на главную
Карта сайта
English version
Вы читаете:

Активные антенны Е-поля

Антенны
3 месяца назад

Активные антенны Е-поля. Первые шаги реализации (часть 4)


Чистка радиоприёмной системы

Всё ниже сказанное вполне применимо к системе с аналоговым приёмни ком, даже если он ламповый. В системе с SDR-приёмником и визуализацией сигналов в эфире требуется особая чистота, чтобы система не забивала саму себя помехами.

Тяжеловесом в спектре помех обычно оказывается импульсный БП для ноутбука. Кроме его замены на аналоговый БП, я ничего не предлагаю, доработка вряд ли даст результат. Но дело не только в этом БП. В самих ноутбуках из внешнего напряжения формируются все напряжения питания с помощью внутренних импульсных стабилизаторов. Даже в самых качественных ноутбуках не хватает фильтрации для чистки входной линии питания. Поэтому из низковольтного кабеля питания ноутбука следует сделать кабельный дроссель индуктивностью сотни микрогенри, намотанный на ферритовом кольцевом магнитопроводе 1У12000-М10000 или N87. На рис. 11 слева показан дроссель на кольце диаметром 73 мм из феррита М2500НМС, изъятом из трансформатора 220В/11В для галогенных ламп.

Дроссель

Рис. 11. Дроссель

 

Существенно снизить неприятные широкополосные помехи от ноутбука поможет дроссель на USB-кабеле, подключённый к SDR-приёмнику (рис. 11 справа). По итогам это был самый сложный момент при "уборке", а проблема оказалась в самом кабеле. Скорость передачи данных по этому кабелю - большая, и кабельный дроссель не должен этому мешать из-за разницы в индуктивностях отдельных проводов в кабеле. С обычным кабелем, имеющимся в настоящее время в продаже, уже при индуктивности кабельного дросселя 200 мкГн нарушался поток данных от SDR-приёмника к ноутбуку. Только после поиска на складах неликвидов мне достался даром старый немецкий USB-кабель 1999 г выпуска, который тогда гордо стоил 25 марок. Им ясмог намотать дроссель индуктивностью 1800 мкГн, и помехи от ноутбука в спектре радиоприёма окончательно исчезли. Поэтому надо искать толстые и тяжёлые USB-кабели с медными проводами и плотной оплёткой, а ещё потребуются большие кольца из феррита М2000, М2500 или N87 диаметром не менее 100 мм.

Питание для АА следует подавать через трёхступенчатый синфазный фильтр, как это предлагается в схеме универсального инжектора (рис. 12). С небольшими доработками он пригоден для использования совместно с очень многими АА и широкой номенклатурой радиоприёмников. Но для начала стоило бы собрать этот инжектор по образцу на рис. 13, это был мой первый "временный" и, конечно, долго служивший инжектор. После положительного опыта с разными компонентами можно изготовить печатную плату и корпус, использовать минимум металла в конструкции.

Схеме универсального инжектора

Рис. 12. Схеме универсального инжектора 

 

Инжектор

Рис. 13. Инжектор

 

Принципиально важным моментом является применение аналогового БП, который не вырабатывает вредное ВЧ-излучение. К нему нет особых требований, кроме соответствия по напряжению и току к применяемой АА. Необходимая стабилизация обеспечена при использовании стандартных стабилизаторов серии 78хх или х317.

Синфазные дроссели L4-L6 обеспечивают широкополосное подавление по ВЧ в сторону сети 230 В. При их выборе надо проверить направление обмоток. Если подключить RLC-метр к выводам на одной стороне и замкнуть выводы с другой, индуктивность должна быть близка к нулю, но реально получается 0,01...10% от номинала изделия. Если получается четырёхкратное значение от номинала, имеем дело с двойным дросселем, и он нам не подходит. Каждая обмотка в отдельности имеет номинальную индуктивность.

АЧХ трёх дросселей серийного производства индуктивностью 100 мГн, 6,8 мГн и 0,4 мГн

Рис. 14. АЧХ трёх дросселей серийного производства индуктивностью 100 мГн, 6,8 мГн и 0,4 мГн

 

Конденсаторы С4-С7 "обнулят" фазу после каждого дросселя, что устранит выбросы в АЧХ от взаимодействий дросселей при их неидеальном исполнении. На рис. 14 показана АЧХ трёх дросселей серийного производства индуктивностью 100 мГн, 6,8 мГн и 0,4 мГн, включённых последовательно, R7 и R8 не установлены. Конденсаторы С4-С7 подобраны индивидуально по признаку улучшения АЧХ. Красивая синяя наклонная линия - не очень хороший результат. У "магазинных" синфазных дросселей проблема состоит в идентичности их марки феррита, от чего получается просто дублирующий наклон от каждого дросселя к высоким частотам. Но другие синфазные дроссели вряд ли найдутся на прилавках. А если заменить промышленный дроссель L4 самодельным с ВЧ-ферритом М600НН К12х9х8 (30 витков двухпроводной линии 2x0,3 мм, намотка - Z-образная) индуктивностью 280 мкГн и установить резисторы R7 = R8= 12 кОм, получится АЧХ, показанная на рис. 15. То есть каскадирование дросселей осуществляется не просто по номиналам, а ещё по разным маркам ферритов. Поскольку дроссель на ферритовом кольце М600НН обладает лишней добротностью, нужно подобрать резисторы R7 и R8 для выравнивания АЧХ.

АЧХ промышленного дросселя L4 с ВЧ-ферритом М600НН К12х9х8 индуктивностью 280 мкГн и резисторами R7 = R8= 12 кОм

Рис. 15. АЧХ промышленного дросселя L4 с ВЧ-ферритом М600НН К12х9х8 индуктивностью 280 мкГн и резисторами R7 = R8= 12 кОм

 

Элементы R4C1 устраняют НЧ-шум от стабилизатора напряжения в аналоговом БП. Это важно для приёма на диапазонах СДВ-ДВ-СВ, так как многие микросхемные стабилизаторы вырабатывают существенный шумовой спектр. Падение напряжения на R4 мало повлияет на работу большинства разработок АА. Конденсатор С2 блокирует ВЧ-помехи.

Дроссели L1-L3 с малым сопротивлением без проблем пропускают ток, потребляемый АА. Дроссель L3 требует особого внимания при подборе, поскольку малогабаритные изделия могут не соответствовать по предельно допустимому току, индуктивность может от протекающего тока уменьшиться в разы. Самые мощные АА могут потреблять ток 150...200 мА. Остальные компоненты - в обычном исполнении не должны вызвать проблемы. И здесь нужно подобрать дроссели с разными ферритами. Это обеспечивается тем, что надо выбрать изделия с заявленной в документации высокой добротностью (серии ЕС24, CECL). Во избежание выбросов в суммарной АХЧ нужны сглаживающие резисторы R1 и R2, их номинал (3...10 кОм) не критичен.

Резистивный аттенюатор R3R5R6 с затуханием 10 дБ (в тракте 50 Ом) чаще всего даст больше пользы, чем повредит по отношению С/Ш, если работает качественная АА. Он снизит уровень шума от линии питания АА к приёмнику. Важно, что с ним можно скорректировать уровень шума от АУ и шумы спокойного эфира, чтобы они вызвали в приёмнике лёгкий подъём шумового фона на 3...6 дБ без сужения системного ДД. Если у приёмника есть свой входной резистивный аттенюатор, резисторы R3 и R6 можно не устанавливать, а на месте резистора R5 установить проволочную перемычку. Для карманных приёмников (PL-660 и подобные) рекомендуется R3 = 56...82 Ом, R5 = R6 = 220 Ом.

Стоит отметить, что и сам SDR-приёмник должен быть запитан из чистого источника питания, каскад из синфазных дросселей решит все проблемы. Можно совместить питание SDR и АА.

Практически любая АА может полноценно работать в стационарных условиях только с фидерным синфазным дросселем для окончательной отсечки АА от притока домашних помех. Сразу разобью надежду, что с помощью ферритовых защёлок можно решить эту задачу. Они погоду делают на частотах более 50 МГц, а созданная ими индуктивность получается не более 0,5...3 мкГн в зависимости от их габаритов. Если вблизи АА находится мощная УКВ-станция, то прямо у печатной платы аУ такая защёлка может снизить вредоносный уровень УКВ-наводок, но в ущерб приёму на частотах более 20 МГц.

Так как придётся намотать коаксиальный кабель, для этой задачи рекомендуется использовать ферритовые кольца диаметром не менее 60 мм и высотой не менее 25 мм. Для снижения ёмкостного эффекта НЧ-ферритов рекомендуется намотать на кольца толстый слой (0,5 мм и более) изоляционной ПВХ-ленты. Заодно это обеспечит механическую защиту хрупкому ферриту и не пропустит влагу.

Ферриты с проницаемостью более 10000 хорошо подавляют помехи на ДВ и нижней части СВ. Для примера на рис. 16 показана АЧХ дросселя, намотанного кабелем RG-174 (20 витков) на двух сложенных кольцах типоразмера 65x38x25. Индуктивность дросселя - 10 мГн.

АЧХ дросселя, намотанного кабелем RG-174 (20 витков) на двух сложенных кольцах типоразмера 65x38x25

Рис. 16. АЧХ дросселя, намотанного кабелем RG-174 (20 витков) на двух сложенных кольцах типоразмера 65x38x25

 

После установки такого дросселя у городской АА на частоте 450 кГц стали слышны SSB-сигналы энергетической службы региона. Ранее на этих частотах стоял один треск. Также существенно прочистился приём радиовещательных станций в диапазоне 200...800 кГц. Этот же одиночный магнитопровод и 11 витков кабеля дадут индуктивность 1,5 мкГн, что обеспечит максимальное подавление от 300 кГц к 400 кГц (рис. 17). Уменьшение числа витков кабеля до шести не приводит к изменению частоты максимального подавления, но само подавление будет меньше (рис. 18). Получается так, что число витков определяет в первую очередь глубину подавления, но мало влияет на частоту максимального подавления.

Рис. 17.

 

Рис. 18.

 

Кольцо из феррита N87 типоразмера К60х38х2з и Z-обмоткой с 17 витками даст индуктивность 1500 мкГн, аАЧХ показана на рис. 19. Два кольца из того же феррита типоразмера К100х60х12 и Z-образной намоткой восемь витков дают индуктивность на 430 мкГн и АЧХ, показанную на рис. 20.

Рис. 19.

 

Рис. 20.

 

Как ранее отмечено, переход на большой диаметр и меньшее сечение сдвигает частоту максимального подавления вверх. Собственный резонанс смещён ближе к частотам
800...900 кГц, и подавление на ДВ пропадает. Нужно отметить, что феррит N87 хорошо подавляет помехи до частоты 10 МГц.

Два кольца из феррита М2000НМ типоразмера К125х80х12 с Z-обмоткой и 17 витками дают индуктивность дросселя 1000 мкГн и АЧХ, показанную на рис. 21. Здесь видно, что феррит М2000 на частоте 10...20 МГц уступает ферриту N87, но на частоте 5 МГц работает не хуже.

Рис. 21.

 

ВЧ-феррит М1000НН не надо путать с 1000НМ, это уже настоящая керамика без электрической проводимости. Оптимальная частота для дросселя одним плоским кольцом будет около 8 МГц, минимум не особо острый, но эффективное подавление в диапазоне 5...50 МГц. На двух сложенных кольцах К100х60х15 и 12 витков получается АЧХ дросселя, показанная на рис. 22, минимум сместился к частоте 6,5 МГц, и этот дроссель ниже 1 МГц практически не работает. Я установил для своей АА дроссель (12 витков) из четырёх колец К100х60х15, чем на средних КВ-диапазонах прекрасно чистился приём от домашних помех.

АЧХ дросселя

Рис. 22. АЧХ дросселя

 

Оптимальная частота дросселя ферритом М400НН К125х80х15 находится на частоте 23 МГц (кабелем RG58). Такой дроссель решит все проблемы на высокочастотных КВ-диапазонах. Для этого обязательно надо применить Z-образную обмотку, чтобы получить подавление до 150 МГц. Этот дроссель надо установить прямо у в ыхода кабеля из пластмассовой трубы АА.

 

Выводы и рекомендации

Кабел ь для кабельного дросселя должен быть гибким, качественным, с медными проводниками и плотной оплёткой. Подходит кабель RG58, а лучше RG174. Это обеспечит даже при большой индуктивности ровную АЧХ, вплоть до частоты 30 МГц для передачи сигналов. Дроссель на ферритовом кольце с той же проницаемостью, но с меньшим сечением и большим диаметром имеет более высокую собственную частоту резонанса.

На том же феррите частота лучшего подавления почти не зависит от числа витков, но с их увеличением растёт само подавление. Уменьшить частоту лучшего подавления на 20...30 % можно, применив для дросселя два кольца.

На антенный фидер можно установить комбинацию из кабельных дросселей и обеспечить широкий диапазон с требуемым подавлением. На рис. 23 показана АЧХ трёх дросселей на антенном фидере без применения феррита М400НН.

АЧХ трёх дросселей на антенном фидере без применения феррита М400НН

Рис. 23. АЧХ трёх дросселей на антенном фидере без применения феррита М400НН

 

Практика установки качественных АА показала, что оптимальное место установки кабельного дросселя находится там, где фидер покидает строительную конструкцию здания и переходит в пластмассовую трубу короткой мачты от АА. Расстояние к строительной конструкции должно быть не менее 10 см, желательно 20 см.

Древнее правило заземления антенны или антенно-фидерного устройства в целом при грозовой обстановке и прекращение непосредственной работы оператора действует и сегодня. Идеально бы совместить молниеотвод с ВЧ-заземлением, тогда кабельный дроссел ь на фидере вряд ли нужен. Но это не про наши многоквартирные дома, это про мачту рядом с домом и подземный кабель между ними. Отметим, что строго запрещается использовать газовые трубы для иных целей, также использование труб отопления и водоснабжения носит определённый риск при сервисных работах и возникновении аварий.

После первых опытов с испытательной АА-000 и уборки территории от помех вы начинаете замечать разные недостатки этой АА. Это, в первую очередь, слабый приём на КВ. Хороший приём на КВ - это, наверно, самый трудно достигаемый параметр для АА. Дело не просто в замене транзистора или смене режима работы. Тут нужен комплекс из многих отдельных технических решений. Чтобы сделать большой шаг вперёд, надо всё-таки поменять схему АА. Вопрос такой: какие качества Аа нужны в эксплуатации? Для этого стоит немного продолжать и работать с испытательной АА-000, понимать все её пределы и ограничения, разобраться со своими пожеланиями, экспериментировать с кабельными дросселями, наводить порядок "во дворе". За это время мы доберёмся до создан ия более качественных АУ.

Литература

1.Поляков А. Методика измерения IP2 и IP3 двухтонального сигнала. - URL: http://advantex.ru/HTML_Papers/ Intermod_IPx_Article/main.html (02.02.22).

2.Основные параметры компонентов РЧ блоков. - URL: http://radist.su/ parameters/param-ip3.htm (02.02.22).

Авторы: Хайо Лохни, Германия/Россия, г. Гай Оренбургской обл., И. Моногаров, г. Псков


Рекомендуем к данному материалу ...

Мнения читателей

Нет комментариев. Ваш комментарий будет первый.

Вы можете оставить свой комментарий, мнение или вопрос по приведенному выше материалу:

Поля, обязательные для заполнения

Изготовление печатных плат