Г.А.Тяпичев «Спутники и цифровая радиосвязь», глава 5.

**************************************************************************

Часть вторая. Спутники и УКВ. 1

Глава 5. Как наблюдать за ИСЗ. 1

Специальные требования при работе с ИСЗ. 1

Приемная аппаратура на RA3XB. 7

Преселектор. 7

Конвертер для приема на диапазоне 29 МГц. 12

Конвертер для диапазона 145 МГц. 13

Конвертер для диапазона 435 МГц. 15

Конвертеры для диапазона 1296 МГц. 18

Еще один конвертер на диапазон 1296 МГц. 20

Налаживание УКВ аппаратов. 20

Измерение чувствительности приемника. 27

Часть вторая. Спутники и УКВ

Глава 5. Как наблюдать за ИСЗ

Эта глава предназначена для радиолюбителей, начинающих интересоваться приемом информации от ИСЗ, на борту которых имеется аппаратура для любительской радиосвязи. Если вы состоятельный человек и в состоянии купить нужные для связи через спутники радиостанции и управляемые компьютером антенные системы, то расходовать время на чтение этой главы не обязательно.

Специальные требования при работе с ИСЗ

Проведение радиосвязей через аппаратуру, установленную на борту ИСЗ, а также прием информации от ИСЗ в порядке наблюдения, предъявляют к приемной аппаратуре и антенным системам определенные требования. В принципе, эти требования мало отличаются от обычных требований, предъявляемых к УКВ аппаратуре. Рассмотрим подробнее эти основные требования.

1. Специальные требования к антенным системам. Роль коэффициента усиления, диаграммы направленности и поляризации антенны.

2. Требования к приемной аппаратуре. Коэффициент шума приемного устройства.

3. Помехоустойчивость приемной аппаратуры.

Для любого вида связи, в том числе и для радиосвязи на УКВ, характерны потери сигнала на пути следования и наличие внешних и внутренних помех.

При рассмотрении этого вопроса для упрощения будем считать, что распространение радиоволн происходит в свободном пространстве, т. е. на пути следования радиоволн от корреспондента к корреспонденту отсутствуют их поглощение и переотражение. Подобный случай характерен для радиосвязи в космическом пространстве, а также с небольшими поправками для наземной радиосвязи в пределах прямой видимости.

Чтобы нагляднее представить специальные требования к антенным системам, рассмотрим более общие случаи УКВ радиосвязи.

Рассмотрим случай, когда на передающей радиостанции используется антенна, одинаково излучающая во все стороны (так называемый изотропный излучатель). Тогда на расстоянии r излучаемая передатчиком мощность P_пер равномерно распределится по поверхности сферы, имеющей площадь S=4pr². В результате на вход приемника второго корреспондента попадает сигнал мощностью P_пр = P_пер*S_пр/S, где S_пр – площадь приемной антенны.

Следовательно, доля энергии, поступившая на вход приемного устройства (мощность принимаемого сигнала), составит:

L = P_пр/P_пер = S_пр/S = S_пр/4pr².

В случае, если передающая антенна обладает направленными свойствами, от которых зависит величина коэффициента усиления антенны, мощность принимаемого сигнала возрастет и составит:

L = S_пр*G_пер/4pr²,

где G_пер – коэффициент усиления передающей антенны.

Если на приемной радиостанции установлена антенна с величиной коэффициента усиления G_пр, то мощность принимаемого сигнала возрастет в G_пр раз.

L = S_пр*G_пер*G_пр/4pr² .

Из полученной формулы можно сделать важный вывод – эффективность приемной антенны зависит от ее площади и её коэффициента усиления. Но в то же время следует знать, что антенны с одинаковой величиной коэффициента усиления имеют различную эффективность на различных частотных диапазонах.

Так, например, если использовать один и тот же тип антенны (например, девятиэлементный волновой канал) для диапазонов 144 и 432 МГц, то на верхнем диапазоне мы получим проигрыш в 9 раз по сравнению с диапазоном 144 МГц. Для диапазона 1296 МГц этот проигрыш (при использовании девятиэлементного волнового канала) составит уже 81 раз, т. е. для получения тех же потерь на линии нужно или у одного из корреспондентов установить систему из 81 антенны «волновой канал», или у обоих установить по девяти таких антенн. Это, в частности, следует из формулы

L = S_пер*S_пр/r²l² = l² *G_пер*G_пр/(4pr)²,

Которую можно получить, используя известное соотношение G = 4pS/l², где G —коэффициент усиления антенны, S – ее площадь, а l - длина волны.

Величина мощности принимаемого сигнала отражает потери энергии на трассе между передающей и приемной радиостанциями при условиях прохождения радиоволн, близких к идеальным.

Видно, что при неизменной конструкции антенны, а следовательно, неизменном коэффициенте усиления, потери L растут при уменьшении длины волны в квадратичной зависимости. Единственная мера борьбы – это повышение коэффициента усиления антенн.

При принятии мер по повышению коэффициента усиления антенны обязательно сужается диаграмма её направленности. Следует иметь в виду, что узконаправленные антенны требуют более точной ориентировки антенны на корреспондента и совсем не облегчают радиосвязь на УКВ. Также следует знать, что многодиректорные антенны типа «волновой канал» могут работать только в очень узкой полосе частот. Описания большинства из таких антенн рассчитаны на применение этих антенн в обычных УКВ связях и имеют размеры, оптимальные для начала определенного диапазона, в то время как для спутниковой связи отводятся частоты, расположенные в конце диапазона (в более высокочастотной части диапазона).

Кроме того, в реальных условиях своего движения по орбите, спутник непрерывно вращается вокруг какой-то своей оси. Только специальные и очень дорогие спутники имеют стабилизирующие устройства, которые поддерживают постоянную ориентацию спутника относительно Земли. Спутники с аппаратурой для любительской радиосвязи никаких стабилизирующих устройств не имеют, поэтому установленные на этих спутниках антенны постоянно вращаются вместе с корпусом спутника. Так, если в какой-то момент антенна спутника располагается параллельно горизонту Земли в точке расположения приемной станции, то через некоторое время антенна спутника будет располагаться перпендикулярно горизонту в этой точке Земли. В теории распространения электромагнитных колебаний существует понятие поляризации волн. В радиосвязи принято считать, что если антенна, имеющая форму прямой линии, располагается параллельно горизонту Земли, то такая антенна принимает и передает электромагнитные волны, в которых преобладает горизонтальная поляризация. Если прямолинейная антенна располагается вертикально (перпендикулярно по направлению к горизонту Земли), то такая антенна излучает и принимает вертикально поляризованные волны. Конечно, такое объяснение довольно примитивно и вульгарно, но для упрощенного варианта может оказаться достаточным. Исходя из этого объяснения получается, что антенна вращающегося вокруг своей оси спутника излучает радиоволны с переменной поляризацией. Поляризацию такого сигнала принято называется вращающейся.

На практике установлено, что если передающая антенна излучает волны с вертикальной поляризацией, а принимающая эти волны антенна предназначена для приема радиоволн с горизонтальной поляризацией, то потери по мощности из-за различной поляризации получаются ровно в два раза. Это значит, что данная приемная антенна будет принимать эту же передающую станцию в два раза сильнее (по мощности), если на передающей станции установить также антенну с горизонтальной поляризацией передающихся радиоволн.

В следующей статье этого цикла я приведу описания некоторых специальных антенн, предназначенных для спутниковой связи.

Рассмотрим теперь, от чего зависит дальность радиосвязи на УКВ и требования к приемной аппаратуре. Для повышения дальности необходимо увеличивать размеры антенн. Это, конечно, очень трудоемкий путь, однако это единственный способ, практически не имеющий ограничений. Второй способ повышения дальности – это увеличение мощности передатчика. Однако максимальная мощность любительского передатчика определена соответствующим разрешением и не должна превышать 5 Вт. Для передатчика, установленного на ИСЗ, разработчик радиоаппаратуры задает какие-то определенные параметры, которые после запуска ИСЗ на орбиту может изменить только природа. И, наконец, третий способ – это повышение чувствительности приемника. Здесь наши возможности, в конечном счете, ограничены внешними шумами и помехами, такими как индустриальные помехи, космические шумы и тепловые шумы, излучаемые атмосферой и земной поверхностью.

Для того, чтобы оценить предельные возможности радиоприемника, удобно ввести понятие его “энергетического потенциала”. Энергетический потенциал численно равен максимально допустимому значению потерь (в децибелах) на трассе распространения сигнала. Рассмотрим подробнее, как он определяется и от чего зависит.

Прежде всего определим минимальную мощность сигнала, который необходимо подвести к входу приемника. При отсутствии внешних помех чувствительность определяется уровнем собственных шумов, который для удобства расчетов обычно приводится к входным зажимам приемника.

Для оценки интенсивности собственных шумов приемника обычно пользуются единицами kT₀. Здесь k – постоянная Больцмана (1,38*10^-23 Дж/град), а T₀ –температура окружающей среды (около 300 К). Таким образом, 1kT₀ =4*10^-21 Вт/Гц. Термин «интенсивность» в данном случае применяется потому, что данная единица характеризует не просто приведенную мощность входных шумов, а мощность, отнесенную к полосе пропускания. Это очень удобно, так как не надо каждый раз оговаривать полосу пропускания приемника, как это потребовалось бы при оценке шумов в единицах мощности – ваттах. В этом смысле еще больше неудобств доставляет пользование единицами напряжения – микровольтами, так как в данном случае надо еще указывать входное сопротивление приемника. Так, например, ответить на вопрос, какой приемник лучше—имеющий чувствительность 1 мкВ или 2 мкВ, можно только после того, как будут оговорены входные сопротивления и полосы пропускания данных приемников. Единица kT₀ имеет строго определенный физический смысл – такие тепловые шумы генерирует активное сопротивление, нагретое до температуры T₀. Если сопротивление, равное входному, подключить к входу идеального приемника, то мощность шумов, приведенная к входу, будет равна 1kT0. В реальном приемнике к шумам внешнего сопротивления добавятся собственные шумы, поэтому чувствительность реального приемника всегда больше 1kT₀. Числовой коэффициент, стоящий перед kT₀ называется коэффициентом шума приемника. Он обозначается буквой F. Мощность собственных шумов приемника, приведенную к входу, можно определить, пользуясь формулой

P_ш.вх. = (F – 1)kT₀*Df, где Df – полоса пропускания приемника. Например, если интенсивность шумов приемника радиостанции в диапазоне 144 МГц равна 1,8 kT₀ (т. е. собственные шумы равны 0,8 kT₀). Определим, чему это соответствует в долях ватта при полосе пропускания приемника 3000 Гц. В соответствии с проведенными рассуждениями собственные шумы приемника в ваттах, приведенные к его входу, будут равны:

P_ш.вх = (1,8 – 1)*4*10^-21*3000 @ 10^-17 Вт. 

Теперь, когда известна мощность входных шумов, можно определить минимальное значение полезного сигнала. Для работы телеграфом при данной полосе пропускания пороговое значение сигнала может быть примерно в 10 раз меньше мощности шумов. Тогда мощность сигнала равна: P_с = 10^-18 Вт. Если также учесть коэффициент усиления антенны величиной 10, то допустимые потери возрастут до 10^-19 Вт, что соответствует примерно величине чуть менее 200 дБ.

Приведенные мною формулы должны позволить вам понять основы расчета энергетического потенциала УКВ радиоприемника или УКВ радиостанции, необходимые для того, чтобы прочувствовать возможности того или иного аппарата.

Приведенные рассуждения дают возможность понять, что УКВ радиоприемник с коэффициентом шума порядка 2kT₀ может с успехом принимать сигналы от ИСЗ, расположенных на расстоянии 1000 км и более при наличии антенны с усилением в 10 раз.

Несколько слов о том, как можно оценить потери энергии на трассе между ИСЗ и приемной радиостанцией. В литературе можно найти следующую формулу, которая позволяет сделать ориентировочный расчет потерь электромагнитной энергии при прохождении сигнала от ИСЗ до приемника: L_p = 32,5 + 20lgf + 20lgD_S, где L_{p –} потери энергии на трассе, дБ; f – частота в МГц; D_s – расстояние до спутника, км.

Проведенные по данной формуле расчеты для расстояния 3000 км и частоты 29 МГц дают величину потерь порядка 130 дБ, для того же расстояния и для частоты 144 МГц величина потерь составит примерно 145 дБ, при увеличении частоты до 435 МГц величина потерь будет порядка 155 дБ, для частоты 1290 МГц величина потерь составит 167 дБ.

Для расстояния 50000 км и частоты 1290 МГц, что характерно для спутника АО – 40, примерная величина потерь будет около 193 дБ, т.е. вплотную приближается к возможностям применения радиоприемного устройства с коэффициентом шума 2kT₀ и приемной антенны с усилением в 10 раз. Это значит, что для успешной работы с этим спутником следует использовать антенну с гораздо большим усилением.

Рассмотрим теперь вопрос о помехоустойчивости УКВ аппаратуры. Приведенный расчет энергетического потенциала сделан с учетом только внутренних помех, т. е. с учетом собственных шумов, возникающих в приемном устройстве. Однако часто предельная дальность радиосвязи определяется помехами внешнего происхождения, которые условно можно разделить на три основные группы – помехи от других радиостанций, импульсные помехи и шумовые помехи. Помехи, относящиеся к первой группе, появляются под действием мощных сигналов близко расположенных любительских радиостанций, а также под действием мощных сигналов телевизионных и радиовещательных передатчиков. В первом случае мешающий сигнал попадает в полосу пропускания усилителя высокой частоты, смесителя, а часто и в полосу пропускания последующих каскадов. Под действием мощной помехи меняется режим работы этих каскадов, что может привести к полному пропаданию полезного сигнала.

Меры борьбы с подобными помехами – это повышение линейности и возможно меньший коэффициент усиления каскадов, предшествующих узкополосному фильтру.

Помехи от телевизионных передатчиков могут непосредственно воздействовать на входной каскад УВЧ и проникать по так называемым комбинационным каналам. Меры борьбы с подобными помехами – повышение качества гетеродина и улучшение селективности УВЧ.

Помехи, относящиеся ко второй группе, — импульсные помехи более характерны для городских условий. Это помехи от систем зажигания автомобилей, от коллекторных электродвигателей. От искрения контактных проводов трамваев и троллейбусов, а также от большого количества прочих источников. Если импульсные помехи хорошо выделяются на фоне шумов в виде отчетливых щелчков или тресков, то в таком случае достаточно эффективно помогают различного рода ограничители амплитуды. В условиях большого города импульсные помехи от многих источников сливаются в сплошной шум, который «на слух» воспринимается как шум теплового происхождения. Импульсные помехи такого вида непосредственно примыкают к помехам, относящимся к третьей группе, т. е. к шумам различного происхождения. Как уже указывалось, это могут быть шумы космического происхождения (прежде всего Солнца), а также тепловые шумы, излучаемые атмосферой и земной поверхностью. На большом удалении от города именно эти шумы определяют предельную чувствительность радиостанции. При антенне, направленной на горизонт, интенсивность таких шумов составляет примерно 1kT₀. В условиях города интенсивность шумов может возрастать в десятки и даже сотни раз. К сожалению, принципиально отсутствуют методы борьбы с помехами такого рода. Единственно, что можно делать, — это по возможности сужать полосу пропускания приемника. Однако особенности человеческого уха таковы, что даже при приеме телеграфных сигналов не имеет смысла делать полосу пропускания приемника уже 500—1000 Гц.

Подводя итог сказанному, можно сделать вывод, что радиолюбителям, живущим в благоприятной помеховой обстановке, следует обратить основное внимание на уменьшение собственных шумов приемника. При этом можно ориентироваться на цифру 2 kT₀ ( с учетом потерь в фидере), так как дальнейшее снижение шумов уже не даст большого выигрыша.

При разработке описываемой далее аппаратуры была предприняты некоторые меры по повышению помехоустойчивости приемных устройств. Так, для получения заданной чувствительности было использовано минимальное количество каскадов усиления, были приняты меры по сужению полосы пропускания входных устройств и по повышению спектральной чистоты гетеродинных трактов. Во всех аппаратах в основном отсутствуют дефицитные детали.

Приемная аппаратура на RA3XB

Далее в этой главе приводятся схемы приемной аппаратуры, которая уже длительное время используется на радиостанции RA3XB. Эти схемы различной аппаратуры не следует рассматривать как рекомендации автора для непременного повторения. Автор уверен, что в настоящее время имеются схемы более совершенных аппаратов, созданные на базе современных радиосредств. В этой главе опубликованы схемы созданных много лет тому назад аппаратов, которые надежно работают до сих пор и удовлетворяют минимальным требованиям при наблюдении за работой ИСЗ. Так что если у вас нет более современных схем, то можете воспользоваться предлагаемыми в этой главе книги вариантами приемных аппаратов.

Преселектор

Многие из имеющихся в практике радиолюбителей связные радиоприемники не могут обеспечить необходимые малые внутренние шумы усилителей радиочастоты на входе приемника и повышенную избирательность. Особенно это относится к ламповым радиоприемникам и трансиверам. Значительно улучшить прием сигналов на таких приемниках помогает разработанный мною аппарат, называемый далее «преселектор».

Определить необходимость подключения к вашему приемнику преселектора очень просто. Если речь идет о коротковолновом приемнике, то для такого определения следует включить приемник с обычной антенной и настроить его на свободную от работающих станций частоту, при этом на выходе приемника должны быть слышны только шумы эфира и внутренние шумы приемника. Следует заметить уровень шума на выходе. Если при отсоединении антенны от включенного приемника уровень шумов не изменился, или изменился незначительно, то вам срочно следует изготовить преселектор и включить его в постоянную работу с этим радиоприемником.

Для определения необходимости использования преселектора с УКВ приемником следует не отключать антенну, а накоротко замкнуть антенный ввод на корпус. Если при таком замыкании уровень шумов на выходе не изменился, то вполне вероятно и в данном случае можно надеяться на помощь преселектора.

Устройство "преселектор" является предварительным усилителем высокой частоты с регулируемым сужением полосы пропускания за счет положительной обратной связи. Это так называемый эффект Q-умножения. В конструкции применены малошумящие транзисторы КП303Д и КТ610.

Каждый, кто прослушал работу приемника с подключенным преселектором, непременно решает сделать себе такое устройство. Особенно рекомендую сделать такое устройство владельцам ламповых радиоприемников — Р-250, трансиверов UW3DI и всех прочих. А также всем радиолюбителям, проживающим в условиях повышенных индустриальных и прочих помех.

Эффект значительного улучшения чувствительности и избирательности радиоприемника получается за счет применения малошумящих транзисторов и сужения полосы пропускания входного контура преселектора за счет регулируемой положительной обратной связи. При изменении величины положительной обратной связи изменяется добротность имеющегося в схеме колебательного контура. Самая узкая полоса пропускания соответствует наиболее возможной добротности контура и находится рядом с порогом генерации. Порог генерации — это такая величина положительной обратной связи, при превышении которой усилитель превращается в генератор.

Принципиальная электрическая схема КВ преселектора представлена на рис. 5.1.

Рис. 5.1. Схема КВ преселектора

В конструкции применены широкодоступные радиодетали, непременное требование одно – переменный резистор R10 не должен быть проволочным (т.е. должен быть безиндуктивным).

Вместо указанной на схеме катушки L1 можно установить переключатель с набором катушек на все используемые диапазоны. Число витков катушки можно выбрать из таб. 1 или таб. 2. Отвод делается от 1/3 общего числа витков, считая снизу.

Таблица 1. Данные деталей колебательных контуров

Диапазон частот контура,	Емкость конденсатора		Катушка индуктивности
Мгц	Смакс, пкФ	Смин, пкФ	Инд, мкГн	Диаметр. провода, мм	Диаметрвитка, мм	Число витков	Длина намотки, мм
3,5 … 7,8	100	20	20,3	0,64	25	38	32
3,5 … 7,8	100	20	20,3	0,41	12	80	50
3,5 … 7,8	100	20	20,3	0,64	38	23	19
3,5 … 7,8	100	20	20,3	0,80	25	42	45
3,5 … 9,6	150	20	14,0	0,80	38	17	15
3,5 … 9,6	150	20	14,0	1,00	32	28	38
3,5 … 9,6	150	20	14,0	0,64	25	25	22
3,5 … 11,0	200	20	10,3	1,00	25	32	50
3,5 … 11,0	200	20	10,3	0,64	12	45	25
7,0 … 11,0	50	20	10,2	1,60	50	20	63
7,0 … 15,6	100	20	5,2	0,64	25	16	19
7,0 … 15,6	100	20	5,2	0,51	12	31	25
7,0 … 15,6	100	20	5,2	1,00	38	11	19
7,0 … 15,6	100	20	5,2	1,20	38	12	25
7,0 … 19,0	150	20	3,4	1,60	32	13	32
7,0 … 19,0	150	20	3,4	1,00	19	18	25
7,0 … 19,0	150	20	3,4	1,00	25	14	25
7,0 … 22,0	200	20	2,6	0,80	38	28	38
7,0 … 22,0	200	20	2,6	0,64	12	20	19
7,0 … 22,0	200	20	2,6	1,00	25	11	19
14 … 22	50	20	2,6	1,6	38	9	25
14 … 22	50	20	2,6	1,6	50	9	50
14 … 31	100	20	1,3	1,6	25	8	19
14 … 38	150	20	0,86	1,5	32	7	38
14 … 44	200	20	0,65	1,0	38	5	25
28 … 45	50	20	0,65	2,1	50	4	45
28 … 45	50	20	0,65	2,0	12	13	38
28 … 63	100	20	0,32	1,0	25	4	12
28 … 63	100	20	0,32	2,0	19	5	19
28 … 77	150	20	0,22	1,6	25	4	19

Если вас не устраивает величина диаметра каркаса катушки или диаметр примененного провода, то путем несложного пересчета можно получить число витков катушки для нужного вам диаметра каркаса или диаметра провода. Например, если имеются готовые каркасы, отличающиеся диаметром от приведенного в таблице, то можно не меняя данных провода, намотать катушки с требуемыми параметрами, пересчитав лишь число витков по формуле n = n₀*Ö`d<sub>0</sub>`/`d, где n – искомое число витков; n0 – заданное число витков; d – диаметр имеющегося каркаса; d₀ – диаметр заданного каркаса. По этой же формуле можно пересчитать и изменение числа витков при изменении диаметров проводов. В этом случае под величинами d и d₀ следует понимать диаметры проводов.

Таб. 2 также предназначена для подбора различных величин элементов колебательного контура. В начале каждой строки указана определенная величина индуктивности, а верхней цифрой каждого столбца указывается величина емкости конденсатора. Если у вас имеется катушка с индуктивностью 2 мкГн, то используя совместно с ней конденсаторы емкостью от 100 до 1000 пкФ можно получить колебательный контур с частотой настройки от 11100 до 3580 kГц.

Таблица 2. Частота в кГц для различных L и C

L,	Емкость, пкФ
мкГн	100	200	300	400	500	600	700	800	900	1 000
1	15 800	11 100	9 100	7 900	7 150	6 503	6 000	5 670	5 270	5 000
2	11 100	9 100	6 503	5 670	5 000	4 620	4 230	4 000	3 760	3 580
3	9 100	6 503	5 270	4 620	4 110	3 760	3 490	3 260	3 060	2 920
4	7 900	5 670	4 620	4 000	3 580	3 260	3 000	2 800	2 660	2 510
5	7 150	5 000	4 110	3 580	3 200	2 920	2 680	2 510	2 380	2 260
6	6 503	4 620	3 760	3 260	2 920	2 680	2 460	2 290	2 160	2 060
7	6 000	4 230	3 490	3 000	2 680	2 460	2 280	2 120	2 000	1 900
8	5 670	4 000	3 260	2 800	2 510	2 290	2 120	1 985	1 875	1 775
9	5 270	3 760	3 060	2 660	2 380	2 160	2 000	1 875	1 761	1 655
10	5 000	3 580	2 920	2 510	2 260	2 060	1 900	1 775	1 655	1 595
12	4 620	3 260	2 660	2 290	2 060	1 875	1 730	1 620	1 530	1 455
14	4 230	3 000	2 460	2 120	1 900	1 730	1 610	1 510	1 410	1 342
16	4 000	2 800	2 290	1 985	1 775	1 620	1 510	1 430	1 327	1 260
18	3 760	2 660	2 160	1 875	1 655	1 530	1 410	1 327	1 250	1 185
20	3 580	2 510	2 060	1 775	1 595	1 435	1 342	1 260	1 185	1 122
25	3 200	2 260	1 840	1 595	1 420	1 298	1 205	1 122	1 060	1 003
30	2 920	2 060	1 655	1 455	1 298	1 185	1 080	1 028	968	921
40	2 510	1 775	1 455	1 260	1 122	1 082	954	893	840	796
50	2 260	1 595	1 298	1 122	1 003	921	850	796	750	712
60	2 060	2 455	1 185	1 028	921	840	778	728	685	650
70	1 948	1 342	1 100	954	850	778	720	674	634	602
80	1 775	1 260	1 628	893	841	728	689	630	593	563
90	1 655	1 185	968	840	750	685	635	593	560	532
100	1 595	1 122	921	896	712	650	613	563	532	502
120	1 455	1 028	840	728	650	593	550	514	485	460
140	1 342	954	778	674	602	582	519	476	450	426
160	1 260	893	745	630	563	514	476	446	430	398
180	1 185	840	685	593	532	485	449	430	396	375
200	1 122	796	650	563	504	460	426	398	375	356
250	1 003	712	582	504	451	411	382	356	336	318
300	921	650	530	460	411	375	348	324	306	291
400	796	563	460	398	356	324	301	271	265	252
500	712	504	411	345	316	290	269	252	243	228
600	650	460	375	324	290	265	246	230	223	209
700	602	426	348	307	269	246	229	218	201	190

Для расчета числа витков контурных катушек различной конфигурации, в зависимости от заданной частоты, мною разработана компьютерная программа INDUKTIW, которую можно скачать в Интернете по адресу http://r3xb.nm.ru/

Программа позволяет выполнять расчеты также для катушек с сердечниками.

Преселектор очень хорошо работает на диапазоне 29 МГц. Для работы на диапазоне 145 МГц схему преселектора пришлось несколько изменить. На рис. 5.2 приведена принципиальная схема преселектора, предназначенного для работы на этом диапазоне.

Рис. 5.2. Схема преселектора для 145 МГц

Катушки контуров L1 и L1 преселектора на 145 МГц бескаркасные, выполнены на оправке диаметром 8 мм и имеют по 8 витков провода ПЭЛ-0,8. Длина каждой из катушек равна 22 мм. Дроссель L3 представляет собой катушку, намотанную проводом ПЭЛ-0,3 на резисторе типа ВС-0,5. Намотка выполняется виток к витку до заполнения всего пространства между выводами резистора. Следует для этой цели брать резистор величиной не менее 1 килоом. Концы проводов этой катушки припаиваются в выводам резистора. Величину резистора R1 можно уменьшить до 75 Ом.

Описанный в этой статье КВ преселектор является очень полезным и универсальным аппаратом.

Можно получить исключительно хорошие результаты при приеме УКВ сигналов, если КВ преселектор включить между любым из описанных ниже конвертеров и КВ радиоприемником. Это особенно следует применять радиолюбителям из больших городов, где наблюдаются повышенные промышленные и бытовые шумы.

Конвертер для приема на диапазоне 29 МГц

Первоначальный вариант конвертера был построен в конце 70 – х годов прошлого столетия и предназначался для наблюдения за сигналами первых ИСЗ типа RS. Затем в схему конвертера были внесены некоторые изменения. Существующий вариант конвертера позволял вести нормальный прием сигналов от спутника RS-12, используя вместо антенны кусок провода длиной 10 метров, выброшенный из окна на соседнее дерево. Судя по материалам отдельных статей, диапазон 29 МГц может быть задействован в ближайшем будущем для организации спутниковой связи в широких масштабах. Так что отказываться от аппаратуры этого диапазона пока еще рано.

На радиостанции RA3XB конвертер используется совместно с радиоприемником типа Р-250М. Принципиальная электрическая схема конвертера представлена на рис. 5.3.

Рис. 5.3. Схема конвертера для диапазона 29 МГц

На транзисторах VT1 и VT2 выполнен двухкаскадный усилитель высокой частоты, транзистор VT3 работает смесителем, на транзисторах VT4 и VT5 выполнен окварцованный задающий генератор. Используется кварц на частоту 10,0 МГц. Это позволяет вести прием сигналов с частотой 28 МГц на радиоприемнике, настроенном на частоту 18 МГц.

Конвертер собран на шасси, спаянном из белой жести (от консервных банок из-под сгущенного молока), методом навесного монтажа. В качестве опорных элементов используются блокировочные конденсаторы и квадратики (размером примерно 5х5 миллиметров) из фольгированного стеклотекстолита, приклеенные к шасси клеем БФ-2. Все подстроечные конденсаторы применены типа КПК, резисторы – типа МЛТ, конденсаторы постоянной емкости – типа КТ, КД и КЛС.

Транзисторы VT1 … VT3 применены типа КП303Д. С успехом можно применять полевые транзисторы и других типов.

Данные о катушках колебательных контуров приведены в таб. 3.

Таблица 3. Данные о примененных катушках контуров

Катушка	Число витков	Диаметр, мм	Провод	Длина, мм	Отводы
L1	12	8	ПЭЛ-0,9	22
L2	4	9	ПЭЛ-0,3
L3	12	8	ПЭЛ-0,9	22	на 8 витке (от заземленного конца)
L4	12	8	ПЭЛ-0,9	22	на 4 и 7 витках (от заземленного конца)
L5	12	8	ПЭЛ-0,9	22
L6	12	8	ПЭЛ-0,9	22	на 6 витке (от заземленного конца)
L7	20	8	ПЭЛ-0,3		От 10 витка

Катушка L2 намотана в навал на оправке диаметром 9 мм, витки катушки скреплены между собой клеем БФ-2. После высыхания клея катушка размещается поверх заземленного конца катушки L1. Катушка L7 наматывается на каркасе с подстроечным СЦР сердечником.

Настройку конвертера следует начать с проверки работы задающего генератора. Затем следует настроить контур с катушкой L7 на частоту примененного кварца. После этого включаем основной КВ приемник, к которому подключен конвертер, и простейший генератор шума подключаем к антенному гнезду конвертера. Начинаем проводить настройку всех контуров соответствующими подстроечными конденсаторами по максимуму шумов на выходе от радиоприемника. Если при вращении подстроечного органа конденсатора окажется, что максимум шумов получается при наибольшей емкости этого конденсатора, то параллельно подстроечному конденсатору следует подпаять конденсатор постоянной емкости величиной 10 … 15 пкФ и продолжить настройку. Если при настройке какого либо контура станут возникать паразитные самовозбуждения, то параллельно катушке этого контура следует подпаять постоянный резистор величиной 2 … 3 килоома. Окончательную подстройку всех контуров следует проводить при приеме слабого полезного сигнала. Как правило, при исправных радиодеталях весь процесс настройки занимает несколько минут. При не очень большой чувствительности основного КВ приемника следует между конвертером и приемником включить преселектор.

Конвертер для диапазона 145 МГц

Конвертер применялся для наблюдения за сигналами спутника RS-13. Сигналы этого спутника начинали приниматься на вертикальную антенну с коллинеарными элементами начиная с того момента, как только спутник появлялся над горизонтом. Сигналы от RS-13 с удобных орбит можно было принимать и на комнатную антенну, расположенную на окне. Если посмотреть перечень действующих спутников, то видно, что в настоящее время имеется целый ряд спутников, которые ведут передачу из космоса на этом диапазоне. Например, АО-7, АО-10 и др.

Конвертер работает совместно с КВ радиоприемником Р-250М, между конвертером и приемником может быть включен преселектор. Конструктивно конвертер состоит из двух самостоятельных частей – УВЧ со смесителем и отдельного гетеродина, соединенных между собой экранированным кабелем. Принципиальная электрическая схема конвертера представлена на рис.5.4 и рис. 5.5. При этом, на рис. 5.4 представлены каскады УВЧ и смесителя, а на рис. 5.5 представлена схема кварцевого гетеродина.

Рис. 5.4. УВЧ и смеситель конвертера для 145 МГц

Конвертер выполнен на плате из одностороннего фольгированного стеклотекстолита без сверления отверстий под выводы деталей. Канавки между контактными поверхностями вырезаются специальным ножом-резаком. Радиодетали припаиваются со стороны фольги. Экранирующие перегородки высотой 20 мм выполнены из белой жести и припаяны к фольге. Плата размещается в отдельном корпусе из белой жести. Однокаскадный УВЧ выполнен на транзисторе VT1 типа КТ371. Можно применить и другие, имеющиеся у вас в наличии транзисторы. По мере появления в вашем хозяйстве новых транзисторов, старый всегда можно удалить и заменить на новый. Конденсатор С1 следует применять только при наличии большого числа помех. В иных случаях антенну следует подводить напрямую, без этого конденсатора.

На транзисторе VT2 выполнен смеситель, на транзисторе VT3 собран вспомогательный усилитель выходного сигнала.

Данные контурных катушек УВЧ и смесителя приведены в таб. 4.

Таблица 4. Контурные катушки УВЧ и смесителя

Катушки	Число витков	Диаметр, мм	Провод	Длина, мм	Отводы
L1	6	8	ПЭЛ-0,9	16	На 2 и 3 витках от заземленного конца
L2	7	8	ПЭЛ-0,9	20	На 1 витке от заземленного конца
L3	7	8	ПЭЛ-0,9	20
L4	7	8	ПЭЛ-0,9	20	На 7 витке от заземленного конца
L5	22	8	ПЭЛ-0,9	20	На 7 витке от заземленного конца
L6	4,5	8	ПЭЛ-0,9	13	На 1,5 витке от заземленного конца

Рис. 5.5. Гетеродин конвертера

Гетеродин конвертера выполнен на кварце с частотой 13,66 МГц, что позволяет сигналы с частотой 144 МГц принимать на КВ приемнике, настроенном на частоту 21 МГц. Это очень удобно при желании иметь приемопередающую УКВ радиостанцию на диапазон 144 МГц. Конструктивно гетеродин выполнен на плате из одностороннего фольгированного стеклотекстолита. Крепление деталей делается со стороны фольги, контактные поверхности отделяются канавками, прорезанными специальным ножом-резаком. Плата полностью размещается в корпусе из белой жести.

Данные контурных катушек гетеродина приведены в таб. 5.

Таблица 5. Катушки гетеродина

Катушка	Число витков	Диаметр, мм	Провод	Длина, мм	Отводы
L1	10	8	ПЭЛ-0,9	12	На 6 витке от заземленного конца
L2	4	8	ПЭЛ-0,9	10	На 2 и 3 витках от заземл. конца
L3	4	8	ПЭЛ-0,9	10	На 2 и 3 витках от заземл. конца

Начинать настройку следует с проверки работоспособности кварцевого генератора на VT1. Затем контур L1C6, принадлежащий утроителю частоты на VT2, настраивается на частоту 41 МГц. Контроль частоты следует проводить посредством гетеродинного измерителя резонанса (ГИР), работающего в режиме волномера. После этого аналогичным способом настраиваются контура L2C10 и L3C14 на частоту 121 МГц. Эти контура принадлежат второму утроителю, выполненному на VT3 и усилителю сигнала частотой 121 МГц на VT4. На VT5 выполнен апериодический усилитель частоты 121 МГц.

Настройку платы УВЧ следует начать с настройки контура L6C39C12C15 на частоту 121 МГц. Затем сигнал от простого генератора шума следует подать непосредственно на затвор транзистора VT1 и настроить контуры L2C6 L3C8 L4C10 L5C14 по максимуму шумов на выходе основного приемника. Контур L1C2 настраивается после подключения генератора шума к антенному гнезду. Окончательную подстройку контуров следует выполнить при приеме сигнала от ИСЗ через антенну.

Конвертер для диапазона 435 МГц

Конвертер применяется для приема информации от ИСЗ с использованием КВ приемника типа Р-250М. Конструктивно конвертер выполнен в виде трех самостоятельных блоков, каждый из которых заключен в отдельный корпус из белой жести, и соединенных друг с другом отрезками экранированного кабеля. Применение блочной конструкции очень удобно для экспериментаторов, поскольку позволяет безболезненно заменять тот или иной узел, оставляя без изменения остальные. Как показал опыт, наиболее частым изменениям могут подвергаться узел УВЧ и узел смесителя.

Принципиальная электрическая схема усилителя высокой частоты конвертера представлена на рис. 5.6.

Рис. 5.6. Схема УВЧ диапазона 435 МГц

Усилитель трехкаскадный, выполнен на транзисторах VT1, VT2 и VT3. Корпус усилителя и шасси спаяны из белой жести. Каждый транзистор и принадлежащие к нему прочие радиодетали смонтированы на небольшом прямоугольном кусочке фольгированного стеклотекстолита, который затем помешается в соответствующий отсек шасси. Детали крепятся непосредственно к фольге, разъединяющие канавки в фольге прорезаны ножом-резаком. Представляющая землю поверхность фольги соединяется с корпусом в нескольких различных местах. Чем больше будет таких мест соединения, тем лучше. Каких либо иных особенностей нет. Индуктивности L1 … L4 выполнены из голого медного провода диаметром 1 мм и располагаются в специальных отсеках шасси на удалении 3 мм от шасси. Длина L1, L2 и L3 равна 33 мм, длина L4 – 17 мм (в приведенные размеры не включены участки, предназначенные для припаивания провода к корпусу шасси). Расстояние между L3 и L4 подбирается при настройке и равно примерно 2 мм.

Принципиальная электрическая схема гетеродина для конвертера 435 МГц представлена на рис. 5.7.

Рис. 5.7. Схема гетеродина для конвертера 435 МГц

В схеме используется кварц на частоту 6,454 МГц, что позволяет после умножения в 64 раза получить на выходе частоту 413 МГц. Указанный кварц применен только потому, что он оказался единственным из наиболее удобных к применению.

Кварцевый гетеродин выполнен на транзисторе VT1. Каскад на VT2 работает в режиме умножителя частоты на четыре, все последующие каскады являются удвоителями частоты. В своих конструкциях я предпочитаю использовать двухтактные каскады умножения частоты, каковыми являются каскады на VT3, VT4, также на VT5, VT6 и VT7,VT8. В этой схеме применены только удвоители частоты. На практике существуют также и двухтактные утроители частоты, конструкция которых несколько отличается от конструкции удвоителя. Преимущество двухтактных умножителей перед умножителем на одном транзисторе заключается в том, что двухтактный удвоитель выделяет только четные гармонические составляющие сигнала, а на выходе двухтактных утроителей присутствуют только нечетные гармоники. Это очень важно при настройке гетеродина, а также улучшает «спектральную чистоту» выходного сигнала, т.е. меньшее количество различных гармоник. При этом все присутствующие «лишние» гармоники значительно ослаблены.

Данные по катушкам контуров конвертера 435 МГц приведены в таблице 6.

Таблица 6. Контурные катушки гетеродина 435 МГц

Катушки	Число витков	Диаметр, мм	Провод	Длина, мм	Отводы
L1	20	8 (СЦР)	ПЭЛ-0,4	16	На 10 витке от заземленного конца
L2	4 х 2	9	ПЭЛ-0,3		4 витка (бифилярно)
L3	12	8	ПЭЛ-0,9	12	На 7 витке от заземленного конца
L4	2 х 2	9	ПЭЛ-0,3		2 витка (бифилярно)
L5	4	8	ПЭЛ-0,9	15	На 2 витке от заземленного конца
L6	2 х 2	9	ПЭЛ-0,3		2 витка (бифилярно)

Индуктивность L7 выполнена в виде отрезка медного провода диаметром 1 мм и длиной рабочей части 50 мм, отводы выполнены на расстоянии 12 и 18 мм, считая от заземленного по ВЧ конца. Отрезок провода располагается параллельно заземленному участку фольги на расстоянии 4 мм, может быть изогнут, но параллельность земле должна соблюдаться. С одной стороны L7 припаивается к выводу подстроечного конденсатора, с другой стороны – к опорному кусочку из фольгированного стеклотекстолита, приклеенного к заземленному участку фольги на плате. К этому же опорному кусочку припаивается один из выводов блокировочного конденсатора и резистора. L8 выполнена по той же технологии и имеет длину рабочей части 15 мм с отводом посередине. L9 имеет длину 12 мм.

Катушки связи L2, L4 и L6 выполнены из двух скрученных между собой проводов, при этом начало одной части катушки соединяется с концом второй ее части. Катушка связи должна иметь чуть больший диаметр, чем основная катушка и располагаться примерно между первым и вторым витками (считая от заземленного по ВЧ конца) основной катушки. Такая конструкция катушки связи позволяет подать на базы транзисторов двухтактного каскада равные по величине и противоположные по фазам сигналы.

Настройку гетеродина следует начинать с проверки работоспособности кварцевого генератора. Затем колебательный контур каждого последующего каскада должен настраиваться на нужную, заранее рассчитанную частоту. Правильность настройки следует проверять простейшим волномером, применять частотомеры не советую. Самым удобным прибором для настройки многокаскадных гетеродинов является гетеродинный индикатор резонанса (ГИР). В радиолюбительской литературе можно найти описания многих разных конструкций этого аппарата, но каждый из них может работать либо в режиме непосредственно гетеродинного измерителя резонанса, либо в режиме волномера. Если вы решили заняться изготовлением и настройкой УКВ гетеродинов, то непременно должны обзавестись таким прибором.

На рис. 5.8 приведена схема смесителя и усилителя ПЧ для конвертера 435 МГц.

Рис. 5.8. Смеситель конвертера 435 МГц

Смеситель выполнен на смесительном сверхвысокочастотном диоде типа Д405, ДК-И1М или аналогичном. С успехом можно применить также смесительный каскад иной конструкции, например, на транзисторе. Смеситель выполнен на плате из одностороннего фольгированного стеклотекстолита и заключен в корпус из жести. Разумеется, если у вас имеется в наличии иной тонколистовой материал, например, листовая латунь или медь, то корпус и все перегородки следует выполнять именно из этого материала. В дополнение, корпус из меди или латуни желательно посеребрить. Можно даже и позолотить. Хуже не будет.

Индуктивность L1 представляет собой отрезок медного провода диаметром 3,5 мм и длиной 85 мм. Располагается в экранирующем отсеке с размерами 22 х 22 х 110 мм. Одним концом провод припаян к центру перегородки, вторым – к подстроечному конденсатору. Следует обеспечить достаточную жесткость этой конструкции. Подвод сигнала от усилителя высокой частоты выполнен на расстоянии 30 мм от заземленного конца, зажим для крепления смесительного диода припаян к L1 на расстоянии 75 мм. L2 представляет собой кусок медного провода диаметром 1 мм и длиной 30 мм. Катушка L3 бескаркасная, имеет 12 витков на оправке диаметром 8 мм провода ПЭЛ-0,9 с отводом посередине. Резистор R1 служит для снижения добротности контура (для расширения полосы пропускания).

На транзисторе VT1 выполнен усилитель промежуточной частоты.

А1 – перемычка, которая размыкается только при настройке смесителя, во всех остальных случаях контрольная точка КТ1 должна быть соединена с корпусом.

Перед началом настройки смесителя следует удалить перемычку А1 и вместо нее включить миллиамперметр с пределом до 10 миллиампер. L2 соединить с выходом от гетеродина. Затем подать напряжение питания на настроенный предварительно гетеродин и настраиваемый смеситель. При этом миллиамперметр будет показывать ток, протекающий через смесительный диод. Конденсатор С1 должен находиться в положении минимальной емкости. Изменяя расстояние между L1 и L2, следует добиться величины тока 2 ма. В процессе этой настройки можно в небольших пределах подстроить контуры каскадов гетеродина по максимуму показаний миллиамперметра. После выполнения перечисленных операций показывающий прибор удаляется и восстанавливается перемычка.

Затем подключается базовый радиоприемник и каскад УВЧ 435 МГц. Сначала весь этот комплекс настраивается предварительно по простейшему генератору шума, затем следует выполнить окончательную подстройку контуров УВЧ и контура L1 смесителя по сигналу маячка или работающей на этом диапазоне УКВ радиостанции.

Конвертеры для диапазона 1296 МГц

В последние годы на ИСЗ для любительской связи стали применять частоты выше 1000 МГц. Долгожданный спутник АО-40 (P3D) для многих стал недоступным именно по этой причине. Для радиолюбителей, желающих осваивать любительскую связь через ИСЗ, следует приступить к освоению самых высокочастотных УКВ и СВЧ диапазонов. На радиостанции RA3XB пока аппаратов на эти диапазоны нет, поэтому в этой статье я хочу привести в качестве примера принципиальные схемы конвертеров на диапазон 1296 МГц, которые были опубликованы в [1] и [2]. В некоторых действующих сегодня спутниках, изготовленных зарубежными фирмами, используется частота 1268 МГц. Чтобы задействовать на этой частоте описанные ниже конвертеры, следует подобрать кварц для задающего генератора. При этом остальные элементы схем могут оставаться неизменными.

Конвертер 1296/144 МГц

Описание любительской УКВ радиостанции, в которой применен этот конвертер приведено в [3].

Конвертер предназначен для приема сигналов в диапазоне 1296 … 1298 МГц совместно с приемником на диапазон 144 … 146 МГц. Принципиальная схема конвертера приведена на рис. 5.9.

Рис. 5.9. Схема конвертера 1296/144 МГц

Конвертер состоит из УВЧ на транзисторе VT1, смесителя на диоде VD1 и двух последних умножительных каскадов от гетеродина на VT2 и VT3. УВЧ сделан по схеме с общим эмиттером, на входе и на выходе усилителя применены П-контуры. Сигнал на смеситель поступает через петлю связи L4.

Гетеродин конвертера – шестикаскадный. Первые четыре каскада следует выполнить точно по схеме первых четырех каскадов от описанного выше конвертера на 435 МГц, но при этом следует использовать кварц на частоту 8,0 МГц. В этом случае следующий за кварцевым генератором каскад будет работать в режиме утроения (8 х 3 = 24 МГц). Сигнал частотой 192 МГц от четвертого каскада следует экранированным кабелем подать на вход транзистора VT3 («Вход 1» на схеме). Далее каскад на транзисторе VT3 умножает полученную частоту в три раза (576 МГц). Результат умножения выделяется на контуре C13L6C14. Каскад на VT2 работает удвоителем, на контуре C9L5C8 должна выделяться частота 1152 МГц. На смеситель сигнал от гетеродина подается через петлю связи L4, которая является общей и для L2 и для L5.

Индуктивности L1 и L2 выполнены из медной посеребренной проволоки диаметром 3,2 мм, имеют рабочую длину 20 мм. L5 изготовлена из той же проволоки, имеет рабочую длину 22 мм. Петля связи L4 изготовлена из медной посеребренной проволоки диаметром 0,8 мм, длина подбирается при наладке. Катушка L6 выполнена в виде U-колена из медной проволоки диаметром 1,5 мм и имеет длину 50 мм. Дроссели Др1 и Др1 имеют 4 витка медного провода диаметром 0,8 мм на оправке диаметром 3,5 мм. Дроссель Др3 содержит 7 витков того же провода, намотан на оправке диаметром 4,3 мм. Диод VD1 – детекторный сверхвысокочастотный Д-401 или иной аналогичный.

Для получения большего количества информации смотрите [3].

Еще один конвертер на диапазон 1296 МГц

Описание любительской УКВ радиостанции, в которой применен следующий вариант конвертера 1296/144 МГц приведен в [2].

Конвертер предназначен для приема сигналов в диапазоне 1296 … 1298 МГц совместно с приемником на диапазон 144 … 146 МГц. Принципиальная схема конвертера приведена на рис. 5.10.

Рис. 5.10. Схема конвертера 1296/144 МГц (вариант 2)

На транзисторах VT1 и VT2 выполнен двухкаскадный усилитель высокой частоты (УВЧ), при этом усиленный сигнал диапазона 1296 МГц выделяется на контуре C8L3. С этого контура сигнал поступает на смеситель, выполненный на сверхвысокочастотном смесительном диоде VD1 типа Д-401 или аналогичном. С другой стороны на смесительный диод через конструктивную емкость поступает сигнал частотой 1152 МГц от гетеродина, выделенный на контуре C12L6.

Гетеродинная часть на данной схеме представлена утроителем частоты, выполненным на транзисторе VT3, на который поступает сигнал с частотой 384 МГц через фильтрующие контура C20L10 и C19L9C18. Недостающую часть гетеродина можно полностью, без каких бы то ни было изменений, заимствовать из описания конвертера на 435 МГц, применив кварц на частоту 8 МГц.

Данная схема приемной части конвертера взята из [2], где описывается оригинальная конструкция любительской УКВ радиостанции, выполненной своеобразным методом. Чтобы повторить эту конструкцию в авторском виде следует найти и изучить описание радиостанции в [2]. В этой статье я хочу только познакомить вас с вариантами двух примененных радиолюбителями схем.

Книгу С. Г. Жутяева «Любительская УКВ радиостанция» можно найти в Интернете. На одной из радиолюбительских московских страниц мне эта книга, представленная в электронном виде, попадалась.

Налаживание УКВ аппаратов

Налаживание УКВ аппаратуры представляет собой довольно сложный процесс, выполнить который можно только с помощью специальных измерительных приборов. Привожу краткий перечень самодельных приборов, необходимых при наладочных работах над аппаратами УКВ.

q Гетеродинный измеритель резонанса и волномер.

q Измерительная линия.

q Генератор шума.

q Генератор заданных частот.

Гетеродинный измеритель резонанса – волномер

Это один из самых необходимых приборов для настройки на заданную частоту различных колебательных контуров. Многокаскадные гетеродины УКВ аппаратов можно настроить только при помощи этого прибора. Различные фирменные частотомеры во многих случаях оказываются бессильны там, где только простой волномер способен выполнить настройку.

В радиолюбительской литературе имеется много описаний различных конструкций этого прибора. Сначала гетеродинные измерители резонанса (ГИР) выполнялись на электронных лампах, затем было создано много разных вариантов на транзисторах. Обычно этот прибор включает в себя три функции:

1. Измерение частоты, на которую настроен проверяемый контур. Такое измерение проводится в том случае, если проверяемый контур «обесточен», т.е. контур находится в аппаратуре с выключенным питанием. В таком случае ГИР работает как обычный генератор электромагнитных колебаний, но при этом колебательный контур этого генератора индуктивно связан с проверяемым колебательным контуром. Изменяя частоту излучающих ГИР’ом колебаний, следует наблюдать за показаниями стрелочного индикатора. Как только частота излучаемых колебаний станет равной частоте настройки проверяемого контура, произойдет резкое уменьшение показаний стрелочного индикатора.

2. Измерение частоты, излучаемой проверяемым колебательным контуром. Такое измерение проводится при проверке работающего генератора, например, при настройке колебательного контура многокаскадного УКВ гетеродина. При этом ГИР должен работать в режиме волномера, т.е. колебательный контур ГИР’а должен быть индуктивно связан с проверяемым контуром, но входящий в состав ГИР’а генератор должен быть выключен. Излучаемые проверяемым контуром электромагнитные колебания наводятся в контуре ГИР’а и как только частота излучаемых колебаний станет равной частоте настройки контура ГИР’а наступает явление резонанса и показания стрелочного индикатора резко возрастут.

3. Генерируемые ГИР’ом электромагнитные колебания можно использовать для прочих целей, как колебания любого измерительного генератора. Т.е. ГИР может использоваться как обычный генератор высокой частоты (ГВЧ).

На рис. 5.11 приведена принципиальная электрическая схема одной из конструкций радиолюбительского ГИР’а, опубликованная в [4].

Рис. 5.11. Схема ГИР

В моей домашней лаборатории применяется ГИР, выполненный на электронной лампе. Прибор работает очень хорошо уже многие годы. Представленная на рис. 5.11 схема, по моему мнению, тоже может работать очень хорошо. Каскады на транзисторах VT3 и VT4 можно и не делать, потому что на практике работа в режимах, где используются эти каскады, проводится очень редко. Не буду приводить подробное описание этой конструкции, приведу далее только самые необходимые сведения.

При включении питания тумблером S1 запитывается усилитель постоянного тока на VT1, и прибор работает как обычный волномер. Диод VD3 и резистор R4 предохраняют стрелочный индикатор при «зашкаливании». Между базой транзистора VT1 и землей можно включить блокировочный конденсатор емкостью в несколько тысяч пикофарад, например, 2200 пкф. Если приблизить сменную катушку L1 к контуру работающего генератора (гетеродин, ГПД), напряжение, наведенное в контуре L1, C1, C2, C3 и выпрямленное детектором на VD1 и VD2, вызовет отклонение стрелки прибора. При настройке L1, C1, C2, C3 на частоту генератора показания ИМ будут максимальны и по шкале можно определить частоту генерируемых колебаний.

При включении S2 подается питание на остальную часть схемы, и прибор используется как гетеродинный индикатор резонанса или как генератор ВЧ колебаний. Генератор ВЧ собран на VT2, каскад на VT3 – эмиттерный повторитель для уменьшения влияния нагрузки на частоту генерации при подключении внешнего потребителя ВЧ энергии. На VT4 собран генератор звуковой частоты. При подключении к “общему” проводу R13 тумблером S3 генератор ЗЧ возбуждается, и осуществляется амплитудная модуляция ВЧ колебаний генератора на VT2. Такая схема позволила исключить изменение частоты генератора ВЧ при включении модуляции.

Прибор ИМ – стрелочный индикатор от любого магнитофона с током полного отклонения не более 250 мкА. Диоды VD1 – VD3 могут быть любыми германиевыми, например, Д2, Д9; в качестве VD3 желательно применить диод типа Д310. C3 – подстроечный конденсатор с воздушным диэлектриком 1КПВМ-1. К его оси припаян удлиняющий отрезок длиной 15 мм от оси переменного резистора СП-1. Транзистор VT2 – КП305 с любым буквенным индексом, можно заменить на КП303, но при этом ухудшится стабильность частоты и уменьшится амплитуда колебаний на частотах 20 – 30 МГц. Транзисторы VT1, VT3 и VT4 - любые КТ3102, или другие кремниевые ВЧ: КТ312, КТ315 и т. п., VT4 и VT1 можно заменить и НЧ транзисторами. S1 … S3 – тумблеры ТП1-2, R1 и R7 – СП3 – 23. Питание от аккумуляторной батареи 7Д-01.

К прибору изготавливается необходимое количество сменных контуров. Для получения растянутых поддиапазонов надо подобрать соответствующие емкости C2 и C1, при максимальном перекрытии по частоте они не используются. Для катушек волномера и ГИРа используются имеющиеся пластмассовые каркасы без сердечников. Намоточные данные не приводятся, так как они зависят от используемых каркасов, конструкции сменных контуров и желаемых поддиапазонов. Для примера, данные сменных контуров ГИР для поддиапазонов 1,8 – 2 МГц и 28 – 30 МГц, выполненных на каркасах диаметром 15 мм от контуров приемника Р154 (сердечники удалены): 160 м -- 40 витков, С2 – 39 пФ, С1 – 10пФ, 10 м – 4 витка, C2 – 27 пФ, C1 не используется. Намотка – виток к витку, провод ПЭЛ 0,25.

При настройке подобрать значение R5 по максимальной амплитуде ВЧ напряжения на наивысшей частоте генерации – по показаниям индикатора ИМ или ВЧ вольтметра (осциллографа), подключенного к разъему «Выход ВЧ». Затем проверить генерацию на наименьшей частоте и, если показания индикатора при максимальной чувствительности менее 1/3 – ½ шкалы прибора ИМ, несколько увеличить сопротивление R5. Подбором R6 установить ток коллектора VT3 равный 5 … 8 мА.

Градуировку шкалы лучше проводить в режиме ГИР, измеряя частоту выходного напряжения, которое снимают с разъема «Выход ВЧ» или по контрольному радиоприемнику.

Измерительная линия

На УКВ и сверхвысоких частотах вместо измерения частоты электромагнитных колебаний очень удобно измерять непосредственно их длину волны l, связанную с частотой ¦ формулой:

l = с/¦,

где с – скорость распространения электромагнитных волн в свободном пространстве, близкая к 300 000 км/с. В качестве волномеров на метровых и дециметровых волнах применяют измерительные линии, чаще всего выполненные на базе короткозамкнутых отрезков двухпроводной или коаксиальной линии, а на сантиметровых волнах – объемные резонаторы.

Измерительная линия представляет собой колебательную систему с распределенными по длине индуктивностью и емкостью. По сравнению с резонансными частотомерами она имеет меньшие потери на излучение и значительно большую добротность. Преимущественное применение измерительных линий на УКВ и СВЧ объясняется в основном конструктивными соображениями (длина линии должна быть одного порядка с длиной измеряемых волн).

Наряду с измерением длины волны, измерительные линии также применяются для взаимного согласования различных компонентов устройств СВЧ (антенн, колебательных систем, линий передачи) и измерения их параметров: полного и волнового сопротивлений, коэффициентов стоячей и бегущей волн и др.

Достоинством измерительных линий является простота их конструкции. Коэффициент перекрытия измеряемых линией длин волн обычно не превышает 1,5, а погрешность измерений достигает 0,1 – 1%.

Двухпроводные измерительные линии

Двухпроводные измерительные линии применяются для различных измерений резонансным методом на метровых и частично дециметровых волнах. Устройство линии показано на рис. 5.12.

Рис. 5.12. Двухпроводная измерительная линия

Линия состоит из двух туго натянутых параллельных проводов, подвешенных через изоляторы к неподвижным опорам. Такими опорами могут служить, например, противолежащие стены помещения. Линии длиной до 2—3 м часто выполняются в виде переносных устройств с использованием в качестве опор стоек из изоляционного материала, установленных на деревянном основании. Параллельно проводам располагают шкалу, проградуированную в единицах длины. Чтобы избежать заметного излучения электромагнитных волн в пространство, расстояние между проводами линии не должно превышать 5% наименьшей измеряемой длины волны. Провода линий метрового диапазона волн взаимно удаляют на 5—30 см, на дециметровых волнах это расстояние уменьшают до 1—5 см. Вдоль линии может перемещаться металлическая перемычка (мостик) B, замыкающая практически накоротко провода линии; ее часто выполняют в виде пластины, экранирующей действующий участок линии от ее свободной части.

Начало линии посредством витка (петли) E связывается индуктивно с источником колебаний, длина волны которых l измеряется. При испытании маломощных генераторов допускается непосредственное соединение их выходных зажимов с входом измерительной линии посредством проводников или коаксиального кабеля (при этом виток связи от линии отключается). Линия связи должна быть согласована с измерительной линией, что достигается при равенстве их волновых сопротивлений. Поэтому измерительную линию обычно выполняют с определенным значением волнового сопротивления, определяемым формулой

r = 276 lg (a/r),

где a – расстояние между центрами проводов линии, а r – радиус сечения проводов. Например, при a = 37 мм и r = 3 мм получаем r » 300 Ом.

Под действием э. д. с., наводимой в витке связи, или напряжения, подводимого по кабелю от источника колебаний, в короткозамкнутой линии устанавливаются стоячие волны тока и напряжения. Распределение среднеквадратических значений тока I и напряжения U вдоль линии при фиксированном положении перемычки B примерно соответствует графику в верхней части рис. 12. На конце линии всегда имеет место пучность тока и узел напряжения. Пучность тока (напряжения), как и узлы, повторяются через интервалы, равные l/2. Из-за наличия некоторых потерь в линии по мере удаления от ее начала амплитуда пучностей постепенно уменьшается.

Для определения пучностей служит стрелочный индикатор D, состоящий из высокочастотного диода VD, фильтрующего конденсатора С и магнитоэлектрического измерителя ИП. Если виток связи индикатора расположен параллельно проводам, то связь с линией носит индуктивный характер и индикатор реагирует на ток в линии; при расположении витка связи перпендикулярно проводам связь с линией приобретает емкостный характер и индикатор реагирует на напряжение между проводами. Индикатор можно связать с линией и через конденсатор малой емкости. Для регулировки чувствительности индикатора последовательно или параллельно с его измерителем включают переменный резистор.

При перемещении индикатора вдоль линии связь между ними трудно сохранять неизменной. Поэтому петлю связи индикатора иногда закрепляют неподвижно в начальной части линии, а передвигают перемычку B, вместе с которой перемещается и вся картина распределения стоячих волн. Расстояние между двумя соседними положениями перемычки, при которых показания индикатора минимальны (или максимальны), равно, очевидно, 0,5l.

Погрешность измерений оказывается наименьшей, если измерительную линию настраивать в резонанс с частотой исследуемых колебаний ¦ = с/l посредством изменения длины ее короткозамкнутого участка. Резонансная настройка будет иметь место при длине последнего кратной 0,5l, т. е. при 0,5l, l, 1,5l, 2l и т. д. Задача измерения сводится к определению положений перемычки B при резонансных настройках.

Резонанс характеризуется сильным возрастанием энергии, отсасываемой измерительной линией от исследуемого генератора. При испытании маломощных автогенераторов реакция последних на резонансную настройку связанной с ними линии проявляется в резком изменении тока в цепях активного элемента – лампы или транзистора.При отсутствии у генератора стрелочного индикатора резонанс можно обнаружить по наименьшей яркости свечения лампочки накаливания, индуктивно связанной с контуром генератора. Таким образом, при измерении методом реакции измерительная линия может не иметь индикатора.

В общем случае положения перемычки B, соответствующие настройке линии в резонанс, можно определять достаточно точно по наибольшей яркости свечения миниатюрной лампочки, включаемой в разрыв перемычки. Для этого перемычку составляют из двух металлических пластин, закрепленных на изоляционном основании и ребрами соприкасающихся с проводами линии, а лампочку помещают на изоляторе между пластинами. Лампочка реагирует на ток I_K в пучности на конце линии, который при перемещении перемычки изменяется в соответствии с графиком на рис. 5.12. При резонансе ток I_K резко возрастает (для линии без потерь он стремится к бесконечности); его амплитуда ограничивается сопротивлением перемычки и потерями в линии и по мере увеличения длины последней постепенно уменьшается. Вместо лампочки в разрыв перемычки можно включить термоэлектрический прибор.

В качестве примера практического применения измерительной линии при некоторых радиолюбительских случаев, на рис. 5.13 приведена схема одного из вариантов описанной выше измерительной линии, применяющаяся в моей домашней лаборатории. На этом рисунке измерительная линия показана схематично во время настройки колебательного контура, состоящего из емкости C и индуктивности L.

Рис. 5.13. Схема применения линии

Конструктивно линия выполнена на деревянной рейке длиной 150 см. На концах рейки шурупами прикреплены пластмассовые изоляционные упоры, служащие для крепления проводов. На одном из концов рейки, который служит началом линии, между изоляционными стойками укреплена плата из одностороннего фольгированного стеклотекстолита с расположенными на ней элементами измерителя. В качестве измерительного прибора используется подключаемый во время измерений тестер ТЛ-4. К плате также припаяна петля связи, выполненная из отрезка одножильного провода в хлорвиниловой изоляции. Длина провода примерно 20 см. Указанные на схеме ВЧ дроссели имеют каждый по 14 витков провода ПЭЛ-0,4, намотанных на оправке диаметром 4 мм.

В начале измерений короткозамыкающая перемычка должна находиться в начале линии. Петлю связи нужно согнуть таким образом, чтобы на этой петле создать прямолинейный участок, длина которого должна быть немного меньше длины измеряемой индуктивности. Расположить рейку с длинной линией таким образом, чтобы прямолинейный участок петли связи располагался на удалении 1 … 2 мм от измеряемой индуктивности. При этом, если в измеряемом контуре уже имеется высокочастотная энергия, то стрелка прибора должна немного отклониться от нулевого положения. Перемещать вдоль линии перемычку и наблюдать изменения показаний прибора. В нормальном случае, по мере перемещения перемычки, показания прибора должны изменяться от какой-то минимальной величины до какого –то максимума. Следует сразу обратить внимание, какие из показаний – максимумы или минимумы являются более резко выражены.

Для проведения измерения следует замерить расстояние между двумя соседними максимумами или минимумами. Полученная величина будет равна половине длины волны присутствующей в контуре ВЧ энергии. Для пересчета длины волны в частоту следует использовать формулу

f = 30000/l

где f – частота в МГц, l - длина волны в сантиметрах.

Если измеренное расстояние между двумя соседними максимами равно 47 см, то длина волны будет равна: l = 47+47 = 94 см.

При этом получим значение частоты будет равно: 30000 : 94 = 319,14 МГц.

Для настройки контура в резонанс следует установить перемычку на положение максимума и изменять емкость контурного конденсатора С до наибольшей величины показаний измерительного прибора.

Грубая настройка приемной части

После того, как была выполнена настройка гетеродина, следует переходить к настройке УВЧ. Однако сначала следует настроить контур ПЧ, расположенный сразу же после смесителя (если таковой контур имеется в конвертере).

Для настройки УВЧ следует подать на его вход сигнал от простейшего генератора шума. Схема такого простейшего прибора приведена на рис. 5.14. Можно изготовить и использовать также несколько более сложный прибор, схема которого приведена на рис. 5.15.

Рис. 5.14. Принципиальная схема простейшего генератора шума

Рис. 5.15. Схема простого сигнал-генератора

При настройке конвертера 29 МГц или 145 МГц сразу же после подключения генератора шума на вход УВЧ на выходе приемника появится шумовой сигнал. Подстроечными органами – (конденсаторами) следует добиться максимально возможного усиления шумового сигнала.

Таким путем можно выполнить только грубую настройку. Зачастую такая настройка оказывается достаточной. Точную настройку конвертера и проверку направленных свойств антенны можно выполнить с применением более сложных приборов.

Измерение чувствительности приемника

Чувствительность приемного устройства – это один из самых главных параметров, определяющих потенциальные возможности всей вашей работы. Поэтому представляют большой интерес объективные методы определения и сравнения чувствительности различных приемников.

Самый доступный, а поэтому и самый распространенный способ определения качества приемника – это прослушивание сигналов в эфире. Очевидно, что точность подобных оценок крайне мала, так как уровень сигнала удаленной радиостанции может изменяться в десятки и даже в сотни раз. В случае, если надо сравнить два приемника или подстроить приемник по наилучшему отношению сигнал/шум, удобнее пользоваться источником сигнала, расположенным в пределах прямой видимости. Подобный маяк можно изготовить самому и расположить его у приятеля, проживающего в ближайшем доме, на расстоянии 100—500 м от вашей антенны. Мощность маяка должна быть такой, чтобы сигнал от него только в несколько раз превышал уровень шумов приемника. Тогда путем вращения антенны можно всегда подобрать необходимый уровень сигнала. Кроме того, такой источник полезен для постоянного контроля состояния не только приемника, но и антенно-фидерной системы. По маяку также можно проверить, не сбилась ли градуировка указателя поворота антенны, и оценить общую помеховую обстановку в эфире. В силу того, что требуемая мощность маяка очень мала (доли микроватта), его можно сделать достаточно экономичным и в течение длительного времени питать от сухих батарей.

Один из возможных вариантов подобного генератора показан на рис. 5.16.

Рис. 5.16. Схема генератора сигналов

Генератор выполнен на полевом транзисторе и предназначен для диапазона 144—146 МГц. В схеме применен кварцевый генератор на частоту 12 МГц. Однако, вместо кварцевого резонатора на частоту 12 МГц лучше применить кварц на частоту 24 МГц, но можно также применить резонаторы на любую субгармонику частоты 144 МГц. При этом может потребоваться некоторая коррекция емкости конденсаторов C1 и C2. Конструкция полосового фильтра L1C4—L2C6 такая же, как в конвертере для 145 МГц. Регулировка сводится к подбору режима с помощью резистора R2 и настройке полосового фильтра по максимуму сигнала. Генератор следует поместить в небольшую, герметически закрываемую или запаиваемую коробочку, снабженную дипольной антенной. Одна половина диполя (длиной l/4) присоединяется к проходному изолятору, а вторая (также длиной l/4) – к корпусу генератора.

Уровень сигнала надо подбирать перепайкой отводов на линиях L1 и L2 и уменьшением размера антенны. Генератор потребляет ток не более 0,3 мА, поэтому двух батареек от карманного фонаря хватает для непрерывной работы в течение 3 месяцев и более.

Аналогичный генератор по этой же схеме можно сделать и на другие диапазоны, для этого стоит только изменить контура L1C4 и L2C6 на контура соответствующих диапазонов. Конструкции контуров нужного диапазона можно взять из описанных выше схем УКВ конвертеров.

На рис. 5.17 приведена схема генератора, аналогичного предыдущему, но этот генератор излучает сразу три испытательных сигнала – сигнал с частотой порядка 144 МГц, сигнал с частотой 432 МГц и сигнал с частотой 1296 МГц. Эту схему создал радиолюбитель из г. Ярославля Н. Смирнов, UA3MDA [5].

Рис. 5.17. Генератор испытательных сигналов

Изображенная на этом рисунке схема мною несколько упрощена по сравнению с авторским вариантом.

Кварцевый генератор выполнен на полевом транзисторе VT1. В цепи затвора включен кварцевый резонатор на частоту 12,001 МГц, который связан с контуром через L2 полосового фильтра L2C2C3 – L1C1C3 настроенного на частоту 144,012 МГц. В цепи истока транзистора VT1 включен колебательный контур L4C5, настроенный на частоту 36,003 МГц. L4 холодным концом соединяется с корпусом через L5 полосового фильтра L5C11C12 – L8C12C13, настроенного на частоту 432,036 МГц. В стоке транзистора VT1 – контур L3C4 настроен на частоту 108,009 МГц. Холодный конец L3 соединяется с корпусом по ВЧ через L7 полосового фильтра L7C6C8 – L8C8C10, настроенного на частоту 1296,108 МГц, и блокировочные конденсаторы C7 и C8. К выходам 1,2 и 3 можно через куски коаксиального кабеля подсоединять дипольные антенны или петлю связи.

Если сигнал этого генератора используется в качестве маяка, то для удобства обнаружения сигнала маяка он может модулироваться каким-либо сигналом. UA3MDA использует в качестве модулятора электронный ключ на транзисторе КТ315, управляемый формирователем телеграфного кода буквы «Ж». Формирователь выполнен на микросхемах серии К561. Полное описание конструкции описано в [5].

Связь прибора с настраиваемым устройством осуществляется посредством измерительной антенны или петли связи на конце коаксиального кабеля, подключенного к одному из выходных разъемов.

Конструктивно маячок смонтирован на дне коробки глубиной 40 мм, спаянной из фольгированного стеклотекстолита толщиной 1,5 мм, сверху закрытой крышкой.

Конденсатор C8 конструктивно выполнен из куска провода диаметром 0,8 – 1,0 мм. Катушка L4 намотана на каркасе диаметром 5 мм проводом ПЭВ – 0,3 мм, число витков 18. Подстройка осуществляется сердечником из карбонильного железа с резьбой М4. Катушка L3 бескаркасная, намотана посеребренным проводом диаметром 0,8—1,0 мм на оправке диаметром 8 мм, число витков 6, длина намотки 15 мм.

В маячке применены конденсаторы типов КМ, КТ и КПК-М. Полевой транзисторVT1 можно заменить на КП303, но при этом снизится уровень излучаемого сигнала на частоте 1296 МГц. Выводы конденсаторов C6 и C7 должны быть минимальной длины. Настройка прибора заключается в подстройке контуров L4C5, L3C4 и полосовых фильтров на соответствующие частоты, перечисленные выше.

Применение подобных вспомогательных источников сигнала позволяет достаточно объективно оценить чувствительность приемника. Но если вас интересует абсолютная оценка качества имеющегося приемника, выраженная в цифровых величинах, тогда следует серьезно заняться изучением методов измерения чувствительности. Как уже указывалось, наиболее универсальным параметром, позволяющим характеризовать чувствительность приемника, является коэффициент шума. Для измерения коэффициента шума необходимо иметь калиброванный источник шумового сигнала. В качестве такого источника нашел широкое применение ламповый диод, работающий в режиме насыщения анодного тока.

Промышленностью выпускается специальный диод типа 2Д2С, пригодный для шумовых измерений в диапазоне до нескольких сотен мегагерц. Основное достоинство подобного источника заключается в том, что имеется однозначная зависимость между интенсивностью генерируемого шума и анодным током диода. Эта зависимость описывается простым выражением:

N = 20,5I₀RkT₀,

Где N – мощность шума на единицу полосы пропускания, Вт/Гц; I₀ – анодный ток, А; R –сопротивление нагрузки, Ом; k – постоянная Больцмана; T₀ – температура окружающей среды (произведение kT₀ равно мощности тепловых шумов активного сопротивления, нагретого до температуры T₀); I kT₀ = 4*10-21 Вт/Гц; 20,5 – коэффициент, имеющий размерность 1/В.

Из формулы видно, что миллиамперметр генератора шума, измеряющий анодный ток шумового диода, может быть отградуирован непосредственно в единицах kT_0.

Достаточно подробно методика измерения шумовой характеристики УКВ приемника (или в данном случае конвертера) описана в [1] и другой специальной аппаратуре.

Описанная в этой статье УКВ аппаратура может оказать реальную помощь в начале длительного и нелегкого пути освоения спутниковой связи. Научиться принимать сигналы от спутников – это еще только половина дела. Вторая половина заключается в организации передачи сигналов на спутник и установление двусторонней радиосвязи.

Будем надеяться на то, что в нашей стране найдутся предприниматели, которые организуют серийное изготовление нужной радиолюбительской аппаратуры. А пока нужно рассчитывать только на свои силы и способности или на покупку импортной аппаратуры.