«Радионезабудка»

Микромощный радиопередатчик, находящийся в портфеле, рюкзаке и др., и специальный радиоприемник у владельца, реагирующий на исчезновение контакта с «радиофицированными» вещами вследствие их потери или, возможно, кражи, могут составить охранную систему, способную обнаружить пропажу на самых ранних ее этапах.

Микромощный передатчик. Принципиальная схема радиопередатчика «незабудки» показана на рис. 1. Режим работы высокочастотной его части (VT1, ZQ1, R5, R6, R8, С4, L1) задает устройство, включающее в себя мультивибратор (DD1.1, DD1.2, Rl, R2, С1), возбуждающийся на частоте f=l/2*R2*Cl=0,25...0,3 Гц, и формирователь (DD1.3, DD1.4, R3, С2), трансформирующий один из фронтов меандра мультивибратора в импульс длительностью tимп=R3*C2=20 мс.

Рис. 1. Принципиальная схема микропередатчика «незабудки»

Таблица 1

Передатчик работает в импульсном режиме. Лишь при появлении на выходе DD1.4 напряжения, равного Uпит , будут созданы условия его возбуждения: откроется электронный ключ (транзистор VT2) в цепи питания, а в базе транзистора VT1 возникнет необходимый начальный ток. Время вхождения передатчика в рабочий режим и, соответственно, фронт излучаемого им радиоимпульса - ~4 мс*.

В паузе между импульсами энергопотребление высокочастотной части передатчика сведено практически к нулю. Для уменьшения энергопотребления элементами управления в цепь питания микросхемы DD1 введен резистор R4, снижающий напряжение на ней до величины Uпит , при которой сквозные токи составляющих ее КМОП-структур становятся достаточно малыми.

В качестве транзистора VT1 может быть взят любой кремниевый n-р-n-транзистор, имеющий граничную частоту не менее 200 Мгц. Основное требование к транзистору VT2: напряжение насыщения Uкэ нас Ј 0,2 В. Если этот транзистор будет иметь меньшее по сравнению с КТ3102Е усиление по току, то для введения его в режим насыщения потребуется соответственно уменьшить сопротивление резистора R7. Емкость конденсатора С3=(5...10) tимп / R5 (СЗ - в мкФ, tимп - в мс, R5 - в кОм).

Катушку L1 - «магнитную» антенну передатчика - наматывают виток к витку на стеклотекстолитовой пластине 20х8 и толщиной 1,5 мм. Она имеет 30...35 витков, провод - ПЭВШО 0,25...0,3. Кварцевый резонатор ZQ1 должен иметь частоту, разрешенную Госсвязьнадзором для охранных систем: 26945 или 26960 кГц**. Важно, чтобы это был основной его резонанс (в резонаторе, рабочая частота которого является гармоникой основного резонанса, она будет указана иначе: 26,945 или 26,960 МГц). При использовании гармоникового резонатора дроссель-антенну L1 потребуется заменить полноценным колебательным контуром, включенным так, чтобы его сопротивление, приведенное к коллектору транзистора VT1, не превышало 1...1,5 кОм (возможно шунтирование контура резистором).

Рис. 2. Печатная плата микропвредатчика

Передатчик работает без какой-либо внешней антенны: при «незабудочных» расстояниях в ней просто нет необходимости. Источником питания может служить любая 6-вольтная батарея. Зависимость потребляемого передатчиком тока Iпотр от напряжения источника питания Uпит показана в таблице 1.

Все элементы микропередатчика располагают на печатной плате, изготовленной из двустороннего фольгированного стеклотекстолита толщиной 1 мм (рис. 2). Фольга со стороны деталей (на рисунке не показана) служит лишь общим проводом-экраном (с ней соединен "-" GB1), в местах пропуска проводников она имеет выборки кружки диаметром 1,5...2 мм. Соединения с ней выводов резисторов, конденсаторов и др. показаны черными квадратами.

Кварцевый резонатор ZQ1 устанавливают в вырезе печатной платы и крепят пайкой к нуль-фольге «заземляемого» вывода. Оксид ные конденсаторы СЗ (габариты 04х8 мм) и С6 (08х12 мм) монтируют в положении «лёжа»: СЗ - над микросхемой, С6 - на плате (рис. 3). Все резисторы - МЛТ-0,125. Конденсаторы: С1 - К10-176, С2 и С6 - КМ-6, С4 - КД.

Рис. 3. Микропередатчик (фото)

В качестве источника питания микропередатчика используется миниатюрная 6-вольтная батарея типа Е11А (010,3х16 мм), имеющая электрическую емкость 33 мА-ч. В выключателе питания нет необходимости - достаточно ввести батарею в специальное гнездо, имеющее подпружиненные контакты.

Общий вид передатчика показан на фото (рис. 3).

Радиоприемник «незабудки» выполнен как супергетеродин с однократным преобразованием частоты, его принципиальная схема показана на рис. 4.

Микросхема DA1 - преобразователь, входной контур L1C1C2 которого настроен на частоту радиоканала охранной сигнализации fк - 26945 или 26960 кГц, а частота гетеродина fг, смещенная относительно fк на 465 кГц, задана и стабилизирована кварцевым резонатором ZQ1. Сигнал разностной (промежуточной) частоты fг=465 кГц, выделенный пьезофильтром ZQ2, поступает на вход микросхемы DA2, в которую входит усилитель промежуточной частоты, амплитудный детектор и усилитель низкой частоты.

Операционный усилитель DA3 с транзистором VT1 на выходе представляют собой энергоэкономпчный компаратор, преобразующий импульсный сигнал малого уровня в импульс с амплитудой, близкой к Uпит. На прямой и инверсный входы DA3 сигнал поступает через частотные RС-фильтры: R8*C14=300 мс, отслеживающий напряжение питания, и R10*С15=1мс, существенно снижающий чувствительность приемника к импульсным помехам. В компараторе особенно важен резистор R9: падение напряжения на нем - DUr9- задает порог срабатывания компаратора. Так, если R9=30 кОм, то в соответствии с распределением напряжения питания в делителе, составленном из резисторов R7, R9 и R11, DUr9=30 мВ и компаратор будет реагировать лишь на входные сигналы, амплитуда которых превысит это значение.

Устройство, формирующее тревожный сигнал при исчезновении сигнала микропередатчика, содержит задающий генератор (DD1.1, DD1.2, R16, R17, С16), формирующий меандр (период tзг=2R17*C16), и звуковой генератор (DD1.3, DD1.4, R18, R19, С 18), возбуждающийся на частоте fзв=l/2R19*C18. Микросхема DD2 - счетчик. Импульс «единичной» амплитуды на R- входе устанавливает его в нулевое состояние. В счетчик введена блокировка: при появлении напряжения высокого уровня на входе CN он перестает реагировать на сигналы, поступаюпающие на вход СР. В этом состоянии счетчика создаются условия периодического возбуждения звукового генератора: он возбуждается лишь при появлениинапряжения высокого уровняна выходе 10 DD1.1. Если tзг будет выставлено (подбором С16 или R17) так, что период следования импульсов микропередатчика окажется меньше 9tзг, то счетчик DD2, периодически возвращаемый в нулевое состояние сигналами микропередатчика, не сможет выйти в позицию "9" и возбуждение звукового генератора не состоится. При исчезновении сигналов микропередатчика тревожная сигнализация включится, очевидно, не позже, чем через 9tзг, а при их возобновлении - немедленно прекратится.

О некоторых конструктивных особенностях радиоприемника.

Индуктивность L1 - магнитная антенна. Она намотана на ферритовом стержне М30ВН диаметром 8 и длиной 40 мм***. Обмотка ведется проводом МГШВ-0,15 и имеет 5 уложенных в рядвитков. Резонансная емкость контура Срез и его добротность Q мало зависят от размещения обмотки: Срез=32 пФ и Q=260, если она находится в средней части сердечника; Срез=34 пФ и Q=280, если обмотка находится в 5...6 миллиметрах от его края.

Частоту кварцевого резонатора ZQ1 рекомендуется выбирать ниже fк. В таком случае канал «зеркального» приема (fзп-=fк -2fпч ) оказывается в мало загруженной сетке В диапазона гражданской связи.

Резистор R6, от которого зависит чувствительность приемника (она растет с перемещением движка R6 вниз - см. рис. 4), может быть выполнен подстроечным - под шлиц, или регулировочным - с удобной ручкой.

Экран, показанный на рис. 4 штриховой линией, предназначен не столько для защиты радиоприемника от внешних наводок (его чувствительность относительно невелика), сколько от внутренних: сигналы, циркулирующие в DD1 и DD2, имеют высокочастотные составляющие, которые при неудачном монтаже могут «войти» в приемный тракт, оказаться соизмеримыми с рабочими ПЧ и ВЧ сигналами.

Все постоянные резисторы в радиоприемнике - типа МЛТ-0,125;

конденсатор С1 - КТ4-23, С12, С17 - К50-35 или К50-40, С14 - К53-30, остальные - типа КД, КМ-6, К10-176 и т.п.

Приемник монтируют на печатной плате 87х41 мм, изготовленной из двустороннего фольгированного стеклотекстолита толщиной 1,5 мм (рис. 5). Она имеет три выреза: для размещения питающей батареи, кварцевого резонатора и обмотки магнитной антенны.

Рис. 5. Печатная плата радиоприемника

Одну сторону печатной платы используют лишь в качестве общего провода и экрана, подобно тому, как это сделано в передатчике «незабудки».

Экран изготавливают из тонкой латуни или жести, его раскрой показан на рис. 6. Три его стороны отгибают по штриховым линиям, а четвертую - плавным перегибом на болванке диаметром 10...11 мм.

Рис. 6. Выкройка экрана

Экран пропаивают в углах, выравнивают низ и крепят на печатной плате пайкой в трех-четырех точках.

Устанавливая экран на плате, имеющей иную конфигурацию проводников, необходимо проследить за тем, чтобы он не мог образовать на магнитной антенне короткозамкнутого витка: это сделало бы радиоприемник совершенно неработоспособным.

В безошибочно собранном радиоприемнике остается лишь настроить входной контур L1C1C2 на fк - частоту выбранного радиоканала. Это можно сделать с помощью генератора стандартных сигналов, так или иначе связывая его выход с входом приемника, и вольтметра (лучше цифрового) со шкалой 1...2 В, подключенного к выходу 9 микросхемы DA2. Конденсатор С1 оставляют в положении, которому будет соответствовать максимум в показаниях вольтметра. Генератор стандартных сигналов можно заменить работающей на передачу Си-Би радиостанцией, если она имеет канал 39 в сетке В европейской шкалы частот (этому каналу соответствует частота 26945 кГц), или канал 1 сетки С российской шкалы (26960 кГц).

Настройка входного контура радиоприемника может быть проведена и непосредственно по сигналам микропередатчика, расположенного в 1,5.,.2-метрах: выставив резистор R6 в среднее положение, находят такое положение конденсатора С1, при котором сигнал тревоги исчезает. При настройке приемника по сигналам микропередатчика может быть полезен осциллограф. С его помощью легко проследить прохождение импульсного сигнала по приемному тракту, настроить входной контур (по максимальной амплитуде импульса на выходе 6 микросхемы DA3), проконтролировать работу задающего и звукового генераторов и др.

Таблица 2

Источником питания радиоприемника служит 6-вольтная гальваническая батарея 476А, имеющая малые размеры (013х25 мм) и, соответственно, небольшую емкость (105 мА-ч). В таблице 2 показана зависимость потребляемого приемником тока Iпотр от напряжения источника питания Uпит, позволяющая принять решение о нужной емкости источника питания в условиях, например, многосуточного непрерывного контроля.

*) Относительно медленное возбуждение кварцованных автогенераторов обусловлено высокой добротностью кварцевых резонаторов.

**) Для передачи сигналов охранных систем по радио в нашей стране разрешены лишь эти два частотных канала.

***) Сердечник М30ВН-12 или 40-миллиметровый отрезок магнитной антенны МЗОВН-Д9001 (антенна легко ломается по нужному месту после легкого ее надреза алмазным надфилем).

Экономичный приемник для Си-Би радиостанции

Способность носимой радиостанции в любой момент быть гото вой принять вызов корреспондента зависит от ее энергопотребления в режиме дежурного приема. Обычно это лишь 10...30 часов работы. Далее - замена источника питания. Такая «автономность» чрезвычайно ограничивает сферу применения этой техники.

На рис. 7 приведена принципиальная схема экономичного приемника для одноканальной Си-Би-радиостанции. Транзисторы VT1 и VT2 входят в усилитель радиочастоты (УРЧ), его контуры L2C3 и L3C4 настроены на fк - частоту одного из разрешенных в этом диапазоне каналов связи (сегодня их около 160). Балансный смеситель и гетеродин выполнены на микросхеме DA1. Частота гетеродина задана кварцевым резонатором ZQ1, она должна быть ниже или выше частоты радиоканала на 465 кГц. Частотную характеристику ПЧ-тракта формируют контур L5C9 и пьезофильтр ZQ2. Микросхема DA2 выполняет функции усилителя промежуточной частоты (УПЧ), частотного детектора (L6C12 - его опорный контур) и предварительного усилителя звуковой частоты (УЗЧ).

Основной УЗЧ выполнен на операционном усилителе DA3 с симметричным эмиттерным повторителем (транзисторы VT3, VT4) на выходе. Включение-выключение УЗЧ зависит от Iупр - тока в резисторе R20: УЗЧ выключен, если lупр=0. На операционном усилителе DA4, работающем в режиме фильтра высших звуковых частот (ВЗЧ-фильтр), и транзисторе VT5 (электронный ключ) выполнен шумоподавитель, включающий УЗЧ лишь при появлении в канале корреспондента, подавляющего своей несущей высокочастотные шумы свободного канала.

Приемник смонтирован на печатной плате 55х88 мм (рис. 8), изготовленной из двустороннего фольгированного стеклотекстолита толщиной 1,5 мм. Фольга со стороны деталей используется лишь в качестве нулевого провода и экрана: в местах пропуска проводников в ней вытравлены кружки диаметром 1,5...2 мм (на рис. 8 не показаны), а места пайки к ней «заземляемых» выводов конденсаторов, резисторов и др. показаны зачерненными квадратами.

Катушки L2 и L3 - по 18 витков провода ПЭВ-2 0,33 - наматывают в ряд на каркасах диаметром 5 мм, имеющих отверстия с резьбой МЗ под карбонильный сердечник. Катушки связи L1 и L4 по 3 витка провода ПЭВШО 0,27 - наматывают поверх контурных катушек у «холодных» (по в/ч) их концов. Эти катушки монтируют на плате так, как показано на рис. 9.

Рис. 7. Принципиальная схема экономичного Си-Би радиоприемника

Рис. 8. Печатная плата радиоприемника

Катушки L5 и L6 наматывают в чашках от радиоприемника «Селга». Они содержат по 135 витков провода ПЭВШО 0,1 (отвод в L5 - от 45 витка, считая сверху). Чашки склеивают клеем БФ-2, а затем приклеивают к печатной плате так, как показано на рис.10.

Рис. 9. Монтаж на плате катушки ВЧ контура

Контуры L5C9 и L6C12 ПЧ- тракта настраивают карбонильными сердечниками М3х12, для которых в печатной плате имеются отверстия с соответствующей резьбой.

Все постоянные резисторы приемника - типа МЛТ-0,125, подстроечный R24 - СПЗ-38а. Конденсаторы: С14 - К50-30;

С21, С27 - К50-35; С16 - К53-18В; СЗ, С4, С6-С8, C11, C13, СЗО - КД-1; С9, С12 - KM, K10-176 (группы М750). Переключатель «прием-передача» SA1 - типа ПКн61.

Элементы управления радиоприемником: R14 - громкость, R27 - порог шумоподавителя, SA1 - прием «местный-дальний», SA2 - выключатель шумоподавителя.

Регулировки: R24 - усиление (добротность) ВЗЧ-фильтра, R18 - усиление УЗЧ (Кu =R18/R17), R4 - усиление УРЧ в режиме местного приема.

В настройке приемника нет каких-либо особенностей. Сначала настраивают его ПЧ-контуры по генератору, выставленному на частоту 465 кГц (слабо связывая его с контуром L5C9; контроль по сигналу на выв. 13 микросхемы DA2); затем - контуры L2C3 и L3C4 по генератору, выставленному на fк - частоту радиоканала. Настройку контура частотного детектора L6C12 корректируют по эфиру, прослушивая при выключенном ШП (SA2 замкнут) работающие в этом канале ЧМ-станции.

Рис. 10. Монтаж на плате ПЧ контура

Включив ШП, выставляют усиление ВЗЧ-фильтра по шумам свободного канала, для чего движок резистора R27 ставят примерно в среднее положение и, перемещая движок резистора R24, находят такую его позицию, в которой происходит переключение УЗЧ. На этом настройку шумоподавителя заканчивают. Остается лишь убедиться в том, что включением-выключением УЗЧ можно управлять с помощью резистора R27, а выключив им УЗЧ (без большого запаса), и в том, что при появлении в канале корреспондента УЗЧ включится самостоятельно.

Чувствительность приемника не хуже 2 мкВ. Он сохраняет свою работоспособность при снижении напряжения питания до 4В.

Рис.11. Коммутация источника питания

На рис. 11 показана возможная коммутация питающей батареи, позволяющая использовать в паре с таким приемником передатчик, рассчитанный на* питание от 10...12-вольтного источника. Заметим, что в этом случае будет обеспечена работа станции в режиме дежурного приема в течение 400...700 часов. А при использовании аккумуляторов емкостью 1,2 А*ч - и того более.

Радиостанции такого рода имеют свою область применения. Это связь в дальних турпоходах, в профессиональных и самодеятельных экспедициях, при охране отдаленных сельхозугодий, на охоте и т.п. Там, одним словом, где портативная радиостанция из городской игрушки, лишь дополняющей квартирный телефон (именно в городе нужны ее много канальность, высокая избирательность, динамический диапазон и не нужна сколько-нибудь значительная автономность), становится единственным средством связи, позволяющим группе людей сохранять между собой контакт, максимально быстро оказать нуждающемуся помощь.

Небезразлично, конечно, и то, что стоимость такой станции окажется значительно ниже цены самой посредственной заграничной «многоканалки». Во всяком случае - для радиолюбителя-конструктора.

Усилитель мощности для одноканальной «портативки»

Появившиеся в последние годы региональные службы спасения с их круглосуточно работающими в эфире операторами выполняют работу, важность которой трудно переоценить: жители отдаленных поселков и деревень, не имевших никакой связи со своими «центрами», могут теперь обратиться за неотложной медицинской помощью, вызвать милицию, пожарных и т.п.

Однако вряд ли этой далеко не самой богатой категории наших граждан можно рекомендовать многоканальные Си-Би радиостанции зарубежного производства. И не только потому, что они всетаки дороги. Хуже другое. Велика и все увеличивается ежегодная плата, которую нынешние «хозяева эфира» требуют с каждого покупающего Си-Би радиостанцию (годичная «аренда эфира», установленная ими, может превышать стоимость самой радиостанции). Даже если она будет работать лишь раз в году. Или ни разу. Эту плату назначат, исходя лишь из потенциальных возможностей купленного радиоаппарата, прежде всего - числа имеющихся в нем рабочих каналов. Так что ежегодная оплата многоканальной радиостанции зарубежного производства (других «там» давно не делают) может оказаться в 5...10 раз выше минимально возможной.

Хотя подобные поборы достаточно аморальны и сами по себе (продажа присвоенного, причем - в первозданном виде), желание «делать деньги» на людских бедах (сами службы спасения не берут за свою работу ничего) вызывает особое возмущение...

После того, как гражданам нашей страны было разрешено, наконец, работать в гражданском диапазоне, отечественная промышленность начала выпуск портативных одноканальных маломощных Си-Би радиостанций типа «Урал-Р», «Ласпи» и т.п. Имея такую станцию, уже можно связаться со службой спасения*, но, к сожалению, лишь находясь почти рядом с ней. Большого смысла эта связь, конечно, не имеет. Однако «дальнобойность» такой станции может быть увеличена до 30...40 км, если дополнить ее 10-ваттным усилителем мощности**, а штатную антенну заменить стационарной***.

Принципиальная схема усилителя для маломощной Си-Би радиостанции приведена на рис. 12.

Уровень сигнала, поступающего на предварительный усилитель (транзистор VT2 и др.), выставляют подстроечным резистором R3. То или иное его положение будет зависеть от выходной мощности «портативки». Усиленный сигнал снимается с емкостного делителя, входящего в колебательный контур L1C6C7, автотрансформаторно включенного в коллектор транзистора VT2.

Рис. 12. Усилитель мощности к одноканальной «портативке»

Усилитель мощности выполнен на транзисторе VT3. Его выход согласуется с антенной нагрузкой Rа=50Ом двухсекционным П-контуром C8C9L5C10C11L6C12, ослабляющим внеполосное излучение.

Оба транзистора работают без начального смещения (в классе С), поэтому ток, потребляемый от источника питания невозбужденным усилителем, близок к нулю.

Усилитель включается в работу автоматически: при появлении на его входе сигнала от включенной на передачу «портативки» на выходе детектора, выполненного на элементах VD1, VD2, С1 и С2, возникает напряжение, а в базе нормально запертого транзистора VT1 - ток, открывающий его до насыщения. И реле К1, обмотка которого включена в цепь коллектора VT1 (ее полезно зашунтировать демпфирующим диодом), подключит к выходу «портативки» вход усилителя мощности.

В режиме приема реле К1 будет, очевидно, обесточено и его контактная «тройка» К 1.1 останется в показанном на рис. 12 положении, обеспечивая прием сигнала корреспондента.

Элементы усилителя, исключая транзистор VT3, монтируют на печатной плате, изготовленной из двустороннего фольгированного стеклотекстолита толщиной 2 мм. Смонтированную плату устанавливают на металлическую пластину-теплоотвод (размер по плате, материал - дюралюминий толщиной 3 мм), к которой крепят, промазав место соединения теплопроводящей пастой, и транзистор VT3. Контурную катушку L1 наматывают на каркасе диаметром 5 мм, имеющим отверстие с резьбой МЗ под карбонильный сердечник. Она содержит 11 витков, намотанных в ряд проводом ПЭВ-2 0,62. Отвод - от 4,5-го витка (считая от верхнего, «холодного» конца катушки L1).

Катушки L5 и L6 - бескаркасные. Их наматывают проводом ПЭВ-2 0,82 на болванке диаметром 6 мм. В каждой катушке по 7 витков. Их растягивают так, чтобы длина катушки оказалась равной примерно 11 мм. На плате катушки L5 и L6 размещают так, чтобы их индуктивная связь была минимальной.

Другие детали усилителя. Дроссели: L4 - типа ДПМ2-2.4; L2 и L3- ДМО,4. Резисторы: R3 - СПЗ-386; Rl, R2, R4-R6 - МЛТО,125. Конденсаторы: С4 - любой оксидный, СЗ, С5 и С7 - КМ-6 или К10-176; С2 - КД; остальные КД, KM, KCO-1 и др., имеющие малый ТКЕ, малые потери на высоких частотах и рабочее напряжение не менее 50 В. Реле К1 - РЭС-55А (на 12 В, например, РС4.569.600-06).

Колебательные контуры усилителя настраивают на рабочую частоту радиостанции. К антенному выходу усилителя подключают 50-омный антенный эквивалент (четыре параллельно включенных 200-омных резисторов типа МЛТ-2) и головку высокочастотного вольтметра (см. ее описание в этой книге).

Настройку контуров (L1C6C7 настраивают, перемещая подстроечник в катушке L1, a L4L5L6C8-C12 - сдвигая-раздвигая витки в катушках L5 и L6) ведут по максимуму показаний ВЧ вольтметра. Мощность, развиваемая усилителем на нагрузке Rа: Pвых=U^2/Rа, где Рвых - в ваттах, U - в вольтах (эффективное значение) и Rа- в омах. Соответственно напряжение, создаваемое 10-ваттным усилителем на 50-омной нагрузке, должно быть: U=ЦPвых*Rа = 22,4 В. Если оно меньше и не может быть увеличено регулировкой R3, уменьшают сопротивление резистора R5.

Усилитель может питаться от любого 12-вольтного источника, способного отдать ток 2...2,5 А. Это может быть даже старый, потерявший значительную часть своей емкости автомобильный аккумулятор. В этом случае радиостанция будет независима от энергоснабжения поселка, отсутствие которого, кстати, уже само по себе может быть причиной обращения к службе спасения.

*) Если ее частотный канал совпадает с радиоканалом местной службы спасения. Перестроить такую радиостанцию на работу в другом канале нетрудно - нужно лишь заменить в ней кварцевые резонаторы задающего генератора и гетеродина.

**) Максимальная мощность радиопередатчика, разрешенная сегодня Госсвязьнадзором для работы в Си-Би, - 10 Вт (в охранных системах - 2 Вт).

***) Годится, например, описанная в этой книге «Простая Си-Би антенна».

Простая Си-Би антенна

Рис.13. «Оконная» Си-Би антенна

Конструкция простой и эффективной в работе Си-Би антенны показана на рис. 13. Здесь: 1 -несущая антенны - раздвижное (телескопическое) стеклопластиковое удилище длиной 6...8 м; 2 - подпятник; 3 - оттяжки (лучше - жесткие), фиксирующие антенну в нужном положении; 4 - вибратор антенны - провод МГВ или МГШВ сечением 0,5...1,5 мм^2 и длиной ~5,37 м, прикрепленный изолентой к концу каждого сегмента удилища 1; 5 - согласующее устройство во влагозащитном чехле; 6 - фидер - 50-омный коаксиальный кабель; 7 - 5...10 ферритовых колец (m=50...2000), над винутых на коаксиальный кабель.

Принципиальная схема П-контура, согласующего высокое входное сопротивление антенны (она возбуждается в пучности напряжения) с 50-омным фидером, приведена на рис. 14, а. Катушка L1 - бескаркасная. Ее 9 витков наматывают проводом ПЭВ-2 1,6 на болванке диаметром 8 мм и растягивают до 19 мм. Конденсаторы П-контура - любые высокочастотные (с малыми потерями на частотах Си-Би), имеющие достаточно высокое рабочее напряжение. Последнее относится прежде всего к конденсатору С1*. Его рабочее напряжение Uс1і12(C2/C1)ЦPвых , где Рвых мощность передатчика в ваттах, а Uс1 - в вольтах. Так, при Рвых= 4 Вт Uс1і100В, при Рвых= 10 Вт - Uс1і160B, а при Pвых=100Bт- Uс1і500 В. И если для 4...10-ваттного передатчика в качестве С1 в П-контуре годился бы, например, конденсатор типа KCO-1 (250 В), то для 100-ваттного - КСО-2 (500 В) или еще более высоковольтный.

Катушку и конденсаторы П-контура распаивают на односторонней печатной плате, изготовленной из фольгированного стеклотекстолита толщиной 2 мм (рис. 14, б). Собранную плату с припаянным к ней концом вибратора вводят в склеенный из ударопрочного полистирола бокс-чехол без «дна» (рис. 14, в), защищающий ее от дождя и снега.

Фидером антенны служит 50-омный коаксиальный кабель. При длине 10...15 метров он может быть довольно тонким. Так, в кабеле РК50-2-16 (его внешний диаметр 3,5 мм) потери на частотах Си-Би не выйдут из пренебрежимо малых 1...1,5 дб. Экономия в весе антенно-фидерной системы может быть важной, например, в пеших экспедициях.

Длину кабеля рекомендуется взять кратной l/2Цe , где l длина волны, соответствующая середине диапазона рабочих частот, а e- диэлектрическая проницаемость диэлектрика коаксиального кабеля (для полиэтилена Цe=1,52). То есть, его длина может быть равна 3,6; 7,2; 10,8 и т.д. метров. При таких длинах кабель может иметь даже другое волновое сопротивление.

Антенну настраивают обычным образом. Включив КСВ-метр между фидером и радиостанцией, работающей на передачу в середине диапазона рабочих частот, и сдвигая-раздвигая витки в катушке П-контура (бокс-чехол сдвинут на вибратор), стараются получить КСВ=1. Если сделать это не удается, ищут частоту (для этого нужно иметь многосеточную станцию), на которой это получается. Если частота, соответствующая КСВ=1, оказалась ниже

Рис. 14. Согласующий П-контур: а - схема П-конгура; б - печатная плата; в - бокс-чехол

середины диапазона рабочих частот, вибратор укорачивают, если выше - удлиняют. Величину удлинения-укорочения М вычисляют по расстройке антенны: расстройке Df =100кГц соответствует Dl=2,5 см.

Как показал опыт, полоса рабочих частот антенны 300...400 кГц (по КСВ <1,5).

Рис. 15. «Глобус», расширяющий полосу рабочих частот антенны

Антенну можно дополнить проволочным «глобусом» (рис. 15), изготовленным из двух 43-сантиметровых отрезков стального тросика** сечением 0,8 мм2. Их предварительно залуженные с хорошим флюсом концы распаивают в крестообразном разрезе штепсельного гнезда от разъема типа ШР. С другой стороны в гнездо впаивают конец вибратора, укороченного на 5...10 см (нужное его укорочение уточняют при настройке антенны).

Припаянный к вибратору «глобус» крепят к самому кончику удилища изолентой. Легкость и малая его парусность делают такое крепление вполне достаточным.

Антенна с проволочным «глобусом» на конце вибратора имеет заметно большую полосу пропускания и меньшую зависимость КСВ от рабочей частоты.

В городских условиях антенну можно установить непосредственно за окном своей квартиры так, как показано на рис. 16 (антенна выводится из поля зрения верхних окон). Угол между стеной и удилищем должен быть в пределах 20...30°. Антенну лучше ставить на окне, обращенном в сторону наиболее интересных корреспондентов.

Конечно, на диаграмму направленности таким образом установленной антенны будет влиять металлическая арматура стены, экранирующее и поглощающее воздействие всего здания. Но, как показывает опыт, отличие ее от круговой в значительной мере компенсируется теми же городскими условиями - переотражениями сигнала соседними зданиями. Хотя сама по себе асимметричная диаграмма направленности недостатком антенны, конечно, не является.

Рис. 16. Монтаж антенны на окне

На деревенском доме или на даче антенну можно поставить строго вертикально. Вставив, например, ручку удилища в специальное гнездо у чердачного окна. Удилище с заранее закрепленными на его секциях вибратором и антенным боксом раздвигают в процессе установки.

Можно рекомендовать и другой способ. Ручку полностью развернутого удилища-антенны крепят двумя хомутами на тонком конце 5...6-метрового шеста. Поблизости от дома в земле делают цилиндрическую, по диаметру толстой части шеста, выемку глубиной 10...15 см и, вставив в нее шест, поднимают всю конструкцию (ее вес - 5...6 кг) в вертикальное положение. В верхней части шест крепят к какой-либо выступающей части дома: привязывают к карнизу крыши, к стропилам и т.п. В таком варианте антенна может быть установлена и вне каких-либо строений, потребуется лишь какое-то иное подкрепление ее шеста-мачты.

Антенну не потребуется приподнимать, если она будет смонтирована на раздвижном стеклопластиковом удилище длиной 11...12 м. Для фиксации такой антенны в вертикальном положении достаточно прикрепить ее, например, к стойке экспедиционной палатки или к забитому в землю дюралюминиевому уголку.

Если антенну развертывают на опушке леса, то здесь, как правило, удается воспользоваться подходящим деревом. Через его сук, находящийся на высоте 11...12 м, перебрасывают*** нейлоновую леску, которой и подтягивают к нему всю антенную систему - вибратор с висящим на нем боксом П-контура и частью фидера. Нужно лишь оставить между самим деревом и верхом вибратора (имеющего в этой точке пучность напряжения) 10...15-сантиметровый отрезок лески в качестве высокочастотного изолятора.

Высота 11...12 м (~l), которая рекомендовалась для этой антенны во всех ее вариантах, выбрана не случайно. При такой высоте подвеса

вертикального полуволнового вибратора над проводящей поверхностью его излучение под малыми углами к горизонту, нужное для связи с корреспондентом «земной» волной, достигает максимума (минимальными становятся потери на излучение под другими углами). Но это верно лишь для расстояний между корреспондентами r, не превышающих rmax@ 4(Цh1+Цh2), где rmax- максимальное расстояние «радиовидимости» - в км, а h1, и h2- высоты антенн корреспондентов - в м. Если же r і rmax, то антенну устанавливают по rmax, так как высота подвеса антенны будет играть здесь большую роль, нежели лучшая «прижатость» лепестка ее излучения к горизонту.

Если по условиям связи нет необходимости держать антенну на улице постоянно, привлекая к ней нежелательное, возможно, внимание, то среди полноразмерных описанная антенна не имеет, пожалуй, равных: ее монтаж-демонтаж занимает менее минуты.

Как показали длительные испытания (с радиостанциями Yosan-2204, Dragoit SY-101 и др. без каких-либо усилителей), антенна, как в городском, так и в сельском ее вариантах, позволяла держать уверенную связь «земной» волной на расстояниях до 30...40 км и более. А на «проходе» - со всеми районами европейской части России, Украиной и Белоруссией.

*) На более высоких частотах критерием в выборе конденсаторов для антенного контура становятся их реактивная мощность и тангенс угла потерь.

**) Такой тросик используют для декоративной обивки «мягких» дверей.

***) Например, с помощью рогатки; снарядом может быть 20...30-граммовое рыболовное грузило, прикрепленное к концу лески.

Генератор для настройки ПЧ-тракта радиоприемника

На рис.17 приведена принципиальная схема генератора, который может быть использован для настройки тракта промежуточной частоты в радиоприемниках самого разного назначения. Частота выходного сигнала генератора - f пч=465 кГц* - задается кварцевым резонатором ZQ1, а его амплитуда - не менее 2 В - зависит от напряжения источника питания Uпит .

Все резисторы в генераторе - типа МЛТ-0,125, конденсаторы КМ-6 или им подобные. Транзистор VT1 - практически любой n-p-n, имеющий коэффициент усиления по току не менее 100 и гра ничную частоту не менее 100 МГц.

Рис. 17. Генератор для настройки ПЧ тракта радиоприемника

Генератор не требует наладки. Для сохранения хорошей формы сигнала при Uпиті10 В потребуется, возможно, лишь несколько
увеличить емкость конденсатора С2 (до 6200....6800 пФ).

При такой амплитуде выходного сигнала генератор к радио-приемнику можно и не подключать - достаточно лишь их сблизить. Но уровень выходного сигнала можно уменьшить, привести его к нужному. Так, например, как это показано на рис. 18. Но в этом случае сам генератор потребуется поместить в экран (штриховой линией показан его фрагмент), иначе наводки «по воздуху» не позволят получить на его выходе сигнал достаточно малого уровня. При хорошей экранировке всех цепей резисторный делитель можно сделать ступенчатым (рис. 19), сигнал на выходе которого может быть снижен, при необходимости, и до долей микровольта. Расчет таких делителей описан в [1].

Рис. 18. Простой делитель выходного напряжения

Рис. 19. Ступенчатый делитель выходного напряжения

*) Несущая ПЧ-тракта fпч=465 кГц - отечественный стандарт. В зарубежной связной технике чаще fпч=455 кГц. Для настройки такой аппаратуры в генераторе потребуется сменить лишь кварцевый резонатор.

Сетевой блок питания для Си-Би радиостанции

Си-Би радиостанции, появившиеся на нашем рынке, рассчитаны, как правило, на питание от 10...12-вольтных аккумуляторов. Ток, потребляемый такой станцией в режиме приема, составляет 0,02...0,3 А*, а в режиме передачи (при Рвых= 4 Вт) - 1...1,5А. На рис. 20 приведена принципиальная схема стабилизированного выпрямителя, позволяющего питать такую радиостанцию от сети переменного тока.

Теплоотвод транзистора VT1 выполнен в виде поставленной «на ребро» дюралюминиевой пластины размером 63х23х5 мм. Для лучшего теплового контакта под транзистор рекомендуется ввести теплопроводящую пасту, например, КПТ-8. Остальные элементы выпрямителя монтируют на печатной плате размером 67х40 мм. Диоды VD1-VD4 также ставят «на ребро».

Смонтированную плату устанавливают вертикально и так, чтобы теплоотвод транзистора VT1 и диоды VD1...VD4 хорошо обдувались восходящим потоком воздуха.

Источником переменного напряжения 12,6 В (это значение, заметим, из ряда номинальных) может служить трансформатор мощностью не менее 30 Вт, например, ТН36, ТН46 и др. Трансформаторы типа ТН имеют две, три или четыре 6,3-вольтные обмотки, допускающие как последовательное, так и параллельное их соединение. Возможная коммутация четырехобмоточного трансформатора этого типа, рассчитанного на питание от сети 127/220 В, показана на рис. 21.

Рис. 20. Принципиальная схема сетевого блока питания

Основные параметры сетевого блока:

Выходное напряжение Uн...................................................................... 8...14 В;

Максимальный ток нагрузки Iн max...................................................... 1,5 А;

Напряжение пульсации DUн................................................................. <10 мВ;

Выходное сопротивление Rвых.............................................................. 0,04...0,07 Ом.

Питание стабилизированного выпрямителя такой конфигурации от источника переменного напряжения 12,6 В позволяет обойтись без какой-либо защиты радиостанции по цепям питания. Даже при пробое проходного транзистора VT1 напряжение на радиостанции не поднимется выше 15...16 В (на передаче она даже не выйдет из рабочего режима, в сигнале появится лишь фон переменного тока). А при коротком замыкании в цепи нагрузки отдаваемый стабилизатором ток самостоятельно уменьшится почти до нуля, поскольку транзистор VT1 в этом режиме будет закрыт.

Блок может быть использован для питания радиостанции, потребляющей в режиме передачи и значительно больший ток. Но лучше в таком случае использовать в качестве VT1 транзистор КТ825Д (Iк max=20 A, h21э=750...18000). С увеличением Iн потребуется соответственно увеличить и емкость конденсатора С1. В противном случае напряжение пульсации на нем -

DUвыпр@6*10^3 Iн / C1

(DUвыпр - в вольтах, Iн - в амперах, С1 - в микрофарадах) окажется чрезмерным, периодически выводящим транзистор VT1 из режима стабилизации. В показанной на рис. 22 эпюре напряжений Uкэ@1,5 В - минимальное напряжение коллектор-эмиттер транзистора VT1, при котором он еще сохраняет свои функции.

Рис. 21. Коммутация трансформатора типа ТН

При значительном увеличении тока нагрузки потребуется соответственно увеличить площадь теплоотвода под транзистором VT1 и, конечно, использовать более мощный понижающий трансформатор, например, ТН10 (ток нагрузки до 6 А), ТН11 (7,8 А или 8,7 А в зависимости от типа сердечника), ряд других. Потребуется, возможно, заменить кремниевые диоды VD1-VD4 с их довольно большим прямым падением напряжения Uпр =1...1,2 В на германиевые Д303 (ток до 3 А), Д304 (5 А) или Д305 (10 А), в которых Uпр=0,25...0,3 В, или на кремниевые с барьером Шотки 2Д2998Б(В), 2Д219Г и др., имеющие Uпр@0,4 В.

Рис. 22. Эпюры напряжений

*) 0,02...0,07 А - в портативных радиостанциях, 0,2...0,3 А - в автомобильных.

Простой индикатор антенного тока

Поскольку при настройке и согласовании элементов антенно-фидерного тракта нередко важнее заметить рост или спад контролируемой величины, достижение ею максимума или минимума, то нет нужды и оцифровывать ее, ставить в соответствие ей какие-то общепринятые единицы. Такие «безразмерные измерения» - функции индикаторов.

Схема индикатора, пригодного для контроля токов с частотой 25...30 МГц, показана на рис. 23.

Здесь Т1 - высокочастотный трансформатор, первичной «обмоткой» которого служит продетый сквозь его кольцевой сердечник
(М50 ВЧ2-14 К12х6х4,5 мм) провод с ВЧ током, а вторичной равномерно распределенные по сердечнику 20 витков провода в пластиковой изоляции. На элементах VD1 и С1 собран детектор, резисторы Rl, R2 и РА1 составляют его нагрузку. Стрелочный прибор РА1 - оцифрованный или «слепой» микроамперметр с током полного отклонения 50... 150 мкА.

Индикатор рассчитан на включение в антенно-фидерный тракт передатчика мощностью до 10Вт (при R1=R2=1...10 кОм).

Рис. 23. Индикатор антенного тока

При больших мощностях сечение сердечника трансформатора потребуется увеличить (для 100-ваттного передатчика - до 0,5...1 см^2; в этом случае потребу- ется увеличить сопротивление резисторов и, возможно, уменьшить число витков в обмотке II трансформатора).

Сердечник большого размера (с большим внутренним диаметром) может потребоваться и для контроля тока в «толстой» антенне, например, в телескопической или спиральной антенне портативной радиостанции.

Индикатор может быть выполнен в виде единого блока. Но нередко удобнее работать с прибором, состоящим из двух частей: «висящей» на антенном проводе детекторной головки, связанной двухпроводной линией с микроамперметром. Во избежание возможного влияния линии связи на конфигурацию электромагнитного поля антенны ее можно выполнить из тонкого провода высокого сопротивления или расставить в ней 100...200-омные резисторы, «разрывающие» ее по ВЧ на нерезонирующие фрагменты.

Индикаторную головку размещают обычно в пучности тока антенны. Это не только делает отведение более чувствительным, но и минимизирует его влияние на антенну.

Если антенный ток остается достаточно большим, германиевый диод можно заменить кремниевым - КД510А, КД522Б и т.п.

Высокочастотная головка к цифровому мультиметру

Ее принципиальная схема показана на рис. 24. Если высокочастотное напряжение Uэфф (эффективное значение) на входе головки превышает 1,5...2 В, то на шкале мультиметра, выставленного в режим измерения постоянного напряжения и имеющего в этом режиме входное сопротивление 1 МОм, будет показана величина Uэфф. Верхний предел измеряемого напряжения ограничен здесь лишь допустимым для диодов головки обратным напряжением Uобрі1,5Uэфф. Верхняя частотная граница головки - не менее 30 МГц.

Рис. 24. ВЧ головка к мультиметру

О коррекции S-метра в Си-Би радиостанции

Встроенный в радиостанцию S-метр позволяет выполнить обычную со стороны корреспондента просьбу: оценить его сигнал в баллах S-шкалы. Соответствующие ей уровни высокочастотного напряжения на 50-омном антенном входе принимающей радиостанции приведены в таблице 3.

К сожалению, в связной аппаратуре, поступающей к нам из-за рубежа, S-метры остаются, как правило, «сырыми», не выставленными.

Хотя привести показания S-метра к норме несложно* (в станциях есть для этого специальный регулировочный резистор), но сделать это можно лишь при наличии высокочастотного генератора, имеющего хороший аттенюатор. Такой техникой радиолюбитель, как правило, не располагает.

На рис. 25 показана принципиальная схема генератора, пользуясь которым можно проверить, а при необходимости - откорректировать показания S-метра своей радиостанции в домашних условиях.

Частота генератора (VT1 и др.) задается кварцевым резонатором ZQ1. Она должна быть, конечно, в диапазоне рабочих частот станции. Лучше - в его середине.

Напряжение высокой частоты на эмиттере транзистора VT1 зависит от напряжения питания генератора, которое можно изменять подстроечным резистором R3.

Резисторы R4...R12 представляют собой аттенюатор - нормированный ослабитель высокочастотного сигнала, снижающий Uвх=0,85 В уровень сигнала на своем входе — до Uвых=25 мкВ - уровня сигнала на выходе (с подключенной к нему 50-омной нагрузкой - входным сопротивлением радиостанции).

Таблица 3

Рис. 25. Принципиальная схема калибратора S-метра

Таким образом, подключив к антенному входу станции такой генератор, мы подадим на нее 8-балльный сигнал и нам останется лишь выставить эти 8 баллов на шкале ее S-метра. В радиостанции Yosan 2204, например, это делают регулировкой подстроечного резистора VR602.

Если радиолюбитель не располагает высокочастотным вольтметром, позволяющим выставить нужное напряжение на входе аттенюатора, то такой вольтметр нетрудно сделать. Его принципиальная схема показана на том же рис. 25 (элементы С2, VD1, VD2, С5, R13, VT2, R14, R15 и PV1). PV1 - обычный цифровой или стрелочный вольтметр, имеющий входное сопротивление не менее 100 кОм. На его шкале «=U» регулировкой R3 и выставляют нужные 0,85 В.

На рис. 26 показана печатная плата генератора с ВЧ вольтметром, изготовленная из двустороннего фольгированного стеклотекстолита толщиной 1,5 мм. Фольгу со стороны деталей используют лишь в качестве экрана и нулевого провода (к ней подключен «-» источника питания). Для пропуска выводов деталей в ней травлением или зенковкой делают кольцеобразные выборки. Места соединения с нульфольгой «заземляемых» выводов показаны черными квадратами.

Все резисторы в калибраторе - МЛТ 0,125 или им подобные тойже мощности (С2-23, ОМЛТ и др.). Использовать в аттенюаторе R4...R12 проволочные резисторы (вообще - резисторы с проводящим слоем в виде спирали) нельзя: их индуктивность внесет в делитель неконтролируемую составляющую. Нужные сопротивления для аттенюатора подбирают с помощью цифрового омметра.

Рис. 26. Печатная плата калибратора

Установка случайных резисторов, лишь номинально имеющих нужное сопротивление, может привести к тому, что ослабление аттенюатора будет отличаться от расчетного на 30...40% и более.

Аттенюатор отделяют от других элементов генератора экраном жестяной выгородкой или коробкой высотой 7...8 мм, припаянной к нуль-фольге. На рис. 26 его положение на плате показано штриховой линией.

Конденсаторы СЗ и С4 здесь - типа КД, С1, С2 и С5 - КМ-6.

Кварцевый резонатор ZQ1 должен работать на основной частоте (в таких резонаторах частоту указывают в кГц, а не в МГц, как в возбуждаемых на гармонике основной). Во избежание возможного срыва колебаний корпус резонатора лучше ни с чем не соединять.

Смонтированную плату нужно поместить в металлическую коробку подходящих размеров; годится, например, жестяная коробка из-под бульонных кубиков.

Рис. 27. К расчету аттенюатора

Генератор подключают к антенному входу радиостанции коротким коаксиальным кабелем с соответствующим разъемом на конце.

Конечно, уровень сигнала на выходе калибратора может быть и другим. Но для этого в его аттенюатор потребуется внести изменения.

Таблица 4

Представим тот же аттенюатор в другом виде (рис. 27, а). В нем легко просматриваются четыре Т-секции. Первая, несимметричная, составлена из резисторов R4, R5 и R6. Имея 50-омную нагрузку на выходе (входное сопротивление следующей секции), она понизит Uвх=0,85 В - уровень сигнала на своем входе — до 25 мВ на этой нагрузке. Следующие три секции симметричны и одинаковы: каждая из них имеет Rвх=Rвых=50 Ом и с 50-омной нагрузкой на выходе вносит в общее ослабление свои 20 дб (см. рис. 27, б и таблицу 4).

Любая из этих трех секций может быть перестроена на какое-то другое ослабление. Потребуется лишь в соответствии с таблицей 4 заменить в ней Ra и Rb. Поскольку входное-выходное сопротивление секции при этом остается неизменным (это те же 50 Ом) появление новых Ra и Rb никак, очевидно, не скажется на ослаблениях, вносимых другими секциями аттенюатора. Т.е., так или иначе изменив ослабление в секции, мы точно также, на эту же самую величину изменим ослабление и всего аттенюатора.

Так, уменьшив вдвое ослабление лишь последней секции аттенюатора (с 20 до 14 дб), установив в ней в соответствии с таблицей 4:

R10= R12=33,3 Ом и R11=20,8 Ом, мы поднимем тем самым уровень сигнала на входе радиостанции до 50 мкВ, т.е. до 9 баллов.

После внесения в секции тех или иных изменений можно вернуться к прежней структуре аттенюатора. Нужно лишь просуммировать номиналы последовательно включенных резисторов, заменив их одним. Так калибратор, показанный на рис. 25, станет 9-балльным, если в нем изменить номиналы трех резисторов, установив R10=74,3 Ом (41+33,3), R11=20,8 Ом и R12=33,3 Ом. Без сделанного выше топологического преобразования все это пришлось бы принять на веру.

Довольно высокое напряжение на выходе калибратора - 25 или 50 мкВ - выбрано здесь потому, что по мере его снижения, в попыт ках, например, проверить показания S-метра в середине S-шкалы или даже в ее начале, все более и более важной становится экранировка всех элементов калибратора, даже отдельных секций его аттенюатора. Могут сказаться здесь и внешние наводки на станцию (собственная экранировка многих из них далека от идеала); во всяком случае эти наводки должны быть на 2...3 балла слабее сигнала, поступающего с калибратора.

Отметим в заключение, что хотя описанный калибратор предназначен для коррекции показаний уже имеющегося в радиостанции S-метра, он может быть полезен и в градуировке самодельных S-метров. Нужно лишь дополнить его аттенюатором с переменным ослаблением сигнала (см. Радио, №11, 1997, с. 80), приняв, конечно, меры к тщательной экранировке всего этого тракта.

*) Если шкала S-метра лишь смещена. Но встречаются S-метры, показания которых удается совместить с таблицей 3 лишь в отдельных позициях. Это конструктивный дефект. В современных радиостанциях он, как правило, неустраним.