Поиск радиомаяка в диапазоне 433 МГц
И. НЕЧАЕВ, г. Курск
Мы еще раз возвращаемся к интересующей многих читателей теме поиска заблудившихся домашних животных путем пеленгации установленных в их ошейниках радиомаяков. Перейдя на более высокую частоту и использовав гибридные СВЧ микросхемы, удалось не только сделать маяк намного меньше и легче примененных в других конструкциях, но и заметно увеличить дальность его обнаружения.
Систему поиска домашних животных с помощью радиопередатчика и приемника, описанную в [1], можно сделать более чувствительной и эффективной, если она будет работать не в Си-Би, а в более высокочастотном диапазоне. В этом случае можно увеличить дальность действия системы, прежде всего, за счет применения более эффективных антенн.
Для уменьшения размеров, в первую очередь, надеваемого на животное маяка и, что немаловажно, упрощения изготовления и настройки высокочастотных узлов можно применить специальные микросхемы фирмы RFM, например, ТХ5000 (передатчик) и RX5000 (приемник). Они разработаны для цифровых радиолиний небольшого радиуса действия и широко в них используются. Микросхема ТХ5000 [2] — передатчик. В ней имеется задающий генератор с резонатором на поверхностных акустических волнах (ПАВ), он и определяет рабочую частоту. Усилитель мощности в микросхеме снабжен фильтром на ПАВ, подавляющим внеполосные излучения. Основные параметры передатчика ТХ5000: напряжение питания — 2,2...3,7 В; потребляемый ток — приблизительно 7,5 мА; рабочая частота — 433,92±0,2 МГц; номинальная выходная мощность — 1 мВт.
Изменением тока, вытекающего из вывода 8 (в пределах 25...250 мкА), выходную мощность можно регулировать от 0,1 до 1,2 мВт.
Принципиальная схема радиомаяка на микросхеме ТХ5000 показана на рис. 1. Чтобы увеличить его мощность до 10 мВт, предусмотрен усилитель на транзисторе АТ-32011 (VT3), специально предназначенном для работы при низком напряжении питания и малом токе коллектора. П-контур C8L3C9 обеспечивает согласование выхода усилителя с антенной WA1, а катушка L4 компенсирует емкостную составляющую входного сопротивления антенны.
Рис. 1
На транзисторах VT1 и VT2 собран мультивибратор. Его сигнал частотой 0.8...1 кГц поступает на вход управления мощностью (вывод 8) микросхемы DA1, в результате чего сигнал радиомаяка промодулирован по амплитуде с указанной частотой.
Питать маяк можно от одного литиевого элемента или батареи из двух гальванических элементов общим напряжением 3 В. Специального выключателя питания нет, маяк начинает работать сразу после подключения батареи. Потребляемый ток не превышает 15 мА.
Внешний вид радиомаяка показан на рис. 2. Его печатная плата из двусто-ронне фольгированного стеклотекстолита толщиной 1...1.5 мм изображена в масштабе 4:1 на рис. 3 (вид со стороны установки деталей). Фольга на обратной стороне платы оставлена нетронутой и соединена в нескольких местах по периметру с общим проводником на стороне монтажа.
Рис. 3
Плоские выводы микросхемы DA1 расположены на нижней поверхности ее корпуса. Перед установкой микросхемы на плату к ним припаяны отрезки тонкого луженого провода, выходящие на 0.5...1 мм за контур микросхемы.
Со стороны деталей плата закрыта пластмассовой крышкой, щели загерметизированы эластичным компаундом.
Антенна WA1 изготовлена из отрезка коаксиального кабеля РК50-1-21 или РК50-1-22 длиной 164 мм по внешнему проводнику (оплетке), как показано на рис. 4. С одной стороны отрезка внутренний проводник кабеля соединен с внешним. На расстоянии 43 мм это сделано еще раз. С другой стороны внутренний проводник соединен кратчайшим путем с общим проводом передатчика, а внешний — с правым (по схеме) выводом катушки L4.
Рис. 4
Приемник—пеленгатор радиомаяка построен на микросхеме RX5000 [3], обеспечивающей прием AM сигналов в диапазоне 433,72...434,12 МГц. Ее основные параметры: входное сопротивление — 50 Ом; чувствительность — 0,8 мкВ (-109 дБмВт); напряжение питания — 2,2...3,7 В; потребляемый ток— 1,8мА.
Рис. 5
Схема приемника показана на рис. 5. Антенну подключают к разъему XW1. Она согласована с помощью П-контура C1L1C3 с входом УВЧ на транзисторе VT1. Благодаря УВЧ чувствительность пеленгатора достигает 0,35...0,4 мкВ. При определении направления на источник сильного сигнала ее можно уменьшить более чем в 100 раз переменным резистором R1. Номинал резистора R6 (кОм) выбран исходя из формулы
RR=1445/R6
гр
Зависящая от него Fф — граничная частота полосы пропускания выходного активного ФНЧ микросхемы RX5000 (кГц) — в данном случае выбрана немного большей частоты модуляции сигнала радиомаяка.
На транзисторах VT2, VT3 собран УЗЧ. Его нагрузка — головные телефоны сопротивлением 30...50 Ом, подключаемые к гнезду Х1. При вынутом из него штекере телефонов цепь батареи GB1 разомкнута имеющимися в гнезде контактами. Чтобы включить приемник, достаточно вставить штекер в гнездо. С уменьшением номинала резистора R9 растут и громкость сигнала в телефонах, и потребляемый приемником ток, который при номинале резистора, указанном на схеме, не превышает 16 мА.
Приемник собран на печатной плате, эскиз которой показан на рис. 6.
Рис.6
Ее конструкция аналогична плате маяка. Пластмассовый корпус, в который помещена плата, закреплен на буме направленной приемной антенны, со стороны, противоположной направлению максимума диаграммы направленности. Внешний вид приемника с антенной показан на рис. 7. 7
Размеры приемной антенны "волновой канал" [4] приведены на рис. 8. Она соединена с приемником отрезком коаксиального кабеля, аналогичного использованному для изготовления передающей антенны. Пассивные и активный вибраторы сделаны из провода ПЭВ-2 диаметром 2 мм и приклеены эпоксидным клеем к буму из стеклотекстолита размерами приблизительно 500x10x2 мм.
Рис.8
Платы передатчика и приемника рассчитаны на установку элементов для поверхностного монтажа: постоянных резисторов Р1-12, оксидных танталовых конденсаторов К53-22 и К53-56А, керамических конденсаторов К10-17в, К10-69в или аналогичных импортных деталей. Подстроечные конденсаторы и дроссель L1 (в маяке) также в исполнении для поверхностного монтажа.
Все остальные катушки — бескаркасные, намотанные проводом ПЭВ-2 0,2 на оправке диаметром 2 мм. Число витков катушек: в приемнике L1 — 3, L2 — 4, в радиомаяке L2 — 8, L3 — 4, L4 — 2.
Первым налаживают и проверяют радиомаяк. Временно к его выходу вместо антенны и катушки L4 (см. рис. 1) подключают измеритель мощности. Сдвигая и раздвигая витки катушек L2 и L3, изменяя емкость конденсаторов С8 и С9, добиваются максимальных показаний измерителя (около 10 мВт). Затем катушку L4 устанавливают на место, подключают антенну и повторяют настройку по максимуму показаний индикатора напряженности поля. В заключение проверяют наличие импульсов мультивибратора на выводе 8 микросхемы. При необходимости их частоту можно изменить, подобрав конденсаторы С2 и СЗ.
Затем переходят к проверке и регулировке приемника. Изменением индуктивности катушки L1 (см. рис. 5) и емкости конденсаторов С1, СЗ добиваются минимального КСВ входа приемника или максимума его чувствительности. Катушку L2 настраивают по максимуму чувствительности.
Остается проверить работоспособность системы в реальных условиях и попрактиковаться в определении направления на работающий маяк. Экспериментальная проверка в условиях прямой видимости приемник—маяк показала дальность обнаружения сигнала до нескольких километров.
Занимаясь практической радиопеленгацией, придется научиться учитывать особенности распространения радиоволн дециметрового диапазона (отражение от местных предметов, значительное затухание в растительности и пр.). При слабом сигнале (на уровне шума приемника) пеленговать маяк удобнее по максимуму громкости, а при сильном — по ее минимуму.
Диаграмма направленности приемной антенны описанной конструкции имеет несколько минимумов. Необходимо опытным путем определить направление самого глубокого и в дальнейшем пользоваться именно им. С приближением к маяку громкость сигнала растет и чувствительность приемника следует уменьшать.
ЛИТЕРАТУРА
1. Нечаев И. Радиопоиск домашних животных. — Радио, 2001, № 3, с. 28—30.
2. 433.92 MHz Hybrid Transmitter. — <http:// www.rfm.com/products/data/tx5000.pdf>.
3. 433.92 MHz Hybrid Receiver. — <http:// www.rfm.com/products/data/rx5000.pdf>.
4. Лаврушов И. Трехэлементный волновой на 433 МГц для высокогорных экспедиций. — <http://www.hamradio.cmw.ru/ techn/433yagi3.htm>.
Радио 8-2005, с.44-46