Пеленгационная приставка
В. Дубровин
К число задач, которые могут выполнить радиолюбители при наблюдении за сигналами искусственного спутника Земли, входит определение момента времени, когда спутник пролетает над приемным пунктом. Момент пролета может быть определен различными методами, в частности по смещению принимаемой частоты вследствие эффекта Допплера или же методом «равносигнальной зоны». В настоящей статье дается описание метода «равносигнальной зоны» и простейшей приставки для наблюдений за спутником по этому методу.Насмотря на то, что статья была написана в середине прошлого столетия, её актуальность и принципы
создания систем радиопеленгации вполне востребованны и в настоящее время. Применение современной
электронной базы позволяет создать недорогой и малогабаритный фазовый пеленгатор, который можно
применить как в радиолюбительской практике, так и в профессиональных системах поиска сигналов.
У автора данного сайта уже работает подобное устройство для спортивной радиопеленгации в радио-
любительском диапазоне 70 см и разрабатывается пеленгатор для более высоких частот (до 2,4 ГГц).Метод равносигнальной зоны
Что такое «равносигнальная зона» [1], можно уяснить из рис.1. На этом рисунке схематически изображены две одинаковые антенны А1 и A2, установленные на некотором расстоянии друг от друга. Здесь же сплошной линией показаны диаграммы направленности антенн в вертикальной плоскости.
Для наблюдений методом равносигнальной зоны диаграммы направленности антенн формируются с таким расчетом, чтобы направления наилучшего приема антенн оказались несколько смещенными в пространстве. Предположим, что спутник пролетает над антеннами, последовательно занимая в пространстве положения 1, 2, 3, 4, Будем наблюдать за изменением уровня сигнала в антеннах при движении спутника. Как видно из рис.1, когда спутник находится в положении 1, сигнал в антенне А1 максимален и значительно превышает по амплитуде сигнал в антенне А2. По мере движения спутника направо от точки 1 уровень сигнала в антенне А2 растет, а в антенне А1 падает, поэтому в положении 2, которое спутник займет спустя некоторое время, амплитуды сигналов в антеннах будут отличаться не так сильно, как в положении 1.
Рис.1.При дальнейшем движении спутник займет такое положение (точка 3), когда сигналы в обеих антеннах сделаются равными. В этом случае говорят, что спутник находится в «рааносигнальной зоне».
В пространстве эта зона представляет собой проходящую между антеннами вертикальную плоскость, которую спутник неизбежно пересечет, пролетая район наблюдения (Если только траектория спутника не параллельна равносигнальной плоскости.). Фиксация момента прохождения спутником равносигнальной плоскости может служить для уточнения его орбиты.
Для определения этого момента обе антенны (А1 и А2 соединяются с приемником через специальную пеленгационную приставку, основным элементом которой является электронный коммутатор. Коммутатор поочередно с частотой в несколько сот Гц подключает антенны ко входу приемника (рис.2), что позволяет по колебаниям на входе приемника (рис.3) судить о соотношении сигналов, наведенных в антеннах A1 и А2.
Если спутник находится вне разносигнальной зоны, то сила сигнала в антеннах различна и, следовательно, амплитуда колебаний на входе приемника меняется в такт с частотой переключения антенн (рис.3,а). После детектирования этих колебаний мы получим прямоугольные импульсы, воспроизводящие огибающую сигнала на входе приемника. Эти импульсы воспринимаются на слух как тон с частотой переключения антенн (при выключенном местном гетеродине);.
Рис.2.По мере движения спутника сигнал в антенне A1 будет ослабевать, а в антенне А2 расти, в результате чего громкость тона на выходе будет уменьшаться. В момент прохождения спутником равносигнальной зоны сигналы в антеннах А1 и А2 будут равны и тон с частотой переключения не будет прослушиваться (рис.3,б). Для получения равносильной плоскости антенны должны быть совершенно одинаковыми и иметь симметричные (относительно вертикальной oси) диаграммы направленности. Необходимый сдвиг направлений наилучшего приема относительно вертикальной оси может быть создан соответствующим расположением антенн.
Рис.3.Основными элементами описываемой пеленгационной приставки (рис. 4) является симметричный мультивибратор (Л4, Л5) который управляет двумя совершенно одинаковыми усилителями ВЧ (Л1, Л2) с общей анодной нагрузкой (контур L2, C5, C6). Сигнал от каждой из антенн по коаксиальному кабелю поступает на соответствующие входы (А1 и А2) усилителей.
На экранные сетки ламп Л1 и Л2 подается напряжение в виде прямоугольных импульсов, скачком изменяющих потенциал экранных сеток от 0 до +120 В. В соответствии с этим происходит поочередное включение каскадов усиления ВЧ, и с общей анодной нагрузки на выходной каскад приставки (Л3) поочередно поступают усиленные сигналы от каждой из антенн.
Рис.4.Мультивибратор, собранный по схеме с электронной связью, вырабатывает импульсы, близкие к прямоугольным.
Частота коммутации определяется емкостью конденсаторов С7, С8 и сопротивлениями R9, R10. При указанных на схеме величинах этих элементов частота коммутации равна 270 гц. Для полного запирания ламп Л1 и Л2 на их катоды подано небольшое положительное по отношению к катодам ламп Л4, Л5 напряжение (около 10 в), которое создается током в цепях катодов ламп Л1 и Л2. Л3 на сопротивлении R5.
Для согласования с волновым сопротивлением кабеля (75 ом) во входных контурах применено автотрансформаторное включение.
Катодная цепь выходного каскада, представляющего собой обычный катодный повторитель, замыкается по постоянному току через входную цепь приемника.
Для наблюдения методом равносигнальной зоны необходимо, чтобы оба каскада ВЧ давали одинаковое усиление. Регулировка усиления производится изменением смещения на сетках ламп Л1 и Л2 с помощью сопротивления R3.
Конденсаторы С3 и С10 по 100 пф развязывают экранирующие сетки ламп усилителя по высокой частоте и на форму переключающего напряжения не влияют.
Приставка устанавливается вблизи антенн, поэтому для ее питания выбрано низкое напряжение 12,6 в. Это напряжение подается непосредственно на накальные цепи ламп, разделенные на две, включенные последовательно группы.
Средняя точка первичной обмотки силового трансформатора заземляется и служит для выравнивания напряжений накала (6,3 В) в обеих группах. Для питания анодных цепей применен обычный выпрямитель на кенотроне 6Ц5С (Л6). Напряжение 12,6 В получают от специального трансформатора, устанавливаемого вблизи приемника, причем этот трансформатор фактически приходится рассчитывать на напряжение 13...14 В, чтобы компенсировать падение напряжения на соединительном проводе.
Конструктивно пеленгационная приставка выполнена на отдельном шасси размером 190х150х60 мм. Размещение основных деталей на шасси видно из рис.5. Для ослабления взаимного влияния каскадов между лампами Л1, Л2 и Л3 ставятся экранирующие перегородки из меди, латуни или алюминия. Сбоку шасси выведены три контактные колодки под коаксиальный кабель (две для антенн А1 и А2 и одна для подключения приемника).
Монтаж обоих каскадов усиления ВЧ следует вести по одной и той же монтажной схеме. Заземление всех деталей, относящихся к одному каскаду, производится В ОДНОЙ ТОЧКЕ около соответствующей лампы.
Рис.5.Подстроенные конденсаторы С1, С5 и С12 устанавливают с таким расчетом, чтобы настройку контуров можно было вести, не снимая нижнюю крышку пеленгационной приставки.
Высокочастотные катушки L1, L2, L3 монтируются на выводах соответствующих подстроенных конденсаторов. Эти катушки выполнены посеребренным проводом диаметром 1,0...1,5 мм на оправке диаметром 8 мм и содержат по 7 витков. После намотки катушки растягивают в длину до 18 мм. Отводы у катушек L1 и L3 делают от 2-го витка, считая от заземленного конца.
Тр1 собран на сердечнике из пластин Ш-19 (толщина набора 20 мм). Обмотка 1 содержит 2х110 витков провода ПЭЛ-1 0,74, вторичная — II — 2х4900 витков провода ПЭЛ-1 0,12.
Дроссель фильтра Др1 выполнен на сердечнике из пластин Ш-15, толщина набора 25 мм. Намотка производится проводом ПЭЛ-1 0,15 до заполнения каркаса.
Понижающий трансформатор для питания приставки (на схеме не указан) собран на сердечнике из пластин Ш-19, толщина набора 50 мм. Первичная обмотка этого трансформатора рассчитана на включение в сеть с напряжением 110 в, 127 в и 220 в и содержит соответственно 550 витков + 83 витка провода ПЭЛ-1 0,44 + 470 витков провода ПЭЛ-1 0,33. Понижающая обмотка состоит из 87 витков провода ПЭЛ-1 1,2 и имеет отводы от 72, 77, 82-го витка (для подбора у приставки нормального напряжения — 12,6 В). Между сетевой и понижающей обмотками располагается экран из одного слоя провода ПЭЛ-1 0,15...0,2.
Налаживание пеленгационной приставки, как обычно, начинают с проверки режимов ламп. Работу мультивибратора проверяют с помощью осциллографа — на анодах ламп Л4, Л5 импульсы должны быть почти прямоугольными. При значительном различии в длительностях обоих полупериодов генерируемых колебаний следует несколько изменить величину сопротивления утечки или емкости разделительного конденсатора в цепи управляющей сетки одной из ламп. Желательно проверить частоту генерируемых мультивибратором колебаний при помощи звукового генератора (по фигуре Лиссажу на экране осциллографа). В случае необходимости частота может быть изменена подбором конденсаторов С7, или сопротивлений R9, R10.
Для настройки усилителя ВЧ можно применить генератор СГ-1 и вольтметр ВКС-7, при этом на выходе катодного повторителя временно включают сопротивление величиной 75 ом.
Поочередную настройку каждого каскада усиления ВЧ повторяют несколько раз.
Заключительным этапом настройки является балансировка, заключающаяся в выравнивании усиления обоих плеч усилителя (с помощью R3).
Антенны
В качестве антенн удобно применить полуволновые разрезные вибраторы (рис.7), подобные тем, на которые ведется прием телевидения. Для того чтобы получить нужное направление наилучшего приема, антенны следует помещать на высоте четверти длины волны над поверхностью земли. В отличие от телевизионного приема, диаметр вибраторов можно выбирать, исходя лишь из конструктивных соображений; широкополосность антенн не играет никакой роли. Конструкция антенн должна быть достаточно прочной, чтобы они не раскачивались при сильном ветре.
Для измерений методом равносигнальной зоны используются два одинаковых вибратора, установленных строго параллельно друг другу на расстоянии порядка половины длины волны (в дальнейшем это расстояние будет уточнено).
Рис.7.Диполи ориентируют так (см. рис.8), чтобы линия, соединяющая их центры, совпадала с направлением запад — восток, при этом равносигнальная плоскость располагается по меридиану. Пеленгационную приставку устанавливают на земле между антеннами, накрывают защитным кожухом и соединяют с антеннами отрезками кабеля равной (с точностью до 1—2 см) длины.
Ввиду того что земная поверхность принимает участие в формировании диаграмм направленности антенн, последние нужно располагать на ровном месте; всякие значительные неровности рельефа местности вблизи антенн будут искажать равносигнальную зону и вызывать ошибки в наблюдениях. Таким же образом на расстоянии, меньшем десяти длин волн, не должно быть больших металлических масс и других экранирующих предметов. С этой же точки зрения нежелательно применение металлических растяжек для крепления антенн. Как следует из сказанного, использование метода равносигнальной зоны в пределах города не представляется возможным.
Рис.8.Конструкция одного из возможных вариантов антенны на длину волны λ=7,5 м (40 Мгц) изображена на рис.7. Соединение антенны с несимметричным 75-омным коаксиальным кабелем производится при помощи симметрирующего U-колена. Диполи расположены на высоте 18,75 м над землей, а расстояние между ними составляет 3,75 м, Диаграмма направленности одиночной антенны для этого случая показана на рис.9.
При работе без коммутатора на вход приемника непосредственно включается одна из антенн.
Рис.9.Примечание1.
Метод равносигнальной зоны широко применяется в радиолокации для определения угловых координат. См., например, брошюру Я.З.Перля «Как работает радиолокатор» (Оборогниз, 1955 г.) или книгу «Основы радиолокационной техники» (Оборонгиз, 1951 r.).Рaдиo № 7, 1957
[ На главную ] [ Пеленгаторы ]
