УКВ ЧМ ПРИЁМНИК С ОБЪЁМНЫМ РЕЗОНАТОРОМ
Детекторные приёмники обычно изготавливают для приёма радиовещательных станций, работающих с AM в диапазонах ДВ, СВ [1, 2] и реже КВ. В диапазоне же УКВ их практически не используют. Это связано, во-первых, с тем, что надо получить уровень сигнала, достаточный для его детектирования. В диапазонах ДВ и СВ это достигается увеличением длины антенны, в УКВ диапазоне делать это почти бесполезно, так как длина волны составляет всего несколько метров. Во-вторых, необходимо обеспечить селекцию принимаемого сигнала. Если в ДВ и СВ диапазонах для этого нужна добротность нагруженного контура 25...100 и контур можно реализовать на обычных LC-элементах, то в УКВ диапазоне необходима добротность более 100 и получить её не так просто.
Есть ещё одна проблема - простой диодный детектор способен демодулировать лишь сигналы с AM. Поэтому для демодуляции ЧМ сигналов необходимо предварительно преобразовать ЧМ в AM. Сделать это можно на скате амплитудно-частотной характеристики (резонансной кривой) колебательного контура, как показано на рис. 1. При такой настройке изменения частоты принимаемого сигнала приводят к изменению его амплитуды. После этого сигнал можно демодулировать простым диодным детектором. Понятно, что для хорошего преобразования необходима большая крутизна характеристики, т.е. опять-таки большая добротность контура.
Рис.1.
Высокую добротность имеет спиральный объёмный резонатор (рис. 2). Он содержит круглый или прямоугольный экран, внутри которого размещена однослойная катушка. Один её конец замкнут на экран, а второй разомкнут. Для перестройки резонатора по частоте со стороны разомкнутого вывода спирали к ней подводят металлический сердечник или пластину, при этом изменяется ёмкость резонатора. Добротность ненагруженных спиральных резонаторов, в зависимости от их конструкции и частоты настройки, может находиться в пределах 200...5000.
Рис.2.
Схема детекторного УКВ ЧМ приёмника показана на рис. 3. Его основой является спиральный объёмный резонатор. К спирали через разъём XS1 подключается внешняя антенна. По частоте приёмник перестраивается конденсатором переменной ёмкости С1. На диодах VD1, VD2 собран полумостовой выпрямитель (детектор), на который через конденсатор С2 поступает сигнал от резонатора. К выходу детектора экранированным проводом (его ёмкость сглаживает ВЧ пульсации продетектированного сигнала) подключают нагрузку - высокоомные телефоны или УЗЧ с большим входным сопротивлением. Чем выше сопротивление нагрузки, тем больше будет добротность резонатора, а значит, больший сигнал поступит на диоды и увеличится уровень сигнала ЗЧ.
Рис.3.
Для изготовления такого приёмника необходимо в первую очередь сделать спиральный резонатор. Для него подойдет цилиндрическая металлическая банка из лужёной жести, желательно с металлической крышкой. Конструкция приёмника показана на рис. 4, он рассчитан на диапазон 88... 108 МГц. Использовалась банка 1 из-под кофе «Nescafe» диаметром 75 и высотой 70 мм. Спираль 2 намотана проводом ПЭВ-2 диаметром 2 мм, она содержит 6 витков. Намотка бескаркасная, диаметром 35 мм и длиной 36...40 мм. Количество витков желательно сделать чуть больше, чтобы при необходимости в дальнейшем провести подстройку укорочением спирали. Нижний конец провода пропускают через отверстие в боковой стенке, загибают и припаивают к внешней боковой стороне. На нижней или боковой стороне устанавливают разъём XS1 и центральный контакт соединяют со спиралью на расстоянии примерно 0,1...0,15 витка от начала намотки (не считая прямого отрезка провода). На внутренней стороне банки, ближе к концу спирали, распаивают диоды, а один из выводов через изоляционную втулку выводят наружу.
Рис.4.
Конденсатором С2 служит отрезок провода ПЭВ-2 0,4...0,5 длиной 20...30 мм, размещённый рядом с витками спирали. Подвижная часть конденсатора С1 выполнена в виде металлического диска 3, который прикреплён к винту 4. Этот винт перемещается в гайке или втулке 5, которая припаивается к крышке 6. Диск 3 можно изготовить из жести, его диаметр равен диаметру спирали, для уменьшения потерь в нём надо вырезать 1...3 сектора с углом несколько градусов.
Для изготовления спирального резонатора можно использовать металлические банки другого диаметра, причём, чем больше диаметр, тем большую добротность можно получить. Рассчитать резонатор с банкой другого диаметра или на другой диапазон можно по упрощённой методике [3], которая дает вполне удовлетворительные результаты.
Прежде всего, следует стремиться выбрать банку (см. рис. 2) с отношением H/D = 1,2...1,3, где Н - высота банки; D - диаметр банки. Если отношение будет другим, возрастет погрешность расчётов. Количество витков N = 2586/(Fr), где F - верхняя частота настройки (МГц); r - радиус банки (см). Диаметр намотки спирали (по центру провода) d = r, длина намотки I = 1,5r, шаг намотки а = I/N, диаметр провода b = а/4. Расстояние от концов катушки до нижней и верхней стенок желательно выдержать в пределах L = 0,25...0,3D.
При выборе банки следует учитывать следующее. Значение имеет чистота обработки внутренней поверхности, хорошо, если она блестящая. Желательно, чтобы не было стыков, расположенных параллельно катушке, но так как они в большинстве случаев есть, надо обратить внимание на их качество, а при необходимости пропаять. Нижний, заземлённый конец катушки надо подводить к боковой стенке под прямым углом.
На основании сказанного выше можно сделать вывод о том, что банка, использованная автором, не является лучшим вариантом. Отношение H/D было около 1, из-за этого нижние витки оказались слишком близко к нижней стенке, а значит, уменьшилась добротность. Погрешность расчёта не превысила 8...10 % - количество витков должно быть 6,5, а после подстройки получилось 6.
Антенной служил отрезок провода диаметром 1...1,5 мм и длиной четверть волны, в данном случае около 70 см. Уровень принимаемого сигнала сильно зависит от ориентации антенны и места её расположения. В приёмнике желательно использовать высокочастотные германиевые детекторные диоды с возможно меньшей ёмкостью.
Чтобы получить громкий приём на головные телефоны, необходима большая напряжённость поля принимаемого сигнала, что возможно в непосредственной близости от радиостанции. При этом надо стремиться повышать добротность резонатора, уменьшая ёмкость конденсатора С2, т. е. удаляя отрезок провода от спирали.
Если расстояние до радиостанции значительно, приём на телефоны затруднён из-за малого уровня сигналя. Тогда сигнал от детектора надо подать на УЗЧ, при этом его входное сопротивление должно быть более 100 кОм, а чувствительность - 1...3 мВ. Если такого УЗЧ нет, то его можно изготовить самостоятельно, сделав, таким образом, УКВ ЧМ приёмник целиком. Кроме того, можно использовать имеющийся УЗЧ, сделав согласующий каскад на полевом транзисторе.
При испытании макета приёмника у автора статьи, из-за удалённости от передающих радиостанций (ближайшая, но не самая мощная, на расстоянии 2 км, остальные далее) на телефоны сопротивлением несколько кОм, принималась только одна радиостанция, причём слабо. Пришлось добавить УЗЧ, после чего очень громко (примерно одинаково) и с хорошим качеством принимались три радиостанции (из семи работающих в этом диапазоне). Две из них громче принимались при горизонтальной ориентации антенны, а одна - вертикальной. По частоте эти радиостанции отстоят друг от друга примерно на 2 МГц, и взаимных помех не наблюдалось. Приёмник располагался на подоконнике, антенна была длиной около 70 см. Измерения показали, что полоса пропускания нагруженного спирального резонатора в этом макете составила около 800...850 кГц, что соответствует добротности примерно 125.
Если уровень сигнала большой, добротность целесообразно повысить, увеличив тем самым избирательность, подключив входной разъём ближе к заземлённому концу спирали. Следует отметить, что в приёмнике нет системы АРУ или ограничителя, поэтому напряжение выходного сигнала ЗЧ зависит от уровня принимаемого сигнала. Это значит, что более мощные радиостанции принимаются с большей громкостью.
Рис.5а.
Рис.5б.
Схема УЗЧ показана на рис. 5,а. Его основой является микросхема К174УН7 в стандартном упрощённом включении. На входе УЗЧ установлен истоковый повторитель на транзисторе VT1, повышающий входное сопротивление. Громкость регулируется резистором R3, резистором R4 устанавливают оптимальный коэффициент усиления микросхемы.
Соединение с приёмником следует делать экранированным проводом минимально возможной длины. Объединив резонатор и УЗЧ в одну конструкцию, например, в корпусе от абонентского громкоговорителя, можно сделать неплохой УКВ ЧМ приёмник. Если уровень сигналов в месте приёма велик настолько, что на выходе приёмника будет постоянное продетектированное напряжение более 1 В, схему истокового повторителя надо доработать в соответствии с рис. 5,б.
Рис.6.
Все детали УЗЧ размещают на печатной плате из фольгированного стеклотекстолита, эскиз которой показан на рис. 6. В устройстве можно применить следующие детали: полевой транзистор - КП303Г, Д, КП307А, Б; полярные конденсаторы - К50; неполярные - К10-17; переменный резистор - СП4, СПО; подстроечный - СП3-19; постоянные резисторы - МЛТ, С2-33.
ЛИТЕРАТУРА:
1. Поляков В. Теория: понемногу обо всём. 4.3 Радиоприёмники AM сигналов. - Радио, 1999, № 9, с. 49,50.
2. Поляков В. Усовершенствование детекторного приёмника. - Радио, 2001, № 1, с. 52, 53.
3. Ханзел Г. Справочник по расчёту фильтров. - М.: Сов. Радио, 1974.
И. Александров, г. Курск