Радиопередатчики повышенной мощности

Человек может все, но кто ему это позволит?

Борис Крутиер

У передатчиков мощностью больше чем 0,1 Вт чаще всего бывает три практических применения: радиосвязь между людьми, охранная сигнализация и дистанционное управление. Для устройств разного назначения Государственным комитетом по радиочастотам выделены свои диапазоны частот [5], а в них конкретные каналы, за эксплуатацию которых собираются деньги (во всяком случае, пытаются это делать в крупных городах). Там же существуют специальные службы, следящие за чистотой эфира. Поэтому к настройке таких устройств следует подходить очень аккуратно. Ведь если ваш радиопередатчик будет мешать своими помехами служебной связи, домой к вам могут приехать грубые дяди, которые в этом случае, кроме самого передатчика, имеют право изъять все, что содержит радиодетали… Поэтому в своем творчестве лучше не вылезать за границы выделенных радиолюбителям частот. Они есть практически во всех частотных диапазонах, например:

1830…1930 кГц (длина волны 160 м)

____________

14000…14350 кГц (длина волны 20 м)

28000…29700 кГц (длина волны 10 м)

144…146 МГц (длина волны 2 м)

430…440 МГц (длина волны 0,7 м)

1260…1300 МГц (длина волны 0,23 м)

____________

Этот список можно продолжить и дальше, но применять частоты меньше 26 МГц в малогабаритных устройствах неудобно — для эффективной работы передатчику требуется антенна, соизмеримая с длиной волны. Частоты выше 440 МГц тоже неудобны, но по другой причине — труднодоступная и дорогая элементная база, так как большинство компонентов для СВЧ устройств содержат такие металлы, как золото, платина и т. п.

Чтобы обеспечить у мощного передатчика высокую стабильность несущей частоты в широком температурном диапазоне (—40…+60 °C), необходимо использовать кварцевую стабилизацию. А для уменьшения размеров конструкции в современных системах широко используют специальные микросхемы, но для самых простейших применений мы пока сможем обойтись и без них (о микросхемах более подробно будет говориться позже).

Для дистанционного управления

Довольно простая схема передатчика приведена на рис. 12.27. Полная схема состоит из двух частей. На рис. 12.28 показана низкочастотная часть, обеспечивающая AM модуляцию. Такой передатчик можно использовать для дистанционного включения устройств (управления игрушкой, радиовызова при нажатии кнопки или в составе охранной сигнализации). Выходная мощность в импульсе около 2 Вт, потребляемый ток до 0,35 А.

Рис. 12.27. Схема высокочастотной части радиопередатчика

Рис. 12.28. Схема низкочастотной части радиопередатчика

На транзисторах VT1, VT2 собран генератор прямоугольных импульсов (мультивибратор) с частотой 1000 Гц (резистор R3 позволяет ее перестраивать от 550 до 1000 Гц). Чтобы генератор начал работать, необходимо замкнуть контакты датчика S2. Свечение светодиода HL1 является индикатором работы всей схемы. Предохранитель FU1 и диод VD1 нужны для защиты соединительных проводов и самой схемы в случае ошибочной полярности подачи питающего напряжения, например от аккумулятора автомобиля (если источник питания не настолько мощный или ошибка в подаче питания исключена, то эти элементы можно исключить).

Импульсы с мультивибратора управляют электронным ключом на транзисторе VT3, который передает их дальше — на задающий кварцевый генератор (VT4). В высокочастотной части передатчика всего два каскада. Модулированный сигнал с автогенератора поступает сразу на оконечный усилитель (VT5) и через фильтр (на элементах С9—С11, С13 и L4-L6) в антенну WA1.

Из-за того, что в схеме использованы катушки L1 и L2 в качестве дросселей, настройка заключается только в подборе конденсаторов фильтра, отмеченных звездочками (грубо — С11 и С13; плавно — С10). Сначала это делают на эквиваленте антенны (см. рис. 12.10 — только нагрузочные резисторы подключаются без кабеля непосредственно вместо антенны), контролируя форму напряжения и его амплитуду на выходе детектора, а окончательная настройка проводится уже на подключенной антенне.

Антенной может служить гибкий многожильный провод длиной примерно 1,2…1,5 м или телескопический штырь от приемника. Если есть возможность, то лучше подключить заземление (например, корпус автомобиля) — это увеличит дальность работы.

При изготовлении передатчика применялись следующие радиодетали: подстроечный резистор R3 типа СПЗ-19а, остальные С2-23 или МЛТ; подстроечный конденсатор С10 — КТ4-23; С1-СЗ, С7 типа КМ-4; остальные конденсаторы К10-17 или К10-23. Транзисторы VT1-VT3 могут иметь любую последнюю букву в обозначении серии; VT5 заменяется на 2Т904Б.

Все катушки выполнены проводами ПЭЛ-2, ПЭТВ-2 — их намоточные данные приведены в табл. 12.1.

Дроссели L1, L2 на ферритовом кольце К7,5x4x2 (с магнитной проницаемостью 100НН), их индуктивность 10…20 мкГн. Катушка L3 — тоже дроссель на оправке, в качестве которой можно взять корпус любого резистора мощностью 0,5 Вт с сопротивлением более 1 кОм (рис. 12.29).

Рис. 12.29. Конструкция дросселя L3

Катушки L4, L5 и L6 выполнены на пластмассовых каркасах диаметром 6…7 мм. В катушке L6 должна быть резьба для вкручивания ферритового сердечника. На всех катушках после намотки витки фиксируются клеем БФ-2.

Для монтажа схемы можно воспользоваться печатной платой, приведенной на рис. 12.30.

Рис. 12.30. Топология печатной платы, расположение элементов и вид монтажа передатчика

Выходной транзистор крепится на уголке, который улучшает теплоотвод. Резистор R10 припаивается непосредственно к эмиттерному выводу транзистора. Лучше, если корпус для размещения платы был полностью металлическим или хотя бы имел экран из медной фольги.

Теперь о приемнике. Его схема показана на рис. 12.31.

Рис. 12.31. Вариант схемы радиоприемника

Первый каскад (VT1) — это типичный сверхрегенератор. О его работе, достоинствах и недостатках вы уже знаете из раздела «Какие бывают радиоприемники». В качестве антенны может применяться любой провод длиной 50…60 см. Транзистор VT1 обеспечивает усиление принятого антенной ВЧ-сигнала и его детектирование.

Настройка приёмника на частоту передатчика осуществляется при помощи конденсатора С5. На транзисторах VT2, VT3 собран усилитель звукового диапазона, с выхода которого сигнал подается на выпрямитель VD1 и транзисторный ключ на полевом транзисторе VT4. Нагрузкой этого транзистора может быть не только звуковой излучатель или светодиод, но и реле.

Так как у полевого коммутатора обычно пороговое напряжение открывания около 2 В, резистор R7 позволяет установить его на затворе VT4 таким, чтобы при отсутствии НЧ-импульсов (отключенном передатчике) этот транзистор был еще закрыт.

При изготовлении приемника применялись следующие радиодетали: подстроечные резисторы R2 и R7 типа СПЗ-19а(б); постоянные резисторы С2-23 или МЛТ; подстроечный конденсатор С5 — КТ4-23; С1, С6, С8, С10 типа КМ-4 или К10-7; полярные электролитические конденсаторы любого типа; остальные конденсаторы К10-17 или К10-23. Транзисторы VT1—VT4 могут иметь любую последнюю букву в обозначении серии.

Катушка L1 выполнена проводом ПЭЛ-2 (ПЭТВ-2) диаметром 0,5 мм — на пластмассовом каркасе диаметром 7,5…8 мм — 14 витков. Катушка L2 является дросселем и наматывается проводом ПЭЛШО диаметром 0,12 мм — 30 витков на ферритовом кольце К7,5x4x2 (с магнитной проницаемостью 100НН), можно также использовать любой малогабаритный стандартный дроссель индуктивностью 50… 150 мкГн.

Для монтажа схемы можно воспользоваться печатной платой, показанной на рис. 12.32.

Рис. 12.32. Топология печатной платы, и расположение элементов приемника

На основе этого приемника можно сделать и многоканальную систему дистанционного управления, если на выходе НЧ-усилителя установить частотно-избирательные элементы (фильтры), а передатчик модулировать разной частотой (в соответствии с нужной командой).

Передатчик для радиосторожа

В условиях города срабатывание звуковой сирены многих раздражает, особенно если это происходит ночью. Ночная сирена вряд ли привлечет внимание окружающих с целью поимки воров. За рубежом уже давно практикуются штрафы за ночной шум, которые могут доходить до $2000. Другой альтернативы, кроме как подключать охрану к системе оповещения по радиоканалу, скоро не будет и у нас в стране.

Для работы охранных устройств с оповещением по радиоканалу в КВ диапазоне предназначена фиксированная частота 26,945 МГц, на которую и следует приобрести кварцевый резонатор (ZQ1).

На рис. 12.33 приведена высокочастотная часть передатчика, предназначенного для создания радиоканала при охране автомобиля, гаража или другого удаленного на расстояние до 500… 1000 метров объекта.

Рис. 12.33. Электрическая схема высокочастотной части передатчика

Сам передатчик содержит три каскада. На первый каскад — задающий генератор с кварцевой стабилизацией частоты на транзисторе VT1, постоянное питание подается от блока формирования временных интервалов (обычно выполняемого на цифровых микросхемах) только при срабатывании охранных датчиков.

Высокочастотный сигнал с автогенератора через промежуточный усилитель на VT2 (буферный усилитель) поступает на оконечный усилитель мощности VT4. У промежуточного усилителя коллекторный контур настраивается с помощью сердечника катушки L2 на первую гармонику задающего генератора. Катушка L2 имеет неполное включение, что увеличивает добротность контура.

Усилитель на VT2 позволяет уменьшить влияние изменения режима оконечного каскада на работу задающего автогенератора, а также обеспечивает достаточный уровень сигнала для работы усилителя мощности. Это позволяет получить на выходе импульсную ВЧ мощность, подводимую к антенне около 2 Вт (100 % модуляция).

Импульсная модуляция ВЧ-сигнала осуществляется в каскаде промежуточного усиления при помощи транзистора VT3. Конденсаторы С5 и С6 обеспечивают заваливание фронтов выходного сигнала, рис. 12.34. Это необходимо, чтобы ограничить спектр на выходе передатчика, ведь отведенная полоса канала всего 10 кГц.

Рис. 12.34. Форма выходного сигнала передатчика

Оконечный усилитель работает в режиме класса С — он самый экономичный, что позволяет выходному транзистору быть постоянно подключенным к питанию. Ведь когда на его вход не приходят ВЧ-импульсы — тока в цепи не будет. А для согласования каскада усилителя с низким входным импедансом (сопротивлением) антенны и уменьшения уровня высших гармоник в сигнале применен двухзвенный П-фильтр из элементов C12-L4-C14-L5-C16. Для точной настройки выходного фильтра предусмотрены элементы настройки: С13, С15 и подстроечный сердечник в катушке L4.

Выход передатчика соединяется с антенной высокочастотным кабелем с 50-омным волновым сопротивлением через разъем XW1. Вблизи от антенны расположено согласующее устройство, состоящее из катушки L6 (в экране). Длина соединительного кабеля от согласующего устройства до основного блока составляет 1,64 м, или кратна этому значению (3,28 м).

Все остальные элементы высокочастотной части схемы располагаются на печатной плате из одностороннего стеклотекстолита толщиной 1,5…2 мм с размерами 115 х 35 мм, рис. 12.35. Она помещается в экранированном отсеке корпуса блока охраны.

Рис. 12.35. Топология печатной платы и расположение элементов высокочастотной части передатчика

В схеме применены детали: резисторы типа С2-23, постоянные конденсаторы К10-17, при этом СЗ — С7, С12, С14 и С16 выбираются с минимальным ТКЕ (М75, М47, МЗЗ), подстроечные С13 и С15 типа КТ4-236 или КТ4-216. Использован кварцевый резонатор РК169МВ-14ЕП-26945К-В. Транзистор VT4 можно заменить на КТ925Б.

Катушки выполняются на диэлектрических каркасах диаметром 5 мм проводом ПЭЛ-2 или ПЭТВ-2 — их намоточные данные приведены в табл. 12.2.

Каркасы имеют внутреннюю резьбу М4 для ферритовых сердечников. Подстроечные сердечники могут быть из любого высокочастотного феррита. А для тоге, чтобы сердечники катушек от вибрации при эксплуатации не смещались, их до вкручивания в каркас катушки (при настройке) смазываем несохнущим вязким герметиком.

Намотка выполняется виток к витку, после чего у всех катушек провод фиксируется клеем «Момент», БФ-4 или БФ-2. Катушка L4 должна иметь конструкцию, которая обеспечивает ее горизонтальное расположение на плате (она аналогична показанной на рис. 12.18) — это снижает влияние полей близко расположенных катушек друг на друга. Конструкция дросселя L3 уже была показана на рис. 12.29.

На корпусе передатчика устанавливается высокочастотное гнездо XW1 (розетка приборная) типа СР-50-73Ф ГУ3.640.073Сп, а на кабеле от согласующего с антенной устройства — вилка кабельная СР-50-74Ф ГУ3.640.706Сп.

Антенна соединяется с согласующим устройством гибким многожильным проводом (длиной 100…200 мм), рис. 12.36.

Рис. 12.36. Антенна с согласующим устройством

Соединение с блоком передатчика осуществляется высокочастотным кабелем РК50-2-16 или аналогичным.

Антенна передатчика может иметь два варианта исполнения. Оба обеспечивают ее скрытую установку внутри салона автомобиля (вблизи стекла). Это хотя и сильно снижает эффективность (КПД) антенны, но зато исключает повреждение радиоканала системы до срабатывания охраны.

Первый вариант выполняется из стальной проволоки длиной примерно 140…160 см и диаметром 1,5–2 мм, что позволяет ее расположить над стеклом по дуге и закрепить концы стержня под уплотнительную резиновую прокладку стекла переднего или заднего вида. Она не мешает обзору водителя, а снаружи автомобиля при близком рассмотрении будет казаться, что стекло имеет в этом месте внутреннюю трещину.

Второй вариант может быть установлен только вблизи стекла заднего вида, а для изготовления антенны взят трехпроводный телефонный кабель, имеющий форму пружинящей спирали (ее удобно закрепить вблизи стекла по диагонали с помощью резиновых присосок). Такой провод используют в отечественных телефонных аппаратах для соединения разговорной трубки с аппаратом. Все провода спаиваются между собой и соединяются с согласующим устройством.

Согласующее устройство с помощью лепестка экрана крепится к корпусу автомобиля под обшивкой в любом удобном месте.

Настройка передатчика, как всегда, начинается с задающего кварцевого автогенератора. Для этого между выводами 1 и 2 схемы временно устанавливается резистор номиналом 150 Ом, а также перемычка между выводами 1–4. Питание подается на выводы 1 (+12 В) и 3 (общий провод) при подключенном эквиваленте антенны. Далее, вращая подстроенные сердечники L1, L2 и L4, добиваемся на выходе (на эквивалентной нагрузке) максимальной амплитуды сигнала.

Для обеспечения надежной работы передатчика задающий автогенератор настраивается на точку максимальной устойчивости колебаний, как это было уже описано ранее. При этом необходимо помнить, что работа передатчика в режиме непрерывного сигнала (без модуляции несущей) допускается кратковременно (не более 1 мин), так как транзистор VT4 не имеет теплоотвода — при усилении импульсно-модулированного сигнала он и не нужен.

Низкочастотный вольтметр, на нагрузке после детектора (гнездах X1—Х2, рис. 12.10), будет измерять амплитуду напряжения U_m. Определив ее с помощью осциллографа или вольтметра, можно посчитать выходную мощность передатчика (Вт) по формуле:

где: U — действующее значение напряжения сигнала, В;

U_m — амплитуда сигнала на нагрузке, В;

R — сопротивление нагрузки, Ом.

Если измеренная мощность будет меньше чем 1,8 Вт (из-за низкого коэффициента усиления транзистора VT4), то вместо резистора обратной связи по постоянному току R9 можно установить перемычку. В схеме конденсаторы, отмеченные «*», могут потребовать подбора.

Рабочая, частота передатчика не должна отклоняться от номинальной 26945 кГц более чем на 134 кГц (измеряем частотомером на эквиваленте нагрузки в режиме кратковременной работы передатчика без модуляции). Окончательная настройка выполняется при подключенной цифровой схеме блока управления.

Приемник на фоне помех и других сигналов должен выделить «свой» и включить звуковое оповещение хозяина. Дальность устойчивого приема на открытой местности составляет не менее 1 км, но в условиях большого городе из-за отражений и поглощения сигнала препятствиями, а также высокого уровня помех в эфире это расстояние может уменьшиться. Вариантов приемника может быть несколько, например те, что описаны в книге [6), а схема дешифратора связана с принципом формирования идентификационного кода. Но к его изготовлению следует приступать только после знакомства с цифровыми способами обработки информации и соответствующими микросхемами. К тому же такую схему довольно сложно качественно настроить без осциллографа. Ведь надо контролировать форму модулирующих импульсов.

Литература

1. Белоусов О. Кварцевые генераторы. — Минск: Радиолюбитель, 2000, №№ 6 и 7, стр. 29.

2. Миль Г. Электронное дистанционное управление моделям и./Пер. с нем. В. А. Пальянова. — М.: ДОСААФ, 1980.

3. Шустов М. А. Практическая схемотехника. 450 полезных схем радиолюбителям. Книга 1. — М.: Альтекс-А, 2001.

4. Андрианов В. И., Бородин В. А., Соколов А. В. «Шпионские штучки» и устройства для защиты объектов и информации. Справочное пособие. — СПб: Лань, 1996 (книга переиздавалась несколько раз и в последующие годы).

5. Информация о распределении радиочастот http://www.grfc.ru/index.phtml

6. Шелестов И. П. Радиолюбителям: полезные схемы. Книга 2. — М.: СОЛОН-Р, 2001.