Главная страница » Электрика в театре » Резонансные штыревые антенны-усилители

1 2 3 4 5 6 7 ... 24

ных) и высокочастотных (резонансных) АУ приводится в последующих главах книги, однако такой анализ необходим преимущественно для профессиональных приемных систем. Для АУ бытового назначения, в том числе и для автомобильных, можно руководствоваться основными правилами, вытекающими из точного анализа, которые сводятся к следующему.

1. Для ДВ, СВ и KB диапазонов в качестве активных приборов целесообразно использовать полевые ВЧ или СВЧ транзисторы, имеющие высокое входное сопротивление, сравнительно малый уровень шумов (для частот выше 100 кГц) и крутизну порядка 10 мА/В.

2. При использовании в качестве собственно антенны штырей (в том числе выполненных частично в виде пружины) их длину по сравнению с пассивными телескопическими можно уменьшить в 2-4 раза (примерно до 30.. .50 см), гфи этом чувствительность автомобильной приемной системы сохраняется.

3. В УКВ диапазоне АУ согласуется с входным сопротивлением приемника 75 Ом. В ДВ и СВ диапазонах выходное сопротивление АУ должно быть чисто емкостным, равным емкостному сопротивлению эквивалента антенггы, под который настраиваются автомобильные приемники. Для отечественных автомобильных приемников оно равно 60.. .70 пФ.

4. Коэффициент передачи по напряжению усилителя Ки для ДВ, СВ диапазонов целесообразно устанавливать в пределах 6.. .12 дБ (большие значения могут ухудшить помехоустойчивость). В диапазоне УКВ Ки целесообразно выбирать в пределах 14.. .20 дБ при согласованной нагрузке 75 Ом.

5. Согласование входа усилителя с собственно антенной в диапазоне УКВ должно иметь, как правило, компромиссный характер между согласованием по усилению и по шуму. Исключение может составлять приемник с заниженной чувствительностью, тогда в АУ следует обеспечивать согласование по усилению, или наоборот, если приемник имеет очень хорошую чувствительность, следует осуществлять согласование по минимуму шумов, допуская существенные потери усиления.

6. Полевые и биполярные транзисторы примерно одинаково эффективны для использования в конструкциях' АУ в диапазонах как УКВ, так и более коротких волн. Полевые транзисторы имеют большой разброс парамет-




Рис. 2.2. Активные автомобильные антенны ALPHA-3 (а), ВЕТА-3 (б)

ров, однако при отсутствии жестких климатических требований позволяют реализовать лучшую линейность динамической характеристики, чем биполярные (в первую очередь германиевые). Из биполярных транзисторов предпочтение следует отдавать кремниевым (см. гл. 6).

7. Эффективность использования активных и пассивных антенн следует сравнивать с помощью коэффициента эффективности Кэ (см. гл. 3). При этом для радиолюбительской практики можно рекомендовать определять экспериментально (см. гл. 8).

Рассмотрим некоторые конструкции активных автомобильных антенн. Антенны ALPHA-3 и ВЕТА-3 фирмы Fuba (рис. 2.2) обеспечивают прием радиопередач в диапазонах ДВ, СВ, KB и УКВ [58, 59]. Схемы обоих вариантов аналогичны, устройства отличаются конструктивным выполнением. Электронная часть ALPHA-3 (два усилителя ДВ, СВ, KB и УКВ диапазона с соответствующими фильтрами) размещена в основании зеркала заднего вида, металлические конструкции которого (отражатель зеркала) служат собственно антенной. Питание осуществляется от автомобильного аккумулятора при максимальном потребляемом токе порядка 10 мА. В устройстве предусмотрен фильтр подавления помех от автомобильной электрической сети. Антенна соединена с автомобильным приемником с помощью стандартного кабеля. Наиболее критическим размером, влияющим на электрические характеристики (настройку) АУ, является расстояние между осью зеркала и корпусом автомобиля, где установлено зеркало заднего вида. Металлический держатель зеркала изолирован от корпуса автомобиля, и емкость этого держателя относительно корпуса Св влияет ка настройку антенны.



в схеме ALPHA-3 (рис. 2.3) собственно антенна представлена сопротивлением излучения и емкостью Св.

Печатные индуктивности на диэлектрической плате (£б, Lj, Ls) служат элементами входного контура АУ в диапазоне УКВ (точки подключения усилителя УКВ 1-1), в диапазонах ДВ, СВ и KB индуктивность Le и конденсатор Ci (достаточно большой емкости по сравнению с Св) мало влияют на настройку и поэтому собственно антенна для усилителя ДВ, СВ и KB диапазона (точки подключения 2-2) представляет собой практически малую емкость, образованную параллельным соединением Св и малой емкости Сг, которая является элементом связи для входного контура УКВ диапазона. Таким образом, в УКВ диапазоне АУ является резонансной, а в диапазоне ДВ, СВ, KB - нерезонансной. Входное сопротивление

Емкостная нашгадиа

1 (двцжатель зетемю

Схеме/ {/а/лителя


9/1ZB

Схема фильтра литатя

Рйс. 2.3. Схема антенны ALPHA-3

Схема сс/лс/теля ДВ. СВ, /S(AW катла



усилителя ДВ, СВ, KB в точках 2-2 весьма велико (вход - небольшая емкость, образующая с емкостью собственно антенны широкополосный делитель напряжения). Усилитель ДВ, СВ, KB собранна транзисторах Т\ и Гг, включенных по схемам ОЭ и охваченных отрицательной обратной связью (резистор Rn), улучшающей линейность схемы.

Усилитель УКВ диапазона собран на транзисторе Тг по схеме ОЭ. Выходы обоих усилителей нагружены через суммирующую цепь (l4, Сю, Сц, l5) на коаксиальный кабель (точка 3). Индуктивность Ls и конденсатор Сц служат элементами согласования УКВ усилителя с 75-омным кабелем, причем индуктивности Ls и l4 служат для развязки выходов усилителей между собой. Суммарная выходная емкость АУ по каналу ДВ, СВ, KB образуется емкостями Сю и Сц.

Фильтрация низкочастотных флуктуации автомобильного источника питания 6/12 В осуществляется резистором Ri и емкостью с5. Сопротивление R\ выбирается сравнительно небольшим для предотвращения падения напряжения автомобильного источника питания, зато ем-


0,15 0,2 0,Ъ 0,it 0,50,6 0,8 1,0 1,5 Z 3 4 5 6 Г,11Гц

Рис. 2.4. Усиление штыревой антенны в разных точках автомобиля относительно антенны ALPHA-3




Рис. 2.5. Расположение штыревой антенны на автомобиле

КОСТЬ Cs работает в этом фильтре в 3 раз эффективнее, так как она умножается на коэффициент усиления транзистора Т4 по току (Р). Фильтр ВЧ состоит из элементов Li, ?4, Сб и С7.

На рис. 2.4 представлены характеристики усиления пассивных штыревых антенн длиной 65. ..110 см, устанавливаемых в различных местах автомобиля (рис. 2.5), относительно антенны ALPHA-3. Как видно из рис. 2.4 и 2.5, лишь при размещении штыря длиной 110 см в точках ] и 4а имеем (в диапазонах ДВ, СВ и KB) выигрыш в усилении относительно ALPHA-3. В среднем же ALPHA-3 в этих диапазонах частот по эффективности не уступает обычной автомобильной антенне. В диапазоне УКВ ALPHA-3 превосходит по отношению сигнал/шум обычную автомобильную антенну длиной НО см, расположенную в точке 1 (рис. 2.5), причем выигрыш доходит до 10 дБ (рис. 2.6).

Многочисленные испытания и результаты эксплзата-ции ALPHA-3 подтвердили не только ее хорошие усилительные и uiyMOBbie характеристики, но и высокую по-

;-х-:

<-:

100 ти г,мгц

Рис. 2.6. Отношение сигнал/шум антенны ALPHA-3 по сравнеппю со штыревой (рис. 2.5, точка 1)



мехоустойчивость к перекрестной и взаимной модуляции в условиях сложной помеховой обстановки современных индустриальных центров [58]. Основным требованием к конструкции этой антенны является эффективная защита электронных компонентов от воздействия коррозии. Для защиты от кратковременного воздействия влаги печатная плата с компонентами покрывается специальной водозащитной пленкой из смолы. Для защиты от большого аэродинамического и гидродинамического давления на конструкцию, возникающего при движении автомобиля, предусмотрены специальные отверстия. Все конструктивные решения подвергались экспериментальной проверке.

Автомобильную АУ ВЕТА-3 можно устанавливать в различных местах автомобиля. В ее конструкции собственно антенной является стальной стержень высотой 40 см, которому можно придавать различный наклон. Размеры электронной схемы уменьшены еще больше, чем в ALPHA-3, а схема размещена в пластмассовом корпусе на основании собственно антенны. Характеристики такие же, как и для ALPHA-3.

Уровни выходного сигнала указанных антенн, например, при приеме в УКВ диапазоне, выше уровня выходного сигнала обычной автомобильной телескопической антенны длиной более 1 м на 7. ..10 дБ. Согласование усилителей УКВ с собственно антенной осуществляется в этих АУ как компромисс между согласованием по усилению и по шуму.

Наименее чувствительной по отношению к занимаемому объему разновидностью антенны является штыревая [57]. Даже при значительном уменьшении диаметра штыря ее емкость изменяется мало, а коэффициент направленного действия D очень короткого штыря, как известно, лишь на 1 дБ меньше, чем у штыревой антенны резонансных размеров.

Еще один тип автомобильных АУ рассмотрен в [57]. Собственно антенна выполнена в виде штыря из нержавеющей пружинной стали, нижняя часть которого сделана в виде спиральной пружины. В диапазоне УКВ индуктивность пружины служ;ит для оптимального согласования. Усилитель размещается в конусообразном основании из пластмассы. АУ питается от напряжения 12 В и потребляет ток всего 3 мА. Как и вышеописанные конструкции ALPHA-3 и ВЕТА-3, эта АУ содержит дванеза-



Др1 1пнГ

С7 т

НИ н^И:

СВпО,067

13,2д±1,5°/о 50,0

IBOh

Выход^ о

0,01(7 0,01/7

Рис. 2.7. Схема автомобильной АУ типа АВ-24

~5В

висимых усилителя (один для УКВ и другой для ДВ, СВ и KB диапазонов), которые имеют общие входные и выходные зажимы. Вход AM канала (ДВ, СВ, KB диапазоны) защищен от перенапряжений параллельно включенным диодом.

Отечественной промышленностью в настоящее время выпускаются три типа автомобильных АУ: АВ-24, АА-001 и АА-301. Антенна АА-301 -штыревая, АА-001 конструктивно выполнена в зеркале заднего вида, АВ-24 - во внутрисалонном зеркале заднего вида.

С1 100

1,5к

U7000

ШОО fiZ

7,5к

2,

Р7 7Z0-

R8 Ън

05 ЪО

СВ 0,33

Ro т

Рис, 2.8. Схема автомобильной АУ типа АА-0С1

d,Z5 Рц 150

13,28

0,25

Рф 150 -h

ЧИИ-О



Антенна АВ-24 предназначена для работы с автомобильным радиоприемником типа А-271Г в автомобиле Волга ГАЗ-24 и обеспечивает прием AM сигналов в диапазоне 150. ..1605 кГц и ЧМ сигналов в диапазоне 65,8...73 МГц. Питание АВ-24, как и АА-001 и АА-301, осуществляется от автомобильных аккумуляторов. Потребляемый АВ-24 ток невелик (10 мА), габариты 220X40X70 мм, масса менее 450 г. Усилитель УКВ диапазона собран на одном транзисторе по схеме ОЭ, усилитель ДВ, СВ диапазонов - двухкаскадный (рис. 2.7).

Антенна АА-001 предназначена для работы с автомобильным приемником типа А-370 в автомобиле Жигули ВАЗ-2101 вместо штыревой антенны типа АР-108 в диапазоне ДВ (150...408 кГц) и СВ (525...1605 кГц). Конструктивно АА-001 выполнена аналогично ALPHA-3, при-



Рис. 2.9. Автомобильная АУ



чем фильтр питания из 4-х элементов выполнен отдельно и мон-ируется под капотом автомобиля. Усилитель собран по двухкаскадной схеме на транзисторах КП-304А и ГТ-329Б (рис. 2.8).

При испытаниях установлено, что АУ типа АА-001 имеет такую же эффективность, как телескопическая антенна АР-108 высотой более 1 м. Уровень собственных шумов на выходе АА-001 составляет 5.. .10 мкВ в полосе пропускания приемника, что обеспечивает его высокую чувствительность. Габариты АА-001 (без кабелей, фильт-.ра и собственно зеркала заднего вида) 25X56X30 мм, масса меньше 250 г. Антенна эффективно работает в жестких климатических условиях (-45°С. .. + 55°С и при большой влажности воздуха).

Конструкция и электрическая схема АУ, аналогичной антенне АА-301, подробно описаны в [54].

В 1978 г. отечественной промышленностью был освоен выпуск активной автомобильной антенны (рис. 2.9). Собственно антенна представляет собой штырь длиной 38 см, нижняя часть которого выполнена в виде гибкой пружины, обеспечивающей отклонение штыря от нормального положения на угол 70.. .80°. Активная часть смонтирована на печатной плате, расположенной внутри цилиндри-, , ческого корпуса. Конструк-

ция антенны и детал ее крепления на автомобиле выполнены таким образом, что позволяют устанавливать ее - вместо широко используемой телескопической автомобильной антенны. Активная часть, состоит из двух ш параллельных каналов, один из которых рассчитан на работу в УКВ -диапа- зоне, а другой - на рабо-~ ту в KB, СВ, ДВ диапазо-

нах. Эксплуатационной особенностью антенны является наличие легкоразъемного соединения в месте стыка пассивной и активной частей антенны, что при необходимости позволяет удобно и быстро снять наружную часть антенны (штырь). Эффективность активной антенны примерно эквивалентна эффективности пассивной штыревой антенны длиной около 2 м.

MTSISB

дет



2.2. АНТЕННЫ-УСИЛИТЕЛИ ДЛЯ РАДИОПРИЕМНИКОВ


АУ для бытовой и частично коммерческой радиоприемной аппаратуры отличаются от автомобильных в основном лишь конструктивным оформлением. Пожалуй, самой эффектной известной разработкой в области АУ можно назвать мини-антенну, разработанную для диапазона 10 кГц ... 50 МГц [60] (рис. 2.10). Она состоит из штыря высотой 3,8 см, электронной части и небольшого диска, закрепленного на вершине штыря и служащего для выравнивания эффективности АУ по диапазону. Принципиальная схема в [60] не приводится, указано лишь, что она представляет собой трехкаскад-ный усилитель. Первый каскад собран на полевом транзисторе с высоким входным сопротивлением, 1што-рый, однако, не может обеспечить усиление хотя бы больше единицы, так как находится в режиме сильного рассогласования по входу. Второй и третий каскады собраны, видимо, на биполярных транзисторах или микросхемах и обеспечивают дополнительное усиление сигнала и согласование выхода АУ с 50-омным кабелем.

Эффективность мини-антенны относительно штыревой иллюстрируются рис. 2.11. Интересным свойством мини-антенны является увеличение уровня сигнала на входе приемника при увеличении ее высоты над землей.

Рис. 2.10. Общий вид мини-антенны


11 0

Резонансная частота. lumb/peffoa ан/петь/

ЗОкГцШиГц ЪМГцЮМГц 100 иГц 1НГц тГцШГс Частота

Рис. 2.11. Эффективность мини-антенны

I - мини-антенна, поднятая над землей на 107 см, 2 - мини-антенна, поднятая над землей на 23 см; S - штыревая антенна высотой 4 м п' диаметром 10 см



1 2 3 4 5 6 7 ... 24

© 2000-2022. Поддержка сайта: +7 495 7950139 добавочный 133270.
Заимствование текстов разрешено при условии цитирования.