykowanym przełącznikiem umieszczonym na płycie czołowej urządzenia.

Ten rekomendowany zakres jest zwykle dość szeroki, co dla wielu operatorów stanowi pokusę, aby pracować z takimi ustawieniami urządzenia, aby wskazania ALC znajdowały się górnej strefie rekomendowanego zakresu. Liczne testy i obserwacje wskazują, że nie jest to dobra praktyka. Często dochodzi do sytuacji, że wskazania ALC wydają się być „prawidłowe” (bo przecież znajdują się w rekomendowanym zakresie) , ale jakość sygnału wyjściowego pozostawia wiele do życzenia.
Należy na to zwracać uwagę nie tylko podczas pracy na fonii, ale także emisjami cyfrowymi. Czasem, obserwując widma sygnałów FT8, doskonale widać przesterowane sygnały.

Posłuchajmy ekspertów: W2IHY, G8JNJ, AE7PD, NC0B, SM5BSZ

W sieci Internet można znaleźć wiele artykułów, opisujących zarówno parametry wzmacniaczy mocy jak też rezultaty różnych testów. Tutaj posłużymy się uwagami kilku krótkofalowców, którzy zajęli się tematem i udostępnili swoje spostrzeżenia.

Julius Jones W2IHY jest uznanym w krótkofalarskim świecie ekspertem w dziedzinie kształtowania sygnału audio. Jego firma, W2IHY Technologies, produkuje wysokiej jakości urządzenia audio wykorzystywane w krótkofalarstwie, dobrze znane także wśród polskich krótkofalowców. Julius W2IHY ma niezwykle bogate doświadczenia wynikające zarówno z współpracy krótkofalowcami-klientami jego firmy, jak też wynikające z własnych doświadczeń z różnymi transceiverami, których używał jako aktywny radioamator.

Martin Ehrenfried G8JNJ jest inżynierem elektrykiem. Jest także autorem wielu cennych artykułów o tematyce krótkofalarskiej. W swojej publikacji Audio Processing and ALC in the FT-897D opisuje przeprowadzone testy i przekazuje wskazówki, dotyczące optymalnych ustawień wzmocnienia mikrofonu oraz procesora.

AE7PD jest krótkofalowcem, który prowadzi bardzo ciekawy blog. Przeprowadził wiele testów i prób pracy z różnymi parametrami ALC.
NC0B to postać doskonale znana wśród krótkofalowców. Jest ekspertem w dziedzinie testowania różnych parametrów transceiverów. Jego artykuły tego dotyczące to kopalnia wiedzy i informacji.

SM5BSZ to krótkofalowiec znany z wielu publikacji o technicznym charakterze. Jeden z jego artykułów The abominable ALC opisuje szczegółowe testy i pomiary wykonane przy różnych parametrach pracy transceivera FT-1000D. Choć artykuł jest z 2004 roku, jest jak najbardziej aktualny i doskonale obrazuje, w jaki sposób wskazania ALC przekładają się na jakość sygnału.

Średnia moc sygnału SSB

Średnia moc typowego sygnału SSB jest o wiele niższa niż moc szczytowa. Bez kompresora mowy różnica mocy szczytowej do średniej to około 14dB. Odpowiednie przetworzenie sygnału audio może poprawić ten stosunek, ale zasadniczo – w zależności od urządzenia oraz od charakterystyki głosu – typowy sygnał, gdzie moc szczytowa wynosi 100W zwykle ma moc średnią rzędu 4 – 10 W.

Tendencja do ustawiania wysokiego poziomu ALC

G8JNJ stwierdził, że przy wskazaniach ALC na umiarkowanym poziomie średnia moc wyjściowa w jego FT-857D przy pracy SSB jest o 10dB niższa od mocy szczytowej. Zwiększając poziom sygnału audio i powodując wzrost wskazań ALC do maksimum skali, uzyskał wzrost średniej mocy o 3dB.
Jak się jednak okazuje, ten zysk ma swoją cenę. Przekłada się na pogorszenie jakości sygnału. Jaka więc powinna być optymalna wartość wskazań ALC w posiadanym radiu?

Zniekształcenia sygnału

Czystość sygnału zależy w pewnym stopniu od działania układu ALC, a w tym przede wszystkim od tego, jak mocno jest wysterowany (wskazują to odczyty miernika ALC).

W2IHY sugeruje, aby w radiach, gdzie rekomendowany zakres ALC jest dość szeroki, utrzymywać wskazania ALC w dolnej części tego zakresu, aby uniknąć zniekształceń sygnału. Na przykład zauważył, że w radiach z serii ICOM 746/756 PRO pojawiają się zauważalne zniekształcenia, kiedy wskazania ALC znajdują się w górnej strefie rekomendowanego poziomu.

Peter AE7PD przeprowadził testy na IC-746PRO. Pracując w trybie „Monitor” nagrał sygnał audio z gniazda słuchawek. Kiedy wzmocnienie mikrofonu było ustawione na takim poziomie, że wskazania ALC oscylowały w górnej strefie rekomendowanego zakresu, nagrany głos był jakby stłumiony – odczuwalnie mniej wyraźny i nienaturalny.

Obserwacje AE7PD znajdują potwierdzenie w tym, co firma ICOM rekomenduje w podręczniku użytkownika transceivera IC-746PRO. Przy wykorzystaniu fabrycznego mikrofonu HM-36 pokrętło wzmocnienia mikrofonu powinno znajdować się pomiędzy godziną 10 a 12. To przekłada się na wskazania ALC w dolnej części obszaru rekomendowanego.

Interferencje

Zakłócenia powodowane na sąsiednich częstotliwościach to kolejny problem związany z wysokimi poziomami ALC. Nasz bezpośredni korespondent tego zapewne nie zauważy, ale z pewnością odczują to krótkofalowcy pracujący na sąsiednich częstotliwościach i oczywiście będzie to widoczne na widmie sygnału.

Rob Sherwood NC0B, autorytet w dziedzinie testowania transceiverów, w swojej wideoprezentacji wygłoszonej w 2008 roku podczas Dayton Contest University pokazuje splatter (sygnał tuż obok pożądanego) generowany przez swój mobilny transceiver przy pracy z fabrycznymi ustawieniami.

Z kolei G8JNJ w jednym ze swoich testów zmienił ustawienia audio w swoim FT-897D w taki sposób, aby wskazania ALC osiągnęły maksimum skali. Analizator widma podłączony do drugiego radia pokazał, że 10kHz od częstotliwości nośnej nastąpił wzrost sygnału nipożądanego o 20 dB. W swoim artykule umieścił zdjęcie, pokazujące widmo takiego szerokiego sygnału. Potocznie w polskim żargonie krótkofalarskim czasem mówi się, że ktoś generujący taki sygnał „sieje po bokach”.

Dodatkowa kompresja mowy

Kompresor jest przeznaczony do tego, aby wzmacniać zakres dobrze słyszalnej mowy oraz średnią moc. Komponenty sygnału jednowstęgowego w zakresie 1600 – 3200 Hz mają silny wpływ na czytelność sygnału. Niektóre mikrofony wzmacniają ten zakres częstotliwości, a niektóre urządzenia mają wbudowane funkcje equalizera. Wykorzystywane są także zewnętrzne urządzenia poprawiające jakość audio, jak np. W2IHY Band Audio Equalizer.

G8JNJ przeprowadził test, w którym doprowadził skompresowany sygnał audio do swojego FT-897D. Jak się okazało, zniekształcenia fazowe spowodowały uruchomienie ALC i w efekcie wzrost średniej mocy był minimalny.

Z drugiej strony niektórzy krótkofalowcy zaobserwowali, że u nich średnia moc to 30 W lub więcej przy mocy szczytowej wynoszącej 100 W i w takiej sytuacji wciąż otrzymują bardzo dobre raporty. To pokazuje, jak różne są parametry układów ALC i zróżnicowana jakość procesorów mowy w różnych urządzeniach.

Peter AE7PD stwierdził, że w jego IC-746PRO ustawienie kompresora już w połowie dostępnej skali (co jest równoznaczne z niskimi odczytami wartości kompresji na mierniku) powoduje zauważalne zniekształcenia sygnału audio.

Leif SM5BSZ przeprowadził bardzo dokładne testy i pomiary sygnału transceivera FT-1000D. Rezultaty przedstawił w swoim bardzo rzeczowym artykule The abominable ALC. Wykresy widma sygnału dokładnie pokazują, wpływ „przesterowania” na jakość sygnału. Okazało się, że najczystszy sygnał był emitowany wtedy, kiedy wskazówka ALC praktycznie w ogóle się nie poruszała. Leif zauważa także, że często nadużywa się wskazań ALC, próbując utrzymywać wysoki poziom wskazań ALC w rekomendowanym obszarze.

Wnioski

  • Jak widać, każdy typ urządzenia ma nieco inną charakterystykę. Nie ma więc tutaj innej drogi, jak dokładne poznanie posiadanego sprzętu oraz przeprowadzenie prób i testów, które pozwolą znaleźć optymalne parametry pracy.
  • Miernik ALC to bardzo ważne narzędzie, pozwalające na znalezienie optymalnego ustawienia wzmocnienia mikrofonu. W pierwszej kolejności należy zweryfikować zapisy podręcznika użytkownika i zapoznać się z rekomendacjami producenta sprzętu. Wiele urządzeń (ale nie wszystkie) jest tak skonstruowanych, że najlepszy sygnał uzyskujemy, kiedy wskazania ALC są minimalne.
  • Zarówno G8JNJ jak też W2IHY rekomendują, aby wskazania ALC były możliwie niskie – chodzi o takie ustawienie wzmocnienia mikrofonu, aby wskaźnik poziomu ALC wykazywał minimalne ruchy w szczytach (np. 3-4 diody w mierniku FT-897D).
  • Jako alternatywną metodę pomiaru można wykorzystać miernik mocy wyjściowej i znaleźć taki punkt, przy którym moc szczytowa nie wzrasta pomimo zwiększania poziomu wzmocnienia mikrofonu. Najlepiej ustawić wzmocnienie mikrofonu nieco poniżej tego poziomu.
  • Kompresor głosu (czasem nazywany procesorem głosu) może powodować dodatkowe zniekształcenia, które pogarszają czytelność sygnału. G8JNJ rekomenduje, aby w ogóle nie używać kompresora w FT-857D, chyba że stosunek sygnału do szumu (S/N) jest bardzo niekorzystny z powodu warunków panujących na paśmie.
  • Jeśli to możliwe, warto wykorzystać różne możliwości przetestowania jakości transmitowanego sygnału: drugie radio, funkcja monitorowania sygnału, odległy odbiornik SDR dostępny online itp.
  • Zawsze warto zbierać uwagi korespondentów podczas łączności, najlepiej w różnych warunkach propagacyjnych i przy różnych ustawieniach parametrów urządzenia.

Źródła informacji dla tych, co chcą wiedzieć więcej

  • Marin Ehrenfried G8JNJ: Audio Processing and ALC in the FT-897D – opis testów wykonanych przez G8JNJ. Dokument w formacie PDF.
  • Leif Asbrink SM5BSZ: The Abominable ALC – wspaniały artykuł SM5BSZ, opisujący wpływ poziomu ALC na jakość sygnału nadawanego przez transceiver.
  • http://www.sherweng.com/ – strona internetowa NC0B z odesłaniami do wielu prezentacji dotyczących parametrów transceiverów (w tym prezentacji wygłaszanych podczas kolejnych edycji Dayton Contest University).
  • Dr. Wojciech Kazubski: Laboratorium podstawowych układów radioelektronicznych. Ćwiczenie 1: Badanie wzmacniaczy i mieszaczy. Jest to materiał dla studentów Politechniki Warszawskiej, ale krótkofalowcy zainteresowani tematyką z pewnością znajdą tutaj ogromną porcję wiedzy (co ważne, ponieważ chodzi o techniczne terminy: w języku polskim). Autor, wykładowca Politechniki Warszawskiej, jest także aktywnym krótkofalowcem (znak SP5SMK). Dokument w formacie PDF.

Skomentuj

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *