\главная\р.л. конструкции\антенны\...

Электрическое подавление помех по принципу интерференции.

Листая старые издания книги К. Ротхаммеля по антеннам обнаруживаем, что с помощью вспомогательной антенны, которая принимает помеху и, по-возможности, минимум полезного сигнала при условии сложения сигнала помехи на входе приёмника в противофазе от вспомогательной и основной антенн и равных амплитудах (при условии баланса амплитуд) можно подавить помеху. Полезно применять этот принцип подавления помех для уничтожения интерференции двух ТВ передатчиков на экране телевизора (мелькающих “привидений” - изображений, проникающих с мешающего канала и накладывающихся на изображение номинально принимаемого канала).

Автору статьи по принципу интерференции удавалось подавлять сигналы мешающего ТВ передатчика и других помех на входе своего телевизора последние 15 лет. Едва ли когда-нибудь такой метод подавления помех использовался на КВ диапазонах и, напрасно, как справедливо указывает на это W1ETC в [ 1 ].

Изложенное ниже исходит не столько из теории, сколько из практики применения устройства подавления помех:

1. Подавлены могут быть только такие РЧ сигналы, которые свободны от многолучевого распространения от источника (передатчика) к приёмной антенне.

2. Есть ситуации, когда сигнал помехи на 30 дБ превышает полезный и ещё может быть п о л н о с т ь ю подавлен.

3. Пункт 2 относится к сигналам, которые приходят к приёмной антенне прямым путём (поверхностной волной). Основная масса помех приходит именно этим путём (большинство помех носит местный характер).

4. Достижимое подавление помех на расстояниях от сотни и до нескольких сотен километров при отсутствии многолучевого распространения составляет -30 дБ и стабильно.

5. Сигналы в промежутке от 15 до 150 км сильно зависят от условий распространения радиоволн и слабо взаимодействуют друг с другом (да, в общем-то и мало мешают - “мёртвая зона” (на КВ)).

6. Сигналы, приходящие через ионосферу на больших расстояниях приходят многими путями и не могут быть коррелированы (не могут взаимодействовать, подавляя себя сами).

7. Широкополосный шум и широкополосные помехи могут быть заменены соответствующими РЧ сигналами, формируемыми на месте. Если сигнал помехи приходит к приёмной антенне одним путём, то возможно его эффективное подавление. Описанный способ подавления нежелательных сигналов (помех) очень эффективен, эффективнее любого другого, например, с ключеванием помехи или при её амплитудном ограничении.

8. Важно, что на DX- сигналы устройство не влияет, в то время как сигналы местных источников помех подавляются до нуля.

Подавление помех, основанное на принципе интерференции - способ которым нежелательные мещающие сигналы могут быть эффективно подавлены, при этом, сигнал из основной антенны комбинируется с сигналом из вспомогательной, расположенной рядом. Описываемое устройство позволяет усиливать сигнал от вспомогательной антенны и юстировать его по фазе, таким образом, что сигнал помехи в точке смешения будет скомпенсирован. Эффект от применения устройства на слух похож на действие отсасывающего (Notch) фильтра или активного заграждающего фильтра, который просто “вырезает” один или несколько сигналов из принимаемого спектра.

Расположение вспомогательной антенны по отношению к основной в пределах радиуса в одну длину волны некритично, но... она должна как можно лучше принимать сигнал помехи и, по-возможности, меньше полезный сигнал. Если уровень сигнала помехи в дополнительной антенне меньше, чем в основной, то уровень сигнала помехи из дополнительной антенны должен быть усилен, чтобы в точке смешения иметь достаточную для подавления помехи амплитуду. У обеих антенн должна быть одинаковая поляризация. Антенны разных поляризаций могут, в некоторых случаях, дать и лучшие результаты, здесь необходим эксперимент. Так, например, помехи от высоковольтной ЛЭП могут быть лучше подавлены, если в качестве вспомогательной используется антенна с вертикальной поляризацией. Если использовать в качестве вспомогательной антенну с круговой диаграммой направленности (ненаправленную), а в качестве основной, - направленную, то все сигналы, кроме направления основной антенны будут подавлены, что, в данном случае, будет объясняться недостатком усиления полезных сигналов в тракте вспомогательной антенны. Если направленная основная антенна развёрнута в сторону вспомогательной, то при некоторых обстоятельствах это может привести к самовозбуждению. С другой стороны, связь между двумя антеннами не нарушает подавления помех, поскольку они постоянно компенсируются.

Подавление помех зависит исключительно от того, как обе антенны принимают сигнал помехи и какая корреляция наблюдается между этими сигналами в точке смешения. (Correlation – англ. связь;соотношение: похожесть, родство).

При увеличении расстояния между двумя антеннами во многих случаях (и в большинстве своём) подавление помех быстро ухудшается, поскольку сигналы между собой больше не коррелируются и не могут воздействовать друг на друга (здесь: подавляться).

В технике “разнесённого приёма” между антеннами, напротив выбирают большие рассстояния, чтобы оба сигнала (здесь: полезные) не коррелировались друг с другом, не влияли друг на друга, чтобы можно было независимо друг от друга менять их амплитуду и фазу. (“Разнесённый приём” - средство борьбы с замираниями сигналов).

Блок-схема и принципиальная схема устройства показаны ниже.

Вспомогательная антенна питает широкополосный трансформатор, на выходе которого имеется два параллельно включенных потенциометра R1 и R2, которые служат регуляторами уровня и фазы каждый в своём канале, соответственно. Сигнал с движка R2 подаётся сразу на широкополосный усилитель, а сигнал с движка R1, сначала проходит задерживающее звено - четвертьволновую коаксиальную линию задержки для сдвига фазы на 90 градусов и также подаётся для усиление на другой широкополосный усилитель, идентичный первому.

Детали устройства подавления помех подобраны таким образом, что оба усилителя и входной трансформатор имеют входные сопротивления 50 Ом независимо от положения движков потенциометров R1 и R2. Каждый из двух усилителей имеет выходное сопротивление 100 Ом, что при параллельном их соединении даёт те же 50 Ом. На этом сопротивлении выделяется сигнал изменяемый по амплитуде при сдвиге фазы от 0 до 360 градусов. Алгебраическое суммирование этого сигнала с приходящим от основной антенны и даёт подавление помехи. Если обе антенны принимают множество сигналов, приходящих с разных направлений, то необходимо устанавливать движки R1 и R2 в различные положения, чтобы погасить одиночные мешающие сигналы (помехи). При работе на передачу переключатель S1 отделяет оба усилителя от главной антенны. Применённые сильноточные РЧ транзисторы имеют усиление примерно 10 дБ до 15 МГц и на 30 МГц ещё усиливают на 4 дБ. Линейность при полном усилении до, примерно, 0 дБм (соответствует 230 мВ на 50 Ом) хорошая. Хорошая линейность необходима, так как, все сигналы со вспомогательной антенны проходят через усилитель (чтобы снизить интермодуляцию).

Сигналы средневолновых (радиовещательных) передатчиков могут быть подавлены ФВЧ (см. рис. выше) ещё до устройства подавления помех, на его входе. Граничная частота (частота среза) ФВЧ равна примерно 3,4 МГц, а подавление сигналов ниже 1,6 МГц составляет более 70 дБ.

В заключение несколько слов о линиях задержки. Ими являются четвертьволновые отрезки коаксиального кабеля, которые сдвигают фазу сигнала помехи на 90 градусов. Для любительских диапазонов от 3,5 до 30 МГц достаточно иметь три отрезка кабеля, которые имеют задержку 10, 20 и 30 нсек, которые будучи включенными последовательно определённым образом с помощью двух пар переключателей (реле) дают задержки в 10, 20, 40 или 50 нсек для диапазонов частот 18,0...29,7; 10,0...14,4; 4,4...8,0; 3,5...6,5 МГц, соответственно (см. рис. выше).

Точные длины отрезков для определённой резонансной частоты рассчитываются по формуле:

L = (75 * V) / F

где:

L - длина отрезка, м

V - коэффициент укорочения кабеля (для кабелей с полиэтиленовой изоляцией V = 0,66)

F - частота для которой производится расчёт длины отрезка кабеля, МГц

Для соединения между входом, переключателями и выходом используются куски коаксиального кабеля в сумме составляющие 2 метра. Переключателями замыкаются накоротко отрезки в 2, 6 или 8 (2 + 6) метров. В экранированной коробке размещаются 2 + 2 + 6 = 10 метров кабеля, 6 метров - сравнительно маленький моток (диаметром 150 мм - 12 витков). Для 160 – метрового диапазона необходимо применить ещё один 10-ти метровый отрезок кабеля (задержка 50 нсек), свернув его в маленькую бухту. В последнем случае обязательно следует применить ФВЧ. Длины кабелей подобраны таким образом, что на краях диапазонов усиление падает на 1 дБ.

Длины отрезков кабелей для различных диапазонов частот

Детали: R1 и R2 - непроволочные потенциометры с линейной зависимостью сопротивления от угла поворота оси (группы “А”), их номинал 250 Ом (отечественный ближайший - 270 Ом, но обычно попадают 220 или 300 Ом, большой беды не будет, если установить, за неимением, и их). Применённое “12-вольтовое” реле имеет сопротивление обмотки 200 Ом. Оксидный конденсатор ёмкостью 10 мкФ на напряжение 35 В - танталовый. (Можно применить, рекомендуемые в таких случаях, оксидно-полупроводниковые типов К53-1, К53-14). Трансформатор Т1 содержит 5 витков изолированного провода (обычно в таких случаях применяют МГТФ-0,14) на ферритовом кольце или “бинокле” с проницаемостью 40 (последние широко применялись для согласования в комнатных телевизионных антеннах, где их проницаемость равна примерно 50, скручивать провода или нет для уменьшения ёмкости между обмотками в статье не указано, если необходимо уменьшить эту паразитную ёмкость, можно попробовать намотать первичную обмотку на одной внешней стороне “бинокля”, а вторичную парафазную - на другой, но желательно соблюдать равенство всех обмоток. Применённый трансформатор обеспечивает работу подавителя помех в диапазоне 3,5...29,7 МГц, с некоторой натяжкой, его можно использовать и в диапазоне 160 метров, в других случаях необходим эксперимент с подбором количества витков обмоток и материала сердечника для достижения равномерности передачи в рабочем диапазоне частот. Подавители для диапазонов частот 136 кГц, 50 МГц, 144 МГц и 432 МГц желательно строить отдельно).

Формула для вычисления времени задержки, думаю, не помешает:

t задержки, нсек = 250 / F, МГц ).

Литература:

1. Webb I. W1ETC Electrical Antenna Null Steering, QST 66(1982) No. 10 pp. 28...32

2. Elektrische Ausblendung störender Signale nach dem Interferenzprinzip. FUNKAMATEUR No.3, 1983, ss. 394...396

Свободный перевод с немецкого: В. Беседин ( UA9LAQ), mailto:ua9laq@mail.ru  
г. Тюмень, февраль 2002 г.