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

1 2 3 4 5 6 7 8 ... 24

где находится приемник, соединенный с мини-антенной согласованным кабелем. Как видно из рис. 2.11, хотя при поднятии мини-антенны над землей уже на 1 м она может быть применена для приема в диапазоне до 7 МГц, сама по себе она обеспечивает эффективный прием (по сравнению с 4-метровым штырем) в диапазоне от 10. ..12 кГц до 1...3 МГц. На частоте 40 кГц эта мини-антенна эквивалентна по эффективности 800-метровой штыревой антенне! Динамический диапазон мини-антенны около 100 дБ, и она работает без искажений при входных напряжениях (на входе усилительной части) до 10 мВ. В полосе пропускания приемника 540 Гц уровень шумов на выходе антенны около 0,1 мкВ (на сопротивлении 50 Ом), что сравнимо с шумами хороших связных приемников этого диапазона. Такую мини-антенну можно использовать на автомобилях и самолетах, а также в антенных решетках НЧ пеленгаторов.

В 1974 г. на промышленной выставке в Ленинграде Шведское отделение компании ITT демонстрировало серийно выпускаемую АУ АА-300 [61], предназначенную для работы с широкополосными профессиональными радиоприемными устройствами. Однако такие АУ применимы и для радиолюбительских и бытовых радиоприемни-


Рис. 2.12. Антенна АА-300



ков (рабочий диапазон АУ 10 кГц.. .30 МГц). Внешний вид АУ показан на рис. 2.12. Конструктивно АА-300 представляет собой полый цилиндр высотой 340 мм, диаметром 135 мм, внутри которого размещена электронная часть антенны. Питание АУ осуществляется постоянным напряжением 24 В по фидеру с волновым сопротивлением 50 Ом. Конструкция АУ очень жесткая. Такая конструкция и соответствующее выполнение полупроводниковой схемы позволяют использовать АУ типа АА-300 в суровых климатических условиях. Чувствительность АУ исследована в диапазоне 1.. .30 МГц: при напряженности поля 10 мкВ/м на выходе АУ создается напряжение 3 мкВ при отношении сигнал/шум больше 20 дБ. Помехозащищенность АА-300 характеризуется следующими данными. Для двух одинаковых сигналов, каждый из которых соответствует э. д. с. на выходе АУ в 20 мВ, подавление сигнала взаимной модуляции второго порядка (типа ifi±f2) выше 80 дБ и третьего порядка (типа 2/i-Ь) -выше 120 дБ. Перекрестная модуляция от помех, соответствующих выходным э. д. с. 2 В и при 30% глубине модуляции помехи, не превышает 1%. АУ рассчитана на работу с напряженностью поля до 200 В/м или на пиковое напряжение до 5 кВ/м. максимальной длительности 0,5 с. Эти цифры говорят о том, что устройство антенны, видимо, аналогично описанному в гл. 1 устройству АУ для аэродромной диспетчерской радиосвязи НА-432/141/50 (рис. 1.10). АУ типа АА-300 снабжена источником питания (рис. 2.12), преобразующим напряжение НО или 220 В (50 Гц) в постоянное напряжение 24 В и потребляющим мощность 3 ВА. Масса самой АУ- 1,7 кг, источника питания- 1 кг.

Для радиолюбителей и спортсменов, занимающихся охотой на лис , интересна работа, проведенная на кафедре радиоприемных и радиопередающих устройств Ленинградского высшего инженерного морского училища, где был разработан малогабаритный радиопеленгатор (МРП) на транзисторах-, предназначенный для индивидуального использования в полярных условиях, а также в условиях плохой видимости для определения направления на радиопередающую станцию. Затем была проведена модернизация МРП с учетом современных требований. Одной из интересных особенностей модернизированного варианта МРП является использование в нем АУ на полевом транзисторе КП350Б.




евОО 96 (фона Вф

Рис. 2.13. Схема антенной системы радиопеленгатора МА - магнитная антенна, МС - медный стержень

Для приема в диапазоне СВ (275.. .600 кГц) приме-, няют антенную систему, состоящую из внутренней магнитной антенны на ферритовом стержне с диаграммой направленности в виде восьмерки в горизонтальной плоскости и встроенной в МРП АУ с круговой диаграммой направленности. Эта АУ предложена взамен малоэффективной второй магнитной антенны, разработанной в 1963 г. Результирующая диаграмма направленности антенной системы имеет форму кардиоиды. Пеленгация осуществляется на слух по минимуму слышимости принимаемого сигнала.

АУ включает собственно антенну (медный стержень длиной 100 мм и диаметром 3 мм) и. активную схему, представляющую собой малошумящий, резонансный (по выходу) усилитель на транзисторе КП350Б. Для получения диаграммы направленности в виде кардиоиды с помощью баланса амплитуд в усилителе имеется плавная регулировка усиления (потенциометром R2 - рис. 2.13). Габариты всего устройства 168X97X45 мм, масса- 375 г. Более полные сведения об устройстве МРП в целом (супергетеродин с одним преобразованием частоты) приведены в [62].

Кроме описанной в [53, 54] автомобильной АУ, разработана АУ для встраивания в переносные транзисторные приемники [133]. Она предназначена для улучшения приема в KB диапазонах и обладает следующими техническими характеристиками: рабочий диапазон, частот




Выход

дБ О


Шцепи

2 3 4 0 810 WiOWf.Aim 0,1 д)

-

/ 10 f,/irt!

Ъ

С

HI-° °и ° о

R3 °Г2° Д1

- Выход

готд. 01,5




3...30 МГц, собственная реальная чувствительность АУ 10 мкВ/м (при длине антенного штыря 1 м в полосе пропускания 8 кГц), динамический диапазон 115 дБ, усй--ление по напряжению (от затвора Т1) 10 раз, напряжение питания 4 ... 12 В, потребляемый ток 2,5 ... 3 мА Рассмотрим принципиальную схему АУ (рис. 2.14,а).. Сигнал, наведенный в антенном штыре, поступает на двухкаскадный усилитель через емкостной делитель на--пряжения Са-~Сви- Передача напряжения и отношение-сигнал/шум при этом тем лучше, чем больше Са и меньше Свк, см. (1.2), (1.5). Поэтому первый каскад усилителя выполнен на полевом транзисторе. Второй каскад - на биполярном транзисторе ГТ313 - собран по схеме-с общим эмиттером и охвачен глубокой параллельной-отрицательной обратной связью на напряжению через-цепь R3, СЗ, что позволило получить равномерное усиление в широкой полосе частот, а также очень малые-входное и выходное сопротивления данного каскада. Такое построение усилителя обеспечивает, с одной стороны минимальную входную емкость, так как каскад на полевом транзисторе работает в режиме короткого замыкания-по выходу, а с другой - хорошую линейность второго-каскада, так как параллельная отрицательная обратная связь эффективна при большом выходном сопротивлении источника сигнала. Режим полевого транзистора по постоянному току обеспечивается с помощью резистора Катушка индуктивности L2 замыкает по постоянному току цепь между затвором й истоком и обеспечивает подавление частот ниже 3 МГц. Индуктивность подобрана так, чтобы на частоте около 4 МГц обеспечивался параллельный резонанс с емкостью С1=Сц + Свх- Резонансный-пик сглаживается с помощью ферритового сердечника с большими потерями. Катушка индуктивности L1 обеспечивает подъем частотной характеристики в диапазоне-20.. .30 МГц и подавление более высоких частот, так как на частоте около 30 МГц L1 имеет последовательный резонанс с емкостью C-CiCbxI (Сц + Се). Резонансный пик сглаживается резистором Со стока полевого транзистора сигнал поступает на базу биполярного, усилива-

Рис. 2.14. АУ KB диапазона:

о - принципиальная схема, б - частотные .характеристики усилителя АУ при-различных напряжениях питания, в - уровень шумов (1 - окружающего про-странства, 2 - АУ, 3 - приемника с АУ, 4 - приемника с пассивной антен-*Jon), г, д - монтажная и печатная платы усилителя АУ



ется им, выделяется на нагрузке R5 и через конденсатор С5 поступает на вход приемника. В качестве входа приемника используется точка .его схемы, соединенная с гнездом внешней антенны разделительным конденсатором 5. ..10 пФ, который при подключении АУ удаляют.

Стабилизация рабочей точки биполярного транзистора при уменьшении напряжения питания и температуры окружаюш,ей среды обеспечивается диодом Д1 и цепью R4C4. Катушка индуктивности L3 препятствует замыканию базы транзистора на землю по переменному сигналу. Звено R6, С6 в цепи питания ослабляет высокочастотные наводки.

Усиление по напряжению от затвора полевого транзистора к коллектору биполярного мало зависит от температуры и напряжения питания и практически определяется произведением крутизны полевого транзистора на сопротивление резистора R3. На рис. 2.14,6 показаны ча- стотные характеристики усилителя АУ. На этом же рисунке показано влияние цепочки RlLl. На рис. 2.14,в показан уровень собственных шумов АУ (кривая 2) и уровень шумов АУ с приемником, имеющим реальную чувствительность 50 мкВ (кривая 3). Кривая 4 показывает уровень шумов такого же приемника с обычной телескопической антенной. На этом же рисунке показана усредненная частотная зависимость напряженности поля внешних шумов (кривая /). Как видно из рис. 2.14,в, в диапазонах KB АУ позволяет существенно улучшить реальную чувствительность приемника.

Усилитель АУ можно смонтировать на печатной плате (рис. 2.14,г) из фольгированного стеклотекстолита толщиной 1,5 мм. Все резисторы типа ОМЛТ 0,125 Вт, конденсаторы- типа КМ-6. Катушка намотана на резистор R1 проводом ПЭВ-2 0,1 внавал и имеет 60 витков. Катушки L2, L3 намотаны на сердечники К7Х4Х2 из феррита 2000НН или 2000НМ в один слой и содержат по 24 витка провода ПЭЛШО 0,12. Для снижения собственной емкости сердечника катушки L2 желательно перед намоткой обмотать тонкой лакотканью. Катушки L2, L3 лакируют клеем БФ-2 и после припайки выводов приклеивают к плате тем же клеем. В качестве сердечников катушек L2, L3 можно использовать и широко распространенные сердечники К7Х4Х2 из феррита 600НН. В этом случае катушки L2, L3 должны быть намотаны в один слой проводом ПЭЛШО 0,08 и иметь 40.. .60 вит-



ков. При применении феррита 600НН высота резонансного пика на частоте 3.. .4 МГц увеличивается на 6- 8 дБ. Диод Д1 типа КД503 можно заменить любым кремниевым диодом подходящего размера (Д219, Д220, КД508, КД512 и т. п.). Транзистор Т2 типа ГТ313 можно заменить другими высокочастотными биполярными транзисторами структуры р - п - р с более низкой граничной частотой, однако при этом будет снижена верхняя граница рабочего диапазона частот.

2.3. ТЕЛЕВИЗИОННЫЕ АНТЕННЫ-УСИЛИТЕЛИ

Несмотря на шум, поднявшийся вокруг новой сенса-, ционной идеи в области антенной техники, возмутитель спокойствия Э. Тернер на базе ВВС им. Райт-Паттерсона (Дейтон, шт. Огайо) спокойно проводит испытания ненаправленной сверхминиатюрной интегральной антенны (SIA) высотой около 10 см. Это устройство, перекрывающее большую часть диапазона телевизионного вещания (метровые волны), - побочный результат, полученный при разработке серии антенных конструкций высотой 5 см со. встроенными транзисторами, вызвавших споры в кругах специалистов , - так судя по работе [3], происходила разработка первых АУ для телевизионного приема. Главное возражение многих специалистов против применения АУ вообще и SIA, в частности, для телевизионного приема сводилось к тому, что ненаправленность (или слабая направленность) будет причиной приема помех от других станций и переотражений от .местных предметов. Однако испытания разработанных в дальнейшем телевизионных АУ показали, что эти проблемы не являются непреодолимыми и. преимущества АУ (малые габариты при сохранении или улучшении чувствительности приемных систем) являются решающими при использовании их для телевизионного приема. В частности, для комнатных телевизионных АУ отражения можно устранить, выбрав ее местоположение (также как для пассивных комнатных телевизионных антенн больших размеров) или применив специальные схемные решения.

Самые низкие телевизионные частоты примерно 50 МГц, размер обычных телевизионных антенн порядка 2 м. Если вместо них использовать активные антенны, этот размер можно уменьшить до 50.. .60 см. Конечно, создание направленных АУ связано, как правило, с при-



менением многоэлементных структур, при этом размеры АУ увеличиваются, однако и в этом случае интеграция с транзисторами оказывается выгодной с точки зрения как некоторого уменьшения размеров, так и повышения чувствительности всей приемной системы. Опыты с телевизионными антеннами типа волновой канал , в которых только питаемый диполь заменен АУ, показали значительное улучшение отношения сигнал/шум, и при этом не наблюдалось никакого изменения в диаграмме направленности.

В разработанной фирмой IFD Electronics (США) конструкции механически прочной миниатюрной многоканальной телевизионной АУ объединены свойства многоэлементных антенн обычной конструкции трех видов: Ю-элементной директорной антенны низкочастотной части диапазона очень высоких частот (ОВЧ), 14- 15-элементной широкополосной антенны высокочастотной части ОВЧ диапазона и 4-элементной антенны УВЧ дил-;пазона. АУ смонтирована в тонком пластмассовом корпусе размером 86X68,5x7,6 см и предназначена дляуста-;новки на крышах зданий, ее масса 2,3 кг, она прошл.а :испытания при скорости ветра до 136 км/ч [63].

Собственно антенна выполнена в виде печатной схемы на майларовой подложке, на которой также путем протравливания тонкого медного слоя получены и пассивные элементы ОВЧ и УВЧ диапазонов. Выходные сигна-.лы ОВЧ и УВЧ диапазонов поступают с пассивной части (собственно антенны) на ОВЧ и УВЧ фильтры, а затем- в полосовые усилители на малошумящих транзисторах (рис. 2.15). В схеме использованы развязывающие фильтры для предотвращения взаимодействия между сигналами НЧ и ВЧ частей ОВЧ диапазона. Транзисторные усилители с помощью двух скоб монтируются на высоте 2,5 см над печатной платой. Одна из скоб играет роль только механической опоры, а вторая используется также для крепления 75-омного кабеля, который соединяет выход схемы объединения ОВЧ/УВЧ сигналов с коаксиальным снижением (кабелем) антенны. Использование экранированного коаксиального кабеля предотвращает прием нежелательных сигналов. Этот кабель используется и для подачи питания (12 В) на транзисторные усилители. Испытания этой телевизионной АУ показали, что она обеспечивает высококачественный прием цветного изображения на расстоянии до 64 км при



ОвЧ секция УВЧ сеииия

iJCLi/tumB/ib НЧ чисп?и ОВЧ gua/газот

Фильтр ffffV

Филшр ffSV

Усилитель ВЧ час/пи ОВЧ дии/тизот

Колосовой усили/пель ffBV иалазо а

Схема е^ьееиА/етя ОвЧ/ШУ сигтлоО

75 Ом Коаксиальное снижение ан- ~

Схема т/па/г ия тра/истор ых с/силителеа (IZff) и разделетя vacmomvb/x Виапазоте

SOOOm aepBoMff apueMHUftt/ 00Ом

/й7 Второму apueMWfff SCO Ом Off Ч/от

ОвЧ

УВЧ

Рис. 2.15. Структурная схема телевизионной АУ

работе в НЧ части ОВЧ диапазона, на расстоянии 112. ..120 км в ВЧ части ОВЧ диапазона и на расстоянии до 80 км - в УВЧ диапазоне.

Многие специалисты занимаются разработкой телевизионных АУ, которые предназначены в основном для замены комнатных пассивных антенн, имеющих известные недостатки (большие габариты, недолговечность и необ-.ходимость ручной настройки на каналы), а также промежуточных вариантов АУ, которые можно устанавливать как на крыше здания, так и в помещении (рис. 2.16). Для оптимального согласования собственно антенны с электронной частью следует использовать индуктивности с малыми потерями и поэтому с большой площадью (выполненные печатным способом), которые благодаря размерам сами являются элементами собственно антенны. Индуктивности антенной структуры выполнены на пластине, на которой установлены и все' элементы электронной части. Защиту от погодных влияний обеспечивают с помощью обтекателей из пластмассы. Такая АУ может перекрыть два телевизионных частотных диапазона: 49. ..100 МГц (1...5 каналы) и 174. ..230 МГц (6. ..12 каналы) по телевизионному стандарту СССР. При этом промежуточный УКВ диапазон 100. .Л 74 МГц может быть подавлен в этой же АУ Г63].




Рис. 2.16. Конструкция одного плеча телевизионной АУ

На рис. 2.17 представлена упрощенная электрическая схема одного плеча антенны. Соединение обоих Плеч в Симметричную антенну .можно осуществить по схеме балансного усилителя.

Для приема сигналов одного канала (или двух соседних) используют телевизионные АУ очень небольших габаритов. Например, предназначенная для приема одного телевизионного канала (61... ... 68 МГц) АУ (рис. 2.18) при оптимальном качестве приема имеет высоту всего /ю^ср- Однако в этом случае из-за узкополосности необходима большая точность выполнения элементов конструкции.

Весьма миниатюрными можно сделать комнатные телевизионные АУ для ДМВ диапазона [64, 65] Оригинальный вариант такой АУ представлен на рис. 2.19 [64]. В этом симметричном активном диполе переход к несимметричной линии передачи осуществляется с помощью одного транзистора. Симметричный диполь (собственно антенна) заканчивается в точках 1 и 2, и его форма может быть различной. Каждая половина диполя дополнена шлейфом, а внутри одного из них проходит кабель, подсоединенный к коллектору транзистора. Размеры шлейфа определяют резонансный полосовой фильтр, благодаря чему АУ может работать в сравнительно широкой полосе частот.

Выход транзистора не является симметричным и

Сг

5 -о

Рис. 2.17. Эквивалентная схема одного плеча теяевиг зионной АУ



1 2 3 4 5 6 7 8 ... 24

© 2000-2024. Поддержка сайта: +7 495 7950139 добавочный 133270.
Заимствование текстов разрешено при условии цитирования.