Прибор для подавления помех приему и усиления полезного сигнала
Александр Кузьменко, RV4LK
В основу прибора положена конструкция DL2KQ, которая опубликована в журналах "Радио"№ 2 и 3 за 2003 год. Устранены вкравшиеся неточности, и данный прибор несколько модернизирован для получения более высоких эксплуатационных характеристик, также повышены надежность и доступность изготовления, добавлены некоторые сервисные удобства. Увеличена степень подавления помехи, находящейся в канале приема. Прибор совершенно необходим, если у Вас нет направленной антенны, а Вы испытываете помехи от соседа-радиолюбителя, высоковольтной линии электропередач, радиовещательной станции, телевизионного центра, станции сотовой связи и т.д. Так как направленную антенну на низкочастотные диапазоны (160 м, 80 м) изготовить практически невозможно, или чрезвычайно сложно, поэтому данный прибор особенно будет полезен на этих диапазонах. В частности, если вспомогательную антенну расположить так, чтобы она хорошо принимала шумы от солнца при его восходе, то на рассвете в диапазоне 160 м Вы сможете гораздо более успешно "охотиться" за DX. Кроме того, прибор обладает очень полезным свойством, не отмеченным автором: он может суммировать полезный сигнал, приходящий на основную и вспомогательную антенны. Даже при приеме на многоэлементные «квадраты», прибавка составляла более 15 децибелл.
Принцип действия прибора.
Описываемый прибор предназначен для подавления помехи приходящей с определенного направления, которое не совпадает хотя бы на несколько градусов с направлением полезного сигнала. Прибор, будет мало полезен только в том случае, когда мешающий сигнал находится на линии, которая соединяет обоих корреспондентов, то есть полностью совпадает по азимуту с полезным сигналом. Но даже в этом случае мы получим выигрыш в приеме полезного сигнала за счет суммирования сигналов приходящих на разные антенны. Для его работы необходимо две антенны, которые разнесены в пространстве на расстояние от 0,1 до 0,5 λ , где λ - это длина волны принимаемого сигнала. В данном случае получается некий эквивалент по пространственной избирательности направленной антенны и можно значительно улучшить отношение напряжения сигнала к напряжению помехи на входе приемника. Если помеха приходит равномерно со всех сторон, то все равно можно несколько улучшить соотношение сигнал/помеха за счет ослабления помехи с одной стороны.Вспомогательных антенн лучше иметь две штуки, расположенных под углом 90 градусов друг к другу, и переключая их в зависимости от направления прихода помехи. Принцип действия состоит в том, что в разнесенных в пространстве антеннах, одна и та же электромагнитная волна наведет разные по амплитуде и фазе токи. Разность фаз зависит от расположения антенн и направления прихода сигнала. Мы можем выровнять аттенюаторами амплитуды принятой обеими антеннами сигнала помехи, а затем фазавращателем амплитуду помехи сделаем противофазной амплитуде в канале вспомогательной антенны. При сложении обеих сигналов в сумматоре произойдет их взаимная компенсация. Степень ослабления зависит лишь от точности баланса амплитуд и фаз и прямого проникновения сигналов через сумматор, достигает несколько десятков дБ, порядка 30…45 Дб и определяется конструкцией сумматора. Полезные же сигналы приходят по несколько другому пути и на антеннах у них уже другое соотношение амплитуд и фаз и они ослабятся лишь не на много.
Выигрыш в отношении сигнал/помеха на выходе прибора может достигать 30-40 дБ, и более, до 60 дБ, это зависит от расположения антенн относительно азимута прихода помехи. Даже в самом неблагоприятном случае ослабление достигает нескольких дБ. Второй приемной антенной, это принципе может быть любая приемная антенна, лишь бы она не принимала промышленные и бытовые помехи.Описание схемы прибора.
При отключенном питании действует режим «Обхода». При подаче питания срабатывает электронный ключ и прибор переходит в режим приеме. КОГДА НАЖИМАЕТСЯ «Педаль», или замыкается тумблер S1, прибор при включенном питании переходит в режим «Обхода, в этом случае электронный ключ выключается.
Сигнал помехи, приходящий от первой вспомогательной антенны на разъем ХР1, или от второй, приходящий на разъем ХР2, переключаемых при помощи реле К1 и тумблера S1 далее через электрическую лампочку HL1, диоды VD1…VD4, служащие для защиты от перегрузки мощным сигналом своего передатчика усилителя высокой частоты, и двойной фильтр высоких частот, состоящий из С1, L1, С2 и С2, L2, С3 поступает на аттенюатор. Конденсатор С2 входит в два Т- образных фильтра высоких частот, включенных последовательно для улучшения подавления помех от мощных радиовещательных станций длинно и средневолновых диапазонов, которые проходят с очень высокими уровнями в темное время суток. Аттенюатор выполнен из R1, R2 и R3, так как промышленные аттенюаторы достаточно сложно достать, а приведенная схема аттенюатора вполне успешно справляется со своими задачами.
На транзисторе VT1 собран усилитель высокой частоты для вспомогательного канала приема, с учетом резистора R4 его входное сопротивление равняется 300 Ом. Входное сопротивление каскада удобно изменять, подбирая или рассчитывая величину резистора R4, при этом режим работы усилителя высокой частоты по постоянному току не изменяется. В случае его ненадобности, при помощи реле К2, К3 и тумблера S1 его можно отключить. Через трансформатор Тр2 сигналы со вспомогательного канала приема поступают на сумматор, который выполнен на резисторах R14… R16 и трансформаторе Тр5. Его входное сопротивление с обеих сторон равняется по 200 Ом. При помощи резистора R15 улучшается развязка между каналами и появляется возможность дополнительной балансировки уровней сигналов приходящих на сумматор, помимо аттенюаторов, находящихся в обоих каналах. Это дает возможность более легко и точно уровнять уровни помехи в обоих каналах. Помимо этого, данная конструкция сумматора обеспечивает малый уровень проникновения сигналов напрямую, не складываясь в сумматоре, что обеспечивает более высокую степень подавления помехи.
Входная часть основного канала выполнена аналогично вспомогательному, здесь лампочку для дополнительной защиты можно было бы и не ставить, так как при помощи реле К4 вход замыкается на корпус.
Реле К4 применено типа РЭС-49, а К5 – мощное, типа П1Д-1Т, которое служит для обхода прибора, и в режиме передачи, при нажатии на «Педаль» -которую дублирует тумблер S1 на схеме электронного ключа. Выход прибора коммутируется аналогично при помощи реле К10 и К11.Данные реле переключаются при помощи электронного ключа, который приведен на рис.3. Реле К6-РЭС-60, К11 – П1Д-1Т, остальные РЭС-49.
Кроме основной, реле К5 и К11 несут очень важную дополнительную обязанность: в режиме приема своими контактами они замыкают на корпус цепь «Обхода», что исключает просачивание сигнала из основного канала на выход прибора через емкость контактов реле, минуя сумматор. Это дополнительно улучшает работу прибора по степени подавления помехи и позволяет работать с гораздо большими уровнями сигналов, приходящих с антенн . Фазовращатель состоит из трансформатра Тр3, резистора R12, и конденсаторов С8…С10, переключаемых при помощи реле к7…К9 и реле К6, управляемое тумблером S3, которое переворачивает фазу на 180 градусов. После сумматора установлен еще один усилитель высокой частоты, выполненный на транзисторе VT3, который компенсирует дополнительные потери в сумматоре, усиление которого регулируется изменением числа витков первой обмотки. Схемотехника усилителей идентична. Схема коммутации показана на рис.2, а схема блока питания на рис.4. В блоке питания описывать особо нечего, стоит только отметить, что силовой трансформатор может иметь мощность 15…25 Вт, в зависимости от типа реле, примененных для режима «Обхода», а светодиод VD1 индицирует включение прибора в сеть.
Конструкция и детали.
Передняя панель размером 212 х 161 мм, глубина прибора 157 мм. Прибор выполнен с помощью навесного монтажа на выводах элементов схемы, которые прикреплены к шасси, назовем так пластину из фольгированного стеклотекстолита, которое прикреплена к передней панели посредством элементов крепления деталей, таких как переменные сопротивления, тумблеры, арматура для лампочек (патрончики). То есть, отверстия в шасси и передней панели совпадают (просверлены за один проход сверла при их наложении друг на друга).
Прибор выполнен так, как выглядит на схеме, в «линейку», с хорошей экранировкой, особенно между каналами. Особо тщательно следует экранировать сумматор.
Как уже говорилось выше, большое внимание при изготовлении прибора уделяется экранировке, без наличия которой не следует рассчитывать на хорошие результаты. С8…С9 – блок переменных конденсаторов от радиоприемника ВЭФ-12, в одной из секций которого оставлено по одной подвижной и одной неподвижной пластине. Этот блок переменных конденсаторов закреплен на передней стенке при помощи стеклотекстолитовой пластины, удаленной от нее на расстояние равное 15 мм, чтобы не создавать паразитную емкость блока на корпус, а при таком креплении она незначительна. Управляется блок при помощи ручки, насаженной на переходную ось, изготовленную из стеклотекстолита, так как блок переменных конденсаторов должен быть полностью изолирован от корпуса. Применение переменных конденсаторов значительно удобнее, чем переключать их при помощи переключателя, кроме того, он несравненно долговечнее механического переключателя В. первом положении переключателя S4 работает лишь емкость монтажа, во втором прибавляется емкость С10, в третьем дополнительно прибавляется емкость С11, а в четвертом положении переключателя S4 добавляется еще емкость С12 к уже подключенным ранее емкостям.
Катушки L1…L4 намотаны на полиэтиленовых каркасах диаметром 13,3 мм, и содержат по 20 витков повода ПЭВ-2 0,5 мм, намотка производится виток к витку. В качестве каркасов применены использованные укороченные одноразовые шприцы, которые хорошо подходят для данной задачи.
Все трансформаторы намотаны на ферритовых колечках К10х6х5, проницаемостью 400НН.
Тр1содержит 1,5 + 8 +10 витков провода ПЭЛШО-0,15, намотан в три провода и содержит три скрутки на один сантиметр.
Тр2 намотан двумя параллельно сложенными проводами ПЭЛШО-0,15, содержит 2 х 9 витков.
Тр3 - 3 х 9 витков ПЭЛШО-015, 2,5 скрутки на один см.
Тр4 намотан двумя параллельно сложенными проводами ПЭЛШО-0,11, содержит 2 х 9 витков.
Тр5: обмотки намотаны на противоположных сторонах кольца внавал, но за один проход. Обмотка 1 содержит 28 витков повода ПЭЛШО 0,12,
Обмотка 2 содержит 14 витков повода ПЭЛШО 0,12.Было испробовано два варианта выполнения трансформатора Тр5. В первом случае, при расположении обмоток на противоположных сторонах кольца, как указывалось выше, первая и вторая обмотки экранированы друг от друга при помощи стеклотекстолитовой пластинки, размером в три раза больше диаметра кольца, которая припаяна под углом 90 градусов к основной плате. В этой пластинке выпилены две щели по размеру толщины стенки колечка, чтобы оно плотно село в них, а между обмотками будет экран. Затем колечко с обмотками приклеивается к этой стойке и экранируется сверху квадратным экраном, линейные размеры которого в два раза больше поперечных размеров стойки. В этом случае обмотка 1 Тр6 содержит 4 витка, то есть мы немного уменьшили усиление каскада на VT3. Еще лучше выполнить Тр5 в виде трансформатора с объемным витком, развязка будет еще больше, подавление сигнала помехи выше на 15…25 дБ. Обмотка 1 Тр6 в этом случае будет содержать 2 витка. При выполнении Тр5 с объемным витком, обмотки 1 и 2 будут намотаны на своем, отдельном ферритовом кольце К12х6х4, с проницаемостью М2000…3000НМ1. Числа витков и марка провода остаются прежними. Каждая из обмоток для уменьшения емкости между началом и концом обмотки наматывается в секторе равном 270…300 градусов. Конструкция трансформатора аналогична конструкции приведенной в журнале «Радио» №1 за 1983 год на 21 стр. Несмотря на простоту конструкции, можно встретиться с затруднениями, так как для ее изготовления требуются довольно мелкие и точные токарные работы. Выйти из положения можно следующим образом. Берем в качестве оправки цилиндрический стержень из текстолита, или другого материала, диаметром на два- три миллиметра больше наружного диаметра ферритовых колечек. В нашем случае диаметр оправки равен 15 мм, берем заготовку из зеркальной жести высотой 14 мм, а ее ширина равняется 3,3 диаметра оправки, или равна 50,0 мм. Толщина зеркальной жести равна 0,3…0,5 мм. После чего заготовку обкручиваем вокруг оправки, образуя цилиндр, с внутренним диаметром 15 мм и высотой 14 мм. Обмотав цилиндр снаружи медным проводом небольшого диаметра, чтобы цилиндр не раскрутился и не увеличился бы в диаметре, тщательно пропаиваем шов снаружи мягким припоем, после чего аккуратно, еще более легкоплавким припоем пропаиваем шов изнутри. Затем из жести вырезаем два диска, диаметром равным 18 мм. В них сверлим по центру отверстия диаметром 3 мм, это будут крышечки. Один диск вырезаем диаметром 15 мм, и в нем сверлим отверстие диаметром 4,5 мм и припаиваем его внутри нашего цилиндра с двух сторон посередине, разделяя его на две части, образуя перегородку, используя в качестве шаблона оправку. После чего берем отрезок медного провода диаметром 3 мм длиной 18 мм и облуживаем его припоем. Затем на среднюю часть этого отрезка провода надеваем кусочек кембрика, чтобы он не касался внутренней перегородки. Пропускаем отрезок с кембриком через перегородку и надеваем на него с двух сторон ферритовые кольца с намотанными на них обмотками и укрепляя их тонкой изолентой предварительно намотанной на стержень. После чего сверху и снизу цилиндра припаиваем крышечки к стержню и к корпусу, не забыв посверлить отверстия под выводы обмоток, по два диаметром 2,0 мм на расстоянии 10 мм друг от друга и пропустив через них выводы. Для уменьшения емкостной связи между отдельными обмотками, каждая пара отверстий сверлится на противоположной от другой пары, стороне цилиндра. После чего корпус трансформатора с объемным витком заземляется, и распаиваются выводы обмоток. Чем хорош этот тип трансформатора, так это отсутствием емкостной связи между обмотками, связь только индуктивная, через отрезок медного провода, на который насажены оба кольца и своей широкополосностью. Конечно, можно взять и готовую арматуру от промышленного трансформатора с объемным витком. Лучше применить этот тип трансформатора в качестве Тр5, так как с ним прибор будет иметь более высокие эксплуатационные характеристики.
Данные остальных обмоток Тр6 такие же, как и у Тр1. Методика пользования прибором хорошо описана DL2KQ, поэтому приведем ее полностью, чтобы читатель, не имеющий первоисточников, не был бы в затруднении.
Настройка и работа с прибором.
Если монтаж сделан безошибочно, прибор работает сразу.
Работа с прибором:
1. Выберите диапазон, где имеется устойчивый мешающий шум или сигнал. Может подойти несущая АМ вещательной станции. В принципе, можно подать через тройник один и тот же сигнал с генератора на оба входа. (Генератор очень удобно применить для проверки степени подавления помехи, в один из каналов приема включается регулируемый аттенюатор, величина ослабления которого изменяется в процессе проверки и соответствует степени подавления мешающих сигналов, RV4LK). АРУ приемника – отключить.
2. Первый аттенюатор в положение максимального затухания, а второй в минимальное. Запоминаем уровень помехи принимаемый вспомогательной антенной (если он мал – включаем УВЧ).
3. Аттенюатор вспомогательного канала (второй) в максимальное затухание, если был включен УВЧ – отключаем. Вращая первый аттенюатор добиваемся примерно такого же уровня помехи, как и был со второй антенны (вспомогательной). Возвращаем второй аттенюатор в минимальное затухание, если надо – включаем УВЧ. Работая одновременно R12, S3, S4 и R15 ищем минимум. Особая примета минимума - резкое возрастание помехи при переключении S3 (вместо противофазности она становится синфазной)
4. Добившись минимума (хотя бы не явно выраженного) осторожным вращением обоих аттенюатор и R15 (дополнительного баланса амплитуд углубляем его)
5. Циклически повторяем пункты 4 и 5 с уменьшающейся амплитудой регулирования.
6. Если минимум упорно не «отлавливается» возможна причина в неудачном сочетании направления прихода помехи и расположения вспомогательной антенны. Следует подключить другую вспомогательную антенну, расположенную к используемой под углом в 90°. При правильной настройке мешающий сигнал (помеха, шум) буквально «проваливается» в яму глубиной в несколько десятков дБ. Причем, при этом, полезный сигнал (если направление его прихода не совпадает с помехой, изменяется совсем не много, на несколько дБ максимум). Процесс подавления помехи весьма кропотлив и трудоемок, поэтому имеет смысл завести таблицу настроек прибора для каждого диапазона. Записав удачные настройки положения всех органов управления, в дальнейшем можно очень быстро перестраивать прибор. При правильной настройке любые изменения положения ручек прибора (даже уменьшение сигнала) приводит к резкому возрастанию шума
В заключение хотелось бы отметить, что данное устройство особенно полезно охотникам за DX-ами, которые, немного поработав с прибором, уже не представляют, как они обходились без него раньше.
