АНТЕННЫЙ УСИЛИТЕЛЬ ДИАПАЗОНА 2 МЕТРА
Игорь НЕЧАЕВ (UA3WA)
В диапазоне 2 метра затухание в фидере длиной 30. ..40м может достигать нескольких децибел. Это приводит к заметному снижению уровня сигнала на входе приемного тракта трансивера и ограничивает возможности по проведению дальних связей. Один из путей решения этой проблемы - применение антенного усилителя с большим динамическим диапазоном, размещенного вблизи антенны.
Принципиальная схема антенного усилителя (АУ) диапазона 2 м, работающего в приемном тракте и автоматически отключающегося при переходе на передачу, показана на рис. 1. Он состоит из двух функционально законченных узлов - антенного блока (АБ), размещенного рядом с антенной, и устройства его питания по кабелю снижения (УП). В состав антенного блока входят два модуля - усилительный (УС) и устройства управления (УУ). Вся система работает так. Сигнал с антенны, подключенной к ВЧ разъему XW1, через нормально замкнутые контакты реле К1.1, К2.1, конденсатор С19, разъем XW2 и кабель снижения поступает на УП (разъем XW3). Далее через конденсатор С23 сигнал поступает на разъем XW4, к которому подключен трансивер.
Puc.1
При включении тумблера SA1 в УП питающее напряжение через дроссели L6 и L7, центральный проводник кабеля снижения и дроссель L5 поступает на усилительный модуль (вывод 2) и на устройство управления (вывод 5). Срабатывают реле К1 и К2, включающие своими контактами усилительный модуль в сигнальный тракт. Если теперь перевести трансивер в режим передачи, то на входе устройства управления (вывод 4) появится сигнал передатчика, а на его выходе (вывод 6) напряжение исчезнет. Реле отключатся, и сигнал передатчика в обход модуля УС пойдет в антенну. По окончании передачи реле снова подключит усилительный модуль.
Принципиальная схема этого модуля показана на рис. 2. Через полосовой фильтр L1C1 L2C2 сигнал поступает на полевой транзистор VT1. Традиционно такие усилители делают на биполярных СВЧ транзисторах средней мощности. Но лучшие результаты можно получить на полевых СВЧ транзисторах средней мощности, в частности на ЗП602А, имеющем крутизну характеристики 80...100 мА/В, что позволяет достичь усиления 25...27 дБ. Этот транзистор имеет выходную мощность 200... 300 мВт, что обеспечивает большой динамический диапазон усилителя. Стоимость транзистора ЗП602А на радиорынке не превышает стоимости КТ610А.
Puc.2
Поскольку полевой транзистор имеет большое входное сопротивление, то применено его полное подключение к контуру L2C2. Диоды VD1VD2 защищают транзистор VT1 от сигнала передатчика и грозовых разрядов. Нагружен VT1 на согласующий П-контур C9L4C10. Диоды VD3VD4 также защищают VT1 от сигнала передатчика.
В технической документации по применению транзистора ЗП602А указано, что при его использовании на частотах менее 1 ГГц напряжение на стоке не должно превышать 5 В, поэтому усилитель питается от стабилизатора напряжения на интегральной микросхеме DA1. Ток через транзистор задается резистором R1.
Принципиальная схема устройства управления электромагнитными реле К1 и К2 показана на рис. 3. Питание поступает на вывод 5. В режиме приема транзистор VT3 открыт, на выходе УУ (вывод 6) будет напряжение, близкое по уровню к Unw Появившийся на входе УУ (вывод 4) сигнал передатчика выпрямляется диодами VD5VD6, сглаживается фильтром C14R4C15 и открывает транзистор VT2. При этом транзистор VT3 закроется, а напряжение на выходе устройства исчезнет.
Puc.3
Детали усилительного модуля размещают на печатной плате из двухстороннего фольгированного текстолита (рис. 4). Вторая сторона оставлена металлизированной и соединена с помощью фольги с первой стороной по контуру платы. Квадратами со светлой точкой в центре отмечены места проволочных соединений общего провода обеих сторон платы. Монтаж УМ выполнен навесным способом. Микросхема DA1 установлена на второй стороне платы и снабжена небольшим алюминиевым радиатором.
Puc.4
Монтаж устройства управления выполнен на плате из одностороннего фольгированного стеклотекстолита, эскиз которой показан на рис. 5. Транзистор VT3 также снабжен небольшим радиатором,изолированном от других проводников.
Puc.5
Конструкция АБ схематично показана на рис. 6. Гнезда разъемов XW1, XW2 крепят на луженом металлическом основании. К нему вертикально припаивают плату усилительного модуля. При этом гнезда разъемов следует разместить как можно ближе к плате. Выводы реле припаивают непосредственно к гнездам и соответствующим контактам платы, а корпусы реле соединяют с общим проводом. Конденсаторы С19-С21 распаивают на выводах реле, дроссель L5 устанавливают навесным методом. Все соединения должны быть минимальной длины. Плату устройства управления размещают рядом с платой усилительного модуля, со стороны установки микросхемы DA1. После настройки антенный блок закрывают крышкой и пропаивают по контуру.
Puc.6
При установке на антенну этот блок располагают гнездами разъемов вниз и защищают от воздействия осадков.
Конструкция устройства питания показана на рис. 7. Все детали размещают в металлическом корпусе, на одной из стенок которого установлено гнездо разъема XW3, а ВЧ кабель, с вилкой разъема XW4 на конце, проходит через отверстие в противоположной стенке. На этой же стенке устанавливают выключатель SA1 и светодиод HL1. Монтаж навесной.
Puc.7
В устройстве можно применить следующие детали: транзистор VT1 может быть той же серии, но с другим буквенным индексом; VT2 - КТ315 с буквенными индексами А-Д, КТ3102 - с буквенными индексами А-Д, VT3 - КТ829 с любыми буквенными индексами. Резисторы типов Р1-4, Р1-12, С2-10, МЛТ. Оксидные конденсаторы - К52, К53, остальные - высокочастотные малогабаритные - К10-17, КМ, КД, подстроечные - КТ4-25. Светодиод - любой с рабочим током 10... 15 мА. Выключатель может быть любым малогабаритным. Реле, конечно, желательно использовать специальные высокочастотные, но у автора удовлетворительные результаты получены при использовании реле РЭК-43 с напряжением срабатывания 7...8 В.
Катушки L1, L2, L4 намотаны проводом ПЭВ-2 0,6 на оправке диаметром 5 мм и содержат соответственно 5,5; 3,5 и 3,5 витка. У катушки L2 отвод сделан от 0,6...0,8 витка. Дроссели L3, L5, L7 намотаны проводом ПЭВ-2 0,3 на оправке диаметром 3 мм и содержат по 12... 15 витков. Дроссель L6 - ДМ-0,4 индуктивностью 10 мкГн и более. Его можно намотать на кольцевом ферритовом магнитопроводе 600...2000НН типоразмера К10х6х3 мм проводом ПЭВ-2 0,2. Число витков - 10...15.
Налаживание сводится к настройке усилительного модуля. Подбором точки подключения катушки L1 к L2 можно установить полосу пропускания входного фильтра в пределах от 2...3 до 10... 15 МГц. Однако стремление сузить полосу пропускания до ширины диапазона 144... 146 МГц не всегда оправдано. Здесь надо помнить о том, что АУ эксплуатируется в большом температурном диапазоне, и из-за нестабильности параметров элементов полоса пропускания входного фильтра может "уйти" за пределы диапазона 2 метра. Подбором резистора R1 устанавливают ток через транзистор VT1 в пределах 10... 100 мА. При этом коэффициент усиления изменяется от 10 до 27 дБ.
Конденсаторами С9 и С 10 согласовывают транзистор с нагрузкой (кабелем снижения) по максимальному усилению и устойчивой работе. Если работа усилителя будет неустойчивой и он окажется склонным к самовозбуждению, можно увеличить сопротивление резистора R2.
Проверка чувствительности устройства проводилась вместе с трансивером диапазона 2 метра "ALAN СТ-180". Собственно трансивер имел чувствительность 0,1...0,11 мкВ при соотношении сигнал/шум 10 дБ и 0,2 мкВ при соотношении 20 дБ. При подключении трансивера через кабель длиной несколько метров к макету АУ общая чувствительность системы "АУ-трансивер" составила 0,08...0,09 мкВ при соотношении сигнал/шум 10дБиО,14...0,15мкВ при соотношении 20 дБ. Эти результаты получены без какой-либо оптимизации усилителя по минимуму шумов.
Хочу выразить благодарность UA3WHK за содействие в проведении натурных испытаний антенного усилителя.
Радио 1/2000, с.62-63.