Антенный усилитель DVB-T2 (ДМВ) своими руками. Селективные антенные усилители ДМВ

Выше уже отмечалось, что установка антенного усилителя около телевизора между фидером и антенным входом телевизионного приемникаобеспечивает увеличение коэффициента усиления приемного тракта, т. е. улучшает чувствительность, ограниченную усилением.

Было показано, что при использовании современных телевизоров такой метод не приводит к улучшению изображения в условиях дальнего приема, так как требуется улучшение чувствительности, ограниченной не усилением, а шумами. Антенный же усилитель, обладая примерно таким же уровнем собственных шумов, как и телевизионный приемник, не улучшает чувствительности, ограниченной шумами.

Тем не менее использование антенного усилителя в некоторых случаях позволяет улучшить прием, но для этого он должен быть установлен не около телевизора, а около антенны, на мачте между антенной и фидером или в разрыв фидера, в непосредственной близости от антенны. В чем тут разница?

Дело в том, что сигнал, проходя к фидеру, претерпевает затухание, уменьшается его уровень. Затухание зависит от марки кабеля, из которого выполнен фидер. Кроме того, затухание тем больше, чем больше длина фидера и чем больше частота сигнала, т. е. номер канала, по которому принимается передача.

Когда антенный усилитель установлен около телевизора, на его вход поступает сигнал, уже ослабленный прохождением по фидеру, и отношение уровня сигнала к уровню шумов на входе антенного усилителя оказывается меньше, чем если бы антенный усилитель был установлен около антенны, когда сигнал не ослаблен фидером. При этом, конечно, проходя по фидеру, сигнал также ослабляется, но во столько же раз. ослабляются и шумы. В результате отношение сигнала к уровню шумов не ухудшается.

Телевизионные кабели разных марок характеризуются зависимостью удельного затухания от частоты. Удельным затуханием коаксиального кабеля принято называть такое, которое претерпевает сигнал определенной частоты, проходя по кабелю длиной 1 м.

Удельное затухание измеряется в дБ/м и приводится в справочниках в виде графических зависимостей» удельного затухания от-частоты или в виде таблиц. На рис. 1 приводятся такие кривые для некоторых марок коаксиального 75-омного кабеля.

Пользуясь ими, можно подсчитать затухание сигнала в кабеле при определенной его длине, на любом частотном канале метрового или дециметрового диапазона. Для этого нужно умножить полученное из рисунка значение удельного затухания на длину фидера, выраженную в метрах. В результате получится затухание сигнала в децибелах.

Рис. 1. Кривые удельного затухания коаксиальных кабелей.

Наиболее распространенный тип кабеля для фидера - РК 75-4-11, удельное затухание его 0,05...0,08 дБ/м в диапазоне 1-5-го каналов, 0,12...0,15 дБ/м в диапазоне 6-12-го каналов и 0,25...0,37 дБ/м в диапазоне 21-69-го каналов. Отсюда, при длине фидера 20 м затухание сигнала в фидере на 12-м канале составит всего 3 дБ, что соответствует уменьшению напряжения сигнала в 1,41 раза,а при длине фидера 50 м затухание на 12-м, канале составит 7,5 дБ (уменьшение я 2,38 раз).

В дециметровом же диапазоне при длине фидера 20 м затухание окажется равным 5,0...7,4 дБ в, зависимости от номера канала, что соответствует уменьшению напряжения1 сигнала в 3,78...2,34 раз^, а при длине фидера 50 м - 12,5... 18,5 дБ, (уменьшение сигнала в 4,22...8,41 раза).

Таким образом, при длине фидера 50 м дарена 12-м канале сигнал, проходя по фидеру, уменьшается более чем вдвое, и отношение сигнал-шум на входе телевизора окажется уменьшенным также более чем вдвое. Если установить антенный усилитель до поступления сигнала в фидер, при этом же уровне входных шумов антенного усилителя, что и у телевизора, получится выигрыш в отношений сигнал-шум более чем вдвое.

Еще более существенный выигрыш получится при большей длине фидера или при приеме сигнала в дециметровом диапазоне. Необходимый и вполне достаточный коэффициент усиления антенного усилителя должен быть равен затуханию сигнала в фидере. Использовать антенные усилители с коэффициентом усиления больше требуемого нет смысла.

Выпускается несколько типов антенных усилителей. Наибольшее распространение получили антенные усилители метрового диапазона типа УТДИ-1-Ш (усилитель телевизионный диапазонный индивидуальный на частоты 1-1II диапазонов).

Они рассчитаны на все 12 каналов" метрового диапазона и содержат встроенный блок питания от сети переменного тока напряжением 220 В. Конструкция усилителя позволяет устанавливать его на мачте около антенны с питанием по фидеру без прокладки дополнительных проводов. Коэффициент усиления усилителя УТДИ-1-Ш не менее 12 дБ (4 раза по напряжению), а уровень его собственных шумов немного меньше уровня собственных шумов черно-белых и цветных телевизионных приемников.

Если усилители УТДИ-1 -III диапазонные и рассчитаны на усиление телевизионного сигнала по любому из 12 каналов метрового диапазона, то антенные усилители типа УТКТИ (усилитель телевизионный канальный транзисторный индивидуальный) одноканальные и рассчитаны на усиление сигнала только одного, вполне определенного частотного канала метрового диапазона.

Номер канала указывается после обозначения типа усилителя. Так, УТКТИ-1 означает, что усилитель рассчитан на усиление сигнала по первому частотному каналу, а УТКТИ-8 на усиление сигнала по восьмому каналу. Усилители типа УТКТИ также имеют встроенный блок питания от сети переменного тока напряжением 220 В.

Коэффициент усиления УТКТИ-1 - УТКТИ-5 не менее 15 дБ, а УТКТИ-6 - УТКТИ-12 не менее 12 дБ. Уровень собственных шумов усилителей этого типа несколько меньше, чем типа УТДИ-1-Ш. Мощность, потребляемая от сети переменного тока УТДИ-1-Ш, не превышает 7 Вт, а УТКТИ - 4 Вт.

В связи с тем, что в настоящее время все более широкое распространение получает телевизионное, вещание в дециметровом диапазоне, а затухание сигнала в фидере на этом диапазоне повышено, актуальным становится использование антенных усилителей, рассчитанных на этот диапазон. Например, усилителя типа УТАИ-21-41 (усилитель телевизионный антенный индивидуальный, рассчитанный на 21-41 каналы) с коэффициентом усиления не менее 14 дБ в диапазоне частот 470...638 МГц.

Ранее, несмотря на выпуск промышленных антенных усилителей, в журналах "Радио" и в сборниках "В помощь радиолюбителю" приводилось большое Количество описаний и схем антенных усилителей для самостоятельного изготовления, В последние годы такие публикации стали редкими. Так, в сборнике "В помощь радиолюбителю" выпуск 101, с. 24-31 приводится очень подробное описание узкополосного антенного усилителя с перестраиваемой амплитудно-частотной характеристикой О. Пристайко и Ю.

Позднякова. Настройка усилителя на один из каналов метрового диапазона осуществляется подстроечным конденсатором, полоса пропускания усилителя составляет 8 МГц, а коэффициент усиления 22...24 дБ. Питание усилителя производится постоянным напряжением 12 В. Такой усилитель имеет смысл использовать только в том случае, когда, осуществляется прием передач по одному определенному каналу, так как перестраивать усилитель, установленный на мачте нет возможности.

Широкополосный антенный усилитель МВ

Значительно чаще возникает потребность в широкополосном антенном усилителе, способном усилить сигналы всех телевизионных программ, принимаемых антенной. На рис. 2 показана принципиальная схема антенного усилителя , рассчитанного на усиление всех 12 метровых каналов, разработанного И. Нечаевым.

Рис. 2. Схема антенного усилителя МВ.

При напряжении 12 В коэффициент усиления составляет 25 дБ при токе потребления 18 мА. Усилитель собран на малошумящих транзисторах с коэффициентом шума около 3 дБ. Встречнопараллельно включенные диоды на входе предохраняют транзисторы усилителя от повреждения грозовыми разрядами. Оба каскада собраны по схеме с общим эмиттером.

Конденсатор С6 обеспечивает коррекцию частотной характеристики усилителя в области высших частот.

Выход усилителя подключается к фидеру, идущему к телевизору. По центральной жиле этой части фидера к усилителю подается питающее напряжение через дроссель Ы. Через такой же дроссель к центральному проводнику антенного гнезда телевизора подводится напряжение +12 В. Сигнал с антенного гнезда в телевизоре на вход селектора каналов при этом "должен подаваться через разделительный конденсатор емкостью 3000 пФ.

Дроссели наматывают на ферритовых цилиндрических сердечниках диаметром 3 мм и длиной 10 мм проводом ПЭЛ или ПЭВ диаметром 0,2 мм виток к витку. Каждый дроссель содержит по 20 витков. Перед намоткой сердечник нужно обернуть двумя слоями лавсановой пленки, а после намотки витки закрепляются полистироловым лаком или эмалитом.

Более подробное описание усилителя, чертеж печатной платы и размещение на ней деталей приводятся в журнале "Радио", 1992 г., № 6, с. 38-39.

Другой антенный усилитель, рассчитанный на дециметровый диапазон 470...790 МГц (21...60 каналы), предложил А. Комок. Его принципиальная схема показана на. рис. 3. Коэффициент усиления этого усилителя в полосе пропускания составляет 30 дБ при питании напряжением 12 В, а ток потребления не превышает 12 мА.

Рис. 3. Схема антенного усилителя ДМВ.

Катушка фильтра верхних частот L1 наматывается проводом ПЭВ-2 диаметром 0,8 мм и содержит 2,5 витка.

Намотка производится на оправке диаметром 4 мм виток к витку, после чего катушка снимается с оправки. Питание, как и для усилителя Нечаева, подается по фидеру через дроссели описанной выше конструкции. Автор использовал в усилителе бескорпусные транзисторы, требующие тщательной герметизации.

Можно рекомендовать также применение корпусных транзисторов КТ399А, более доступных и устойчивых при изменениях климатических условий. Подробное описание этого усилителя помещено в журнале "Радиолюбитель11, 1993 г., № 5, с. 2.

Как было отмечено, основное назначение антенного усилителя -компенсация затухания сигнала в фидере. При использовании антенного усилителя чувствительность ограниченная шумами, т. е. способность принимать слабый сигнал, определяется отношением сигнал-шум уже не на входе телевизионного приемника, а на входе антенного усилителя. Поэтому при установке антенного усилителя около антенны для получения определенного значения чувствительности, ограниченной шумами, потребуется меньший уровень входного сигнала, чем при установке его около телевизора. Таким образом, удается с лучшим качеством принимать более слабый сигнал.

Применение антенного усилителя позволяет сознательно использовать фидеры такой большой длины, которые в отсутствие усилителя ослабили бы уровень сигнала до недопустимого. Необходимость применения длинного фидера иногда возникает в условиях закрытой местности, когда телевизионный приемник располагается в ложбине и приемная антенна, установленная около дома, оказывается закрыта находящимися па пути к передатчику холмами.

В то же время телевизионные антенны, установленные на расстоянии 100...200 м от этого здания, обеспечивают вполне уверенный прием с хорошим качеством изображения за счет того, что они не закрыты местной преградой. В таких условиях добиться нормального приема можно одним из двух способов: либо увеличением высоты антенной мачты, что обычно представляет собой очень трудную задачу, либо установкой антенны на открытой местности, на расстоянии 100...200 м от дома. Тогда для подключения антенны к телевизионному приемнику потребуется использование длинного фидера.

Легко подсчитать, что при фидере длиной 200 м кабель марки РК 75-4-11 на частоте 12-го канала создает затухание 30 дБ, что соответствует уменьшению напряжения сигнала в 31,6 раз, который, как правило, оказывается ниже порога чувствительности телевизионного приемника. Установка антенного усилителя, обладающего хотя бы таким же усилением, на выходе антенны позволит скомпенсировать затухание сигнала в длинном фидере и обеспечить нормальную работу телевизора.

Если усиления одного усилителя недостаточно, можно включить два усилителя последовательно один за другим. При этом результирующий коэффициент усиления будет равен сумме коэффициентов усиления усилителей, если они выражены в децибелах.

При очень большой длине фидера и необходимости усиления сигнала более чем на 30 дБ, когда приходится использовать два или несколько антенных усилителей, во избежание перегрузки или самовозбуждения не следует устанавливать все усилители в одном месте. В этих условиях первый, усилитель устанавливают на выходе антенны, т. е. на входе фидера, а последующие - в разрыв фидера примерно на одинаковых расстояниях один от другого. Эти расстояния выбирают так, чтобы затухание сигнала в отрезке фидера между двумя усилителями примерно равнялось коэффициенту усиления усилителя.

Из зависимостей удельного затухания от частоты для коаксиальных кабелей разных марок (рис. 1) можно сделать определенные выводы. Кабели марок РК 75-2-13 и РК 75-2-21 обладают достаточно большим удельным затуханием даже в метровом диапазоне волн, использовать их в дециметровом диапазоне не следует. Кабели марок РК 75-7-15, РК 75-9-13, РК 75-13-11 и РК 75-17-17 обладают меньшим удельным затуханием по сравнению с РК 75-4-11 особенно в дециметровом диапазоне.

Если при длине, фидера 50 м на частоте 620 МГц (39-й канал) кабель РК 75-4-11 вносит затухание 16 дБ (ослабление напряжения сигнала в 6,3 раз), то при тех же условиях кабель марки РК 75-9-13 вносит затухание 9,5 дБ (ослабление в 3 раза), а РК 75-13-1,1 - 7,25 дБ (ослабление в 2,3 раз). Таким образом, удачный выбор марки кабеля для фидера в дециметровом диапазоне может поднять уровень сигнала на входе телевизора в несколько раз даже без использования антенного усилителя.

Можно предложить достаточно простой совет по выбору кабеля: чем больше диаметр кабеля, тем меньшее затухание он вносит. В качестве телевизионного фидера всегда, используется коаксиальный кабель с волновыми сопротивлением 75 Ом.

Никитин В.А., Соколов Б.Б., Щербаков В.Б. - 100 и одна конструкция антенн.

Телеприем ДМВ имеет ряд особенностей:

1. ДМВ практически не огибает земную поверхность и обладают низкой проникающей способностью, поэтому зона уверенного приема ограничивается прямой видимостью между передающей и приемной антеннами.
2. В то же время ДМВ хорошо отражаются от земной поверхности и от ионизированных слоев атмосферы. Это делает возможным прием на значительном (300-500 км) удалении от телецентра. При этом прохождение ДМВ достаточно стабильно и не имеет замираний свойственных метровым волнам (MB).
3. Характерной особенностью ДМВ является так называемое волновое распространение, при котором сигнал может быть принят на расстоянии до нескольких тыс. км от телецентра. Оно имеет место над морской поверхностью в ясные дни весенних и летних месяцев.
4. Приемные антенны ДМВ имеют значительно меньше чем антенны MB геометрические размеры. При этом мала их эффективная площадь, а следовательно, и мощность сигнала, подаваемого на вход телеприемника.
5. Чувствительность телеприемников в диапазоне ДМВ значительно ниже, чем в диапазоне MB, что связано с плохими шумовыми параметрами селектора ДМВ.

Анализ перечисленных особенностей показывает принципиальную возможность дальнего и сверхдальнего приема телевидения в диапазоне ДМВ и два основных пути его реализации. Это - повышение эффективности антенной системы и реальной (ограниченной шумами) чувствительности телеприемника. Возможности повышения коэффициента усиления антенн ДМВ на практике ограничены сложностью их конструкции и согласования с фидером.

Увеличение чувствительности телеприемника требует переделки селектора ДМВ и обычно не дает желаемых результатов. Дело в том, что в диапазоне ДМВ велико затухание сигнала в кабеле, и при использовании антенн с малым усилением не удается получить на входе телеприемника существенного выигрыша в соотношении сигнал-шум.

Наиболее оптимальным путем является использование конструктивно простой антенны с усилителем, расположенным в непосредственной близости от неё. В этом случае возможно одновременное повышение и эффективности антенны и чувствительности телеприемника без его переделки.

Антенный усилитель должен иметь большой коэффициент усиления, малый коэффициент шума, широкий диапазон рабочих температур. При этом он должен быть несложен по конструкции, собран из доступных деталей, прост в настройке и несклонен к самовозбуждению.

В результате многолетних теоретических и экспериментальных исследований нам удалось создать оптимальную по перечисленным требованиям схему и конструкцию усилителя ДМВ. не имеющего промышленных и любительских аналогов

1. Антенный усилитель диапазона ДМВ.

Параметры и схема усилителя:

Усилитель обладает следующими параметрами:

Коэффициент усиления Ку и коэффициент шума Fш в диапазоне
470-630 МГц (21-40 каналы) - Ку? 30 дБ, Fш? 2,0 дБ;
630-790 МГц (41-60 каналы) - Ку? 25 дБ, Fш? 2,5 дБ;
790-1270 МГц (61-100 каналы) - Ку? 15 дБ, Fш? 3,5 дБ.

Входное и выходное сопротивление - 75 Ом
- напряжение питание - 9-12 В
- диапазон рабочих температур - (-30...+40) °С.

Схема усилителя приведена на рис. 1. Он содержит два каскада на транзисторах VT1 и VT2, включенных по схеме с общим эмиттером. Для получения максимального усиления эмиттеры транзисторов соединены непосредственно с общим проводом. Нагрузками каскадов являются широкополосные контуры L2, R2, L3, С4 и L4, R6, L5, С10, обеспечивающие согласование их входных и выходных сопротивлений. Контур L1, С1 является фильтром верхних частот (частота среза 400 МГц), служащим для устранения помех от телепередатчиков MB диапазона. Конденсаторы СЗ, С5, С7, С8 - блокировочные. Питание усилителя осуществляется по коаксиальному кабелю, соединяющему его с телевизором, через фильтр нижних частот L6, R8, С11. Непосредственно перед телевизором сигнал ДМВ и напряжение питания разделяются фильтром С12, L7, С13.

Режимы транзисторов по постоянному току задаются резисторами R1 и R5 так, чтобы получить оптимальные значения коллекторных токов I1 и I2 транзисторов VT1 и VT2. Ток I1 выбирается из условия получения минимального коэффициента шума первого каскада, а I2 - из условия получения максимального усиления второго каскада.

Детали и конструкция усилителя.

Все резисторы усилителя МЛТ-0,125. Конденсаторы С1, С2, С4- С7, С9, С10 - малогабаритные дисковые (типов КД, КД-1 и т.п.); СЗ, С8 и С11 - типа КМ-5б, КМ-6 и т.п.

Все катушки усилителя бескаркасные. Катушка L1 содержит 2,75 витка посеребренного провода диаметром 0,4-0,8 мм, её наружный диаметр 4 мм, межвитковое расстояние - 0,5 мм. Катушки L2- L5 представляют собой выводы резисторов R2 и R5, намотанные на оправку диаметром 1,5 мм, так чтобы межвитковое расстояние составляло 0,5 мм, и содержит по 1,5 витка. Направления намоток L2, L3 и L4, L5 должны быть одинаковы (т.е., например, L2 и L3 представляют собой катушку из 3-х витков, в разрыв которой включен резистор R2). Катушка L6 содержит 15-20 витков медного эмалированного провода диаметром 0,3 мм, намотанных виток к витку на оправку диаметром 3 мм. Дроссель L7 - стандартный типа ДМ-0,1 с индуктивностью более 20 мкГн. Стабилитрон VD1 - любой с напряжением стабилизации 5,5-7,5 в.

В усилителе могут быть использованы СВЧ малошумящие транзисторы с граничной частотой fгр. более 2 ГГц. Если усилитель будет работать в диапазоне 21-60 каналов, то можно применять транзисторы с fгр. более ГГц, а если - только в диапазоне 21-40 каналов, то - с fгр. более 800 МГц. при этом необходимо в первый каскад ставить транзистор с меньшим коэффициентом шума, а во второй - с большим коэффициентом усиления. В табл. 1 приведены параметры транзисторов, которые можно использовать в усилителе. Транзисторы расположены в порядке ухудшения параметров.

Не рекомендуется применять транзисторы КТ372 из-за их склонности к самовозбуждению и ГТ346 - из-за плохих шумовых параметров. Если используются р-п-р транзисторы, то необходимо изменить полярность источника питания усилителя.

Усилитель собран на печатной плате из фольгированного стеклотекстолита толщиной 1-1,5 мм. Рисунок печатной платы и схема монтажа деталей на ней приведены на рис. 2. Плата рассчитана на использование транзисторов с планарными выводами (КТ3132, КТ3101, КТ391 и т.п.), которые припаиваются непосредственно к контактным площадкам со стороны фольги. Однако она допускает и монтаж транзисторов с другим расположением выводов (КТ399, КТ3128 и т.п.), но со стороны монтажа, для чего необходимо просверлить в плате соответствующие отверстия под выводы (см. ниже).

Выводы транзисторов должны иметь минимальную длину, особенно вывод эмиттера, который не должен превышать 4 мм. Выводы конденсаторов С4, С5, С7 и С10 должны быть не более 4 мм, а конденсаторы С1, С2, С6 и С9 - составлять 4-6 мм (они являются дополнительными индуктивностями, включёнными в контура). Одни из выводов конденсаторов С1 и С2 впаяны в плату, а другие - припаяны непосредственно к центральной жиле входного коаксиального кабеля. Конденсаторы С6 и С9 одним концом припаяны к очищенным от краски головкам резисторов R2 и R6. Другой конец С6 в плату, а С9 - припаян к центральной жиле выходного коаксиального кабеля. Конденсатор С2 одним концом впаян в плату, а другим концом припаян к катушке L1 на расстоянии 3/4 витка от верхнего по схеме конца. Резисторы R3, R4, R7 и R8 установлены вертикально.

Печатная плата помещена в прямоугольный герметичный корпус, разделённый на 4 части экранирующими перегородками (рис. 2, 4). Чертежи деталей корпуса приведены на рис. 3. Он состоит и боковой стенки 1, втулки 2, перегородки 3, 4 и крышек 5. Детали 1, 3, 4 и 5 изготовляют из листовой латуни (удобно использовать отожженную над газовой горелкой пластину фотоглянцевателя), детали 2 вытачиваются из латунного прутка. Втулки 2 рассчитаны на то, что вход и выход усилителя выполнены 75-омным коаксиальным кабелем с наружным диаметром по изоляции 4 мм. Можно использовать другой 75-омный кабель, но в этом случае необходимо соответственно изменить диаметры втулок 2 и отверстий в стенке корпуса 1.

Разделительный фильтр питания L7, С12, С13 монтируют в отдельной коробочке произвольной конструкции, на которой устанавливают входное антенное гнездо и выходной антенный штекер.

Питать усилитель можно от любого стабилизированного источника 9-12 В, например, от имеющихся в продаже блоков питания транзисторных приемников БП9В, Д2-15 и т.п.

Можно также смонтировать элементы фильтра внутри телевизора рядом с антенным входом ДМВ, а для питания усилителя использовать напряжение 12 В с селектора ДМВ.

Монтаж и настройка усилителя.

Собирают усилитель в следующей последовательности. Монтируют на плате все элементы кроме резисторов R1 и R5. Если используются транзисторы не с планарными выводам, то для них сверлят в плате отверстия, а в перегородках 4 делаются прямоугольные вырезы (на рис. 3 показаны штриховой линией). В плату впаиваются соответствующими выступами перегородки 3 и 4. Сгибают и спаивают боковую стенку корпуса 1. В неё герметично впаивают втулку 2. Входной 7 и выходной 8 коаксиальные кабели длиной по 80 см вставляют в отверстия втулок, оплетку разделяют на 2 части и припаивают к корпусу изнутри. Центральная жила кабелей должна выступать внутрь корпуса на 3-4 мм. Вставляют плату в корпус, так чтобы кромки перегородок 3, 4 и кромка стенки 1 лежали в одной плоскости (рис. 4), и пропаивают стыки перегородок между собой и корпусом. Кроме того в 10-ти точках припаивают нечетную плату к стенке 1. Места пайки показаны на рис. 2 и рис. 4. Припаиваются к центральным жилам кабелей элементы С1, L1 и С9, L6. Внимательно сверяют рис. 1, 2 и 4 правильности монтажа.

Далее производят настройку усилителя. Для этого по выходному кабелю 8 подают на усилитель питание. Измеряя напряжение U1 на резисторе R3 подбором резистора R1 устанавливают значение тока I1 (I1 = U1/R3) в соответствии с табл. 1 для транзистора первого каскада. Впаивают в плату подобранный резистор R1. Аналогичную процедуру проделывают для второго каскада, измеряя напряжение U2 на резисторе R7 и устанавливая ток I2 = U2/R7 в соответствии с табл. 1. Впаивают резистор R5. На рис. 1 величины R1 и R5 даны ориентировочно, реально они могут значительно отличаться от указанных. Проверяют отсутствие самовозбуждения усилителя. Для этого подключают параллельно R3 вольтметр и касаются пальцем вывода коллектора транзистора VT1. Если первый каскад не возбуждается, то показание вольтметра не изменится. Аналогично проверяют второй каскад. Устранить самовозбуждение (о его наличии свидетельствует резкое уменьшение тока транзистора при его касании пальцем) можно лишь заменой транзистора. Следует отметить, что усилитель не склонен к самовозбуждению - из нескольких десятков изготовленных усилителей возбуждался лишь один, собранный на транзисторах КТ372А. Проверяют потребляемый усилителем ток, которых должный быть равен: I1 + I2 = 10 мА; при необходимости подбирают резистор R8, так чтобы ток через стабилитрон VD1 составлял около 10 мА. Заключительной операцией является герметизация усилителя. Для этого крышки 5 пропаивают по периметру корпуса, а места ввода коаксиального кабеля дополнительно промазываю каким-либо герметиком, водостойким клеем и т.п. Затем усилитель крепят к мачте антенн.

2. Антенна ДМВ

Как указывалось выше, добиваться очень большого коэффициента усиления антенны ДМВ не имеет смысла, поскольку это ведет к неоправданному усложнению её конструкции. Однако и рассчитывать на дальний прием с малоэффективной антенной тоже не приходится.

Опыт конструирования и использования антенн ДМВ показывает, что наиболее простой и в то же время весьма эффективной является Z-антенна с рефлектором. Её отличительными особенностями является широкополостность, большой коэффициент усиления, хорошее согласование непосредственно с 75-омным коаксиальным кабелем и некритичность размеров.

Конструкция антенны для 21-60 каналов показана на рис. 5. Если антенна будет использоваться в диапазоне 61-100 каналов, то все её размеры необходимо уменьшить в 1,5 раза. Активное полотно 1 антенны изготавливается из алюминиевых полос и скрепляется «внахлест» винтами с гайками. В точках соприкосновения пластин должен быть надежный электрический контакт. На матче 6 (она может быть металлической или деревянной) полотно закрепляется при помощи стоек-опор 2 в точках С и D. Поскольку эти точки имеют нулевой относительно земли потенциал, то стойки 2 могут быть металлическими. Кабель 3 подсоединяется к точкам А и В (оплетка - к одной точке, а жила - к другой) и прокладывается вдоль полотна по нижней стойке 2 и по матче 6 к усилителю 7. Закрепляется кабель проволочными хомутиками. Полотно 1 может быть само по себе использовано как антенна. Её коэффициент усиления составляет 6-8 дБ. Однако лучше снабдить полотно рефлектором.

Простейший рефлектор 4 (рис. 5б) представляет собой плоский экран, изготовленный из трубок или отрезков толстого провода. Диаметр элементов рефлектора некритичен и может быть 3-10 мм. Антенна с плоским рефлектором имеет коэффициент усиления 8-10 дБ. Поднять коэффициент усиления до 15 дБ (эквивалентно 40-элементной антенне «волновой канал») позволяет сложный рефлектор типа «полуразвалившийся короб» (рис. 5в). Конструктивное исполнение такого рефлектора может быть самым различным, в зависимости от Ваших возможностей.

Пространственная ориентация антенны, изображённая на рис. 5 соответствует приему сигналов с горизонтальной поляризацией. Для приема вертикально-поляризованных сигналов необходимо полотно и рефлектор повернуть на 90°.

Усилитель ДМВ располагают в непосредственной близости от антенны (см. рис. 5). Вход усилителя с полотном антенны соединяют тем же кабелем, что заделан в усилитель. Входной кабель усилителя наращивают кабелем снижения. Желательно, чтобы он был как можно большего диаметра (от этого зависят потери в кабеле), использовать кабель диаметром 4 мм можно лишь в том случае, если его длина не превышает 10 м.

Соединения кабелей должно выполняться «ветик», так чтобы минимальным образом нарушалась коаксиальная структура фидера.

Если нет возможности изготовить описанную антенну, то усилитель может быть с несколько худшими результатами использован с промышленными наружными широкополосными антеннами ДМВ, например, типа, АТНГ(В)-5.2.21-41 (торговое название «ГАММА-1»).

Установка антенны определяется тем, на какой тип прохождения ДМВ вы рассчитываете. Если необходимо вести прием непосредственно за зоной обслуживания телецентра (60-200 км), то антенну следует установить так, чтобы в направлении прихода сигналов между ней и линией горизонта не было препятствий (дома, холмы и т.п.). Если же Вы ориентируетесь на сверхдальний прием при тропосферном или волновом распространении (при этом сигнал приходит «с неба» под углом 5-10° к горизонту), то не очень близко расположенные препятствия обычно помехой не является.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В заключение несколько слов о практических результатах приема ДМВ. Изготовление по прилагаемому описанию антенны с усилителем в течение нескольких лет использовался в г. Одессе для регулярного приема сигналов Кишиневского телецентра (расстояние - 160 км). За городом, в зоне радиотени для MB телецентра, уверенно принимаются сигналы маломощных ДМВ ретрансляторов, находящихся на противоположной стороне Одесского залива (расстояние - 60-80 км). В ясные дни весенних и летних месяцев с хорошим качеством ведется прием болгарской программы БТ2 из Варны (расстояние - 500 км) и турецкой программы TV2 из Стамбула (расстояние более 600 км).

к.т.н. РОЗОВ Андрей Валентинович

(ООО "Технический центр ЖАиС")

Сегодня в продаже можно встретить достаточно большое количество разнообразных антенных усилителей. Если ознакомиться с их паспортами, то все выглядит достаточно убедительно, а самое главное заявлены достаточно неплохие характеристики. Однако, когда дело доходит до практического использования этих "игрушек", то эффекта либо нет никакого, либо наоборот - применение усилителя только ухудшает качество телевизионного изображения. Дело в том, что разработка действительно качественного антенного усилителя - дело достаточно серьезное и требует одновременного решения многих задач: минимизация коэффициента шума, обеспечение требуемого усиления в рабочей полосе частот при заданной неравномерности АЧХ, необходимый динамический диапазон по входному сигналу, высокая температурная стабильность (в случае, если усилитель непосредственно расположен на антенне. А именно там он и должен находиться для нормальной и эффективной работы), высокая технологичность и повторяемость параметров, и многие другие.

Итак вернемся к усилителю. На рис. 1 приведена его принципиальная схема.

Рис. 1 Принципиальная схема антенного усилителя ДМВ.

На элементах С1, L1, С2 выполнен фильтр верхних частот (ФВЧ) третьего порядка, имеющий частоту среза 360...400 МГц. Данный ФВЧ выполняет следующие функции: обеспечивает согласование входного сопротивления каскада усилителя на VT1 с волновым сопротивлением антенны, уменьшает эффективную шумовую полосу пропускания усилителя и в значительной степени устраняет эффект "забития" усилителя мощными станциями, работающими в метровом диапазоне волн. Усилитель состоит из трех каскадов усиления, выполненных на СВЧ транзисторах VT1...VT3, включенных по схеме с ОЭ. Стабилизация режимов работы транзисторов по постоянному току осуществляется посредством отрицательных обратных связей (ООС) через резисторы R1, R3, R5. Такая схема стабилизации позволяет непосредственно заземлять эмиттерные выводы транзисторов, что обеспечивает высокий устойчивый коэффициент усиления каждого из каскадов. Нагрузкой каждого из каскадов являются соответствующие индуктивности (L2, L4, L6). Индуктивный характер нагрузки позволяет повысить усиление каскада в области высоких частот за счет компенсации частотной зависимости крутизны транзистора. Высокий коэффициент передачи каждого из каскадов достигается также вследствие устранения ООС на высокий частотах посредством установки блокировочных конденсаторов С4, С7, С10. Требуемая амплитудно-частотная характеристика усилителя формируется элементами ФВЧ, индуктивностями L2, L4, L6 и емкостями С5 и С8, которые выполняют функцию связи между каскадами. Конденсатор С11 обеспечивает согласование по выходу.

Питание усилителя может осуществляться двумя способами: либо от отдельного внешнего блока питания, либо через кабель снижения от соответствующих питающих напряжений телевизора. Напряжение питания должно находится в пределах +8...16В. Непосредственно же каскады усиления запитываются от внешнего стабилизатора напряжением +4,7В, выполненного на стабилитроне VD1 и гасящем резисторе R7. Все каскады усилителя развязаны между собой по цепям питания посредством фильтров L3C3, L5C5, а также элементами R2C4, R4C7, R6C10. Все это позволяет обеспечить высокую стабильность основных параметров усилителя при действии различных дестабилизирующих факторов.

Диод VD2 предотвращает попадание постоянного напряжения на вход телевизионного приемника при использовании отдельного блока питания. Первый каскад усилителя (на транзисторе VT1) оптимизирован по минимуму коэффициента шума и его ток эмиттера составляет 2...3 мА, что достигается соответствующим выбором R1. Ток потребления второго и третьего каскадов (на VT2 и VT3) - порядка 5...7 мА, что позволяет добиться максимальных усилений каскадов. Типовая АЧХ усилителя приведена на рис.2.

Рис. 2 АЧХ антенного усилителя

Конструктивно усилитель выполнен на печатной плате из одностороннего фольгированного стеклотекстолита размерами 48х60 мм (в СВЧ технике применялись стандартные ситаловые подложки с такими же размерами) толщиной 1,5 мм. Отличительная особенность печатной платы - установка всех навесных элементов на ней по варианту У 1. б.(ОСТ 4ГО.010.030-81), т.е. со стороны токоведущих дорожек, что исключает сверление отверстий в плате и повышает технологичность изготовления усилителя в целом при мелкосерийном и серийном производствах. Высокочастотные катушки индуктивности выполнены печатным методом, что позволяет также повысить технологичность изготовления усилителя и стабильность параметров этих катушек как в пределах одного усилителя, так и в пределах выпускаемой партии. Разработанная топология усилителя позволяет полностью избавиться от подстроечных элементов и добиться высокой повторяемости основных параметров усилителя от экземпляра к экземпляру. Усилитель, собранный из заведомо исправных деталей, после подачи питания сразу же обеспечивает выходные характеристики.

Схема и топология усилителя позволяют использовать многие СВЧ транзисторы (КТ372, КТ3115 и т.п.), имеющие однотипную цоколевку.

Рис. 3 Топология печатной платы

На рис 3. приведена печатная плата усилителя. Область, отмеченная черным цветом - облуженный фольгированный слой, белым - вытравленная часть. Размеры платы - 48х60мм. Печатная плата на рис. 3 выполнена в масштабе 1:1.

Расположение элементов приведено на рис. 4

Рис.4 Расположение элементов

Корпус усилителя в домашних условиях можно легко сделать из двухстороннего фольгированного стеклотекстолита толщиной 1,5-2 мм.

На рис. 5 показан внешний вид такого усилителя (без верхней крышки).

Рис. 5 Внешний вид антенного усилителя. Рис. 6. Фрагмент катушки индуктивности L1

Теперь немного о деталях. Резисторы - самые доступные: либо С2-33, либо МЛТ-0,125. Единственное требование - при монтаже выводы резисторов должны быть как можно короче. Конденсаторы блокировочные - лучше бескорпусные (занимают меньше места. Ну а если их под рукой не оказалось - используйте те, какие у Вас есть. Выводы только делайте короче!). Их сейчас выпускается достаточно большое многообразие. Конденсаторы С1, С2, С5, С8, С11 - высокочастотные, и их емкость должна быть именно такой, которая указана на принципиальной схеме. Катушка индуктивности L1 - 3-4 витка провода ПЭВ -1,0. Внутренний диаметр намотки - 4 мм. Дроссели L3, L5 - либо стандартные типа ДМ-0,1 например, с индуктивностью 50 мкГн, либо 18-20 витков провода ПЭВ-0,1 с тем же внутренним диаметром намотки, как и L1. После монтажа необходимо проверить работоспособность усилителя (если Вы все сделали правильно и при этом использовали заведомо исправные радиодетали, то проблем никаких не будет). Для этого необходимо измерить падение напряжение на резисторах R2, R4, R6, а потом по известному закону Ома рассчитать коллекторный ток транзисторов VT1...VT3. Если они соответствуют тем цифрам, которые были указаны выше - то все нормально и Вы можете смело запаивать верхнюю крышку на Ваш усилитель, обеспечивая тем самым его полную герметичность.

Фильтрации излучаемых передающими устройствами сигналов уделяется все больше и больше внимания. Излучение сигналов на частотах, отличающихся от рабочей, можно расценить, по аналогии с дорожным движением, как выезд на встречную полосу из-за негабаритности транспортного средства.

С одной стороны, как радиолюбители, так и профессионалы применяют на выходе передатчиков фильтры нижних частот (ФНЧ) с целью подавления только гармонических составляющих. С другой стороны, в погоне за уменьшением габаритов, а значит, и экономией конструктивных материалов производители передающей аппаратуры создают все новые и новые «шедевры»-трансиверы, которые или имеют самые простые фильтры на выходе передатчиков, или не имеют их вовсе. В последнем случае расчет делается на подключение внешних фильтрующее согласующих устройств — различного рода тюнеров, которые или выпускаются отдельно опционально, или не выпускаются для конкретного трансивера вовсе.

При желании увеличить мощность выходного сигнала передатчика радиолюбитель изготавливает или приобретает усилитель мощности, который имеет в своем составе только ФНЧ (например, в виде выходного П-контура). Такой фильтр в известной степени подавляет гармоники основного сигнала, а сам усилитель усиливает весь спектр сигнала, который поступает на него с трансивера. Следовательно, подавление гармонических составляющих, которые обусловлены нелинейностью каскадов как в трансивере, так и в усилителе мощности, уменьшается. Другие составляющие, частоты которых находятся ниже частоты среза ФНЧ усилителя мощности, поступая на него, усиливаются и проходят в антенну. Резонансная, хорошо согласованная на рабочей частоте антенна частично подавляет нежелательные спектральные составляющие, которые становятся, однако, причиной помех в ближней зоне.

В настоящее время, кроме «пролезающих» на выход трансивера наводок гетеродинов и их гармоник, в составе выходного сигнала трансивера имеются также и «цифровые» флуктуации от различного рода цифровых «примочек» (шкал, формирователей, делителей, DSP, от введенных в трансивер при совместном использовании с компьютером шумовых составляющих).

Таким образом, для защиты эфира от «подготовительных» вспомогательных сигналов необходимо иметь на выходе передающей аппаратуры не только ФНЧ, но и ФВЧ с общей полосой прозрачности, в идеале равной полосе излучаемого сигнала: для SSB — 2,4 кГц, для CW — для AM — 6 кГц, для ЧМ – 10…15 кГц. Поскольку такие полосы пропускания на выходе передающих устройств обеспечить на практике не представляется возможным (да еще с учетом перестройки такой полосы по диапазонам), следует на выходе, например, трансивера установить полосовой фильтр, который обеспечит не только подавление вредных составляющих сигнала, но и согласование выхода передатчика трансивера с антенной или со входом усилителя мощности. При этом основной сигнал будет очищен и от гармоник, и от шумовых составляющих, более низкочастотных чем полезный выходной сигнал. Поскольку полосовой фильтр обладает, в зависимости от добротности реактивных элементов его составляющих, определенной полосой пропускания, то либо во всем поддиапазоне частот, либо в требуемой его части настройку фильтра и согласование можно не изменять.

Полосовой фильтр можно изготовить как по схеме с индуктивнои связью, что более желательно, так и по схеме с автотрансформаторной связью.

На рис.1 приведена схема фильтра с индуктивной связью для использования на УКВ, на рис.2 — с автотрансформаторной связью для применения на УКВ. На УКВ для улучшения параметров фильтра следует вместо катушек применять резонаторы (на более низких частотах — спиральные, на более высоких — коаксиальные).

По аналогии с УКВ, на KB можно применять как спиральные резонаторы, так и обычные катушки.

На рис.3 приведена схема полосового фильтра с катушками связи, на рис.4 — с автотрансформаторной связью. Фильтры с катушками связи позволяют обеспечить согласование без вскрытия резонаторов, а фильтры с автотрансформаторной связью при согласовании требуют перемещения отводов для входа и выхода по виткам катушки L1 (рис.4), или по центральному проводнику коаксиального резонатора (рис.2).

Настройку фильтра и согласование по входу и выходу можно производить простым методом с помощью ГСС и ВЧ вольтметра, но нагляднее всего провести ее с помощью измерителя частотных характеристик (например, Х1-48). Полосовой фильтр — симметричное устройство, поэтому вход и выход можно менять местами.

Конденсатор С1 предназначен для настройки полуволнового резонатора (в идеале) на рабочую частоту, излучаемую передатчиком, в реальности — на среднюю частоту полосы пропускания фильтра, ширина которой зависит от соотношения L1/C1 и степени нагрузки этого контура через индуктивную (с помощью последовательных контуров L2-C2 и L3-C3 - рис.1 и 3) или автотрансформаторную связь с ним, через отводы от L1 (рис.2 и 4).

На экране ЭЛТ Х1-48 видна характеристика ПФ, влияние на нее подстроечных элементов (С1-СЗ) и нагрузки.

Резонатор, конечно же, имеет большую физическую длину, но нет худа без добра - это обстоятельство позволяет отнести УМ от трансивера, что снижает напряженность электромагнитного поля в месте нахождения оператора, у трансивера. Благодаря этому улучшается экологическая обстановка на рабочем месте и повышается устойчивость всей радиопередающей системы к наводкам, самовозбуждению и т.д.

Применение подобных фильтров на входе и выходе усилителя мощности позволит излучать в эфир узкий спектр, снизить вероятность появления TVI и BCI, а также более эффективно использовать ресурсы усилителя мощности. В самом деле, если подать сигнал с трансивера, особенно не имеющего на выходе тюнера, то выходная мощность подключенного к нему усилителя будет больше без полосового фильтра даже в том случае, если мы учтем затухание в фильтре и добавим мощности раскачки с трансивера для компенсации затухания. Это происходит потому, что часть выходной мощности приходится на «посторонние» составляющие спектра передатчика, которые при отсутствии полосового фильтра беспрепятственно проходят на вход усилителя и усиливаются. Очистив спектр передатчика с помощью ПФ, освободившийся «резерв» можно использовать по назначению, т.е. для увеличения выходной мощности передатчика на рабочей частоте.

Если полосовой фильтр используется не только на входе усилителя мощности, но и на выходе (что весьма желательно), то следует обратить особое внимание на детали фильтра, точнее, их пригодность для применения в таком фильтре. Так, например, конденсатор переменной емкости С1, установленный в месте максимума напряжения на контуре, в зависимости от выходной мощности усилителя и добротности резонатора (катушки) должен иметь зазор между пластинами 3-10 мм. Очень важен надежный контакт с общим проводом у катушки L1, т.к. в этом месте контура имеет место максимум тока, поэтому диаметр провода катушки L1 должен быть достаточно большим.

Оптимальную настройку полосового фильтра можно зафиксировать по максимальному отклонению стрелки измерителя анодного тока лампового усилителя мощности, или индикатора тока антенны, или по максимальной яркости свечения неоновой лампочки, расположенной непосредственно у антенного выхода фильтра или усилителя мощности.