На рис.2.1 приведены примеры схем УВЧ, часто используемых для увеличения чувствительности радиосредств. Значения используемых элементов зависят от конкретных условий: от частот (нижней и верхней) радиодиапазона, от антенны, от параметров последующего каскада, от напряжения питания и т.д.

На рис.2.1 .а приведена схема широкополосного УВЧ на одном транзисторе, включенном по схеме с общим эмиттером (ОЭ). В зависимости от используемого транзистора данная схема может успешно применяться до частот в сотни мегагерц.

Необходимо напомнить, что в справочных данных на транзисторы приводятся предельные частотные параметры. Известно, что при оценке частотных возможностей транзистора для генератора, достаточно ориентироваться на предельное значение рабочей частоты, которое должно быть. как минимум, в два-три раза ниже предельной частоты, указанной в паспорте. Однако для ВЧ-усилителя, включенного по схеме ОЭ, предельную паспортную частоту уже необходимо уменьшать, как минимум, на порядок и более.

Рис.2.1. Примеры схем УВЧ.

Радиоэлементы для схемы на рис.2.1.а:

Я 1=51 к (для кремниевых транзисторов), R2=470. R3=100, R4=30-100;

С1=10-20, С2=10-50. С3=10-20, С4=500-3н;

Т1 - кремниевые или германиевые ВЧ-транзисторы, например, КТ315, КТ3102, КТ368, КТ325, ГТ311 и т.д.

Значения конденсаторов приведены для частот УКВ-диапазона.

Конденсаторы типа КЛС. КМ, КД и т.д.

Транзисторные каскады, как известно, включенные по схеме с общим эмиттером (ОЭ), обеспечивают сравнительно высокое усиление, но их частотные свойства относительно невысоки.

Транзисторные каскады, включенные по схеме с общей базой (ОБ), обладают меньшим усилением, чем транзисторные схемы с ОЭ, но их частотные свойства лучше. Это позволяет использовать те же транзисторы, что и в схемах с ОЭ, но на более высоких частотах.

На рис. 2.1.6 приведена схема широкополосного УВЧ на одном транзисторе, включенном по схеме с общей базой. В коллекторной цепи (нагрузка) включен LC-контур. В зависимости от используемого тран- V зистора данная схема может успешно применяться до частот в сотни \мегагерц.

Радиоэлементы для схемы на рис.2.1.6:

Rl=lK, R2=10K. К3=15к. R4=51 (для напряжения питания ЗВ-5В). Р4=500-3к (для напряжения питания 6В-15В);

С1=10-20, С2=10-20, С3=1н, С4=1н-3н;

Т1 - кремниевые или германиевые ВЧ-транзисторы, например, КТЗ 15. КТЗ 102. КТ368. КТ325. ГТЗ 11 и т.д.

Значения конденсаторов и контура приведены для частот УКВ-диа- j пазона.

Конденсаторы типа КЛС, КМ, КД и т.д.

L1 - 6-8 витков ПЭВ 0.51, латунные сердечники длиной 8 мм с резьбой МЗ, отвод от 1/3.

На рис. 2.1. в приведена еще одна схема широкополосного УВЧ на одном транзисторе, включенном по схеме с общей базой. В коллекторной цепи включен ВЧ-дроссель. В зависимости от используемого транзистора данная схема может успешно применяться до частот в сотни мегагерц.

Радиоэлементы:

Rl=lK, Р2=33к. R3=20K, К4=2к (для напряжения питания 6В): .

С1=1н. С2=1н, С3=10н, С4=10н-33н:

Т1 - кремниевые или германиевые ВЧ-транэисторы, например, j КТ315, КТ3102. КТ368, КТ325, ГТ311 и т.д.

Значения конденсаторов и контура приведены для частот СВ-, КВ-диапазона. Для более высоких частот, например, для УКВ-диапазона, значения емкостей должны быть уменьшены. В этом случае могут быть использованы дроссели Д01.

Конденсаторы типа КЛС, КМ, КД и т.д.

L 1 - дроссели, для СВ-диапаэона это могут быть катушки на кольцах 600НН-8-К7х4х2, 300 витков провода ПЭЛ 0.1.

Большее значение коэффициента усиления может быть получено за счет применения многотранзисторных схем. Это могут быть различные схемы, например, выполненные на основе каскодного усилителя ОК-ОБ на транзисторах разной структуры с последовательным питанием. Один из вариантов такой схемы УВЧ приведен на рис.2.1 .г. Данная схема УВЧ обладает значительным усилением (десятки и даже сотни раз), однако каскодные усилители не могут обеспечить значительное усиление на высоких частотах. Такие схемы, как правило, применяются на частотах ДВ- и СВ-диапаэона. Однако при использовании транзисторов сверхвысокой частоты и тщательном исполнении такие схемы могут успешно применяться до частот в десятки мегагерц. Радиоэлементы:

К1=33к, Р2=33к, R3=39K, К4=1к, R5=91, Р6=2.2к;

С1=10н, С2=100, С3=10н, С4=10н-33н, С5=10н;

Т1 -ГТ311, КТ315. КТ3102, КТ368, КТ325 и т.д.

Т2 - ГТ313, КТ361, КТ3107 и т.д.

Значения конденсаторов и контура приведены для частот СВ-диапа-зона. Для более высоких частот, например, для КВ-диапазона, значения емкостей и индуктивность контура (число витков) должны быть соответствующим образом уменьшены.

Конденсаторы типа КЛС, КМ, КД и т.д.

L1 - для СВ-диапазона содержит 150 витков провода ПЭЛШО 0.1 на каркасах 7 мм, подстроечники М600НН-3-СС2,8х12.

При настройке схемы на рис.2.1.г необходимо подобрать резисторы Rl, R3 так, чтобы напряжения между эмиттерами и коллекторами транзисторов стали одинаковыми и составили 3 В при напряжении питания схемы 9 В.

Использование транзисторных УВЧ позволяет усиливать радиосигналы. поступающие от антенн, в теледиапазонах - метровые и дециметровые волны. При этом наиболее часто применяются схемы антенных усилителей, построенные на основе схемы 2.1 .а.

Пример схемы антенного усилителя для диапазона частот 150-210 МГц приведена на рис.2.2.а. Радиоэлементы:

R1=47K, R2=470, R3=110, К4=47к, R5=470, R6=110. R7=47n, R8=470. R9=110,R10=75;

C1=15, С2=1н, С3=15, С4=?22, С5=15, C6=22, C7=15, C8=22;

T1,T2,T3 - 1Т311(Д,Л), ГТ311Д, ГТ341 или аналогичные.

Конденсаторы типа KM, КД и т.д.

Полосу частот данного антенного усилителя можно расширить в области низких частот соответствующим увеличением емкостей, входящих в состав схемы.

Радиоэлементы для варианта антенного усилителя для диапазона 50-210МГц:

R1=47K, R2=470, R3=110, Р4=47к. R5=470, R6=110. Р7=47к, R8=470. R9=110,R10=75:

C1=47, С2=1н. C3=47, C4=68, C5=47. C6=68, C7=47, C8=68.

T1,T2,T3 - ГТ311А, ГТ341 или аналогичные.

Конденсаторы типа KM, КД и т.д.

При повторении данного устройства необходимо соблюдать все требования, предъявляемые к монтажу ВЧ-конструкций: минимальные длины соединяющих проводников, экранирование и т.д.

Антенный усилитель, предназначенный для использования в диапазонах телевизионных сигналов (и более высоких частот) может перегружаться сигналами мощных СВ-, KB-, УКВ-радиостанций. Поэтому широкая полоса частот может быть неоптимальной, т.к. это может мешать нормальной работе усилителя. Особенно это сказывается в нижней области рабочего диапазона усилителя. Для схемы приведенного антенного усилителя это может быть существенно, т.к. крутизна спада усиления в нижней части диапазона сравнительно низка.

Повысить крутизну амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) данного антенного усилителя можно применением фильтра верхних частот 3-го порядка. Для этого на входе указанного усилителя можно применить дополнительную LC-цепь.

Схема подключения дополнительного LC-фильтра верхних частот к антенному усилителю приведена на рис.2.2.б.

Параметры дополнительного фильтра (ориентировочные):

С=5-10,

L - 3-5 витков ПЭВ-2 0.6, диаметр намотки 4 мм.

Настройку полосы частот и формы АЧХ целесообразно проводить с

Рис.2.2. Схема антенного усилителя МВ-диапазона.

помощью соответствующих измерительных приборов (генератор качающейся частоты и т.д.). Форму АЧХ можно регулировать изменением величин емкостей С, С1, изменением шага между витками L1 и числа витков.

Используя описанные схемотехнические решения и современные высокочастотные транзисторы (сверхвысокочастотные транзисторы - СВЧ-транзисторы) можно построить антенный усилитель ДМВ-диапазона. Этот усилитель можно использовать как с УКВ-радиоприемником, например, входящим в состав УКВ-радиостанции, или совместно с телевизором.

На рис.2.3 приведена схема антенного усилителя ДМВ-диапачона.

Полоса частот 470-790 МГц, усиление - 30 дБ, коэффициент шума -3 дБ, Входное и выходное сопротивления - 75 Ом, ток потребления - 12 мА. Одной из особенностей данной схемы является подача напряжения питания на схему антенного усилителя по выходному кабелю, по которому осуществляется подача выходного сигнала от антенного усилителя к приемнику радиосигнала - УКВ-радиоприемника. например, приемника УКВ-радиостанции или телевизора.

Антенный усилитель представляет собой два транзисторных каскада. включенных по схеме с общим эмиттером. На входе антенного усилителя предусмотрен фильтр верхних частот 3-го порядка, ограничивающий диапазон рабочих частот снизу. Это увеличивает помехозащищенность антенного усилителя. Радиоэлементы:

К1=150к, R2=1.K. R3=75K. R4=680:

C1=3.3, С10=10, С3=100, С4=6800, С5=100,

Т1.Т2 - КТ3101А-2, КТ3115А-2. КТ3132А-2.

Конденсаторы С1.С2 типа КД-1, остальные - КМ-5 или К10-17в.

L1 - ПЭВ-2 0.8мм, 2.5 витка, диаметр намотки 4мм.

L2 - ВЧ-дроссель, 25 мкГн.

На рис.2.3.6 приведена схема подключения антенного усилителя к антенному гнезду ТВ-приемника (к селектору ДМВ-диапазона) и к дистанционному источнику питания 12 В. При этом, как видно из схемы, питание на схему подается через коаксиальный кабель, используемый и для передачи усиленного ДМВ-радиосигнала от антенного усилителя к приемнику - УКВ-радиоприемнику или к телевизору. Радиоэлементы подключения, рис.2.3.6:

С5=100:

L3 - ВЧ-дроссель. 100 мкГн.

Рис.2.3. Схема антенного усилителя ДМВ-диапазона, б - схема подключения.

Монтаж:

на двустороннем стеклотекстолите СФ-2 навесным способом, длина проводников и площадь контактных площадок - минимальные, необходимо предусмотреть тщательное экранирование устройства. Регулировка:

токи коллекторов регулируются R1 и R3, Т1 - 3.5 мА, Т2 - 8 мА;

форму АЧХ можно регулировать подбором С2 в пределах 3-10 пФ и изменением шага между витками L1. И коротко об антеннах.

Хорошая антенна - одно из основных условии эффективной работы радиосредств: передатчиков, радио и телеприемников. Существуют разные антенны и их конструированию и эксплуатации посвящены специализированные издания. Здесь же необходимо отметить некоторые основные положения.

Антенны для передатчиков.

Простейшая антенна - штырь из толстой медной проволоки. Удобно в качестве штыревой антенны использовать телескопическую антенну. Оптимальная длина антенны данного типа соответствует четверти длины радиоволны (L/4, где L - длина волны ВЧ-иэлучения). Например, для частоты 74 МГц (верхняя частота отечественного УКВ-диапазона) длина антенны передатчика - 1 м, для частот 87-108 МГц - 0.6-0.8 м, для частоты 144-145 МГц - 0.5 м, для 430 МГц - 15 см, а для 900 МГц - 7-8 см. Однако для диапазона 27 МГц четверть длины волны составляет примерно 2.5 м. Антенна такой величины, конечно, неудобна в эксплуатации. В этом случае приходится уменьшать ее длину, но при этом используют различные схемотехнические решения, компенсирующие данное уменьшение.

При уменьшении длины штыревой антенны менее оптимальной величины излучаемая мощность уменьшается, а ток выходного каскада передатчика может значительно увеличиться. Это уменьшает мощность излучения, эффективность работы (отношение мощности излучения к мощности потребления энергии от источника питания), дальность, время функционирования автономного источника питания (сухих элементов, аккумуляторов), увеличивает нагрев выходного транзистора, что может привести к выходу его из строя и прекращению работы передатчика.

Антенну необходимо согласовывать с выходным каскадом радиопередатчика. Для мощного передатчика использование несогласованной антенны или его включение вообще без антенны (без нагрузки) может привести к выходу из строя транзистора оконечного каскада передатчика.

Рис.2.4. Схемы измерителей, используемых для настройки антенн передатчиков.

Согласование антенны с выходным каскадом передатчика осуществляется с помощью специальных LC-фильтров различной конструкции. , Это может быть, например, П-фильтр. Меняя величины емкостей и ин-дуктивностей (одной или нескольких) выходного (согласующего) фильт- \ра добиваются максимальной величины излучаемой мощности. J

Кроме этого в радиопередатчиках и радиостанциях вместо традици- • онных штыревых антенн используют антенны других конструкций, позволяющие уменьшить их физические размеры. Например, применяют спиральные антенны, отличающиеся значительно меньшими габаритами, чем телескопические. Это особенно важно для сравнительно низ- i ких частот, например, для диапазона 27 МГц. ¦

Контроль величины излучаемой мощности при согласовании (при настройке) выходного фильтра можно выполнить с помощью специ- ¦ альных схем-индикаторов. Данные схемы предназначены для измерения напряженности ВЧ-поля, генерируемого излучающей антенной ра- * диопередатчика. Антенну измерителя сначала располагают вблизи с антенной передатчика. По мере настройки излучающей антенны (согласования) передатчика и роста мощности излучения необходимо постепенно удалять антенну индикатора-измерителя напряженности ВЧ-поля от антенны передатчика.

Примеры схем индикаторов-измерителей, облегчающих процесс настройки передатчиков, приведены на рис.2.4:

на рис.2.4.а - простейшая схема (С1=10, С2=1н; D1.D2 - Гp.50^).

на рис.2.4.6 - схема с усилителем на ОУ (С1=10, С2=1н; D1.D2 -ГД507, R1=100K-1M, R2=100-lK, К3=10к-100к, К4=100-10к, R5=100-Юк, ОУ - любой, например, серии 140, R3 - установка коэффициента усиления, R5 - установка нуля). Второе устройство обладает значительно большей чувствительностью.

Использование индикаторов-измерителей.

Использование данных устройств, как это уже отмечалось, сводится к достижению максимальных показаний измерительных приборов в процессе согласования антенн передатчиков (настройки фильтров согласования). При этом на начальном этапе настройки антенны передатчика обе антенны - передатчика и индикатора, как уже отмечалось, располагают в непосредственной близости друг к другу. В дальнейшем по мере роста мощности излучения (в процессе настройки) расстояние между антеннами постепенно увеличивают. Антенны для приемников.

Рис.2.5. Схемы подключения к антенне нескольких приемников (УКВ и ТВ):

а - двух,

б - трех и более,

в - двух при низком затухании сигнала.

Для низких частот (ДВ-, СВ-, реже КВ-диапазон), как правило, используют - магнитные антенны (входные контурные катушки на ферритовых стержнях), для высоких частот (KB-, УКВ-диапазон) - телескопические антенны (в простейших случаях) и различные сложные антенные конструкции (чаще для ТВ-приемников).

Как правило, согласование штыревой антенны не представляет большой проблемы. Основная задача - обеспечить минимальное влияние антенны на параметры входного контура приемника - радиоприемника и телевизора. Но при этом необходимо передать от антенны на вход приемника максимальное значение полезного сигнала. С повышением частоты радиосигнала сложность этой проблемы возрастает. Усложняется схема согласующего устройства и при увеличении числа потребителей (радиоприемников) сигнала от антенны.

Необходимость в согласующих устройствах - распределителях сигналов от антенн обусловлена не только стремлением передать максимальные величины (части) полезных сигналов на приемники, но и минимизировать взаимное влияние приемников друг на друга.

На рис.2.5. приведены схемы согласования антенн с несколькими приемниками: УКВ-радиоприемниками и телевизорами. Соединение с антенной производится с помощью стандартного 75-омного коаксиального кабеля. Согласование антенны с несколькими приемниками радиосигналов возможно как с помощью достаточно простых реэистив-ных делителей, так и с помощью достаточно сложных схем, использующих в своем составе ВЧ-трансформаторы, ВЧ-дроссели и т.д.

На рис.2.5.а представлена схема оптимального подключения к антенне двух приемников (УКВ-радиоприемников и телевизоров) с помощью делителя на резисторах.

На рис. 2.5. б приведена схема оптимального подключения к антенне трех и более приемников (УКВ-радиоприемников и телевизоров) с помощью делителя на резисторах.

Схема согласования антенны и нескольких приемников с помощью делителя на резисторах, конечно, проста, но значительно ослабляет полезный сигнал. Это нередко требует последующего усиления с помощью антенного усилителя. Ослабление сигнала от антенны может быть уменьшено при использовании соответствующих схем-согласователей с ВЧ-трансформаторами.

На рис.2.5.в представлена схема оптимального подключения к антенне двух приемников (УКВ-радиоприемников и телевизоров) с помощью схемы, использующей ВЧ-трансформаторы. Данная схема обеспечивает передачу от антенны на приемники сигналов большей величины (большей доли) радиосигнала, т.е. согласование с антенной сопровождается меньшими потерями полезного сигнала.