Аттенюатор смесительного типа

Аттенюатор смесительного типа
Джо Мёлль, K0OV
http://www.homingin.com/joek0ov/offatten.html
Радиочастотный аттенюатор — это устройство, которое устанавливается между антенной и приемником для снижения уровня сигнала до уровня, с которым может справиться S-метр приемника. Без него вы можете подумать, что находитесь близко к лисе, когда вы все еще далеко. Вы не сможете подобраться достаточно близко к замаскированной скрытой букве T, чтобы идентифицировать ее. Величина затухания должна регулироваться, чтобы вы могли добавить совсем немного, когда ваш S-метр впервые зафиксирует сигнал, и значительно, когда вы окажетесь в нескольких футах. Специальные приемники ARDF, используемые чемпионами по охоте на лис, имеют встроенную схему электронного затухания, но обычные портативные радиостанции её не имеют.
Внешние резистивные (иногда называемые «пассивными») аттенюаторы популярны для мобильных приемников. Они имеют несколько экранированных секций, каждая с резисторами для поглощения радиочастотного сигнала и переключателем для включения и выключения секции из линии. Но они не эффективны для пеших поисков, потому что портативные радиостанции и сканеры печально известны плохим экранированием корпуса. Пассивный аттенюатор снижает напряжение радиочастот в гнезде антенны, но сильные сигналы все равно проникают в корпус и влияют на показания S-метра.
Лучший способ получить пеленги на близлежащих лис с помощью HT — преобразовать сильный сигнал на частоте в более слабый внечастотный сигнал. Затем вы можете настроить свой приемник на смещенный сигнал и измерить его силу в зависимости от направления, либо с помощью специальной антенны RDF, либо с помощью маневра «щит тела».
Когда этот тип устройства был первоначально описан в начале 1990-х годов Анджо Энхоорном PAOZR, он назывался активным аттенюатором . Поскольку существуют и другие виды аттенюаторов, которые также называются «активными», я предпочитаю называть его аттенюатором смещения. Этот термин описывает, как он решает проблему утечки корпуса путем смещения частоты сигнала. Аттенюатор смещения состоит из гетеродина (LO), подключенного к диодному смесителю через регулятор ослабления. Чем выше уровень гетеродина, тем выше амплитуда сигнала смещения, подаваемого на приемник. Чтобы увеличить ослабление, уменьшите сигнал гетеродина в смесителе с помощью регулятора.
Описанный здесь смещенный аттенюатор настолько прост в изготовлении, что это хороший проект для каждого члена вашего клуба, особенно если опытные строители помогут новичкам. Я нашел все детали примерно за 20 долларов в местном магазине Radio Shack. Номера деталей RS для компонентов включены в список деталей. Все детали должны быть на местном складе, за исключением X1, который будет отправлен вам напрямую через несколько дней после того, как вы закажете его в местном магазине. В этих вещах нет ничего эксклюзивного для The Shack. Вы должны иметь возможность найти эквиваленты для всех них в большинстве магазинов электронных деталей, возможно, по более низким ценам.

Вид изнутри

Список деталей офсетного аттенюатора
C1,2 470 пФ керамический дисковый
C3 .0047 керамический диск дисковый
R1,2 2.2K 1/4 Вт
R3 4.7K 1/4 Вт См. текст
D1 1N4148 сигнальный диод
J1 UG-1094 BNC-разъем 
VR1 5K аудио потенциометр конусности 
S1 Тумблер 
Стабилизатор напряжения U1 7805 (+5В) 
Кварцевый генератор X1 4,0 МГц (см. ниже)
Разъем аккумулятора 
Ручка 
BNC-кабель
AWG 24 голый провод 
В наши дни радиолюбители ожидают печатную плату для каждого проекта. Но не в этом случае. Проводов так мало, что они просто не нужны. Универсальная макетнгая плата работает отлично. В качестве корпуса я использовал коробку Radio Shack размером 50х100х25 мм с алюминиевой крышкой и установленной печатной платой 40х80 мм, установленной внутри. J1 — это разъем BNC для сопряжения с кабелем от вашей антенны RDF. Выходной кабель имеет разъем BNC, подходящий к разъему антенны многих портативных устройств. Если ваша антенна или радиоприемник использует другие разъемы, внесите соответствующие изменения.
S1 — это миниатюрный тумблер. Его легко случайно перевести в положение ВКЛ, когда транспортируете устройство. Если вы хорошо делаете квадратные отверстия, вы можете заменить S1 ползунковым переключателем, чтобы свести к минимуму вероятность случайной разрядки батарей. Если у вас нет запаса резисторов на четверть ватта в вашем ящике для хлама, купите пять штук резисторов на 2,2 кОм. Для R3 используйте два резистора на 2,2 кОм, соединенных последовательно.

Схема аттенюатора смесительного типа

Примечание: Не использовать с портативными трансиверами Baofeng !
Пошаговое изготовление
Укоротитете вал потенциометра VR1 до 16 см, измеряя от внешнего конца втулки. Просверлите отверстие 8 мм, на расстоянии 25 мм от верхнего края печатной платы, по центру между левым и правым краями. Просверлите отверстия в коробке для коаксиального разъема (J1) и выходного кабеля RG-58 (соединительный кабель BNC с одним отрезанным разъемом). Просверлите отверстие для выключателя питания S1 в нижней левой части так, чтобы было достаточно места для батареи и VR1, когда все будет собрано. Установите VR1, J1 и S1, сориентированные, как показано на рисунке. Медное травление на печатной плате идет с той же стороны, что и корпус потенциометра, по направлению к внутренней части коробки.
Снимите изоляцию с центрального проводника и оплетки выходного кабеля, как показано на рисунке. Припаяйте оголенный провод длиной 25 мм к заземляющему наконечнику J1 и подключите один конец C1 к центральному штырьку J1. Вытяните оголенный провод и неподключенный конец C1 вверх, чтобы подключить их позже.
Установите U1, X1, D1, C2 и три резистора на верхней (без меди) стороне платы с выводами, проходящими через отверстия к стороне травления меди. Установите два вывода клеммы (RS 276-1987) на входе (сигнал и земля) для последующего подключения к J1 и два вывода на выходной стороне для проводки к P1. Подключите провода к выводам и всем деталям на плате в соответствии со схемой. Свяжите узлы «RF ground» вместе оголенным проводом.
Установите C3 на задней стороне платы от ушка VR1 по часовой стрелке до выхода кварцевого генератора. Используйте изолированный провод для перемычек и выхода регулятора.
Кварцевый генератор разработан для размещения на том же месте платы, что и 14-контактная двухрядная ИС. Один угол квадратный, а не закругленный, что соответствует расположению контакта 1, который не имеет внутреннего соединения. В этом месте на верхней части крышки также имеется отмеченная точка. Если считать по часовой стрелке от этого контакта, если смотреть с нижней стороны генератора, следующий контакт (7) — заземление, следующий (8) — выход, а следующий (14) — питание +5 вольт. Другие кварцевые генераторы с этим типом корпуса имеют такую же распиновку.
Подключите разъем батареи и S1 к цепи. Если у вас есть вольтметр, включите S1 и проверьте наличие +5 вольт на выходном контакте регулятора. Если у вас есть осциллограф, проверьте наличие меандра с уровнем 5 вольт на выходном контакте генератора. Оба измерения производятся относительно отрицательной клеммы батареи. Выключите S1, когда закончите.
Теперь пришло время собрать все вместе. Припаяйте центральный проводник и экран выходного кабеля к выходным клеммным контактам на травленой стороне платы. Поместите плату в коробку, протянув выводы от J1 через отверстия в верхнем левом углу. Установив плату на место двумя прилагаемыми винтами, припаяйте выводы J1 к входным клеммам. Просверлите отверстие диаметром 8 мм в алюминиевой крышке коробки на расстоянии 27 мм от верха, по центру между левым и правым, чтобы освободить вал VR1. Сделайте этикетки на крышке, используя вашу любимую технику, затем установите крышку и ручку.

Вид спереди
Защита от перегрузки
Использование офсетного аттенюатора для пешей охоты на лис легко и эффективно. S-метр на вашем приемнике очень помогает в получении пеленгов RDF с этим аттенюатором. Вы можете открыть шумоподавитель и использовать свойство подавления FM-сигналов, чтобы получить хорошее представление о направлении сигнала.
Сначала найдите частоту лисы, включив S1. Начните с полного поворота ручки по часовой стрелке, что соответствует минимальному затуханию (около 4 дБ). При необходимости увеличьте затухание, поворачивая ручку против часовой стрелки. Когда она достигнет упора, вы ослабите сигнал примерно на 20 дБ.
Если этого затухания недостаточно, настройте приемник вверх или вниз на первую частоту смещения. (Примеры: 146,565 + 4,0 = 150,565 или 146,565 - 4,0 = 142,565). Верните VR1 в положение до упора по часовой стрелке, что эквивалентно примерно -30 дБ, и продолжайте поиск, увеличивая затухание по мере приближения. К тому времени, как вы достигнете 100 дБ, вы должны быть в нескольких футах от источника сигнала, в зависимости от его мощности и конфигурации антенны. С этим устройством можно достичь значительно более эффективного затухания, чем 100 дБ, но это был предел калибровки, которую я мог сделать с моим милливаттным генератором сигналов VHF.
Этот смещенный аттенюатор может использоваться с любым приемопередатчиком VHF или радиосканером, имеющим съемную антенну. Приспособления для присоединения к наборам со встроенными антеннами (таким как Alinco DJ-C1T и DJ-S11T) не включены. Приемник должен иметь достаточный диапазон частот, чтобы можно было настроить его на 4 МГц от частоты поиска. Если у вас нет приемника с расширенным диапазоном (например, Radio Shack HTX-202), замените его генератором на 2 МГц. Чтобы сэкономить время при поиске передатчика, запрограммируйте как частоту передатчика, так и частоту смещения в памяти приемника, чтобы можно было быстро переключаться туда и обратно.
Потребление тока некоторыми генераторами TTL составляет более 20 мА, поэтому максимальный срок службы батареи с ними составит около 15 часов. Доступны генераторы CMOS, которые имеют гораздо более низкий ток потребления, чем блок Crystek, продаваемый The Shack, поэтому проверьте других поставщиков деталей. Я нашел модуль генератора CMOS 2 МГц в Fry's Electronics, который потребляет менее 1 мА. Еще один способ увеличить срок службы батареи — заменить U1 на регулятор с «низким падением напряжения», такой как LM2931A2-5.0. Это позволяет использовать 9-вольтовые батареи до примерно 5,5 вольт вместо 7,5 вольт.
Radio Shack предлагает два типа поворотных потенциометров: линейный конус и аудио конус. Аудио конус лучше всего подходит для VR1, поскольку он распределяет высокие значения затухания на шкале, когда вы подключаете его так, чтобы высокое затухание было на конце против часовой стрелки, как регулятор громкости. Если ваш блок работает в противоположном режиме и затухание резкое, просто поменяйте провода на двух внешних клеммах потенциометра.
Работа аттенюатора смещения может ухудшаться на частотах, которые не являются точным кратным частоты генератора, например, 144,0 и 148,0 МГц. Если есть сильный передатчик связи или пейджинга, который смещается на частоту, которую вы отслеживаете, вы можете столкнуться с помехами перекрестной модуляции. Примером может быть QRM от метеорологического радио NOAA на 162,55 МГц, когда вы охотитесь за сигналом 146,55 МГц, слушая на 150,55 МГц. Этот эффект хуже при нечетных кратных частотах генератора и генераторах ниже 4 МГц.
Избегайте передачи через этот аттенюатор! Ваша антенна будет излучать сильные ложные сигналы, и вы можете сжечь смесительный диод D1. Установите выходную мощность на минимально возможном уровне. К счастью, если вы забудете и вызовете сбой, ремонт будет простым и недорогим.
Между смесительным диодом и антенной нет изоляции. Смещенные сигналы не только поступают в ваш приемник, но и возвращаются на вашу антенну RDF, где они излучаются. Это может вызвать перекрестную модуляцию QRM для соседних приемников, даже за пределами любительских диапазонов, когда вы находитесь очень близко к антенне "лисы".
Помните, что офсетный аттенюатор не сильно снижает уровень сигнала на частоте в вашем радио, поэтому он не обеспечивает защиту для передней части вашего приемника. Если вы коснетесь антенной RDF антенны мощного передатчика "лисы", вы можете повредить как приемник, так и смесительный аттенюатор.
Совместимость с приемником
Эта система ослабления была протестирована и успешно использовалась с ручными приемниками и трансиверами Kenwood, Icom, Yaesu, Alinco и Wouxun. Эти комплекты имеют стандартную супергетеродинную конструкцию. Однако трансиверы Baofeng имеют архитектуру программно-определяемого приемника (SDR) с минимальной фильтрацией, что делает их непригодными для ближнего слежения со смещенными аттенюаторами. С приемниками Baofeng были обнаружены две существенные проблемы:

В пределах 6 м футов от маломощного (50 милливатт) передатчика приемник выдает ложные сигналы на частотах смещения, которые слышны даже при отключенном питании аттенюатора. Эти шпоры мешают сигналу смещения, что приводит к неправильным пеленгам.
В пределах 4,5 метров от маломощного передатчика сигнал смещения уменьшается из-за снижения чувствительности приемника. Это приводит к тому, что кажущийся уровень сигнала снижается вместо того, чтобы повышаться, когда антенна направлена на передатчик, что приводит к неправильному пеленгованию.
При отслеживании более мощных передатчиков "лисы" эти эффекты проявляются на больших расстояниях. Тесты проводились с моделью Baofeng UV-5R, которая является типичной для всех ручных наборов Baofeng.

Обновления
После использования этого аттенюатора в течение нескольких лет, предоставления его во временное пользование многим новичкам на практических занятиях ARDF и общения с другими людьми, которые их построили, у меня есть несколько дополнительных комментариев и предложений:
Изгиб коаксиального кабеля от аттенюатора к приемнику, как правило, приводил к разрыву соединений внутри коробки аттенюатора, поэтому я установил разъем BNC на выходе устройства. Короткий соединительный кабель BNC идет от аттенюатора к приемнику.
Чтобы упростить тестирование и замену батареи, я добавил защелкивающийся держатель батареи снаружи корпуса. Для простого крепления аттенюатора к балкам измерительной ленты я установил пружинный захват (Everbilt #568117, доступен в отделе «органайзеров для шкафов» в Home Depot) на задней части корпуса аттенюатора. Смотрите фото.

Держатель батареи и пружинная рукоятка
При правильной работе сигнал частоты смещения должен плавно уменьшаться при повороте ручки управления против часовой стрелки, при этом максимальное затухание более 100 дБ достигается при остановке против часовой стрелки. В некоторых устройствах максимальное затухание менее 100 дБ происходит примерно на четверть оборота от остановки, а затем затухание уменьшается при дальнейшем повороте ручки управления против часовой стрелки. Когда это происходит, исправление заключается в том, чтобы привязать точки заземление RF к возврату постоянного тока. Подключите короткий провод от соединения экрана коаксиала к возвратной клемме на потенциометре (показано пунктирной красной линией на схеме).
Отзывы пользователей
Версия KH6WZверсия AD6PQ Слева: На фото Уэйна Йошиды КН6WZ показано, как он встроил свой блок в пластиковую электрическую коробку, которую он нашел меньше чем за доллар в хозяйственном магазине. Сверхпрочный клей от удерживает коаксиальный кабель на месте и обеспечивает разгрузку от натяжения. Потенциометр удерживает его печатную плату на передней панели. Фланцы на коробке совпадали с монтажными отверстиями на Arrow yagi, которую он использовал вначале. Позже он решил, что лучше прикрепить аттенюатор к своему телу во время охоты, поэтому он отрезал фланцы и прикрепил сторонний зажим для ремня, предназначенный для беспроводных телефонов Nokia. Зажим предназначен для того, чтобы телефон можно было поворачивать на зажиме или снимать, нажав на рычаг разблокировки. Уэйн использовал кварцевый генератор от Teknopak для X1 и сменные полупроводники NTE для D1 (NTE519) и U1 (NTE960).

Справа: студенты подготовительного отделения Академии наук NASA в городском колледже Пасадены в Калифорнии построили двадцать аттенюаторов и яги со стальной лентой во время субботних утренних сессий для своего весеннего проекта по радиоориентированию 2001 года. Фил Барнс-Робертс АD6РQ модифицировал схему смесительного аттенюатора К0ОV, чтобы она поместилась в большую коробку со встроенным держателем батареи для удобства сборки студентами. Аттенюаторы были прикреплены к штангам антенн яги с помощью пластиковых трубных зажимов. История этой захватывающей молодежной программы была в моей колонке журнала "Homing In" за август 2001 года.

Комплекты и собранные блоки

Марвин Джонстон КЕ6НТS предлагает «полукомплект» для этого аттенюатора (внизу слева). Печатная плата имеет размеры 3/4 дюйма на 1-1/4 дюйма и уже оснащена компонентами поверхностного монтажа. Вы припаиваете выводы батареи и антенны, а затем устанавливаете плату в корпус с разъемами, подходящими для вашей радиостанции и RDF-антенны. Вы можете установить потенциометр непосредственно на плату или использовать удлинительные провода для крепления его к корпусу. Выберите 2 МГц или 4 МГц для CMOS-генератора. Также доступны платы без компонентов.
С помощью платы Marvin можно изготовить миниатюрный аттенюатор смещения, который подключается к антенному разъему вашего портативного приемника. Я собрал тот, что показан ниже, в экранированном корпусе Pomona Electronics #2391, который поставляется с установленными разъемами BNC. Держатель батареи расположен снаружи сзади для удобства доступа. Я не стал заморачиваться с выключателем — я просто вынимаю батарею, когда не занимаюсь охотой на лис.

Набор Марвина. Миниатюрный аттенюатор
Компания Marvin Johnston также предлагает плату аттенюатора, устанавливаемую внутри стрелы измерительной балки типа WИ2НОL. Фактически, схема находится внутри пластикового сквозного электрического корпуса (с водонепроницаемой прокладкой), который встроен в ПВХ-трубу стрелы. Удерживая мачту балки, можно регулировать аттенюатор большим пальцем той же руки.

Bерсия KE6HTS
Полный комплект аттенюатора смещения с корпусом и разъемами, готовый к использованию, можно приобрести у компании Arrow Antennas (см. ниже). Он использует миниатюрную литиевую батарею типа «таблетка». Обзор продукта можно найти в моей колонке «Наведение» (Homing In) в журнале CQ-VHF Magazine, зима 2006 года.
Джон Клементс КС9ОN продает аттенюаторы смещения в нескольких вариантах, включая комплекты, платы с установленными SMD-компонентами и собранные/протестированные устройства в корпусе, как показано ниже. Его компания называется 3rd Planet Solar .

Аттенюатор KC9ON

[ На главную ] [ Радиопеленгация ]