ПРОСТОЙ и ЭФФЕКТИВНЫЙ ПРЕСЕЛЕКТОР ДЛЯ МНОГОДИАПАЗОННОГО КВ ПРИЁМНИКА
Преселектор разработан Сергеем Беленецким (US5MSQ), опубликован в журнале Радио №9 за 2005 год и радиоежегоднике. В предлагаемой схеме выполнена замена мощного полевого транзистора на пару полевой-биполярный и применены наиболее распространённые в настоящее время каркасы контурных катушек в результате получились очень вполне приличные АЧХ, для примера привожу их вид на девяти радиолюбительских диапазонах, но перестройка с помощью КПЕ сплошная:
АЧХ на ВЧ с конденсатором связи С6 ёмкостью 0,033 мкФ, резистор связи R4 на 6,6 Ом, изменяя их можно корректировать вид АЧХ, хорошо получилось:
Получить подобные АЧХ можно при создании трёхконтурных высокодобротных полосовых фильтров с релейной коммутацией стоимостью больше в несколько раз!!! как бы странно это не звучало :) Сэкономить можно на КПЕ, думаю, что практически у каждого радиолюбителя он есть в тумбочке...
При разработке и изготовлении приемников и трансиверов на низкочастотные диапазоны на базе ЭМФ радиолюбители уже «традиционно» применяют двухконтурные диапазонные полосовые фильтры (ДПФ). Тон был задан четверть века назад такими известными конструкциями, как трансиверы Радио-76, Радио-76М2 [1,2 ]. Двухконтурные ДПФ, при относительной простоте реализации, обеспечивали достаточно высокие параметры, в частности, избирательность по зеркальному каналу порядка 40-46 дБ. После существенного расширения несколько лет назад полосы частот, отведенной для любительской связи на диапазонах 160 и 80 метров, соответственно, стало необходимостью увеличение пропорционально и полосы пропускания ДПФ. В журнале Радио [3] уже рассказывалось, как рассчитать и изготовить двухконтурные ДПФ, обеспечивающие требуемую широкую полосу пропускания при малой неравномерности АЧХ ( менее 1 дБ). Но такое решение приводит к заметному ухудшению избирательности ДПФ. Практические измерения показали, что избирательность по зеркальному каналу снизилась до 28-32 дБ, подавление ГПД – до 20-22 дБ (что при работе на передачу приводит к высоким уровням внеполосных излучений), на частотах 1605 кГц ( начало вещательного СВ диапазона ) – менее 20 дБ. Дальнейшее всестороннее моделирование в программе RFSim99 показало, что применение высокодобротных катушек, изменение вида связи между контурами ситуацию не улучшает.
Теперь попробуем оценить, что при таком ДПФ на диапазоне 160 м поступает на смеситель приемника при полноразмерной антенне (для эффективной работы на передачу длина которой должна быть порядка 41-160 м).
Шумы и бытовые помехи в городских условиях при среднем прохождении в основной полосе частот 200 кГц достигают уровня S +10…20 дБ (150-500мкВ) и сигналы радиолюбительских станций (уровень «соседей» достигает зачастую +40-50дБ, т.е. 5-15 мВ) плюс шумы, бытовые помехи и сигналы ведомственных станций зеркального канала такой же шириной 200 кГц, ослабленные всего на 30 дБ (30 раз), плюс сигналы мощных вещательных станций СВ диапазона, уровень которых в больших городах на полноразмерной антенне может достигать нескольких вольт и после ослабления на 20-30 дБ ДПФ уровень помехи может достигать сотен мВ. Это очень тяжелый режим работы даже для высокодинамичного смесителя. Кстати, обзор всех известных любительских конструкций трансиверов с ДД по интермодуляции более 90 дБ (а это очень высокие параметры), опубликованных в радиолюбительской литературе и Интернете , показал, что по абсолютной величине допустимый уровень помех не превышает 50-100 мВ. Для диапазона 80 м ситуация не лучше – 380-400 кГц основной полосы пропускания плюс такая же полоса слабо подавленного (-17-22 дБ) зеркального канала с не менее мощными шумами, бытовыми помехами и сигналами ведомственных станций.
Как видно из изложенного выше, применение двухконтурных ДПФ на диапазоны 80 и 160м не позволяет получить хороших результатов в простых конструкциях трансиверов на базе ЭМФ при работе на прием и совершенно недопустима работа на передачу без дополнительной фильтрации из-за высоких уровней внеполосных излучений. Применение трехконтурного ДПФ или/и увеличение частоты ПЧ до 5-9 МГц улучшает внеполосную избирательность на 20-30 дБ (40-60 дБ), но внутри полосы пропускания весь спектр мощных шумов и помех низкочастотных диапазонов шириной 200 кГц (или 380-400 кГц на восьмидесятке) будет поступать на смеситель.
Разумеется, уровень входных сигналов можно понизить с помощью входных аттенюаторов, но при этом снизится и полезный сигнал, который на диапазонах 160 и 80 метров зачастую бывает на уровне шумов , а то и ниже.
Кардинально улучшить ситуацию позволяет применение узкополосных перестраиваемых преселекторов. Такие решения широко применялись радиолюбителями в конструкциях приемников и трансиверов 50-80 годов прошлого Века. Даже с простыми по конструкции катушками с добротностью 70-100 позволяют легко получить на диапазоне 160 метров полосу пропускания 25-35 кГц. Однодиапазонные конструкции с синхронной перестройкой входных контуров с гетеродинным из-за необходимости хорошего сопряжения требуют и навыков и наличия измерительных приборов, что представляло определенные трудности при повторении. В многодиапазонных вариантах к проблемам сопряжения добавлялись и конструктивные — из-за необходимости переключения большого числа контактов, как правило применялся многоплатный переключатель диапазонов. Конструкция преселектора получалась громоздкой, сложной в изготовлении, не очень надежной в эксплуатации и требовала поистине героический усилий при изготовлении и настройке. Более привлекательны с точки зрения простоты изготовления и настройки узкополосные преселекторы, перестраиваемые отдельной ручкой настройки. Такое решение давно применяется известным конструктором трансиверов Я.С. Лаповком [ 4,5 ] и эффективно выполняет функции узкополосного преселектора и, заодно частотозависимого аттенюатора.
Предлагаемая Вашему вниманию конструкция двухконтурного узкополосного перестраиваемого преселектора отличается простотой в изготовлении и настройке и позволяет дополнительно улучшить избирательность по приему как существующих, так и строящихся приемников и трансиверов. Особенностью предлагаемого решения является применение конденсатора переменной емкости от ламповых радиовещательных приемников с большим перекрытием по емкости, что позволило без коммутации катушек получить перекрытие по частоте в четыре раза, захватив три низкочастотных любительских диапазона. Идея не нова и уже применялась в радиолюбительских разработках [6].
Принципиальная схема двухконтурного узкополосного перестраиваемого преселектора на любительские диапазоны 160,80 и 40 метров приведена на рис. 1. Сигнал с антенны (50 или 75 Ом) или аттенюатора поступает по коаксиальному кабелю на контакт Х1 и через катушку связи L1 на контур L2С2.1. Связь между контурами осуществляется несколько нетрадиционно посредством низкоомного резистора R1 и ее величина выбрана таким образом, чтобы обеспечить постоянство коэффициента передачи во всем диапазоне перестройки по частоте. При этом полоса пропускания по уровню – 3 дБ составила на диапазонах 160,80 и 40 метров соответственно 34, 50 и 75 кГц, коэффициент передачи 1-1,5 раза. Конструктивно нужно разместить катушки подальше друг от друга, чтобы минимизировать индуктивную связь между ними, например по разные стороны от КПЕ. К катушке связи контура L3С2.2 подключен через антипаразитный резистор R3 эмиттерный повторитель VT1, выполняющий функции высоколинейного УВЧ (за счет трансформации сопротивлений в контуре) и обеспечивающий работу на низкоомную нагрузку – например, кольцевой смеситель на диодах или 50 омный вход основного ДПФ. Резистор R6 обеспечивает устойчивую работу и согласование с коаксиальным кабелем большой длины, например, при выполнении преселектора в виде отдельной конструкции, но при этом ослабляет сигнал в 2 раза. Поэтому общий коэффициент передачи по напряжению 0,5-0,7. Если планируется размещение преселектора внутри корпуса приемника и кабель будет небольшое длины, то резистор R6 можно уменьшить, или убрать совсем. Напряжение питания допустимо в пределах 9-15в и должно быть хорошо стабилизированным. Ток потребления не более 10мА.
Используя тот же принцип, добавив всего две катушки и два реле можно получить вседиапазонный преселектор. Для работы в условиях больших сигналов имеет смысл добавить отключаемый аттенюатор на -20 дБ. Полная схема девятидиапазонного преселектора приведена на рис. 2:
Избирательность преселектора в диапазоне 10-30 МГц осуществляется полосовым фильтром, собранном на контурах L6C2.1, L7C2.2, в котором применена комбинированная связь между контурами – внешнеемкостная на конденсаторе С11 и внутриемкостная за счет конструктивной емкости порядка 0,3-0,5 пФ между двумя секциями статора КПЕ, условно показанная на схеме штрих пунктиром. Для увеличения коэффициента передачи применено полное включение контура, а транзистор применен полевой с большой крутизной, что обеспечивает хорошее согласование с нагрузкой 50-75 Ом. В результате при перестройке частоты от 10 до 30 МГц полоса пропускания практически линейно изменяется от 180 до 700 кГц, а коэффициент передачи по напряжению от 0,7 до 2,5 раз. Диоды VD1-VD4 обеспечивают защиту затвора полевого транзистора от опасных уровней входного напряжения. На реле К3 и резисторах R10, R11, R12 аттенюатор -20дБ, который при необходимости включается подачей напряжения +12В на контакт Х5. Реле К1, К2 производят коммутацию диапазонов, нормально замкнутыми контактами подключены контуры L2, L3 диапазона 1,8-7МГц. Подача напряжения +12В на контакт Х6 подключает контуры диапазона 10-30 МГц 1,8-7 МГц.
Что касается конкретного применения описанного преселектора, интересным может быть применение в виде отдельной приставки или в составе приемника или трансивера до основных ДПФ в качестве преселектора-усилителя, причем на НЧ диапазонах основные функции — узкополосная преселекция и частотозависимый аттенюатор, а на ВЧ — усиление (до 6-8 дБ на 29 МГц) и дополнительная фильтрация по зеркальному и другим побочным каналам приема. В этом случае, если добавить реле обхода, появляется возможность оперативно управлять включением преселектора, в зависимости от обстановки в эфире отдавая предпочтение либо повышению избирательности, либо чувствительности.
По рекомендации автора выполнена замена мощного транзистора КП903 на пару полевой-биполярный (BF410D и 2N3906), каркасы катушек заменены на доступные в настоящее время китайские, в результате чего схема преселектора стала выглядеть вот так:
О деталях.
Обратить внимание нужно на то, что конденсатор С6 необходимо запаивать на длинных выводах (не менее 5 мм) иначе резко увеличиваются затухания на ВЧ!!!
В преселекторе можно применить двухсекционный конденсатор переменной емкости с воздушным диэлектриком от ламповых радиовещательных приемников с перекрытием по емкости от 10-18 пФ до 495-510 пФ, например КПЕ-1, КПВ-2. От качества этого конденсатора зависит успех в повторении конструкции.
Перед его установкой надо убедиться в отсутствии замыкания между пластинами ротора и статора, для чего удобно использовать «китайский» цифровик в режиме «звуковой прозвонки», и желательно проверить синхронность изменения емкости обеих секций при вращении ротора. Для этой проверки понадобится простейший генератор, собранный по любой известной схеме, в качестве контурной емкости которого используем наш КПЕ. Автор использовал в качестве измерительного генератор приставки для измерения индуктивности [ 7 ] со случайной катушкой индуктивности 35 мкГн, предварительно отключив образцовый конденсатор емкостью 25330 пф. Поочередно подключая обе секции в четырех-пяти положениях ротора КПЕ, измеряем частоту генерации, если отличие значений более 1%, то добиваемся необходимого сопряжения небольшим отгибанием или подгибанием крайних пластин соответствующей секции. Эта операция требует особого внимания и аккуратности.
Катушки L1...L4 выполнены на китайских каркасах ПЧ с гантелью и резьбовым "горшком", а L5...7 на секционированных каркасах с резьбовым сердечником и ферритовым "горшком", намотка ведётся медным эмалированным проводом ПЭВ, ПЭЛ 0,12-0,25 мм, количества витков указаны на схеме. При необходимости подбором числа витков катушки L4 в пределах 5-10 можно изменить коэффициент передачи по напряжению в диапазоне 1,8-7 Мгц в пределах 0,7-2,5 раза. После намотки катушек желательно измерить полученную индуктивность любым доступным способом. Значения индуктивности должны соответствовать указанным на схеме при среднем положении подстроечного сердечника и установленными экранами. Дроссель L8 может быть стандартным типа Д, ДМ рассчитанным на ток не менее 100 мА, но для исключения возможных паразитных связей и наводок хотя бы L8 можно намотать на ферритовом колечке диаметром 7-10 мм проницаемостью 2000, число витков в зависимости от размера кольца соответственно 60-40 проводом ПЭЛШО 0,2-0,3 мм (возможно применение и другого провода – ПЭВ,ПЭЛ 0,2-0,35мм). Реле применены с двумя группами переключающих контактов с напряжением срабатывания 12В. Возможно использование реле с другими рабочими напряжениями с соответствующей корректировкой величины управляющих напряжений или реле других типов с таким же количеством переключающих контактов, но при этом понадобится корректировка печатной платы. Размер печатной платы преселектора 90х91 мм.
Необходимость в конденсаторе С10 ( он может не понадобится при применении подстроечных конденсаторов с большими пределами перестройки определяется при настройке. Для удобства перестройки по частоте желательно оснастить КПЕ простейшей шкалой и верньером с небольшим замедлением, но можно применить ручку большого диаметра. Внешний вид собранной платы преселектора показан на фото в самом начале страницы.
Настраивать преселектор можно по упрощенной методике.
Подключите к антенному вводу антенну, а на выход – приемник, с которым планируется работа в преселектора дальнейшем. Настройте приемник на частоту 1810 кГц. Подстроечники катушек поставьте в среднее положение. Установив ротор блока КПЕ в положение максимальной емкости, подстройкой индуктивности катушек добейтесь настройки контуров резонанс по максимальному уроню шума эфира. Затем переведите ротор блока КПЕ в положение минимальной емкости, а приемник настройте на частоту 7100 кГц и подстроечными конденсаторами добейтесь резонанса. Эти операции надо повторить два-три раза, добиваясь оптимальной настройки. Затем переключите преселектор на диапазон 10-30 МГц подачей напряжения 12В на соответствующий разъём. Настройте приемник на частоту 29,7 МГц. Подстроечники катушек поставьте в среднее положение. Установив ротор блока КПЕ в положение минимальной емкости и подстроечными конденсаторами добейтесь резонанса. Если пределов перестройки подстроечных конденсаторов недостаточно, тогда им параллельно подключите дополнительный конденсатор (в авторском варианте это С10) такой емкости, чтобы резонанс достигался при среднем положении подстроечника. Затем настройте приемник на 10 МГц. Установите ротор блока КПЕ в положение максимальной емкости (в этом положении резонанс будет в районе 9,1-9,3МГц). Плавно вращая ротор КПЕ в сторону уменьшения, найдите положение, при котором резко возрастает шум эфира. Отметьте это положение риской на шкале – это будет нижняя точка сопряжения контуров. Далее подстройкой индуктивности катушек добейтесь настройки контуров в резонанс по максимальному уровню шума эфира. Эти операции тоже надо повторить два-три раза, добиваясь оптимальной настройки.
При помощи измерительных приборов ( генератора ВЧ и пр. ) настройку можно провести с более точным измерением характеристик, но только предварительную, при подключении реальной антенны вероятно понадобится подстроить входной контур по описанной выше методике.
Литература
1. Трансивер Радио-76. Б.Степанов,Г.Шульгин.—Радио, 1976, №6,с.17,№7,с.19.
2. Трансивер Радио-76М2. Б.Степанов,Г.Шульгин.—Радио, 1983, №20,с.17,№12,с.16.
3. Входной полосовой фильтр трансивера. Б.Степанов.—Радио, 2004, №11, с.66.
4. Трансивер с кварцевым фильтром. .Лаповок.—Радио, 1984, №8, с.24, № 9, с. 19
5. Я строю новую КВ радиостанцию.Я.Лаповок.—Радио, 1991, №№1-6.
6. Высокочастотный тракт трансивера. — КВ журнал,1994, №1, с.23; 1995, №2, с.20
7. Приставка для измерения индуктивности в практике радиолюбителя. С. Беленецкий.—Радио, 2005, №5, с.26
8. Небалансный смеситель частоты. — Радио, 1984, № 1,с.23.
9. Трансивер “YES-93”. Брагин Г. — КВ журнал, 1994,№ 3-5
Состав набора преселектора приведен здесь >>>
Внимание КПЕ в состав набора не входит!
Скачать статью из журнала Радио №9 за 2005 год можно отсюда >>>
Стоимость печатной платы преселектора (90х91 мм) - 400 руб.
Пока плат всего несколько штук, поэтому отдельно не продаю, но закажу и всё будет...
Стоимость б/у (демонтаж) КПЕ 2х(12-495 пФ) - 800 руб.
Внешний вид КПЕ показан выше на трёх фото собранного преселектора.
Стоимость набора для сборки платы преселектора (без учёта КПЕ) - 1800 руб.
Стоимость собранной и проверенной платы преселектора (понятное дело с КПЕ) - 3600 руб.
Заказы можно оформлять письмом на e-mail указанному в разделе "Контакты, доставка и оплата"
Всем мирного неба, удачи, добра, 73! и 36,6 :)
