Простой преселектор для многодиапазонного приемника

 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 40-46дБ. После существенного расширения несколько лет назад полосы частот, отведенной для любительской связи на диапазонах 160 и 80 метров, соотвественно стало необходимостью увеличение пропорционально и полосы пропускання ДПФ. В журнале Радио [3] уже рассказывалось, как рассчитать и изготовить двухконтурные ДПФ, обеспечивающие требуемую широкую полосу пропускания при малой неравномерности АЧХ (менее 1дБ).

Но такое решение приводит к заметному ухудшению избирательности ДПФ. Практические измерения показали, чтр избирательность по зеркальному каналу снизилась до 28-32 дБ, подавление ГПД - до 20-22дБ (что при работе на передачу приводит к высоким уровням внеполосных излучений), на частотах 1605МГц (начало вещательного СВ диапазона) - менее 20дБ..Дальнейшее всестороннее моделирование в программе RFSimm99 показало, что применение высокодобротных катушек, изменение вида связи между контурами ситуацию не улучшает.

Теперь попробуем оценить, что при таком ДПФ на диапазоне 160м поступает на смеситель приемника при полноразмерной антенне (для эфективной работы на передачу длина которой должна быть порядка 41-160м. Шумы и бытовые помехи в гордских условиях при среднем прохождении в основной полосе частот 200кГц - достигают уровня S+10…20дБ (150-500мкВ) и сигналы радиолюбительских станций (уровень "соседей" достигает зачастую +40-50дБ, т.е. 5-15мВ)плюс шумы, бытовые помехи и сигналы ведомственных станций зеркального канала такой же шириной 200кГц, ослабленные всего на 30дБ (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 20-30дБ 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 90дБ (а это очень высокие параметры), опубликованных в радиолюбительской литературе и Интернете, показал, что по абсолютной величине допустимый уровень помех не превышает 50-100мВ. Для диапазона 80м ситуация не лучше - 380-400кГц основной полоса пропускания плюс такая же полоса слабо подавленного (-17-22дБ) 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 5-9МГц улучшает внеполосную избирательность на 20-30дБ (40-60дБ), но внутри полосы пропускания весь спектр мощных шумов и помех низкочастотных диапазонов шириной 200кГц (или 380-400кГц на восмидесятке) 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 80метров 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 50-80г.г. прошлого века. Даже с простыми по конструкции катушками с добротностью 70-100 позволяют легко получить на диапазоне 160 метров полосу пропускания 25-35кГц. Однодиапазонные конструкции с синхронной перестройкой входных контуров с гетеродинным из-за необходимости хорошего сопряжения требуют и навыков и наличия измерительных приборов, что предсталяло определенные трудности при повторении. Во 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 фунции 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 L1на 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 - 3дБ составила на диапазонах 160,80 и 40метров 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 трансфрмации сопротивлений в контуре) и обеспечивающий работу на низкоомную нагрузку - например, кольцевой смеситель на диодах или 50омный 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 атенюатор на -20дБ. Полная схема девятидиапазонного преселектора приведена на рис.2.

 Избирательность преселектора в диапазоне 10-30МГц осуществляется полосовым фильтром, собранном на контурах L6C2.1, L7C2.2, в котором применена комбинированная связь между контурами - внешнеемкостная на коденсаторе С11 и внутриемкостная за счет конструктивной емкости порядка 0,3-0,5пФ 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 30МГц полоса пропускания практически линейно изменяется от 180 до 700кГц, 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 10-30МГц 1,8-7МГц.
Что касается конкретного применения описанного преселектора, во-первых, интересным, на мой взгляд, 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 6-8дБ на 29МГц) 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.
Во-вторых, может быть основным преселектором в несложном вседиапазонном приемнике коротковолновика - наблюдателя. На рис.3 приведен вариант включения преселектора, в котором транзистор VT1 выполняет функции активного небалансного смесителя с управляемым сопротилением в цепи ООС[8].

Питание поступает через катушку контура, согласующего смеситель (для которого оптимальная нагрузка при использовании КП903 порядка 400-500 ом) с ФСС, в качестве которого может быть ЭМФ или кварцевый фильтр
Такой смеситель имеет низкий уровень шумов, сравнительно большой коэффициент передачи и подавляет сигнал гетеродина на выходе примерно на 60 дБ, Дроссель L8, обладающий большим сопротивлением на рабочих частотах, включен в истоковую цепь транзистора VT1 и создает глубокую отрицательную обратную связь. По переменному току он зашунтирован сопротивлением канала полевого транзистора. Напряжение гетеродина, поступающее на первый затвор этого транзистора, вызывает модуляцию глубины обратной связи, т. е. изменяет крутизну передаточной характеристики, не смещая рабочей точки транзистора VT1.
В качестве ключа в смесителе можно применить транзисторы КП327, КП350, имеющие хорошие линейные коммутационные характеристики, а также позволяющие через второй затвор ввести АРУ, не ухудшающую динамические характеристики приемной части. Динамический диапазон по интермодуляции такого смесителя - на уровне 90...95 дБ [9].

О деталях. В преселекторе можно применить двухсекционный конденсатор переменной емкости с воздушным диэлектриком от ламповых радиовещательных приемников с перекрытием по емкости от 10-18пФ до 495-510пФ, 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 индуктивнстью 35мкГ, предварительно отключив образцовый конденсатор емкостью 25330пф. 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.

Транзистор VT1 (рис.1) может быть любым высокочастотным, желательно малошумящим, с Fгр>250МГц, H21e> 100, например КТ3102, КТ368, КТ316. В качестве транзистор VT1 (рис.2 и 3) лучше всего работают КП903 с любым буквенным индексом, при отсутствии последних можно применить КП302Б,В, КП303Е, КП307Б,Г, что приведет к небольшому снижению коэффициента передачи при работе на низкоомную нагрузку. Диоды VD1-VD6 и могут быть любыми из серий КД503,КД510,КД521,КД522 и т.п.
Катушки L2, L3 выполнены в броневых магнитопроводох СБ-12а проводом ПЭЛШО 0,3мм (возможно применение и другого провода - ПЭВ,ПЭЛ 0,2-0,35мм) и содержат по 28 витков. Катушки L1, L4 -1 и 7 витков ПЭЛШО 0,12мм поверх соотвественно L2 и L3. При необходимости подбором числа витков катушки L4 в пределах 5-10 можно изменить коэффициент передачи по напряжению в диапазоне 1,8-7Мгц в пределах 0,7-2,5 раза.

Катушки индуктивности L6, L7 намотаны каркасах контуров ПЧ от старых телевизоров диаметром 7,5мм с подстроечниками СЦР-1 (М6х10)и прямоугольными (могут быть и круглыми) экранами, и содержат по 7 витков провода ПЭЛШО 0,3 (возможно применение и другого провода см.выше), намотанных на длине 6 мм, катушка L5 - один виток провода ПЭЛШО 0,3 поверх нижней части L6. После намотки катушек желательно измерить полученную индуктивность любым доступным способом, например, при помощи приставки[ 7 ].
Значения индуктивности должны соответствовать указанным на схеме при среднем положении подстроечного сердечника и установленными экранами (для L6, L7). Дроссели L8, L9 могут быть стандартными типа Д,ДМ, рассчитанными на ток не менее 100мА, но для исключения возможных паразитных связей и наводок хотя бы L8 лучше намотать на ферритовом колечке диаметром 7-10мм проницаемостью 2000 - число витков в зависимости от размера кольца соотвественно 60-40 проводом ПЭЛШО 0,2-0,3мм (возможно применение и другого провода - ПЭВ,ПЭЛ 0,2-0,35мм). Реле применены с двумя группами переключающих контактов РЭС-60 паспорт РС4.569.437 с сопротивлением обмотки 800 ом и напряжением срабатавания 9,5-10В. Возможна замена реле из этой же серии 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.
Варианты преселектора рис.1, рис.2 и рис.4 могут быть собраны на одной и той же односторонней печатной плате (рис.4), для чего в схемах соблюдена сквозная нумерация деталей, естественно, устанавливаются только требуемые для конкретной схемы детали.

Рисунок печатной платы в SpintLayout 3.0

Плата предполагает применение сдвоенного конденсатора переменной емкости, КПВ-2 подстроечных конденсаторов КПК-1М, постоянных конденсаторов типа КМ, резисторов МЛТ, импортых блокировочных конденсаторов, реле РЭС 60. Место для дросселя L8 на печатной плате предусмотрено, но при применении в приставке КП903 по схеме рис.2 его можно заменить проволочной перемычкой.

Необходимость в конденсаторе С10 (он может не понадобится при применении подстроечных конденсаторов с большими пределами перестройки или транзисторов серий КП303, КП307) определяется при настройке и в этом случае он припаивается со стороны печатных проводников к выводам С9. Для удобства перестройки по частоте желательно оснастить КПЕ простейшей шкалой и верньером с небольшим замедлением, но можно применить ручку большого диаметра.

После проверки правильности монтажа, нужно проверить режимы работы транзисторов по постоянному току. Подав напряжение питания, проверить - (для схемы на рис.1) напряжение на эммитере VT1- допустимо 3-6В, при необходимости добейтесь требуемого подбором R2, - (для схемы на рис.2) ток стока VT1- для КП903 допустимо 30-70мА, для КП302,КП307 допустимо 7-15мА, при необходимости добейтесь требуемого подбором R5.

Настраивать преселектор можно по упрощеной методике. Подключите к антенному вводу (вывод Х1) антенну, а на выход - приемник, с которым планируется работа в преселектора дальнейшем.
Настройте приемник на частоту 1810кГц. Подстроечники катушек поставьтев среднее положение. Установив ротор блока КПЕ в положение максимальной емкости, подстройкой индуктивности катушек добиваются настройки контуров резонанс по максимальному уроню шума эфира.Затем переводят ротор блока КПЕ в положение минимальной емкости, а приемник настраивают на частоту 7100кГц и подстроечными конденсаторами добиваются резонанса. Эти операции надо повторить два-три раза, добиваясь оптимальной настройки.
Затем переключите преселектор на диапазон 10-30МГц подачей напряжения 12в на вывод Х6. Настройте приемник на частоту 29,7МГц. Подстроечники катушек поставьтев среднее положение. Установив ротор блока КПЕ в положение минимальной емкости и подстроечными конденсаторами добиваются резонанса. Если пределов перестройки подстроечных конденсаторов недостаточно, тогда им паралельно подключают дополнительный конденсатор (в авторском варианте это С10) такой емкости, чтобы резонанс достигался при среднем положении подстроечника. Затем настройте приемник на 10МГц. 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 положениена риской шкале - это будет нижняя точка сопряжения контуров. Далее подстройкой индуктивности катушек добиваются настройки контуров 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.

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 или на СКР http://www.cqham.ru/ot09_2.htm

8. Небалансный смеситель частоты. - Радио, 1984, № 1,с.23.

9. Трансивер “YES-93”. Брагин Г. — КВ журнал, 1994,№ 3-5