Особенности настройки передатчиков

Самое лучшее из всех доказательств есть опыт.

Френсис Бэкон

Каждый передатчик имеет свои особенности, но есть некоторые общие правила, которые следует знать, — это ускорит получение нужного конечного результата. Дальнейшее описание практических схем будет подразумевать, что элементарные сведения вы хорошо запомнили. К тому же для настройки передатчиков вам потребуется несколько простейших приспособлений, на которых следует остановиться подробнее.

Прежде всего перед тем, как приступать к настройке ВЧ части, вам нужно приобрести или изготовить самостоятельно отвертку с диэлектрическим жалом. Это позволит прокручивать подстроечные конденсаторы и сердечники катушек, не внося в контур емкость (металлическая отвертка является миниатюрной антенной, которая добавляет небольшую емкость в контур, и, как только вы ее уберете — настройка «уйдет»). Такую отвертку можно сделать из пластинки (шириной 5… 10 мм) любого толстого (3…3,5 мм) диэлектрика (текстолит, стеклотекстолит, заточив напильником конец (жало) как у отвертки, рис. 12.9.

Рис. 12.9. Вид диэлектрической отвертки для настройки высокочастотных каскадов

Желательно также сразу приобрести несохнущий (вязкий) герметик (бывает белого цвета). Он используется для смазывания сердечников перед их вкручиванием в катушку. Это позволит быть уверенным, что после того как вы настроили контур, настройка не изменится от вибрации или тряски. Сердечники можно защищать от сдвига путем их заливки парафином или краской, но это менее удобно, так как в процессе экспериментов может потребоваться еще раз подстроить контур, что сделать будет уже затруднительно.

Настройка высокочастотной части передатчика всегда начинается с задающего автогенератора. Если в коллекторной цепи стоит параллельный контур, то при отсутствии высокочастотных измерительных приборов добиться работы генератора можно, установив в цепь питания миллиамперметр для контроля потребляемого тока — при возникновении генерации ток увеличивается.

Для обеспечения надежной работы автогенераторов с кварцевой стабилизацией частоты следует учитывать, что они имеют точку резонанса рядом с точкой срыва генерации. Если настройка производится ввертыванием подстроечника в катушку, то ток коллектора изменяется в соответствии с кривой, показанной на рис. 12.6, б. При настройке надо найти максимум потребляемого тока, после чего повернуть сердечник назад на пол-оборота. В этом случае генератор будет работать наиболее устойчиво.

Настройка последующих каскадов заключается в получении максимального уровня ВЧ сигнала на выходе. Тут не обойтись без специальных приспособлений, одно из которых — эквивалентная антенне нагрузка (исключением являются микромощные передатчики, которые настраиваются прямо с подключенной антенной по индикатору поля). Следует знать, что некоторые мощные радиопередатчики вообще не допускают работу без нагрузки — их выходные каскады могут сгореть без антенны или ее эквивалента.

Как можно изготовить нагрузку, эквивалентную антенне, показано на рис. 12.10.

Рис. 12.10. Эквивалентная антенне нагрузка для настройки передатчика мощностью до 4 Вт

Она состоит из четырех включенных параллельно резисторов на конце 50-омного кабеля (тут имеется в виду волновое сопротивление кабеля, которое омметром не измерить). Подойдут резисторы типа МЛТ или С2-23 мощностью 1 Вт. Выводы у них скручиваются между собой и припаиваются к кабелю при минимальной длине. К нагрузочным резисторам подключен детектор, что позволяет контролировать сигнал низкочастотными приборами.

Теперь о сопротивлении, которое следует использовать в качестве эквивалента. Его величина для изготовления нагрузки зависит от типа антенны, которую вы будете использовать, а если точнее — от ее входного сопротивления.

Активная часть входного сопротивления настроенной антенны зависит от отношения ее длины к длине волны. Вот несколько ориентировочных цифр для выбора резистора эквивалента:

• для штыревой антенны (длиной λ/4) 36…37 Ом

• для диполя (два штыря длиной по λ/4) 72…75 Ом

Так как волновое сопротивление антенны зависит не только от ее длины (l), но и от диаметра стержня (d) из которого она сделана, для любых размеров более точно можно посчитать из формул [2]:

• для штыревой антенны (длиной λ/4) Z = 60·ln(1,15·l/d);  

• для диполя (два штыря длиной по λ/4) Z = 120·ln(0,575·l/d),

где l и d — в сантиметрах, тогда Z получится в омах.

Так как установлено, что простейшая антенна — полуволновой диполь, имеет входное сопротивление в точке подключения 75 Ом, его удобно запитывать коаксиальным кабелем с соответствующим волновым сопротивлением. На практике в переносных устройствах такие длинные антенны не используются из-за их больших размеров. Ну а любая укороченная антенна будет иметь меньшее входное (волновое) сопротивление, к тому же это сопротивление будет иметь еще реактивную составляющую, что приводит к необходимости не только согласовывать выходное сопротивление передатчика с антенной, но и подстраивать его под саму антенну. Но, чтобы не засорять эфир помехами, предварительную настройку и контроль параметров удобнее проводить все же на чисто активном эквиваленте антенны.

Длина кабеля (А) от передатчика до нагрузки зависит от частоты ВЧ сигнала и для того, чтобы входное сопротивление самого кабеля было чисто активным, лучше, если его длина будет кратна значениям

A = n·λ/4,

где n — коэффициент укорочения длины волны в линии — он зависит от диэлектрического материала, из которого изготовлен кабель. Этот коэффициент показывает, во сколько раз длина волны в линии λ_к будет меньше, чем в окружающем пространстве λ (n = λ_к/λ). Для большинства наиболее распространенных отечественных коаксиальных кабелей со сплошной изоляцией из полиэтилена n = 0,66.

Последним этапом настройки передатчика является проверка его работы с реальной антенной и подстройка согласования при помощи индикатора поля — по максимуму показаний. В данном случае индикатор поля, пожалуй, один из самых простых и необходимых приборов. Его легко можно изготовить самостоятельно.

Настройка антенны. Большинство антенн может так же эффективно, как на прием, работать и на передачу сигнала. Передающая антенна способна превращать (преобразовывать) высокочастотные колебания на выходе передатчика в энергию электромагнитного поля, излучаемую в пространство. Причем делать это надо с высоким КПД. Как такое преобразование происходит? Ведь в катушке и конденсаторе имеются концентрированные магнитные (Н) и электрические (Е) поля, но они не излучают (точнее — довольно плохо излучают) в пространство волну. Для того чтобы получить электромагнитную волну, надо закрытый колебательный контур превратить в открытый. Как это можно сделать, поясняет рис. 12.11 (емкость, которая была раньше расположена в одном месте, теперь будет рассредоточена по всей площади между стержнями). Направление стрелок поля показано условно для одного полупериода волны, а во втором оно изменится на противоположное.

Рис. 12.11. Пояснение принципа работы передающей антенны, где Н — силовые линии магнитного поля, Е — силовые линии электрического поля

Мы не видим радиоволн, но их обнаружить и оценить уровень ВЧ энергии можно при помощи простейших приспособлений, называемых индикаторами поля. Ведь, как вы уже знаете из предыдущих разделов, в любом проводнике, находящемся в электромагнитном поле, наводится ЭДС.

Первый вариант такой приставки показан на рис. 12.12.

Рис. 12.12. Схема универсального индикатора поля для согласования передатчика с антенной (а) и внешний вид конструкции (б), а также упрощенный вариант индикатора поля с умножающим на 2 детектором (в)

В нем вы наверняка узнаете простейший детекторный приемник! Подключение разных конденсаторов позволяет настраивать входной контур в резонанс на разные частоты или же (когда не подключены конденсаторы) применять просто как нерезонансный (всечастотный) индикатор поля. В этом случае диапазон частот поля, которые можно обнаружить таким устройством, зависит только от типа детекторного диода (с тем, что указан на схеме, верхняя частота доходит до 600 МГц). Для работы схемы индикатора поля на частотах в десятки МГц вполне подойдут любые детекторные германиевые диоды (Д2, Д9, Д18, или импортные GA100, 1N34). Если же у вас возникнут трудности с приобретением диодных детекторов, то можно выйти из положения при помощи любого маломощного высокочастотного транзистора, включив его переход эмиттер-база как диод.

Конденсаторы С3 и С4 керамические, подойдут с любыми ближайшими номиналами из ряда. Дроссель L1 использован стандартный, типа ДМ-0,2 — 60 мкГн, или может быть изготовлен самостоятельно, для чего придется намотать 60 витков проводом диаметром 0,08…0,1 мм (ПЭВ) на корпусе резистора МЛТ мощностью 0,5 Вт (резистор для «каркаса берется с сопротивлением более 1…2 кОм). Впрочем, без него тоже все будет работать, но лучше все же дроссель поставить — он не позволит длинным соединительным проводам, идущим до индикатора, «думать», что они тоже являются антенной.

К выходным клеммам подключается любой микроамперметр, когда надо оценить уровень сигнала, или же телефонный капсюль с высоким сопротивлением, который позволяет на слух контролировать качество амплитудной модуляции. Наведенное в катушке напряжение, а значит, и ток через прибор РА1 будут пропорциональны напряженности поля в этом месте пространства. Форму модулирующего сигнала можно посмотреть при помощи осциллографа.

Такой индикатор поля не имеет направленности, т. е. одинаково принимает сигнал с любого направления. Чтобы выполнить направленный индикатор поля для УКВ диапазона, можно воспользоваться телескопической «двухроговой» антенной от телевизора. Внутреннюю коробочку, на которой закреплены выдвижные штыри, вскрываем и размещаем там детекторный диод и конденсатор, подключенный к внешнему микроамперметру, рис. 12.13.

Рис. 12.13. Универсальный направленный индикатор напряженности поля

Если проводи, идущие до измерительного прибора длинные, то их лучше перевить между собой или использовать экранированный провод.

Наиболее острая направленность приема поля получается при угле между штырями в 90 градусов. Удобство данной конструкции заключается в том, что этот индикатор легко превратить в ненаправленный, развернув штыри на одну линию. Частотная избирательность обеспечивается за счет синхронного изменения длины выдвижных штырей — они должны иметь размер примерно λ/4.

Так, для частоты 433 МГц их длина получается по 16 см (если вам не нужен универсальный индикатор поля, то штыри можно сделать фиксированной длины из толстого медного провода).

Мы с вами рассмотрели так называемые «пассивные» индикаторы поля. Их возможностей вполне достаточно для большинства задач. Но существуют еще и «активные», когда перед индикатором ставится простейший усилитель постоянного тока, или же на входе до детектора используется еще и ВЧ усилитель. Так как необходимости в таких приборах у вас в ближайшее время скоре всего не возникнет, мы их здесь рассматривать не будем.