Практически во всех серьезных трансиверах на входе стоит отключаемый УВЧ (preamp). На низкочастотных диапазонах он не нужен, а на 14...28 MHz, особенно при плохом прохождении, когда полезные сигналы едва превышают эфирный шум, он может оказаться весьма полезен.
Сделать линейный широкополосный усилительный каскад ныне не проблема, однако качественный блок УВЧ не так прост, как может показаться. Возникает вопрос, а где собственно включить усилительный каскад?
Если после основных диапазонных полосовых фильтров, то ухудшится значение коэффициента шума на величину потерь во входных фильтрах. А потери эти как правило несколько dB, и такого же порядка выйдет суммарный коэффициент шума, а вытаскивать надо очень слабые сигналы...
Если поставить усилитель до основных входных полосовых фильтров, то с коэффициентом шума (то есть чувствительностью) проблем не будет. Зато они будут (и какие!) с перегрузкой транзистора усилителя высокой частоты - на его вход подключенный прямо к антенне, воздействуют не фильтрованные сигналы мощных КВ и УКВ станций.
Решить эту дилемму можно только включив УВЧ до основных полосовых фильтров, но снабдив его собственными входными полосовыми фильтрами, задача которых срезать мощные помехи других диапазонов, и тем защитить транзистор от перегрузки.
Ниже описан как раз такой блок УВЧ, имеющий следующие параметры:
Принципиальная схема УВЧ приведена на рисунке 1.
Для исключения перегрузки мощными вне диапазонными сигналами на входе используется один из двух трехконтурных диапазонных октавных полосовых фильтров. Фильтр L1...L3, С1...С5 имеет полосу пропускания 21...30 MHz, фильтр L4...L6, С6...С11 — 14...18,5 МГц. Оба фильтра широкополосные, поэтому их затухание в рабочей полосе (Ai) не превышает 1 dB. Собственно усилитель выполнен на VT1 по схеме с общим затвором и отрицательной обратной связью через обмотку I трансформатора Т1. Динамический диапазон (DD) по интермодуляции такого каскада при токе стока Iс=30...50 mA превышает 110 dB. УВЧ включается контактами реле K1 и K4 при заземлении входа "вкл.УВЧ".
Чтобы не напрягаться при коммутациях самому, имеет смысл при разработке схемы управления трансивером заблокировать возможность включения УВЧ на других диапазонах, для чего удобно использовать сигнал направления счета цифровой шкалы. При включении диапазонов 14 MHz и 18 MHz надо заземлить вход "Диап.", при этом контакты K2 и K3 включают соответствующий полосовой фильтр L4...L6, С6...С11. Если в вашем TRX используется релейная коммутация диапазонных полосовых фильтров (как в трансивере RA3AO), то для переключения диапазонов усилителя требуется всего пара диодов, соединенные аноды которых подключаются к выходу "Диап." УВЧ, а катоды — к обмоткам реле переключения входных полосовых фильтров трансивера диапазонов 14 MHz и 18 MHz соответственно.
На рисунке 2 дана АЧХ фильтра 14..18 MHz, полученная в RFSimm99.
Шаг сетки по оси частот 2 МГц. Приведена сразу две АЧХ - в линейном (синяя) и в логарифмическом (красная) масштабах. Шаг вертикальной линейной сетки -0,1 на 1 клетку, логарифмической - 5дБ на одну клетку.
На рисунке 3 - такие же графики для фильтра 21...30 Мгц.
Здесь шаг сетки по оси частот 3 МГц, остальное также как и на рис 2.
Рисунки 2 и 3 могут быть использованы для оценки улучшения избирательности приёмника по зеркальному каналу. Что забавно, схемы для рисунков 2 и 3 не были получены автоматически. Я имитировал процесс ручной настройки. Были оставлены требуемые величины L, а конденсаторы подбирались вручную. И даже так за несколько минут были получены очень приличные АЧХ с минимальной неравномерностью. Отмечу, что С2, С4 и С6, С10 влияют на полосу, а остальные на частоту настройки и равномерность АЧХ.
Конечно избирательность фильтров не очень велика, но тем не менее с главной задачей - исключить перегрузку транзистора мощными НЧ сигналами они вполне справляются.
Ну и лишние несколько десятков dB по зеркальному каналу не вредят. Совсем наоборот. Например, у меня TRX имеет ПЧ 8MHz. На диапазоне 10 м избирательность TRX по зеркальному каналу более 90 dB (это очень хорошая цифра). И вот вечером, на умирающем диапазоне 10 м я слышу кого-то на пару баллов слышимого. И тут же какая-то вещалка с почти таким же уровнем. Откуда? Считаем. 28,5 MHz-2x8 MHz=12,5 MHz. Это вещательный диапазон 25 м. А станции там с сотнями киловатт (а я знавал радиовещательные станции по паре мегаватт) случаются. Пусть у меня на антенне от такой станции 50 mV (59+60 dB) - для "вещалки" не так и много. Отняв от этой цифры 90 dB получим 3 балла по шкале S. А теперь вспомните, сколько раз на 21..28 MHz поздно вечером вы слышали такие слабые 2..5 балльные помехи? Вот это они и есть. К чему я? Да к тому, что включение данного УВЧ с фильтрами, поднимая селективность по "зеркалу" dB на 30 минимум, устраняет эти помехи. Выглядит так - без УВЧ есть слабая "вещалка". Включил УВЧ - она исчезла. Так что иногда приходится включать УВЧ для "зачистки" диапазона.
Подстроечные конденсаторы — типа КТ4-21(22),
остальные — КМ. Трансформатор Т1 намотан на
кольцевом сердечнике К10х6х5 М50ВЧ, обмотка II
содержит 2х9 витков провода ПЭВ-2 диаметром 0,2 мм,
обмотка I — 2,5 витка того же провода, поверх
обмотки II. Катушки входных полосовых фильтров
намотаны на отрезках внутренней изоляции
коаксиального кабеля диаметром 7 мм и длиной 65 мм.
Всего используется два таких отрезка. На первом
намотаны L1, L5, L3, причем L5 строго посередине, a L1 и L3
— по краям (начало намотки L1 и L3 — 5 мм от левого и
правого краев отрезка соответственно). На втором
отрезке аналогично намотаны L4, L2, L6, причем L2
строго посередине, а L4 и L6 — по краям (начало
намотки — на 5 мм от краев). L1...L3 содержат по 15
витков провода ПЭВ 0,8, виток к витку. L4...L6 содержат
по 20 витков провода ПЭВ 0,56, виток к витку. Длина
намотки L1...L6— примерно 12...14 мм. В качестве VT1
можно использовать 2П903А, КП903А, 2П903Б, КП903Б. Можно
использовать биполярные КТ610А, КТ939А, по схеме с
ОБ [3], изменения в схеме при этом минимальны.
Коллектор включается вместо стока, эмиттер —
истока, а на базу (заземленную по ВЧ
блокировочным конденсатором) подается смещение
с резистивного делителя, до получения тока
коллектора в 30...50 мА.
Печатная плата УВЧ приведена на рисунке
4.
Ее размеры — 100х35 мм. На входных и выходных точках расклепаны контактные штыри в сторону печатных проводников. Выводы деталей, отмеченные на рисунке 2 крестиком, припаиваются к верхнему слою фольги без сверления отверстий. С верхней стороны платы фольга сохранена полностью, отверстия под выводы, не соединенные с корпусом, зенкуются. С верхней стороны платы установлены реле, подстроечные конденсаторы входных фильтров, перемычки и блокировочные конденсаторы С14...С18. Остальные детали размещены со стороны печатного монтажа. Под транзистор VT1 в плате сделан вырез, и с верхней стороны платы размещен латунный радиатор VT1 площадью 10...15 см2. Трансформатор Т1 приклеивается к плате через прокладку из пластмассы толщиной 2 мм. Собранная (без L1...L6) плата впаивается в корпус из фольгированного стеклотекстолита (рисунок 5).
Отрезки с L1 ... L6 устанавливаются между левой боковой стенкой и дополнительной перегородкой и закрепляются с торцов короткими винтами. Сверху отсек с L1...L6 закрывается крышкой, в которой высверлено по месту 6 отверстий диаметром 5...6 мм под роторы подстроечных конденсаторов.
Собственно усилитель требует только подбора R1 до получения тока стока VT1 в пределах 30... 50 mA. Если используется радиатор большой площади, можно увеличить ток до 100...120 mA, что увеличивает динамический диапазон. В случае самовозбуждения надо поменять местами выводы первичной обмотки у трансформатора Т1.
Входные полосовые фильтры лучше всего настроить по любому измерителю АЧХ, подключая детекторную головку к выходу УВЧ (нагруженному на 50 Ом). При точном соблюдении параметров L1...L6 настройка фильтров не вызывает трудностей и состоит в получении указанных на рисунке 1 полос пропускания с завалом на краях и неравномерностью в полосе пропускания менее 1 dB.
Место включения блока - между антенной (или аттенюатором) и входными диапазонными фильтрами трансивера. У меня УВЧ используется совместно с блоком ДПФ, описанным в [1].
Определим улучшение чувствительности при использовании УВЧ.
Например мы используем TRX с коэффициентом шума приемной части Ftrx=13 dB, что при полосе 2,5 kHz соответствует ЭДС чувствительности Ес=0,63 uV. Напомним, ЭДС вдвое больше напряжения сигнала, прикладываемого по входу RX; вторая половина падает на внутреннем сопротивлении источника сигнала, поэтому чувствительность по входному сигналу приемника вдвое меньше:
Uвх = Ec/2 = 0,315 uV.
Общий коэффициент шума при включении УВЧ составляет:
Fобщ=Fувч+Frx/Кувч = 1,259+4,467/3,162=2,67.
В этой формуле использованы параметры, выраженные не в dB, а в разах (Foбщ=2,67 раза), что соответствует 8 dB, т.е. коэффициент шума RX уменьшается на 5 dB. Соответственно Ес=0,355 uV, а полученная с УВЧ чувствительность приёмника Uвх=0,178 uV.
Описанный блок предназначен для работы с полноразмерными приемными антеннами в RX с большим DD. Чтобы снижение общего DD при включении УВЧ было менее 2 dB, коэффициент усиления УВЧ должен быть Кувч=Frx - Fувч ([2]).
Если коэффициент шума Frx вашего аппарата заметно отличается от 13 dB, надо пересчитать Кувч по данной формуле и установить его, соответственно изменив число витков первичной обмотки Т1 (при их уменьшении коэффициент усиления растёт ). Данная схема позволяет изменять усиление в пределах 6 ... 10 dB. Если необходимо большее усиление 12...20 dB, что может потребоваться, например, при работе с укороченными приемными антеннами или с "шумными" приёмниками, то вместо каскада на VT1 следует установить УВЧ на биполярном транзисторе (КТ610, КТ939 и т.п.) по схеме с общим эмиттером и отрицательной обратной связью в цепи эмиттера [3]. В этом случае реально получить Fобщ = 3...4 dB (чувствительность 0,1 uV), но при этом уже уменьшается DD приёмника.
При включении данного УВЧ в трансивер с диапазонными полосовыми фильтрами на трех контурах и входным смесителем на 4-х КП905 отношение сигнал/шум возрастало на 1 балл. Каких-либо помех и паразитных составляющих не отмечено даже при одновременной работе на одном диапазоне трех соседних (в радиусе менее 1 км) радиостанций с выходной мощностью более 200 W каждая.
Bonn, 12.06.2003