Кімнатна приймальна рамкова антена на діапазон КВ
Була ціла мережа глушників, яка накидалася, як зграя вовків, на Голос Америки, Радіо Свобода та інші станції. Розібрати щось у таких умовах на «ВЕФ» чи «Океан» зі штатною телескопічною антеною було майже неможливо. А ось на цю рамку за сприятливого збігу обставин вдавалося дещо прийняти.
У ті роки навіть існування мовних діапазонів 19, 16, 13 і 11 метрів було мало не державною таємницею. Про їхнє існування знали тільки щасливі власники імпортної радіоприймачів, та й, зрозуміло, радіоаматори.
На мій великий подив, ця конструкція не забута навіть через 30 років. Передрук із журнальної статті можна знайти на декількох сайтах. При недавніх експериментах з приймачем SDR мені знадобилася кімнатна антена. Після довгих пошуків я таки повернувся до цієї своєї старої схеми, нічого краще знайти не вдалося. В антеній техніці не так багато нових схемотехнічних рішень.
Але слід зазначити, що у 80-х роках минулого століття найсильнішими джерелами перешкод у міській квартирі були тиристорні світлорегулятори (на щастя, їх було небагато). У наші дні ситуація змінилася на гірше. Імпульсні блоки живлення, цифрова техніка, комп'ютери та інші принади, без яких зараз ніяк не обійтися, призвели до сильного забруднення електромагнітного середовища.
В результаті на КВ прийом на кімнатну антену став майже неможливим. Якщо 30 років тому я впевнено приймав у діапазоні 10 м на цю антену в панельному залізобетонному будинку сигнали супутників серії «Радіо», то зараз зміг прийняти лише найпотужніші станції мовлення.
Короткохвильовики-спостерігачі нерідко не мають можливості використовувати зовнішню антену і змушеніу таких випадках задовольнятися кімнатною. І якщо радіоаматор живе у міській квартирі, то антена нерідко виявляється як би в екранованій камері, утвореній арматурою бетону. Це не лише послаблює корисні сигнали, а й посилює поля місцевих перешкод. У подібній ситуації доцільно використовувати антену з мінімальною чутливістю до перешкод, розмістивши її у вікні або на балконі.
Один із можливих варіантів вирішення цього завдання - застосування невеликих рамкових антен, периметр яких не перевищує чверті довжини хвилі. Такі антени вже широко застосовуються як приймально-передавальні на аматорських радіостанціях [1]. Наявність яскраво вираженого мінімуму в діаграмі спрямованості рамки дозволяє часом послабити перешкоди. Змінюючи положення антени у вертикальній та горизонтальній площинах, можна покращити якість прийому навіть у тому випадку, якщо сигнал та перешкода приходять з одного напрямку, але під різними кутами до горизонту. У деяких випадках за допомогою рамкової антени, використовуючи методи компонентної селекції [2], вдається підвищити схибленість і реальну вибірковість радіоприймача поблизу джерел перешкод. Крім того, так як така антена не вимагає застосування заземлення, зменшується ймовірність появи мультиплікативного фону [3], а завдяки її налаштуванню в резонанс підвищується вибірковість приймача дзеркальним та іншими побічними каналами.
Антенна, що описується нижче, призначена для роботи з будь-яким аматорським приймачем в діапазонах 3.5, 7, 14, 21 і 28 МГц. Завдяки мінімуму на діаграмі спрямованості вона послаблює сигнал, що заважає, на 26 дБ на частоті 28 МГц і на 20 дБ на 3,5 МГц. Рамка діаметром 300 мм виготовлена із телевізійного коаксіального кабелю. Частотна залежність її добротності та діючої висотипоказано на рис.1.
Щоб підвищити ставлення сигнал/шум у приймальній системі, рамка конструктивно поєднана з підсилювачем, застосування якого полегшує також її симетрію та узгодження з приймачем. Принципова схема підсилювача показано на рис. 2. Діапазон його робочих частот за рівнем –3 дБ – не менше 3. 30 МГц. Коефіцієнт посилення за напругою – 12 дБ. Рівень шумів на виході смуги 3 кГц на навантаженні 75 Ом вбирається у 0,3 мкВ. Динамічний діапазон – не менше 90 дБ. Опір навантаження – 75 Ом. Підсилювач живлять від джерела напругою 9 В. Споживаний струм - 8 мА.
Реально рамка перекривала діапазон частот приблизно від 5,8 до 30 МГц, тобто. мовні та аматорські діапазони від 49 до 10 м. На 80 м одновіткова рамка діаметром 30 см, звичайно ж, неефективна. Чи не судіть суворо за наведені вище цифри, вони не претендують на абсолютну точність, але близькі до реальності. Ще на важливій схемі в журналі була друкарська помилка, виток і стік VT1 поміняні місцями. Тут я цю помилку виправив.
На робочу частоту антену налаштовують здвоєним конденсатором змінної ємності С5. При роботі в діапазоні 3.5 і 7 МГц паралельно до його секцій підключають додаткові конденсатори С1, С2 і С3, С4 відповідно.
Напруга, наведена в рамці WA1, надходить на вхід підсилювача, перший каскад якого виконаний за симетричною диференціальною схемою на транзисторах польових VT1 і VT2. Високий вхідний опір каскаду практично не знижує добротність антени, а також дозволяє значно послабити прямий антенний ефект, що спотворює діаграму спрямованості. Дроселі L1 та L2 забезпечують пригнічення низькочастотних наведень.
Вихідний підсилювач зібраний на біполярному транзисторі VT3, включеному за схемою із загальнимемітером, і охоплений глибоким паралельним негативним зворотним зв'язком по напрузі через ланцюг R2, C10. Це дозволило отримати рівномірне посилення у широкій смузі частот, а також малі вхідний та вихідний опори підсилювача [4].
Така побудова пристрою забезпечила його хорошу лінійність та узгодження з коаксіальним кабелем, яким сигнал подається на вхід приймача. Живлення на підсилювач надходить з приймача окремим екранованим проводом.
Зовнішній вигляд антени показано на рис. 3 на початку сторінки, розміщення елементів у корпусі - на рис. 4.
Рамка 2 виконана з коаксіального кабелю РК-75-4-15 і закріплена на двох хрестоподібно розташованих розпорках 1 і 8 (див. креслення на рис. 5) з будь-якого діелектричного матеріалу (органічне скло, фанера і т.п.) відрізками дроту 9 діаметром 0,8мм. У верхній частині кабелю зовнішня оболонка та екранна обплетення 11 видалені на відстані 10 мм (вигляд А). Внутрішню оболонку 10 тут обмотують ізоляційною ПВХ-стрічкою (на рис. 4 не показана).
Корпус 7 та передня стінка 4 виготовлена з листової латуні товщиною 0,25 мм. Їхні креслення наведені на рис. 5. Корпус можна спаяти і з двостороннього фольгованого склотекстоліту завтовшки 1 мм. Екранне обплетення кабелю припаяне безпосередньо до корпусу. Гайка 6 (М9), припаяна до торця корпусу, використовується для кріплення антени на поворотній головці малогабаритного фотоштатива. Така конструкція дозволяє легко змінювати положення антени у просторі та відбудовуватись від перешкод. Ручка налаштування 5 виготовлена з ебоніту.
Підсилювач зібраний на друкованій платі 3 розмірами 75 х 25 мм із фольгованого склотекстоліту товщиною 1 мм. Креслення друкованої плати та розміщення деталей на ній наведено на рис. 6.
В даний часпри виготовленні підсилювача має сенс доопрацювати плату під SMD компоненти
Дроселі L1 і L2 намотані на кільцевих магнітопроводах типорозміру К7 х 4 х 2 з фериту з початковою магнітною проникністю 400. 1000 і містять по 25 витків дроту ПЕЛШО 0,12. На такому ж магнітопроводі виконаний трансформатор Т1. Кожна його обмотка містить по 10 витків дроту ПЕВ-2 0,17. Намотування ведуть відразу трьома проводами, скрученими в джгут.
КПЕ С5 – здвоєний блок КПТМ-4 ємністю 7. 260 пФ від кишенькових радіоприймачів "Нейва-401", "Сигнал-601". При відповідному коригуванні друкованої плати можна використовувати блок КПЕ від кишенькового приймача. Решта конденсаторів - КМ; С1-С4 бажано використовувати з допуском не гірше +-5%. Вимикачі SA1, SA2 – МТ3.
Транзистори КП303Е можна замінити на КП303Г, КП303Д, КП302А, КП302Б. Необхідно підібрати пару з можливо близькими параметрами. Замість транзистори ГТ311Ж можна використовувати ГТ311Е, ГТ311І, КТ306, КТ316, КТ325 та інші сучасні НВЧ транзистори.
Зараз можна знайти набагато кращі імпортні транзистори з меншим рівнем шумів. Марку аналогів знає Google.
Кабель, що з'єднує пристрій із приймачем, - РК-75-2-11 або будь-який інший з хвильовим опором 75 Ом. Його довжина не повинна перевищувати 5 м. Живлення на антенний підсилювач подають від приймача екранованим проводом будь-якого типу.
Антену починають налагоджувати з встановлення зазначених на принциповій схемі режимів транзисторів підбором резисторів R1 та R3. Потім тимчасово з'єднують висновки конденсатора С5 із загальним проводом, підключають підсилювач до приймача, що працює в діапазоні 28 МГц в режимі SSB, і, підбираючи резистор R2, досягають ситуації, коли шуми підсилювача трохи перевищують шуми приймача. Після цього здопомогою ГІР визначають резонансну частоту рамки при мінімальній і максимальній ємності конденсатора С5 (контакти вимикачів SA1 і SA2 розімкнуті).
Змінюючи периметр рамки, встановлюють діапазон частот, що перекриваються 14. 30 МГц з 5-відсотковим запасом. Доцільно спочатку взяти кабель довжиною близько 1,2 м, а потім симетрично вкорочувати його з обох кінців. Якщо використаний кабель РК-75-4-15 та конденсатор С5 ємністю 7. 260 пФ, вказаний діапазон частот перекривається при периметрі рамки близько 95 см, що відповідає діаметру 30 см.
Потім замикають контакти вимикача SA2. Ротор конденсатора С5 встановлюють у середнє положення та підбором конденсаторів С3 та С4 (вони повинні бути одного номіналу) домагаються резонансу на частоті 7,05 МГц. У діапазоні 3,5 МГц антену налаштовують аналогічним шляхом, підбираючи конденсатори С1 та С2. При цьому контакти SA2 мають бути розімкнені, SA1 - замкнуті.
При замиканні SA1 антена перекривала діапазони 25-31 м, при замиканні SA2 – 40 м, а при замиканні обох тумблерів – 49 м. Номінали конденсаторів, на жаль, не пам'ятаю. Подивитися ніде, оригінальний варіант антени не зберігся. Але підібрати труднощів не складе.
Якщо ГІРу немає, можна настроювати безпосередньо за сигналами аматорських радіостанцій. При резонансі гучність різко зростатиме. Переваги цієї антени найповніше виявляються у тому випадку, якщо сигнали радіостанцій не проникають на вхід приймача безпосередньо з ефіру [5, 6].
Література: 1. Степанов Б. Короткохвильові антени. - У кн.: Радіо щорічник, 1985.-М.: ДТСААФ СРСР, 1985. 2. Гречіхін А. Компонентна селекція. – Радіо, 1984, № 3, с. 18-20. 3. Єгоров І. Мультиплікативний фон у радіоприймачах. - Радіо, 1980 №9, с .40-41. 4. Хабаров Ю.Є.Короткохвильова активна антена. - М: Енергія, 1977, с.21-24. 5. Мішустін І.А. Підвищення завадостійкості радіоаматорського прийому. - М: Енергія, 1974. 6. Єгоров І. Про схибленість побутової радіоапаратури. – Радіо, 1981, № 7-8, с. 30-31.