Je polární modulace novou cestou? (For EN roll down)

Položil jsem nedávno na našem webu tuto otázku, abych na ni mohl negativně odpovědět.  Je v kostce značnou komplikací radioamatérského zařízení a jeho pozitivem je zlepšení účinnosti výkonových zesilovačů. Pokud odložíme stranou polopolitické lkaní o ceně elektřiny v ČR - ostatně slibuje se její snížení..., tak asi nejdůležitějším zlepšením je celková hmotnost vybavení, které operátor v "single kategorii" musí vytáhnout na nějaký kopec a tam sestavit do funkčního zařízení. A tady je největší výhoda těch nových obvodových vynálezů - vyšší účinnost znamená méně hliníku (chladičů a celé mechaniky), což stárnoucí borec jistě přivítá. Vyšší účinnost také znamená větší výkon na kilogram hmotnosti jak u vlastního zařízení, tak ovšem také u chemických zdrojů energie - zatímco u klasického zařízení kapacita akumulátoru nemusela vydržet celý provozní aktiv, či 6-ti hodinovou contestovou kategorii, u nového zařízení tomu tak může teoreticky být - byť je to v praxi spíš málo pravděpodobné, protože stáří postihuje nejen operátora, ale také jeho chemické zdroje... Určitým, byť méně významným plusem je také mírné zvýšení komunikační účinnosti takového zařízení, i když VF omezovač modulace u klasické technologie představuje z hlediska "dovolávání" protistanice na mezi slyšitelnosti prakticky stejnou a jednodušší variantu zlepšení, přičemž ještě významnější  změnou při komunikaci se slabými stanicemi je přechod na CW provoz.Ostatní aspekty takové nové cesty jsou však spíše negativní - vyžaduje dobrého staničního technika, který takové zařízení umí postavit, nastavit a provozovat - a tedy také opravit v případě nouze, což znamená, že takový člověk musí být v týmu vůdčí autoritou. To ovšem vede k setupu "multi" stanice s více operátory, což není vždy žádoucí. Takové týmové stanice však nemusí být řešením pro každého. Je mezi námi řada lidí, kteří raději zvolí "single" uspořádání a pokud jsou schopni se na jejich soutěžní kótu dostat autem, není pro ně úspora několika kg hmotnosti technologie klíčová. Tolik zvažování výhod takové "digitální" cesty. Nyní se podíváme na nevýhody: zásadní nevýhodou je (zejména v OK) stále ještě relativní vyšší hustota stanic v daném území, což musí vést (a většinou tak tomu už naštěstív OK i OM je) k používání zařízení, které ve větší míře neprodukuje na pásmu u stanic konkurentů nežádoucí spletry, kliksy a šum v okolí signálu. Náš klub se propagaci takové technologie věnuje již přes 20 let a na tomto webu najdete řadu článků na toto téma. Ovšem je nutno přiznat, že nikoli všichni jsou vedeni ohledupností, ale také spíše snahou o vítězství za každou cenu, přetěžují v "zápalu boje" svá zařízení, vypínají úzkopásmové krystalové filtry a zařízení provozují spíše tak, aby jejich signál "byl širší" a do blízkosti jejich provozního kmitočtu, provozovaného s výkonem, přesahujícím limity slušnosti se "nenalepila" žádná QRO protistanice, jejíž činnost by mohla narušit jejich pánované vítězství. A to ani nemluvím o tom, kolik je u nás ostatních stanic, které svá zařízení provozují stylem "všechny páčky do zatáčky", aby ze svého zařízení vymáčkli i ten poslední watík vysílané energie. Chtěl bych úpěnlivě požádat, aby právě tito lidé se na cestu digitalizace svého zařízení nevydávali. Takto koncipované zařízení vždy produkuje vyšší úroveň reziduální energie v blízkosti vysílaného kmitočtu, než tomu je u "katolicky" provozovaného PA ve třídě AB. Postranní "nepořádek" totiž nekončí na úrovni 60 až 80dB pod úrovní užitečného signálu, ale bude způsobovat nežádoucí rušení i na takových úrovních, které je schopen zpracovat přijímač blízké protistanice, tedy třeba -140 dBc. A protože i tato technika se vyvíjí, je třeba řešit zařízení výkonového PA s mimořádnou opatrností, abychom našim vlastním odpadem ještě více nezašpinili kmitočtové pásmo, které (zatím) máme.

Proto nepovažuji zařízení s polární modulací za cestu vpřed, ale spíše za prokopávání slepých uliček. Ostatně nejde o jediný příklad. Obvodová  řešení, využívající stejného, či podobného principu, začala vznikat již před pěknou řádkou let. Mají jedno společné - zesilovací cesta se rozdělí na analogovou a digitální část, které pracují samostatně. Klíčem ke zlepšení účinnosti je právě ta digitální část, která pracuje ve třídě C, což vede ke zvýšení účinnosti na úroveň blížící se 90%.  Různá zapojení se liší zpracováním analogové části.  To asi nejjednodušší zapojení je zesilovač ve třídě  D kde je analogová NF modulace  zkonvertována na pulsní šířkovou modulaci a ta je zpracována přímo v digitálním kanálu. Tímto způsobem jsou řešeny například NF zesilovače. Vedle zesilovačů s polární modulací - viz článek EI7GL v nadpisu jsou známy zesilovače tříd E,F,G,H, S, T, a.j.  viz tady, tady. Ve vf praxi se spíše používají zesilovače typu Doherty. Jsou rozšířeny v profipraxi u firem, provozujících vysílací technologii a to z důvodu úspory elektrické energie. Pěkný článek na téma zesilovače, využívající princip Doherty  na 2m najdete tady od OK1GTH. Funguje to, ale se zesilovačem tohoto typu s výkonem kW++ bych neradil jezdit z vysokých kopců například v rámci IARU VHF Contestu. Staré dobré řešení lineárního PA třídy AB bez možnosti přebuzení a krystalovým filtrem v oblasti KV MF bych asi přece jen preferoval, byť produkuje více tepla.

ok1vpz

Is a polar modulation a new path forward?

I recently asked this question on our website so that I could answer it negatively. In short, it is a considerable complication of amateur radio equipment, and its advantage is the improvement in the efficiency of power amplifiers. If we set aside the semi-political lament about the price of electricity in the Czech Republic - and after all, a reduction is promised...- then probably the most important improvement is the overall weight of the equipment that the operator in the "single category" has to carry up a hill and set up into a functional device. And this is where the biggest advantage of these new circuit inventions lies - higher efficiency means less aluminum (heatsinks and the entire mechanics), which an aging operator will surely appreciate. Higher efficiency also means more power per kilogram of weight, both for the device itself and, of course, for the chemical energy sources -while with traditional equipment the battery capacity might not last for an entire operating session or a six-hour contest category, with the new equipment it theoretically could -although in practice this is rather unlikely, because the Aging affects has not only the operator but also his chemical resources... A certain, albeit less significant, advantage is also a slight increase in the communication efficiency of such a device, although the RF modulation limiter in conventional technology represents, in terms of 'calling' the opposing station at the edge of audibility, practically the same and simpler option for improvement, while an even more significant change in communication with weak stations is switching to CW operation. Other aspects of such a new approach are, however, rather negative – it requires a good station technician who knows how to build, set up, and operate such a device – and therefore also repair it in case of emergency, which means that such a person must be a leading authority within the team. This, of course, leads to the setup of a 'multi' station with multiple operators, which is not always desirable. However, such team stations are not a solution for everyone. Among us, there are many people who prefer to choose a 'single' setup, and if they are able to reach their contest location by car, saving a few kilograms of equipment is not significant for the.key technology. So much consideration of the advantages of such a 'digital' path. Now let's look at the disadvantages: a major disadvantage is (especially in OK) the still relatively higher density of stations in a given area, which must lead (and fortunately, this is mostly already the case in OK and OM) to the use of equipment that produces fewer unwanted splatters, clicks, and noise near the signals of competitor stations. Our club has been promoting such technology for over 20 years, and on this website, you will find a number of articles on this topic. However, it must be admitted that not everyone is guided by consideration, but rather by an effort to win at all costs, overloading their equipment in the 'heat of battle', turning off narrowband crystal filters, and operating their equipment more so to make their signal 'broader' and to ensure that no high-power competitor station operating near their frequency, beyond decent limits, interferes with their planned victory. And that’s not even mentioning how many others in our country is the other stations, which operate their equipment in a 'all levers to the corner' style, to squeeze out every last watt of transmitted energy from their device. I would sincerely ask that these people not embark on the digitalization of their equipment. Equipment designed in this way always produces a higher level of residual energy near the transmitted frequency than a 'properly' operated AB class PA. The side 'mess' does not end at 60 to 80 dB below the level of the useful signal, but will cause unwanted interference even at levels that can be processed by a receiver of a nearby opposing station, for example -140 dBc. And because this technology is also evolving, PA power equipment must be handled with extraordinary caution, so that we do not contaminate the frequency band, which we still have, even more with our own waste.

Therefore, I do not consider devices with polar modulation as the way forward, but rather as digging dead ends. After all, this is not the only example. Circuit solutions using the same or similar principle began to emerge quite a number of years ago. They have one thing in common – the amplification path is divided into an analog part and a digital part, which operate independently. The key to improving efficiency is precisely the digital part, which operates in class C, leading to an efficiency level approaching 90%. Different configurations vary in the processing of the analog part. The probably simplest configuration is a class D amplifier, where the analog audio frequency modulation is converted into pulse-width modulation and processed directly in the digital channel. This method is used, for example, for audio amplifiers. In addition to amplifiers with polar modulation – see the EI7GL article in the headline – amplifiers of classes E, F, G, H, S, T, etc., are known – see here, here. In RF practice, Doherty-type amplifiers are more commonly used. They are widespread in professional practice in companies operatingtransmission technology, due to the reason of saving electrical energy. You can find a nice article on the topic of amplifiers using the Doherty principle on 2m here by OK1GTH. It works, but I wouldn’t recommend using a kW+ amplifier of this type on high hills, for example during the IARU VHF Contest. I would probably still prefer the good old solution of a linear AB-class PA without overdrive capability and with a crystal filter in the HF/IF band, even though it produces more heat.

ok1vpz