АЗБУКА
УКВ-АППАРАТУРЫ
Статья
10. Приборы для настройки УКВ-аппаратов
(окончание)
Определение
чувствительности приемника.
Применение описанных выше вспомогательных
источников сигнала позволяет достаточно объективно оценить чувствительность
приемника. Но если вас интересует абсолютная оценка качества приемника,
выраженная в цифровых величинах, тогда следует серьезно заняться изучением
методов измерения чувствительности. Как уже указывалось, наиболее универсальным
параметром, позволяющим характеризовать чувствительность приемника, является
коэффициент шума. Для измерения коэффициента шума нужен калиброванный источник
шумового сигнала. В качестве такого источника нашел широкое применение
ламповый диод, работающий в режиме насыщения анодного тока.
Промышленностью
выпускается диод типа 2Д2С, пригодный для шумовых измерений в диапазоне до
нескольких сотен мегагерц. Основное достоинство подобного источника заключается
в том, что имеется однозначная зависимость между интенсивностью генерируемого
шума и анодным током диода. Эта зависимость описывается простым выражением:
N = 20,5I0RkT0, Где N - мощность шума на
единицу полосы пропускания, Вт/Гц; I0 - анодный ток, A; R-сопротивление нагрузки, Ом; к- постоянная Больцмана; Т0 -
температура окружающей среды (произведение кТ0 равно мощности
тепловых шумов активного сопротивления, нагретого до температуры Т0); I кТ0 = 4*10-21
Вт/Гц; 20,5 - коэффициент, имеющий размерность 1/В.
Из формулы видно, что миллиамперметр
генератора шума, измеряющий анодный ток шумового диода, может быть
отградуирован непосредственно в единицах кТ0
Достаточно подробно методика измерения шумовой
характеристики УКВ приемника (или УВЧ конвертера) описана в [1].
На рис. 10.12 изображена принципиальная схема
измерительного устройства, называемого генератором шума и предназначенного для
измерения коэффициента шума (чувствительности) приемника.
Собственно генератор шума изображен в верхней
части схемы. С верхней (по схеме) обмотки трансформатора Тр1 снимается напряжение
2,5 В переменного тока с частотой 50 Гц и через переменный резистор R1 и дроссели L1 и L2 подается на разогрев катода диода VD1.
Для создания условия прохождения через VD1 анодного тока служит выпрямитель высокого
напряжения, выпрямляющий переменное напряжение (~130В), полученное со средней
обмотки Tpl. На катод VD1 это выпрямленное напряжение подается в
отрицательной полярности для того, чтобы анод диода VD1, подключенный к заземленному входу приемника, находился под
положительным потенциалом. При этом условии через диод пойдет анодный ток,
измеряемый миллиамперметром ИП1.
Чувствительность приемника измеряется с
помощью шумового генератора следующим образом. Генератор подключают ко входу
приемника и с помощью ручной регулировки усиления резистором R1 устанавливают некоторый уровень шума на выходе УНЧ. Приемник должен
работать в режиме приема телеграфных или SSB сигналов при отключенной АРУ. Если в нем есть
регулировка полосы пропускания, то ее надо поставить в положение максимальной
ширины полосы. Индикатором выхода может служить тестер или любой другой прибор
для измерения переменного напряжения, подключенный к выходу НЧ приемника. Если
в приемнике нет режима приема телеграфных сигналов, то вольтметр надо
подключить к выходу УПЧ.
После того как на индикаторе выхода установлен
некоторый уровень шума, включают питание шумового диода и подбирают такой
анодный ток, при котором произойдет удвоение мощности выходного сигнала
(показания вольтметра должны увеличиться в 1,41 раза). Это будет означать, что
неизвестная мощность шумов, приведенная ко входу приемника, сравнивается с
известной мощностью шумового генератора. При этом полезно помнить, что мощность
шумов, приведенная ко входу, в данном случае складывается из собственных шумов
приемника и тепловых шумов, которые генерируют активное сопротивление, входящее
в состав диодного генератора. Таким образом, даже в идеальном приемнике, в
котором собственные шумы вообще отсутствуют, мощность шумов, приведенная к
входу, в данном случае равна 1 кТо. Если же надо оценить собственные шумы приемника,
то из полученной в результате измерений цифры надо отнять единицу. Например, у
приемника, имеющего коэффициент шума 1,8, собственная мощность шумов
составляет 0,8 кТо.
Описанную ранее методику измерений можно
несколько усовершенствовать. Дело в том, что на практике неудобно отслеживать
по стрелочному прибору увеличение напряжения в 1,41 раза. При этом или каждый
раз надо рассчитывать значение, которое надо получить при включении
генератора, или каждый раз устанавливать начальное напряжение на заранее нанесенную
на шкале риску. Значительно удобнее ввести в измерительную цепь делитель,
подключаемый одновременно с подачей анодного напряжения на шумовой диод.
Делитель надо настроить так чтобы при его подключении напряжение, поступающее
на индикатор выхода, уменьшалось в 1,41 раза. При включении генератора это
уменьшение компенсируется соответствующим увеличением шума приемника.
Схема делителя, состоящая из двух каскадов
эмиттерных повторителей на VT1 и VT2, показана в нижней части рис. 10.12.
Полная схема измерителя шума состоит из
шумового генератора (VD1), измерительной схемы (VT1 и VT2) и блока питания на Tpl.
Прибор работает
следующим образом. В начальный момент. Когда кнопка S1 отжата, контакт Р1.1 разомкнут и питание на VD1 не поступает. Шумовой сигнал с выхода приемника поступает на гнездо
«Вход сигнала НЧ» и далее через эмиттерные повторители на VT1, VT2 и выпрямитель, на
стрелочный индикатор ИП2. При нажатой кнопке S1 включается реле Р1 и на диод VD1 поступает
анодное напряжение 120... 150 В. Ток диода можно регулировать переменным
резистором R1. Одновременно с этим
контакт Р1.2 подключает нижнее плечо делителя напряжения, который обеспечивает
ослабление шумового сигнала на 3 дБ.
Настройка прибора
сводится к регулировке делителя с помощью R10. Для этого на гнездо «Вход сигнала НЧ» надо подать синусоидальный сигнал
и по вольтметру, подключенному к точке а, добиться того чтобы при нажатии
кнопки выходное напряжение уменьшалось в 1,41 раза.
Конструкция
измерителя не имеет особенностей. Важно только обеспечить минимальную длину
выводов резистора R2 и конденсаторов СЗ и С4.
При этом для предотвращения внешних наводок желательно снабдить диод VD1 отдельным экраном.
Дроссели L1 и L2 содержат
по 20 витков провода ПЭВ2-0,64. Диаметр каркаса 4 - 5 мм. Прибор ИП1 - любой
миллиамперметр со шкалой 5...10 мА, ИП2 - микроамперметр со шкалой 50...200
мкА. Реле Р1 типа РЭС-9. Вместо диодов VD2, VD3 можно применить газоразрядный стабилитрон СГ1П.
Выпрямительные
мосты ВП1...ВПЗ выбирать по величине выпрямляемого напряжения.
Процедура измерения
коэффициента шума данным прибором очень проста. Нажимая и отжимая кнопку S1, надо с помощью R1 добиться неизменных показаний стрелочного индикатора ИП2. Коэффициент
шума отсчитывается по миллиамперметру ИП1. С помощью прибора можно легко найти
оптимальное положение элементов настройки входной цепи приемника. Для этого
надо нажимать кнопку S1 с периодичностью 0,5...1 с
и, подстраивая входную цепь, следить по индикатору ИП2 за изменением
коэффициента шума.
Прибор пригоден для
абсолютных измерений коэффициента шума в KB диапазонах, а также в диапазонах 144 и 432 МГц. В
диапазоне 1296 МГц шумовой генератор дает большую погрешность и годится только
для относительных измерений.
Другие приборы и устройства.
Эквивалент нагрузки.
Эквивалент нагрузки
необходим при настройке усилителей мощности. Для настройки мощных выходных усилителей и одновременного измерения
выходной мощности оконечного каскада к эквиваленту нагрузки добавляется
простейшая схема с измерительным прибором.
Основных требований
к эквиваленту нагрузки два:
1.Эквивалент нагрузки должен иметь величину входного сопротивления,
равную величине сопротивления фидеру антенны, которая применяться с данным
усилителем мощности. 2. Эквивалент нагрузки должен выдерживать подводимые к
нему мощности в соответствии с расчетной мощностью выходного каскада усилителя мощности.
Эквивалент нагрузки
подключается к выходу усилителя мощности во избежание выхода из строя
транзистора выходного каскада, так как выход передающего тракта всегда должен
быть подключен к нагрузке, соответствующей волновому сопротивлению фидера.
Эквивалент нагрузки
можно изготовить самостоятельно, соединив параллельно несколько двухваттных
резисторов типа МЯТ. Для настройки усилителей с выходной мощностью до 5 Вт это
могут быть, например, четыре резистора по 300 Ом, если предполагается
использовать фидер с волновым сопротивлением 75 Ом, или шесть резисторов по
300 Ом, если сопротивление фидера 50 Ом. Схема эквивалента нагрузки показана
на рис. 10.13
Эквивалент нагрузки
снабжен диодным детектором, позволяющим контролировать выходную мощность передатчика.
Нагрузочные резисторы и детектор помещаются в
небольшую металлическую коробочку, с высокочастотным разъемом. Резисторы R1...R4 располагаются
в виде звезды относительно
разъема и должны иметь минимальную длину
выводов. Если детектор снабдить стрелочным индикатором, то мы получим
автономный прибор - простейший измеритель мощности. При этом желательно ввести
переключатель, изменяющий сопротивление резистора R5, а следовательно, и
предел измерения мощности.
Приставка
к KB приемнику.
Для точной настройки колебательных контуров
многокаскадного УКВ гетеродина существует несколько методов. Ранее уже были
рассмотрены такие приборы, как ГИР и измерительная линия, с помощью которых
можно достаточно легко настроить контуры в каскадах гетеродина.
Если размеры катушек контура выдержаны
достаточно точно, а подстроечные конденсаторы находятся примерно в среднем
положении, опасность настройки фильтра на неправильную гармонику невелика.
Однако если изменены размеры катушек или частота кварцевого генератора, полезно
тем или иным способом проверить правильность настройки.
Один из способов настройки контуров гетеродина
описан в [1]. Этот способ предполагает использовать для настройки контуров
коротковолновый связной радиоприемник.
Если приемник может работать в нужном диапазоне
частот, то к его входу надо подключить отрезок провода, другой конец которого
поднести к настраиваемому контуру. При вращении подстроечного конденсатора
этого контура максимум громкости сигнала должен совпадать с настройкой контура
на нужную частоту. Возможности такого метода ограничены тем, что большинство
связных приемников работают на частотах не более 25 МГц. Расширить диапазон
принимаемых радиоприемником частот можно с помощью простейшей приставки, схема
которой показана на рис. 10.14.
Приставка практически является конвертером с
исключительно большой полосой пропускания по входу. Она представляет собой
кварцевый автогенератор, выполненный на транзисторе КТ368, который так же
выполняет и функции смесителя, работающего на гармониках частоты кварцевого
автогенератора.
При проведении измерений по настройке контуров
гетеродина выход приставки с помощью отрезка кабеля подключается к входу
коротковолнового приемника, а вход коротким отрезком монтажного провода надо
связать с контуром настраиваемого умножителя. Для этого достаточно
изолированный конец монтажного провода поднести а «горячему» выводу контура.
Или к входу приставки подключить кусок тонкого коаксиального кабеля, а на
втором конце этого кабеля сделать небольшую короткозамкнутую петлю и расположить ее в непосредственной
близости от настраиваемого контура.
В силу того, что в приставке отсутствуют селективные
цепи, прием происходит одновременно на многих гармониках автогенератора. В
многообразии сигналов помогает разобраться то, что заранее известны частоты
кварцевого генератора гетеродина и кварцевого генератора приставки.
В приставке можно применить любой кварцевый
резонатор с частотой от 8 до 15 МГц.
В качестве примера рассмотрим процесс
настройки контура на частоту 61,5 МГц. Пусть в приставке использован кварцевый
резонатор на частоту 9620 кГц, а проверка кварцевого генератора настраиваемого
гетеродина показала, что его частота составляет 20504 кГц. В этом случае сигнал
на выходе утроителя будет иметь частоту 61 512 кГц. Такой сигнал можно
прослушивать, используя четвертую или пятую гармонику гетеродина приставки. В
первом случае сигнал следует искать на частоте 61512— 9620x4 = 23032 кГц. Во
втором случае, который подходит для приемников, имеющих более узкий рабочий
диапазон, сигнал надо искать на частоте 61512—9620x5=13412 кГц. Таким образом
можно контролировать правильность настройки умножителей до частот 400—500 МГц.
Очень удобно в приставке использовать кварц на
10 МГц. Чтобы понять преимущество такого варианта рассмотрим конкретный пример.
У меня имеется древний связной радиоприемник Р-250М, который позволяет
прослушивать KB диапазоны с
частотами от 1,5 до 25,5 МГц. Если на вход этого приемника подключить описываемую
приставку с кварцем 10 МГц, то первая гармоника этого кварца позволит мне
прослушивать дополнительно частоты от (1,5+10)=11,5 до (25,5+10)= 35,5 МГц.
Вторая гармоника кварца позволит мне прослушивать на прием-ник Р250М частоты от
(1,5 + 10x2)= 31,5 до (25,5 + 10х2)=45,5 МГц и так далее. Десятая гармоника кварца
позволит мне прослушивать частоты от (1,5 + 10хЮ)=101,5 до (25,5 + 10x10)=
125,5 МГц. Считается, что эффективными могут быть до тридцатой гармоники и
более.
В принципе, диапазон частот приставки можно
еще более расширить, если применить более высокочастотный транзистор и
уменьшить емкость конденсаторов С2, С4.
Стенд
для регулировки электронной настройки.
Электронная перестройка контура генератора в
широких пределах может достаточно просто осуществляться при помощи диодов типа
Д220, Д223 и других. Если задаться целью освоить использование в системе
электронной настройки простых выпрямительных диодов вместо варикапов, то следует сделать простейший стенд,
схема которого показана на рис. 10.15.
В качестве
измерительного прибора ИП1 мною используется цифровой мультиметр DT9502, переключенный на измерение емкости. В качестве
ИП2 используется стрелочный вольтметр постоянного напряжения. С1 подключается
последовательно с измеряемой емкостью с целью уменьшить диапазон емкостей
измеряемых диодов. Считаю, что с этим конденсатором проводимая на стенде
работа становится более наглядной. Величину емкости С1 можно увеличивать до
510 пФ.
Остальные элементы,
по моему мнению, в пояснениях не нуждаются.
Работа проводится
следующим образом. На стенд подключаются исследуемые диоды и подается
напряжение питания порядка 5...10 В. Резистором R3 величину подаваемого на диоды напряжения можно регулировать в широких
пределах. Движок R2 устанавливается в нижнее по
схеме положение, при этом на диоды напряжение не подается. Берем листок бумаги
и записываем показание ИП1 при напряжении на диодах 0. Затем движком резистора
устанавливаем на исследуемых диодах напряжение 0,1 В. Величину напряжения
контролируем вольтметром ИП2. Записываем величину емкости, соответствующую
данному напряжению.
Затем устанавливаем
попеременно на диодах напряжения 0,2, 0,3, 0,4 В и т.д. и для каждого из этих
напряжений записываем соответствующую величину емкости.
После этого
сделанные записи можно оформить в виде графика.
Точно таким же
образом на этом испытательном министенде можно проверить работу варикапов или
каких то других диодов.
Тяпичев Г. А
Литература.
1. С. Жутяев «Любительская УКВ радиостанция»,
Москва, «Радио и связь», 1981 год.