Любительская УКВ радиостанция (Жутяев С.Г.) - часть 1

ПРЕДИСЛОВИЕаВ последнее время все больше радиолюбителей посвящают свой досуг увлекательному занятию — любительской радиосвязи на УКВ.

Многообразие процессов, происходящих в атмосфере и ионосфере Земли, позволяет радиолюбителям проводить интереснейшие радиосвязи. Наряду с дальним тропосферным распространением УКВ любители используют отражение УКВ от спорадического ионизированного слоя Es, от северного сияния, от метеорных следов. Большой интерес представляет радиосвязь с использованием отражения радиоволн от Луны.

Любительская радиосвязь на УКВ является одним из военно-технических видов спорта. Участвуя в соревнованиях различного масштаба, совершенствуя свое спортивно-техническое мастерство, радиоспортсмены-ультракоротковолновики имеют возможность пройти путь от третьего спортивного разряда до звания «Мастер спорта СССР международного класса».

Широкие возможности открываются перед ультракоротковолновиками в области технического творчества.

Следует иметь в виду, что постройка и эксплуатация радиостанций требуют соответствующего разрешения Государственной инспекции электросвязи СССР. За изготовление, хранение и использование радиопередающих устройств без такого разрешения владельцы устройств несут ответственность. Порядок получения разрешений на любительскую передающую аппаратуру изложен в «Инструкции о порядке регистрации и эксплуатации любительских приемопередающих радиостанций индивидуального и коллективного пользования».

Замечания и пожелания по книге просьба направлять по адресу: 101000, Москва, Главпочтамт, а/я 693.

ТРЕБОВАНИЯ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ К УКВ РАДИОСТАНЦИИ
Для того чтобы сформулировать требовании, предъявляемые к любительской УКВ радиостанции, необходимо ответить на вопрос: от чего зависит эффективность такой радиостанции и каковы пути се повышения.

Помехи, относящиеся ко второй группе, — импульсные помехи более характерны для городских условий. Это помехи от систем зажигания автомобилей,

о г коллекторных электродвигателей, от искрении контактных проводов трамваев и троллейбусов, а также от большого количества прочих источников. Если импульсные помехи хорошо выделяются на фоне шумов в виде отчетливых щелчков или тресков, то в таком случае достаточно эффективно помогают различного рода ограничители амплитуды. В условиях большого города импульсные помехи от многих источников сливаются в сплошной шум, который «на слух» воспринимается как шум теплового происхождении. Импульсные помехи такого вида непосредственно примыкают к помехам, относящимся к третьей группе, т. е. к шумам различного происхождения. Как уже указывалось, это могут быть шумы космического происхождения (прежде всего Солнца), а также тепловые шумы, излучаемые атмосферой и земной поверхностью. На большом удалении от города именно эти шумы определяют предельную чувствительность радиостанции.

ЛЮБИТЕЛЬСКАЯ УКВ РАДИОСТАНЦИЯ

Функциональная схема

Радиостанция предназначена для проведения любительских радиосвязей в трех УКВ диапазонах: 144—146, 430 -440 н 1215—1300 МГц — и обеспечивает в данных диапазонах следующие параметры.

В диапазоне 144 МГц: коэффициент шума в режиме приема составляет 1,8; мощность в режиме передачи — 5 Вт. В диапазоне 432 МГц: коэффициент шума в режиме приема — 2,0; мощность в режиме передачи — 5 Вт. В диапазоне 1296 МГц: коэффициент шума в режиме приема — 2,5—3,0; мощность в режиме передачи — 3 Вт.

Радиостанция может работать как автономно (только в телеграфном режиме), так и совместно с коротковолновым трансивером. И в том и в другом случае обеспечивается траисиверный режим работы, т. е. происходит автоматическое совмещение частот приема и передачи. Функциональная схема радиостанции показана на рис. 2. Радиостанция состоит из четырех основных блоков: трех трансверторов соответственно на диапазоны 144, 432 и 1296 МГц и маломощного телеграфного трансивера на диапазон 21 МГц. Название «трансвертер» происходит от двух английских слов «transmitter» — передатчик, «converter» — конвертер и означает, что данное устройство предназначено для преобразования частоты не только в режиме приема, но и в режиме передачи. Совпадение частот приема и передачи обеспечивается тем, что в обоих режимах используется «дин и тот же опорный гетеродин. Таким образом, каждый трансвертер можно подразделить на три основные части: приемный тракт, передающий тракт и общий гетеродин. Именно в таком виде показаны трансвертеры на функциональной схеме.
* Об учете потерь в фидере будет рассказано в конце книги.

Рабочий диапазон станции выбирается переключателем В1, при этом к основному блоку, трансиверу на диапазон 21 МГц, подключается тот или иной трансивер. Переключатель В2 служит для перехода на работу с внешним КВ трансивером.

Рис. 2. Функциональная схема радиостанции.

Принципиальная схема трансвертера 144/21 МГц

Принципиальная схема трансвертера приведена на рис. 3. Трансвертер состоит из приемного тракта — транзисторы 1Т9 и 1Т10, передающего тракта — транзисторы 1Т1—1Т4 и общего гетеродина — транзисторы П5—1Т8.

Гетеродин построен по традиционной схеме, состоящей из кварцевого автогенератора и цепочки умножителей Для снижения уровня помех на паразитных частотах в выходном сигнале гетеродина применен способ возбуждения кварцевого резонатора на третьей механической гармонике. Задающий генератор собран по емкостной трехточечной схеме с кварцевым резонатором в цепи обратной связи. Это наглядно видно, если изобразить схему автогенератора в несколько измененном виде, как показано на рис. 4.

При приближении к частоте последовательного резонанса эквивалентное сопротивление кварцевого резонатора резко уменьшается. Это приводит к замыканию цепи обратной связи, и мы получаем схему обычного LC-генератора. Необходимость применения селективного контура в автогенераторе вызвана тем, что с ростом номера механической гармоники эквивалентное последовательное сопротивление возрастает и условия самовозбуждения ухудшаются. При отсутствии контура самовозбуждение всегда происходило бы на наиболее выгодной с энергетической точки зрения основной резонансной частоте кварца. Настройкой контура удается создать наилучшие условия для самовозбуждения на необходимой нам гармонике. Стабильность работы генератора определяется добротностью резонатора на соответствующей механической гармонике. Чем выше добротность, тем меньше эквивалентное сопротивление на частоте последовательного резонанса. При расстройке контура относительно резонансной частоты кварцевого резонатора эквивалентное сопротивление последнего быстро увеличивается, однако полному разрыву цепи обратной связи мешает наличие паразитной емкости кварцедержателя, собственно кварцевой пластины, а также емкость между базовым выводом транзистора и землей. Они образуют емкостный делитель, благодаря которому могут выполняться условия самовозбуждения на частотах, отличных от резонансной частоты кварцевого резонатора. Этот фактор необходимо учитывать, если надо возбудить малоактивный резонатор или получить генерацию на более высокой механической гармонике (5, 7 и т. д.). Иногда для нейтрализации шунтирующего действия паразитной емкости параллельно кварцевому резонатору подключают дополнительную катушку индуктивности с таким расчетом, чтобы на частоте нужной гармоники эта индуктивность и паразитная емкость образовали параллельный резонансный контур.

Рис. 3. Принципиальная схема трансвертера 144/21 МГц,

На рисунке представлены графики, поясняющие механизм работы умножителя. График на рис. 5, а показывает форму напряжения на базе транзнстора. В тот момент, когда это напряжение достигает границы открывания транзистора, появляется коллекторный ток (рис. 5,6). Длительность импульсов, протекающих через транзистор, зависит от амплитуды напряжения на базе и напряжения автосмещения. Импульсы коллекторного тока ударно возбуждают колебательный контур, включенный в коллекторную цепь. После окончания импульса дальнейшие колебания продолжаются только благодаря энергии, запасенной в кон-туре (рис. 5, в). В силу того, что в реальном контуре имеются потери и добротность его не бесконечна, амплитуда колебаний уменьшается по экспоненциальному закону. Это приводят к появлению на выходе умножителя амплитудной модуляции с частотой входных импульсов. Подобная модуляция без труда сохраняется во всех дальнейших ступенях умножения, так как чем выше частота, тем шире полоса пропускания контуров. В результате в выходном сигнале гетеродина появляются

мощные составляющие, отстоящие от центральной частоты на частоту модуляции, т. е. в нашем случае на частоту кварцевого генератора. По этой причине следует по возможности избегать в гетеродине высоких степеней умножения. Если к спектральной чистоте сигнала гетеродина предъявляются повышенные требования, то иногда применяют двухтактную схему удвоения частоты (рис. 6). В такой схеме ударное возбуждение контура происходит каждый период и амплитудная модуляция сводится к минимуму.
Возвратимся к принципиальной схеме. G выхода полосового фильтра сигнал поступает на последний умножитель. Умножитель собран на транзисторе 1Т7 по схеме с общим эмиттером и не имеет каких-либо особенностей. В качестве колебательной системы применен четвертьволновый резонатор, укороченный емкостью. Далее сигнал усиливается транзистором ITS до амплитуды, необходимой для нормальной работы смесителей приемного и передающего трактов. Выходная частота гетеродина 123 МГц.