Собираем УКВ ЧМ радиоприемник с АПЧ и ИТН
Собственно, оно все как получилось… В 1887 наш немецкий коллега Генрих Герц построил первый в мире искровой радиопередатчик. Он это сделал для того, чтобы проверить теории Максвелла и Фарадея о существовании радиоволн. Вообще говоря, прикладная часть такого исследования Герца не очень интересовала, ему важно было опытным путем доказать существование радиоволн и по возможности изучить какие-то их свойства. Что ему отлично удалось.
Через 7 лет после этих событий, Оливер Лодж и Александр Мирхед провели демонстрацию первого сеанса телеграфной связи. Сигнал передатчика, находящегося на расстоянии 40 метров от приемника был успешно принят и воспроизведен. А 7 мая 1895 года наш соотечественник Александр Степанович Попов на заседании Русского физико-химического общества показал свой вариант радиоприемника-грозоотметчика. Кстати, именно поэтому 7 мая в России отмечается День радио.
Ну, дальше, понятное дело, пошло-поехало.
В 1899 году была построена первая линия телеграфной связи.
Ее длина составляла 45км.
Накануне Первой мировой войны стали появляться первые радиолампы, на основе которых началось массовое производство приемников прямого усиления. Словосочетание “прямое усиление” — это вовсе не пустое название, а вполне себе схема построения и принцип работы приемника. Надо понимать, что в то время приемники работали на довольно низких частотах в диапазонах длинных или даже сверхдлинных волн. Так что приемник прямого усиления занимался тем, что принимал сигнал передатчика и без лишних преобразований детектировал его и выдавал слушателю. Но тут вот какая незадача. Чем большее количество информации нужно передавать, тем большая частота передачи должна быть у передатчика. Телеграфу-то, понятное дело без разницы — точка-тире и всего делов. А вот чтобы передавать голосовые сообщения, требуется хорошая разборчивость приема. В приемнике прямого усиления любое изменения частоты требует фактически перестройки всего приемного тракта — фильтров, усилителя, что очень неудобно.
В 1918 году немец Вальтер Шоттки и американец Эдвин Армстронг предлагают другую схему построения приемников и называют ее “супергетеродин”.
Справедливости ради нужно отметить, что сии достойные граждане использовали в своей работе идеи француза Леви.
Основная идея такого приемника — преобразование частоты принимаемого сигнала в некую фиксированную частоту и все последующие тракты приемника работают только с этой частотой, которая не зависит от частоты входного сигнала. Кажется, неплохо, давайте посмотрим на картинку.
Итак, перед вами блок-схема супергетеродинного приемника. Радиосигнал, принятый антенной, усиливается УВЧ — усилителем высокой частоты и поступает на специальный узел — смеситель. На другой вход смесителя подается сигнал с гетеродина. Гетеродин представляет собой по сути небольшой передатчик, частота которого может изменяться. Частоту гетеродина выбирают так, чтобы она была выше частоты принимаемого сигнала. Таким образом, в смесителе получается винегрет из двух сигналов — принятого антенной и гетеродина.
В состав этого винегрета входит в том числе и разность частот гетеродина и входящего сигнала. Весь этот винегрет подается на выход смесителя и попадает на специальный фильтр, который называется фильтр ПЧ. Этот фильтр занимается тем, что выбирает из винегрета на выходе смесителя зеленый горошек эту самую разность частот, которая теперь будет гордо именоваться промежуточной частотой (ПЧ).
Величина промежуточной частоты выбирается заранее. В принципе, это величина стандартная — суровый ГОСТ повелевает для диапазона средних и коротких волн использовать ПЧ 465кГц, а для УКВ диапазона — 6,5 или 10,7МГц. Что это значит? Это значит, что частота гетеродина должна быть выбрана так, чтобы после операции вычитания у нас получалась означенная ПЧ и все оставшиеся функциональные блоки приемника работают именно с этой частотой. Нам не нужно, например, перестраивать УПЧ каждый раз при настройке на новую радиостанцию — он все время настроен на частоту 6,5МГц. Частотный детектор, который расположен за УПЧ тоже работает все время на одной и той же частоте, и его тоже не нужно перестраивать.
А что же нам нужно перестроить, чтобы попасть на нужную нам радиостанцию? Всего лишь, частоту гетеродина!
Ну, довольно пустой теории, давайте переходить к практике — так будет понятнее.
Чтобы вам было проще разбираться с основами построения радиоприемников, мы сделали набор — NM0703, УКВ приемник с АПЧ и ИТН. АПЧ — это автоподстройка частоты, а ИТН — это индикатор точной настройки.
Радиоприемник собран полностью на транзисторах, чтобы можно было при необходимости подробно разобрать принцип работы каждого узла супергетеродинного приемника.
Давайте посмотри на принципиальную схему нашего приемника. Пока она представлена без номиналов деталей, исключительно для понимания, в каком месте что находится из рассмотренного выше.
Итак, для упрощения конструкции мы не стали делать УВЧ, поскольку высокочастотный транзистор в смесителе обладает вполне достаточным усилением. Узел смесителя выполнен на транзисторе VT2, гетеродина — на VT1. Изменение частоты гетеродина, а значит и настройка приемника на вещательную станцию осуществляется переменным резистором.
Он меняет напряжение на варикапе, тот в свою очередь изменяет внутреннюю емкость, а значит и резонансную частоту контура L2. Перестройка входного контура L1 происходит автоматически за счет индуктивной связи между гетеродином и смесителем. Таким же образом сигнал от гетеродина попадает в смеситель.
Промежуточная частота в этом приемнике очень низкая — 180кГц. Мы выбрали ее для того, чтобы упростить схему, избавив её от лишних катушек индуктивности. Как видите, за исключением катушек L1 и L2 в приемнике нет ни одной катушки. Такое решение имеет и кучу минусов, но нам показалось, что мотать катушки — это довольно скучное и нужное занятие и решили вас от этого занятия избавить.
На транзисторе VT2 собран фильтр НЧ, выделяющий промежуточную частоту из винегрета смесителя. Он выполняет роль ФПЧ. Далее сигнал ПЧ поступает на УПЧ на транзисторах VT5, VT6, VT8. Кстати говоря, низкая промежуточная частота позволяет еще и выполнить хороший, устойчивый УПЧ с весьма высоким коэффициентом усиления.
После УПЧ сигнал идет на формирователь импульсов и частотный детектор на транзисторах VT10 и VT11, VT14 соответственно. С выхода частотного детектора, обозначенного на схеме большой красной буквой А выходит уже низкочастотный звуковой сигнал, пригодный для УНЧ. Помимо УНЧ, сигнал с ЧД через интегрирующие цепочки подается на АПЧ — автоподстройку частоты и ИТУН — индикатор настройки.
Принцип работы ИТУН довольно прост — чем точнее настройка на радиостанцию, тем выше напряжение на выходе частотного детектора. Схематически, ИТУН представляет собой два пороговых элемента, один их которых срабатывает выше определенного напряжения, другой — ниже.
Вся схема радиоприемника, за исключением УНЧ, питается от внутреннего стабилизатора на транзисторе VT13. Это необходимо для того, чтобы параметры настройки приемника не уплывали при питании приемника например от несвежей батарейки, напряжение которой уже порядком подсело.
Основные технические характеристики приемника следующие:
Напряжение питания, В | 9 |
Потребляемый ток в режиме молчания, мА | 18 |
Принимаемый диапазон частот, МГц | 88. |
Чувствительность по входу, мкВ | 20 |
Выходная мощность, мВт | 250 |
Габаритные размеры, мм | 113х45 |
..108Принципиальная схема:
Схема выполнена на общедоступных компонентах, не содержит дорогих или дефицитных деталей.
Дроссель Др.1 — готовый, выводной. Можно использовать отечественный ДПМ-0,1, можно любой китайский.
В набор входит разумеется готовая печатная плата с обозначением всех компонентов — куда-что нужно припаять. Не смотря на довольно высокое количество компонентов, сборка приемника потребует не слишком много времени.
В набор входит все необходимое для сборки, включая припой и эмалированный медный провод для намотки катушек L1 и L2.
Настройка на радиостанцию осуществляется многооборотным подстроечным резистором. В целом, это не слишком удобно, но для такого резистора вполне можно придумать ручку, которую и вывести на переднюю панель корпуса радиоприемника.
Если такой вариант не очень устраивает, можно приобрести специальный многооборотный переменный резистор фирмы Bourns такого же номинала, как указано на схеме.
Ну и после сборки должно получится что-то вроде такого:
Ну, во всяком случае, так получилось у нас. Что получится у вас — давайте посмотрим.
Приемники УКВ (FM) диапазона, схемы самодельного радио
УКВ-ЧМ приемник на микросхеме КР174ХА34А с питанием от USB
Сейчас проводное радиовещание во многих поселках уже полностью отсутствует. Еслиже все-таки еще осталась «тяга к «Маяку», можно в корпусе старого абонентского громкоговорителя собрать несложный УКВ-ЧМ приемник на одну радиостанцию, на наиболее мощную и уверенно принимаемую в данной …
1 978 0
Очень простой УКВ-ЧМ радиопередатчик диапазона 88-108 МГц (74LS13)Передатчик выполнен на одном из триггеров Шмитта микросхемы 74LS13, он предназначен для передачи монофонического аудиосигнала по радиоканалу на частоте диапазона 88-108 МГц.
Рис. 1. Принципиальная схема УКВ-ЧМ радиопередатчика диапазона 88-108 МГц на микросхеме 74LS13. Катушка L1 содержит …
1 1334 0
Простой УКВ радиоприемник на пяти транзисторах3 2687 3
Схема УКВ-ЧМ приемника на микросхемах KA22429, KA2209Принципиальная схема самодельного FM радиоприёмника на двух микросхемах KA22429, KA2209, питание – 3В. Ставшая уже привычной схема «типового» самодельного простого УКВ-ЧМ приемника состоит из двух микросхем К174 (одна из которых К174ХА34 или К174ХА42), или двух микросхем фирмы Philips – TDA7010 …
0 2512 0
УКВ приемник на диапазон частот 80-135 МГц (КП327, NE604N, CA3130, LM386)Схема УКВ приемника для приема телефонных сигналов с амплитудной и частотной модуляцией, диапазон принимаемых частот составляет от 80 до 135 МГц.
1 3798 0
Малогабаритные FM приемники китайского производства (PA22429, SC1088, TDA7040)Схемы УКВ радиоприемников PALITO PA-993 и PALITO PA-218, введение расширенного УКВ диапазона, а также схема стереодекодера с усилителем ЗЧ. Очень часто в продаже можно встретить миниатюрные FM-приемники китайского производства размерами немногим больше спичечного коробка. Такие приемники помимо малых габаритов отличает электронная автоматическая настройка на радиостанции с помощью двух кнопок: RESET и SCAN. Несмотря на обилие внешнего оформления, и торговых названий …
3 6350 0
Сверхрегенеративный приемник на 144 МГц (КТ368, КТ343)
Схема достаточно простая и особенностей не имеет. Чувствительность приемника составляет около …1 3497 0
ЧМ генератор на диапазон 90-110 МГц (BF900)Приведена схема электрическая принципиальная ЧМ генератора, способного работать в FM диапазоне. Генератор может использоваться совместно с высококачественной звуковоспроизводящей аппаратурой. Непосредственно сам генератор выполнен на полевом тетроде VT1 типа BF900. Применение полевого транзистора с двумя изолированными затворами позволило получить очень стабильный генератор с очень низким уровнем шума в выходном сигнале …
1 2365 0
Схема УПЧЗ на 6,5МГЦ (6Ф1П) для сборки радиоприемника из УКВ блока ИП-2 Предлагаю вашему вниманию конструкцию радиоприемника на основе лампового блока УКВ-ИП-2 и самодельного УПЧЗ на лампе 6Ф1П. Много статей посвящено этому блоку УКВ и построению радиоприемника на его основе. Вот принципиальные схемы блоков УКВ-ИП-2 и УКВ-ИП-2А. Принципиальная схема блока УКВ-ИП-2 на радиолампе 6Н3П.
..4 5151 5
Простейшие СВ (АМ) и УКВ (ЧМ) радиоприемники на микросхеме LA1800Несколько вариантов принципиальных схем для построения самодельного радиоприемника на СВ (АМ) и УКВ (ЧМ) диапазоны с использованием универсальной микросхемы LA1800. Микросхема LA1800 предназначена для построения схемы AM / ЧМ радиовещательного приемника. В составе микросхемы есть ЧМ-тракт …
2 4687 0
1 2 3 4 5 … 7Радиодетали, электронные блоки и игрушки из китая:
КАТЕГОРИИ СХЕМ СПРАВОЧНИК ИНТЕРЕСНЫЕ СХЕМЫ |
| САМЫЕ ПОПУЛЯРНЫЕ СХЕМЫ ТЕГИ |
Сейчас простые УКВ ЧМ приёмники в основном выполняются на базе микросхемы К174ХЛ34.
Главные достоинства схемы, – простота, высокая чувствительность (0,5 µV при отношении сигнал/шум 12 dB), хорошая стабильность настройки при параметрической установке частоты. Приемный тракт построен на микросхеме МС3362 фирмы Motorola. Схема супергетеродинная с двойным преобразованием частоты.Простой FM приёмник на одном транзисторе своими руками | Лучшие самоделки
FM приёмник это довольно обыденная вещь сейчас, нет проблем купить такой хоть аналоговый, хоть цифровой но всё же хочется иногда собрать что-то своими руками и сделать свой самодельный приёмник, сегодня рассмотрим пожалуй самый простой FM приёмник всего на одном транзисторе но который может при всех своей простоте принять все станции ФМ диапазона, автор данного приёмника Захаров и опубликована ещё в 80-х годах в журнале Радио (1985 г.
№12 с 28-30).
Оригинальная схема простого УКВ приёмника на одном транзисторе такая:
Простой FM приёмник на одном транзисторе своими руками
Пришлось немного переделать схему, чтобы можно было принимать современный FM диапазон 88-108 МГц, так как изначально в оригинальной схеме был советский УКВ диапазон (65,8-73 МГц).
Простой FM приёмник на одном транзисторе своими руками
Вместо транзистора ГТ311Е (КТ315) был поставлен импортный С9018. Данный транзистор в схеме выполняет целых 4 функции: это преобразователь частоты с совмещённым гетеродином, также выполняет функции синхронного детектора, а также он еще и предварительный усилитель звуковой частоты.
Катушка L1 диаметром 7 мм и состоит из 5 витков с отводом от средины, намотка осуществляется проводом ПЭВ-2 0,56 мм, катушка L2 также диаметром 7 мм и состоит из 11 витков. Катушки должны стоять к друг-другу перпендикулярно, то есть их края не должны смотреть в одну и ту же сторону, чтобы не было влияния друг на друга.
Простой FM приёмник на одном транзисторе своими руками
Напряжение на выходе приёмника 10-30 мВ и этого достаточно для того, чтобы слушать станции на наушники включенные вместо резистора R2 (если смотреть по первой схеме). Вместо каскада усилителя НЧ я FM приёмник подключил к компьютерным колонкам где уже есть свой УНЧ.
Простой FM приёмник на одном транзисторе своими руками
Данный ФМ радиоприёмник по чувствительности не уступает сверхрегенеративному, но в отличии от него не «шумит» в отсутствии сигнала.
При настройке гетеродина на частоту, вдвое меньшую частоты радиостанции, происходит захват, сопровождаемый щелчком, после чего в некоторой полосе удержания приёмник следит за сигналом.
На данный самодельный простой FM приёмник на одном транзисторе я смог поймать 13 станций но надо учитывать, что для более чёткой настройки на станции понадобится верньер.
Смотрите и другие наши электронные самоделки, пролистайте чуть ниже, там есть похожие DIY устройства.
Ламповые радиоприемники, схемы и изготовление СВ-ДВ-КВ-УКВ приемников своими руками
Ламповые радиоприемники изготовляют для приема сигналов вещательных и любительских станций на диапазоны длинных волн (ДВ), средних волн (СВ), коротких волн (КВ) и ультракоротких волн (УКВ).
В разделе можно найти схему простого КВ приемника, подборку схем ДВ-СВ приемников для изготовления своими руками, а также варианты ламповых радиоприемников на диапазоны частот 61-73Мгц (УКВ), 88-108МГц (FM), 144МГц и другие вещательные и любительские УКВ диапазоны.
Представлены регенеративные и сверхрегенеративные приемники для самостоятельного изготовления на одной-двух лампах, а также более профессиональные схемы приемников на множестве ламп и на несколько разных диапазонов частот – гетеродинные и супергетеродинные.
Большого внимания заслуживают схемы батарейных радиоприемников на обычных и пальчиковых лампах, которые отличаются своей экономичностью и низким напряжением питания, что позволяет использовать их в переносной приемопередающей и связной радиоаппаратуре.
Регенеративный КВ приемник на диапазон 41мТема ламповых кв регенераторов на вещательные диапазоны в сети имеет место быть среди широкой аудитории радиолюбителей. Не смотря на то что этой технологии приема уже добрых несколько десятков лет, такие конструкции вполне себе актуальны по настоящее время.
1
0
2022
УКВ радио из блока УКВ ИП-2 с УПЧЗ 6,5МГЦ на лампе 6Ф1ППредлагаю вашему вниманию мои изыкания на блоке укв ип-2, схема самодельного УПЧЗ для сборки лампового УКВ ЧМ радиоприемника.
. Много статей посвящено этому блоку и построению на нем радиоприемника. Пошарив по просторам интернета схем подключения данного блока нашлось не много, собственно всего две, и обе с использованием в качестве УПЧЗ готового блока сборки УПЧЗ-2 либо УПЧЗ-1…
4
4
4119
СВ – УКВ конвертер для приема радиостанций 85-87 МГц (6Ж3П, 6Н15П)Сверхрегенеративные приемники УКВ, как уже отмечалось, обладают рядом существенных недостатков. Они недостаточно устойчивы, малоизбирательны и т. д. Значительно лучшие по устойчивости и надежности приема результаты дает приемник, собранный по супергетеродинной схеме. Обычно для получения хороших …
5
1
1413
Батарейный УКВ приемник на пальчиковых лампах (1К1П, 2П1П)Приемники и передатчики УКВ с питанием от батарей до сих пор не получили большого распространения среди любителей. Это объясняется тем, что батарейные малогабаритные лампы плохо работают на УКВ. Между тем аппаратура с питанием от батарей представляет для любителей большой интерес, так как может .
..
2
0
1409
Сверхрегенеративный УКВ приемник 0-V-2 (6Ж5, 6С5)Не очень сложной конструкцией является ламповый сверхрегенеративный УКВ приемник 0-V-2 с питанием от сети переменного тока. Но и он не имеет сложных и дорогих деталей, а его монтаж и налаживание очень просты. Приемник может питаться от выпрямителя, дающего 200-300 в постоянного напряжения при токе …
6
0
1476
Схема ламповой УКВ приставки к вещательному приемнику (6Ж5)В работе на УКВ сверхрегенеративные приемники нашли большое распространение среди радиолюбителей. Радиолюбитель, выбрав схему сверхрегенератора, может без больших затрат построить приемник, не уступающий по чувствительности сложному супергетеродину.УКВ приставка является простейшей …
2
0
1641
Спортивный ламповый КВ приемник на диапазоны 10-80м (6К4П, 6И1П, 6Ф3П)Из таблицы любительских диапазонов, приведенной в статье Н.
Казанского – Первый шаг в короткие волны (Р-1966-6, Азбука КВ спорта),видно, что любителям-коротковолновикам отведены для работы очень узкиеучастки КВ диапазона волн. Самый большой из них имеет ширину всего 450КГц (21,0-21,45 МГц).
Коротковолновиков же на нашей планете сотнитысяч, и поэтому на любительских участках тесно, до того тесно, чторадиостанции, как говорится, «сидят одна на другой ». А мощностьпередатчиков любительских радиостанций, как известно, очень мала.
6
1
3598
Ламповый регенератор на диапазоны 10, 14, 20, 40 и 80м (6К4П, 6Ж3П, 6П14П)Этот трехламповый коротковолновый приемник прямого усиления предназначен для приема телефонных и телеграфных любительских радиостанций, работающих в диапазонах 10, 14, 20, 40 и 80 м. Он рассчитан на самостоятельное изготовление начинающими радиолюбителями-коротковолновиками, не имеющими …
8
0
3055
Аудион – ламповый регенеративный приемник на 5,5 – 7,5 Мгц (1Ж24Б, 45В)Приведена принципиальная схема самодельного регенеративного приемникана лампах 1Ж24Б, диапазон принимаемых частот 5,5 – 7,5 Мгц.
Аудион -это немецкое название приемника, в котором лампа работает в качестведетектора. Но по сути дела, это регенеративный приемник с индуктивнойобратной связью.
Регенеративный приемник или, иначе, приемник с обратной связьюявляется в смысле чувствительности и избирательности приема одним излучших ламповых приемников …
6
0
1430
Схема громкоговорящего приемника на диапазоны СВ-ДВ (6Н2П, 6П14П)Описываемый радиоприёмник очень прост по электрической схеме иконструкции, его может построить любой начинающий радиолюбитель.Приёмник собран по схеме прямого усиления на двух лампах пальчиковойсерии: двойном триоде 6Н2П и выходном пентоде 6П14П. Он предназначен дляприёма радиостанций, работающих в диапазоне длинных и средних волн.
Антенна А через конденсатор С1 подключается или к длинноволновомуконтуру, образованному катушкой L1 и конденсатором переменной ёмкостиС2, или к средневолновому – катушка L2 и тот же конденсатор С2 …
2
10
2239
Радиолюбительские укв приемники своими руками.
Простая схема радиоприемника: описание Каждому начинающему радиолюбителю хочется собрать не только интересное в сборке и работающее устройство, но и полезное. Сегодня я расскажу, как сделать недорогой FM приёмник на микросхеме TA8164P по упрощённой схеме. Микросхему TA8164P можно заменить на более дешевую TA2003 (CD2003 ), но качество приёма упадёт в разы. Далее приведена схема приёмника:Как вы уже заметили, в схеме нет переменного конденсатора, он заменён на пару варикапов и переменное сопротивление. В данном приёмнике сопротивление нужно использовать переменное многооборотное, но в моём случае стоит подстроечный многооборотный резистор. Можно применить такие типы:
Варикап КВ109 можно использовать с любым буквенным обозначением, я использовал КВ109А (с белой точкой). Цоколевка варикапа (ножка со стороны маркировки является анодом, а ножка со стороны выпуклой метки – катодом):
Если внимательно посматреть на схему – элементы с маркировкой 10,7 МГц, отличаются между собой количеством выводов.
Элемент с двумя выводами можно назвать кварцевым резонатором, но его правельнее называть фильтром дескриминатора. Элемент с тремя выводами – радиочастотный фильтр. Эти элементы рекомендуется использовать фирмы Murata .
Катушка L1 мотается в количестве 11 витков, проводом 0.5 мм, на полом каркасе (при намотке можно использовать сверло) диаметром 2.5 мм. L2 – 10 витков, проводом 0.5 мм, на том же каркасе. Данный приёмник имеет очень низкую выходную мощность, которой хватает только на высокоомный (40-60 Ом) наушник, по этому нужно использовать УНЧ.
Печатная плата для данного устройства очень проста, её можно нарисовать и маркером. На рисунке приведена печатная плата устройства, которую можно
Радиоприемник
Ранее сделанный своими руками простой громкоговорящий радио приемник с низковольтным питанием 0,6-1,5 Вольта стоит без работы. Замолчала радиостанция «Маяк» на СВ диапазоне и приемник из-за своей низкой чувствительности днем никакие радиостанции не принимал.
При модернизации китайского радиоприемника была обнаружена микросхема TA7642. В этой похожей на транзистор микросхеме размещен УВЧ, детектор и система АРУ. Установив в схему радио УНЧ на одном транзисторе получается высокочувствительный громкоговорящий радиоприемник прямого усиления с питанием от батареи 1,1-1,5 Вольта.
Как сделать простое радио своими руками
Схема радио специально упрощена для повторения начинающими радио конструкторами и настроена для длительной работы без выключения в энергосберегающем режиме. Рассмотрим работу схемы простого радиоприемника прямого усиления. Смотри фото.
Радио сигнал наведенный на магнитной антенне поступает на вход 2 микросхемы TA7642, где он усиливается, детектируется и подвергается автоматической регулировке усиления. Питание и съем низкочастотного сигнала осуществляется с вывода 3 микросхемы. Резистор 100 кОм между входом и выходом устанавливает режим работы микросхемы. Микросхема критична к поступающему напряжению. От напряжения питания зависит усиление УВЧ микросхемы, избирательность радиоприема по диапазону и эффективность работы АРУ.
Питание ТА7642 организовано через резистор 470-510 Ом и переменный резистор номиналом 5-10 кОм. При помощи переменного резистора выбирается наилучший режим работы приемника по качеству приема, а также регулируется громкость. Сигнал низкой частоты с ТА7642 поступает через конденсатор емкостью 0,1 мкФ на базу n-p-n транзистора и усиливается. Резистор и конденсатор в цепи эмиттера и резистор 100 кОм между базой и коллектором устанавливают режим работы транзистора. Нагрузкой специально в данном варианте выбран выходной трансформатор от лампового телевизора или радиоприемника. Высокоомная первичная обмотка при сохранении приемлемого КПД резко снижает ток потребления приемника, который не превысит на максимальной громкости 2 мА. При отсутствии требований по экономичности можно включить в нагрузку громкоговоритель сопротивлением ~30 Ом, телефоны или громкоговоритель через согласующий трансформатор от транзисторного приемника. Громкоговоритель в приемнике установлен отдельно. Здесь будет работать правило, чем громкоговоритель больше, тем звук громче, для данной модели использована колонка из широкоформатного кинотеатра:).
Питается приемник от одной пальчиковой батарейки 1,5 Вольта. Так как дачный радиоприемник будет эксплуатироваться вдали от мощных радиостанций, предусмотрено включение внешней антенны и заземления. Сигнал с антенны подается через дополнительную катушку намотанную на магнитной антенне.
Детали на плате
Пять выводов сплаты
Плата на шасси
Тыльная стенка
Корпус, все элементы колебательного контура и регулятор громкости взяты из ранее построенного радиоприемника. Подробности, размеры и шаблон шкалы смотрите . Ввиду простоты схемы печатная плата не разрабатывалась. Радио детали могут быть установлены своими руками навесным монтажом или спаяны на небольшом пятачке макетной платы.
Испытания показали, что приемник на удалении 200 км от ближайшей радиостанции с подключенной внешней антенной принимает днем 2-3 станции, а вечером до 10 и более радиостанций. Смотри видео. Содержание передач вечерних радиостанций стоит изготовления такого приемника.
Контурная катушка намотана на ферритовом стержне диаметром 8 мм и содержит 85 витков, антенная катушка содержит 5-8 витков.
Как указывалось выше, приемник может легко быть повторен начинающим радио конструктором.
Не спешите сразу покупать микросхему TA7642 или ее аналоги K484, ZN414. Автор нашел микросхему в радиоприемнике стоимостью 53 рубля))). Допускаю, что такую микросхему можно найти в каком нибудь сломанном радиоприемнике или плеере с АМ диапазоном.
Кроме прямого назначения приемник круглосуточно работает как имитатор присутствия людей в доме.
Детекторный радиоприёмник своими рукми
Радио – самый надежный и простой способ связи на расстоянии (кроме обученных почтовых голубей). Не важно, будет ли это чей-то голос в эфире, хорошо, если бы это оказался осмысленный треск чьего-то искрового радиопередатчика, а не эфирный шум приближающейся грозы! С учетом особенности распространения радиоволн можно судить, как далеко находится разумное существо. Возможно, это будет позывной радиомаяка из подземного убежища.
Итак, в нашем воображаемом несчастье в самом худшем сценарии вокруг нас могут образоваться несладкие условия, поэтому мы вполне можем сформировать очень жесткие и критичные требования к проектируемому приемнику:
- приемник должен содержать в себе минимум элементов;
- приемник должен обеспечивать работу без элементов питания;
- приемник должен иметь возможность оперативной модификации;
- приемник должен быть мобильным;
- элементы схемы приемника должны быть реализованы из подручных средств.
Исходя из этих требований, определяем предмет нашего творчества – Детекторный приемник. Да, именно такие приемники, самые простые и дешевые, не требуют для своей работы каких-либо дополнительных источников электроэнергии. Устройство детекторного приемника настолько несложно, что его можно построить, не имея никаких знаний в области радиотехники! Если невдалеке от места установки детекторного приемника имеются две или три мощных станции, то при приеме на детекторный приемник очень трудно выделить передачу одной из них так, чтобы остальные совсем не были слышны, что очень выгодно для нас, как искателей хоть какого-нибудь сигнала. Детекторный приемник не требует ни ламп, ни транзисторов и всегда готов к работе. Существует довольно большое число схем детекторных приемников, отличающихся одна от другой большей или меньшей сложностью, способами настройки, различной степенью избирательности. Правда, есть связанные с этим ряд недостатков, устранить которые в детекторном приемнике невозможно.
Детекторный приемник не обеспечивает приема дальних радиостанций. Самые мощные радиостанции слышны на детекторный приемник не далее, чем на расстоянии в 600 – 800 км в дневное время, и то, лишь при наличии очень высокой приемной антенны.
Рис.1. Принципиальная схема детекторного радиоприемника
Опишу основные моменты принципа радиоприема, чтобы ваша будущая конструкция не оставалась для вас до конца жизни тайным черным ящиком. В антенну передающей радиостанции от радиопередатчика подается переменный ток, быстро меняющий свое направление и величину. Это вы должны понимать из курса физики средней школы. Под действием такого переменного тока в окружающем антенну пространстве возникают электромагнитные волны или, как говорят, в пространство излучаются радиоволны. Эти радиоволны распространяются от антенны передающей радиостанции во все стороны со скоростью света, т. е. со скоростью 300000 км в сек. Предположим, что перед микрофоном, связанным с передающей радиостанцией, говорит диктор или играет оркестр.
Микрофон подключен к передатчику таким образом, что звуковые колебания речи или музыки, воздействующие на этот микрофон, управляют силой излучаемых антенной радиоволн, т.е. излучаемые антенной передающей радиостанции радиоволны изменяются по своей силе в такт голосу диктора или, звукам оркестра. Часть излученных антенной радиопередатчика радиоволн доходит до антенны нашего приемника и вызывает (наводит) в ней такой же переменный ток, какой имеет место и в антенне передатчика. Хотя этот наведенный ток по своей величине будет неизмеримо меньше, чем ток в передающей антенне, но он будет также изменяться в такт голосу человека, говорящего перед микрофоном передающей радиостанции.
В детекторном приемнике поступающие от приемной антенны переменные наведенные токи преобразуются в токи, способные непосредственно воздействовать на головные телефоны. Эту задачу преобразования токов выполняет детектор приемника. Любую приемную антенну, даже небольшую комнатную антенну пересекают радиоволны громадного количества радиостанций, разбросанных по всему земному шару.
Задача любого приемника – выделить из этого громадного числа наведенных в антенне токов токи только той радиостанции, которую вы в данный момент желаете слушать. Это вы и делаете, «настраивая» приемник. Вращая ручку настройки радиоприемника, настраиваете его на ту или иную радиостанцию, иногда расположенную на громадном расстоянии от места приема. Вполне понятно, что в нашем случае уверенно вы сможете принимать только достаточно мощные радиостанции, расположенные не слишком далеко.
Сам детекторный приемник устроен весьма просто. Всякий детекторный приемник имеет колебательный контур, при помощи которого производится настройка приемника на волну желаемой станции. К колебательному контуру присоединяются приемная антенна и заземление. В некоторых детекторных приемниках с этой же целью связь между антенной и колебательным контуром осуществляется через конденсатор малой емкости. Электрические колебания высокой частоты, принятые антенной, выделяются колебательным контуром в том случае, если он настроен на их частоту, и отсеиваются — если он на них не настроен.
Благодаря этому передача радиостанции, на которую настроен контур, выделяется из всех остальных. С приемным колебательным контуром связывается детекторная цепь, в которую последовательно включены детектор и телефон. Высокочастотные электрические колебания, принятые и выделенные приемным контуром, ответвляются в детекторную цепь, где они детектируются, превращаясь в колебания низких (звуковых) частот. Токи звуковых частот, проходя через телефон, заставляют колебаться его мембрану, которая и воспроизводит звук. Для лучшей работы приемника параллельно к телефону присоединяется так называемый блокировочный конденсатор.
Определение необходимых материалов
Для того чтобы определить необходимые детали и материалы, достаточно взглянуть на схему нашего приемника. Я упомянул слово детали, большинство которых, вероятно, будут недоступны. Но и детали можно изготовить самостоятельно, не имея при себе специального оборудования и станков.
Взглянем еще раз на схему (Рис.1) сверху вниз и перечислим все элементы нашего радиоприемника.
Самый первый из них – антенна, далее катушка колебательного контура, несколько конденсаторов колебательного контура, детектор, блокировочный конденсатор, головной телефон, заземление. Не так уж и много всего, если у вас рядом расположен магазин радиодеталей. Но давайте рассчитывать на самый худший вариант, когда этого магазина рядом не будет. Кратко опишу каждый элемент из этой конструкции, и какой материал может понадобиться для его самостоятельного изготовления.
Антенна – это такой длинный провод от 30 до 100 метров длиной. А поскольку это провод, то нам потребуется либо цельный кусок такого длинного провода, либо скрученные вместе отрезки различных проводов. Не очень важно из какого металла, будь то алюминий, медь, сталь и прочее, одножильный, многожильный. Берите все, что найдется. Главное, чтобы в сумме они были необходимой длины и соединены были между собой надежно, чтобы не оборвались при натяжении. Соединяя отдельные куски провода, не забудьте их предварительно очистить ножом от окислов и краски.
Еще один момент. Антенну надо как-то крепить к высокому предмету. Но крепить надо не сам провод, а через изолятор, который так же надо изготовить самостоятельно. Без изолятора антенна будет работать очень плохо, особенно в сырую погоду, во время осадков. Изолятор можно изготовить из обычной пластиковой бутылки. Итак, для антенны потребуются провода, а для изолятора антенны – пластиковая бутылка.
Катушка колебательного контура (L1) – резонансный элемент приемника, множество витков провода на жестком каркасе. Снова потребуются провода, но уже не любые. Здесь понадобится провод небольшого диаметра примерно 0.3 – 0.8 мм и достаточно много, чтобы намотать не менее 100 витков на жестком каркасе, например, на 50 мм пластиковой трубе от системы канализации. Если нет цельного провода для катушки, то и его так же можно собрать из отрезков. Итак, для катушки колебательного провода потребуются провода и пластмассовый каркас диаметром около 50 мм.
Конденсаторы колебательного контура (Сн) – тоже резонансный элемент приемника, служат для настройки приемника.
Их надо изготовить несколько штук различной емкости. В изготовлении эта деталь совсем не сложна. Необходимо запастись фольгой (от конфет, шоколада и т.п.), полиэтиленом (в роли диэлектрика) и небольшими отрезками проводков для монтажа.
Детектор (VD1) – в нашем случае элемент, который выделяет модулирующий сигнал (голос диктора, например) из принимаемого радиосигнала. Эта деталь ничуть не сложнее, чем все остальные. Лучше всего использовать диод заводского изготовления, в худшем случае его придется изготовить самостоятельно.
Блокировочный конденсатор (Сбл) – восстанавливает потери продетектированного сигнала. С ним приемник работает ощутимо громче. Изготавливать его надо будет также как и конденсаторы настройки. Материал для его изготовления совершенно такой же.
Заземление – вторая половина антенны, а это значит, что плохо собранное заземление заметно ухудшит качество принимаемого сигнала. В качестве готового заземления можно использовать трубы водопроводных систем, если известно, что они точно имеют хороший контакт с землей, где-нибудь вдоль магистрали.
Ну а если такой системы нет, то и ее надо изготовить. Закопать в землю массивный металлический предмет, заранее закрепив на нем провод, который будет торчать из земли.
Головной телефон – дверь в невидимый мир радиосигналов, интерфейс сознания. Самостоятельно изготовить его практически невозможно. Имею в виду, изготовить головной телефон именно с такими характеристиками, какие нужны нам. Весь секрет столько необходимого нам головного телефона в том, что он высокоомный. Его внутреннее сопротивление должно составлять не менее 1600 Ом. В состав его конструкции входит магнит, металлическая мембрана и большое количество очень тонкого провода. Вручную на коленке такое собрать очень тяжело. Поэтому придется его искать. Если такой головной телефон все же не найдете, то придется использовать альтернативные варианты. Во второй части статьи вы найдете материал о том, какие доступные детали можно использовать вместо высокоомного динамического головного телефона.
Поиски материала
Поиск материала для антенны
Как я уже отметил, для антенны пойдут любые крепкие на разрыв провода из любого металла, лишь бы в итоге получился провод достаточной длины.
О том, какая длина провода должна получиться в результате я изложил в отдельной части статьи. К поискам материала для изготовления антенны особых требований нет – надо брать все что попадется. Это могут быть фрагменты электропроводки зданий, телефонные трассы, любые монтажные проводники, коаксиальные телевизионные кабели, троллейбусные и трамвайные трассы. Но последние достаточно тяжелые как для монтажа, так и для переноса, когда будете определять направление на источник сигнала.
Поиск материала для изолятора
Изолятор должен быть выполнен из любого диэлектрика. Я предложил использовать пластиковую бутылку. Неважно, что в этой бутылке было раньше. Если бутылки не найдете, то можно использовать пластиковую трубу, даже любой пластмассовый предмет. Главное, чтобы то, что вы найдете, могло обеспечить надежную изоляцию антенного провода от предмета, к которому будет крепиться антенна. Таким образом, никак нельзя, чтобы этот предмет стал частью антенны. Проявите смекалку и находчивость
Рис.
2. Материал для антенного изолятора
Поиск материала для катушки колебательного контура (L1)
Снова потребуются провода, но уже определенного диаметра от 0.3 до 0.8 мм. Провода могут быть в лаковой, шелковой, пластиковой изоляции – это не препятствует работе катушки. Лучше всего если провод для катушки будет цельным, но если нет возможности найти такой провод, то можно использовать отрезки проводников. Силовые провода от электропроводки не пойдут – они слишком большого диаметра. При поиске надо обращать внимание на трансформаторы, трассы компьютерных сетей, телефонные трассы – именно там можно найти то, что нам надо!
Если вам не удаётся найти качественный провод для катушки или монтажа деталей, вполне пригодится провод, который находится в трансформаторах (Рис 4). Наверное, вы видели в детстве разбросанные металлические пластины в виде буквы Ш или Е. Трансформатор надо разбирать аккуратно, чтобы не повредить провод. Лучший инструмент для разборки трансформатора – отвертка. Сначала следует снять металлическую скобу, которая скрепляет трансформаторные пластины с обмоточным каркасом.
Пластины надо удалить, в дальнейшем они нам не понадобятся. После того, как вы достанете каркас, снимите с него защитную пленку. Затем начинайте отматывать провод. Избегайте образования узлов и перекрутки провода. Провод сразу наматывайте на заготовленную предварительно оправку. Оправку лучше всего использовать диаметром от 3 см и выше из любого материала. Полученную таким образом катушку рекомендуется скрепить нитками, чтобы провод не разматывался.
Теперь о каркасе катушки. Я рекомендовал использовать пластиковую трубу диаметром 5 см, которую можно найти на развалинах водопроводных систем. Но можно также намотать катушку на любом трубчатом каркасе из диэлектрика диаметром около 5 см, например, на стеклянной бутылке, пластиковой бутылке, лишь бы эта бутылка не была фигурной формы, т.е. имела постоянный диаметр по всей свое длине.
Рис.3. Пластиковая труба для каркаса катушки колебательного контура приемника
Поиск материала для конденсаторов (Сн, Сбл)
Для изготовления этих деталей понадобится фольга и материал, который выполнит функцию изолятора между обкладками конденсатора.
Фольгу можно взять от оберток шоколада, конфет, металлосодержащей обертки прочих продуктов питания. Такая фольга достаточно гибкая, что нам и нужно. В качестве диэлектрика может подойти полиэтилен пакетов, упаковочного материала, сухая писчая бумага, калька, бумага оберток пищевых продуктов. Газеты и журналы не подойдут, так как из-за состава типографской краски диэлектрические свойства будут плохими.
Рис.4. Материал для изготовления конденсаторов
Поиск материала для детектора (VD1)
Вообще, будет здорово, если вы сразу найдете среди радиотехнического хлама полупроводниковый диод (Рис.5). Он избавит вас от сложной работы по конструированию детектора и сэкономит ваше время. С готовым заводским диодом приемник будет работать громче, чем с самодельным. Конечно, сами по себе диоды не валяются россыпями на улицах. Их можно найти в платах радиоприемников, магнитофонов, телевизоров. Внимательно изучайте содержимое обнаруженных плат, так как диоды имеют небольшие размеры от 2 до 4 мм в длину.
Сам полупроводниковый элемент, как правило, заключен в стеклянный корпус. Корпус имеет маркировочные полосы. В нашем случае количество и окраска этих полос не имеют значения. Какой стороной подключать диод в схеме нашего приемника тоже не имеет значения – любой стороной.
Рис.5. Детектор – полупроводниковый диод
Но если такой диод вы нигде не обнаружите, не отчаивайтесь – его можно сделать его самостоятельно. В этом и заключается цель нашей статьи – обеспечить вас знаниями как изготовить необходимые компоненты приемника самостоятельно. Конструкция самодельного детектора приведена в другом разделе статьи. Подскажу лишь, что вам надо будет найти простой карандаш, лезвие бритвы, булавку, несколько маленьких гвоздиков, дощечку для крепления конструкции. Небольшие гвоздики можно достать из оконных деревянных рам, обуви.
Поиск материала для заземления
Если в месте установки радиоприемника у вас не окажется подходящего заземления (участок водопроводной системы, например), для изготовления своими силами заземления надо будет найти крупный металлический предмет.
Лучше, если этот предмет не будет окрашен, тем самым обеспечится надежное взаимодействие с почвой. В качестве заземления можно будет использовать металлическое ведро, корпус холодильника, металлическую кухонную плиту, арматурную решетку, трактор, танк, корабль. Не забудьте снять краску или эмаль.
Поиск материала для головного телефона
Головной телефон самостоятельно изготовить практически невозможно. Поэтому будем искать готовый головной телефон для нашего радиоприемника. Искать наушники среди бытового хлама нет смысла. В быту используются низкоомные наушники, которые не годятся для нашей конструкции. Таким образом, миниатюрные наушники для плееров, карманных приемников не годятся. Их внутренне сопротивление всего лишь от 16 до 32 Ом. Более качественные головные телефоны от домашних аудиосистем так же не годятся – это те же самые динамики, с внутренним сопротивлением 8 Ом, соответственно, и обычные динамики так же не годятся из-за малого сопротивления. И так, как бы ни был хорош ваш радиоприемник, на все эти наушники и динамики, которые я перечислил, вы ничего не услышите.
Ищите то, что нам нужно. Обращайте внимание на телефонные трубки городских автоматов, домашних телефонов, домофонов. На самом корпусе наушника изготовитель обычно указывает величину внутреннего сопротивления, для нас, чем оно выше – тем лучше, 1000 Ом и выше. Если на корпусе ничего не указано, то все равно забирайте с собой, вдруг подойдет и заработает.
Рис.6. Высокоомный головной телефон ТОН-2 сопротивлением 1600 Ом. Вид сзади
Соединять наушники последовательно для суммирования сопротивлений нет совершенно никакого смысла. Но как же понять подошел ли наушник для нас или нет, если в эфире и так нет никого? А вдруг он сам по себе неисправен? Очень просто. В момент подключения антенны или заземления к приемнику вы услышите достаточно громкий щелчок. Это щелчок возникает из-за скопившегося статического напряжения в антенной цепи. Чем выше сопротивление наушника, тем громче будет щелчок. Не старайтесь услышать привычный гул частотой 50 гц, который обычно наводится линиями электропроводки – никакой электропроводки под напряжением вокруг вас не нет!
Изготовление
Самостоятельное изготовление Детектора (VD1)
Итак, у нас уже есть все необходимое для сборки – лезвие для бритья, простой (графитовый) карандаш и булавка.
Основа конструкции – точка соприкосновения лезвия и грифеля простого карандаша, которая образует полупроводниковый переход. Для жесткости конструкции лезвие необходимо закрепить на небольшой деревянной дощечке при помощи гвоздика. Предварительно надо продумать, как к этому лезвию будет крепиться монтажный проводник. Я рекомендую лезвие и проводник закрепить на дощечке этим же гвоздиком. Вторую половину детектора мы изготавливаем из булавки, небольшого кусочка простого карандаша и гвоздика. Необходимо подточить карандаш. Жесткость грифеля на начальном этапе не имеет значения. Если есть выбор карандашей, то можно попробовать различные варианты. Длина карандаша не должна быть большой – всего лишь 2 – 5 сантиметров. Карандаш необходимо насадить на булавку таким образом, чтобы игла вошла в карандаш между графитовым стрежнем и оболочкой карандаша, и был обеспечен надежный контакт. Свободный конец булавки так же необходимо прикрепить к дощечке гвоздиком. Главное не забыть про монтажный провод – его крепим к булавке так же как и к лезвию.
Собранная конструкция выглядит примерно как на рисунке Рис 7. Самое главное здесь – найти точку наибольшей чувствительности перемещая острие карандаша по поверхности лезвия, регулируя, насколько это возможно, усилие булавки. Рекомендую найти несколько образцов лезвий и карандашей и изготовить несколько детекторов. В ход пойдут как новые так и ржавые полотна, в общем, любые. Ведь затраты в нашем случае будут вполне оправданы.
Рис.7. Собранный детектор
Катушка колебательного контура
Катушку колебательного контура для выбранного нами средневолнового и длинноволнового диапазона лучше всего изготовить без какого-либо сердечника. Я рекомендую применить жесткий каркас, например, отрезок Полихлорвиниловой (ПХВ) трубы диаметром 5 сантиметров. Конечно, конструктор может использовать так же и картон, но картон имеет свойство сыреть. Провод потребуется диаметром не более 1 мм, будет лучше, если найдете провод диаметром около 0.3 мм. Вам очень повезет, если найдете сетевой кабель используемый для соединения компьютеров в сеть.
Его в достаточном количестве можно найти в офисных помещениях под потолком, спрятанным за обшивкой.
В нем как раз уложено 8 проводников необходимого диаметра. Представьте себе, сетевой кабель длиной 10 метров даст вам для конструирования целых 80 метров столь необходимого монтажного провода, который сгодится практически для любого устройства, в том числе и для катушки! И так, в трубе (т.е. каркасе) проделываем два отверстия, в которые пропускаем намоточный провод. Отверстия необходимы для крепежа провода, но можно попробовать закрепить проводок и скотчем, если он у вас есть. Общее количество витков, которое надо будет аккуратно уложить виток к витку без нахлестов, будет не менее 100. Чем больше, тем лучше, тем больший диапазон вы сможете охватить. После каждого 20 витка рекомендую делать петельки – отводы, к которым мы будем подсоединять то антенну, то детектор, то конденсаторы в поисках сигнала. Посоле окончательной намотки петельки отводов надо освободить от изоляции. По простой формуле L=2пR можем определить общую длину провода для нашей катушки 15.
7 см – один виток, тогда на 100 витков потребуется 15,7 метров провода, на 200 витков не менее 32 метров (с учетом отводов).
Будет очень хорошо, если вы найдете хотя бы 4 метра сетевого кабеля (Рис.8). Я недавно нашел 13 метров сетевого кабеля – это 104 метра! Общая длина намотки составит приблизительно диаметр проводника с изоляцией * количество витков, где-то, 1.1*100=110 мм для 100 витков или 1.1*200=220 мм для 200 витков. Учтите это, когда будете отрезать трубу.
Рис.8. Сетевой кабель для обмотки катушки колебательного контура и монтажа схемы
Итак, катушка (Рис.9) почти готова, осталось зачистить от изоляции отводы, которые мы сделали (я рекомендовал их делать после каждого 20 витка). Делать это можно, слегка опалив выводы и зачистив их, но главное здесь – не перестараться и не испортить всю свою работу. Отводы для надежности конструкции лучше всего закрепить – хорошенько примотать их нитками к корпусу, но можно и не крепить, тогда обращаться с катушкой следует аккуратнее.
Саму катушку можно зафиксировать на дощечке, а можно и не делать этого. Её расположение на плате не влияет на работу нашего приемника.
Рис.9. Катушка
Изолятор
В этом приемника важно все от антенны до заземления! Крепление антенны должно быть качественным с точки зрения радиофункциональности. Антенна обязательно должна крепиться на изоляторах. Влага, сырость, снег оказывают большое влияние на свойства антенны, поэтому необходимо постараться свести к минимуму эти воздействия – вот для чего нужны изоляторы. Естественно, они должны быть выполнены из качественных изоляционных материалов. Дерево не подойдет для этих целей, так как оно быстро намокает.
Самый простой и наиболее доступный способ изготовить изоляторы из горлышек стеклянных или пластиковых бутылок. Более качественный изолятор получится из пластиковой бутылки целиком (Рис.2) если изготовить его таким образом.
Для надежного самодельного изолятора антенны я рекомендую использовать обычную пластиковую бутылку.
Из нее получается превосходный изолятор. Для этого в ее горлышке и у самого основания бутылки необходимо проделать по два отверстия. Горлышко и основание бутылки, как правило, имеют бОльшую толщину стенок. В эти отверстия необходимо будет провести с одной стороны провод антенны а с другой стороны провод или веревку, с помощью которой эта антенна будет крепиться к мачте (столбу, дереву, любому высокому предмету). Можно забрасывать один конец веревки при помощи груза на дерево, а потом подтягивать вверх саму антенну. Такой изолятор будет надежно удерживать достаточно длинную антенну и это важно, ведь длинный и толстый провод будет испытывать ощутимую нагрузку при натяжении.
Конденсаторы (Сн, Сбл)
Конденсаторы, так же как и катушки, можно изготовить своими силами. Легче всего изготовить конденсатор постоянной емкости. Для самодельных конденсаторов емкостью до нескольких сотен пикофарад используется алюминиевая или оловянная фольга, тонкая писчая или папиросная бумага, упаковочный полиэтилен.
Значительные запасы фольги вы сможете найти в развалинах домов из духовок газовых или электрических плит. Фольгу также можно взять из испорченных бумажных конденсаторов большой емкости или можно использовать алюминиевую фольгу, в которую завертывают шоколад и некоторые сорта конфет. От поврежденных конденсаторов можно также использовать промасленную бумагу в качестве диэлектрика. Посмотрите на общую схему строения конденсатора (Рис.10b), а о процессе изготовления (Рис.10a) будет рассказано во второй части.
Рис.10. Изготовление конденсатора
Конденсаторы будем использовать в схеме колебательного контура. Лучше всего изготовить несколько конденсаторов, штук 7. Предлагаю сделать самую малую емкость номиналом в 100 пикофарад и так далее до 700 пикофарад. Их мы будем поочередно подключать к катушке, тем самым осуществляя перестройку по диапазону. Еще один конденсатор – блокировочный. Он подключен параллельно головному телефону, его емкость около 3000 пикофарад.
Антенна
Антенна – лучший усилитель! Так гласит народная мудрость.
Антенна должна быть определенной длины. Поскольку мы будем слушать долгожданные радиосигналы в диапазоне средних волн, то длина антенны будет определяться следующим образом:
Диапазон частот предполагаемого сигнала от 0,5 Мегагерц до 2 Мегагерц;
Соответственно, длина волны будет в диапазоне от 300/0,5 до 300/2 метров, т.е. от 600 метров до 150 метров;
Рекомендуемая длина антенны составляет четвертую часть длины волны, т.е. от 150 метров до 37,5 метров.
Значит, надо будет составить антенное полотно хоть из кусочков проволоки, но суммарной длины от 37 до 150 метров. Рекомендую взять среднюю величину около 90 метров. Но никак не короче 37 метров, ибо антенна не будет качественно работать, а это ощутимо, поверьте мне. Никаких кабелей и отводов от антенны к приемнику не требуется, антенну соединим непосредственно к приемнику – это упростит конструкцию. Второй конец антенны надо прикрепить к изолятору, о котором я уже рассказал, и подвесить ее как можно выше. Еще выше! Лучше если это будет не только высокое дерево, а высокое здание или высокая опора ЛЭП.
Не крепите антенну к незнакомым проводам! Вдруг в них все еще находится напряжение, тогда вы рискуете своей жизнью.
Рис.11. Антенна Диполь
Заземление
Заземление – это вторая половина антенны, и значит, что она тоже очень важна. Лучше всего, если вы найдете металлическую трубу, торчащую из земли. Как вариант подойдет отопительная металлическая батарея или трубопровод водопроводной системы, арматура. Главное, что бы эта конструкция в любом месте имела надежный контакт с землей и чем больше площадь контакта с землей, тем лучше. Можно соорудить свое собственное заземление. В таком случае, земля должна быть достаточно влажной. Необходимо вырыть яму поглубже, налить в нее воды, бросить в яму железную кровать или ведро или любой массивный и объемный металлический предмет, предварительно прикрепив к нему провод достаточной длинны, что бы можно было соединить его с приемником. Затем яму засыпать и для надежности полить (для того, чтобы выросло ведро или кровать).
Если воды нет, тогда рекомендую хорошенько притоптать землю.
Рис.12. Антенна типа Наклонный луч
Итак, наш приемник готов, антенна закреплена на дереве, заземление вкопано в грунт, и мы можем приступать к прослушиванию эфира.
Рис.13. Готовый детекторный приемник
Электрика, альтернативная энергия,электрооборудование, радиоприёмник своими руками
Речь пойдет о том, как сделать самый простой и дешевый радио передатчик, который сможет собрать любой, кто даже ничего не понимает в электронике .
Прием такого радиопередатчика происходит, на обычный радио приемник (на стационарный или в мобильном телефоне), на частоте 90-100 MHz. В нашем случае он будет работать, как радио удлинитель для наушников от телевизора. Радио передатчик через аудио штекер подключается к телевизору через разъем для наушников.
Его можно использовать в разных целях, например:
1) беспроводной удлинитель для наушников
2) Радио няня
3) Жучок для подслушивания и так далее.
Для его изготовления нам потребуются:
1) Паяльник
2) Провода
3) Аудио штекер 3.5 мм
4) Батарейки
5) Медный лакированный провод
6) Клей (Момент или эпоксидный) но он может и не понадобится
7) Старые платы от радио или телевизора(если есть)
8) Кусок простого текстолита или толстого картона
Вот его схема, питается она от 3-9 вольт
Перечень радио деталей для схемы на фото, они очень распространенные и найти их не составит особого труда. Деталь AMS1117 не нужна (просто не обращайте на нее внимание)
Катушку следует мотать по таким параметрам (7-8 витков проводом диаметром 0.6-1 мм, на оправке 5мм, я мотал на сверле 5мм)
Концы катушки обязательно зачистить от лака.
В качестве корпуса для передатчика был взят корпус из под батареек
Внутри было все убрано. Для удобства монтажа
Далее берем текстолит, обрезаем его и сверлим много отверстий (отверстий лучше просверлить побольше, так будет легче собирать)
Теперь спаиваем все компоненты согласно схеме
Берем аудио штекер
И припаиваем к нему провода, которые на схеме показаны как (вход)
Далее располагаем плату в корпусе (надежнее всего будет приклеить ее) и подключаем батарейку
Теперь подключаем наш передатчик к телевизору.
На FM приемнике находим свободную частоту (ту на которой нет никакой радио станции) и настраиваем наш передатчик на эту волну. Делается это подстроенным конденсатором. Потихоньку крутим его пока не услышим на FM приемнике звук с телевизора. Все наш передатчик готов к работе. Что бы было удобно настраивать передатчик, я сделал в корпусе отверстие
Долгое время радиоприёмники возглавляли список самых значимых изобретений человечества. Первые такие устройства сейчас реконструированы и изменены под современный лад, однако в схеме их сборки мало что поменялось – та же антенна, то же заземление и колебательный контур для отсеивания ненужного сигнала. Бесспорно, схемы сильно усложнились со времён создателя радио – Попова. Его последователями были разработаны транзисторы и микросхемы для воспроизведения более качественного и энергозатратного сигнала.
Почему лучше начинать с простых схем?
Если вам понятна простая то можете быть уверены, что большая часть пути достижения успеха в сфере сборки и эксплуатации уже осилена.
В этой статье мы разберём несколько схем таких приборов, историю их возникновения и основные характеристики: частоту, диапазон и т. д.
Историческая справка
7 мая 1895 года считается днём рождения радиоприёмника. В этот день российский учёный А. С. Попов продемонстрировал свой аппарат на заседании Русского физико-химического общества.
В 1899 году была построена первая линия радиосвязи длиной 45 км между и городом Котка. Во время Первой мировой войны получили распространение приёмник прямого усиления и электронные лампы. Во время военных действий наличие радио оказалось стратегически необходимым.
В 1918 году одновременно во Франции, Германии и США учёными Л. Левви, Л. Шоттки и Э. Армстронгом был разработан метод супергетеродинного приёма, но из-за слабых электронных ламп широкое распространение этот принцип получил только в 1930-х годах.
Транзисторные устройства появились и развивались в 50-х и 60-х годах. Первый широко используемый радиоприёмник на четырёх транзисторах Regency TR-1 был создан немецким физиком Гербертом Матаре при поддержке промышленника Якоба Михаэля.
Он поступил в продажу в США в 1954 году. Все старые радиоприёмники работали на транзисторах.
В 70-х начинается изучение и внедрение интегральных микросхем. Сейчас приёмники развиваются с помощью большой интеграции узлов и цифровой обработки сигналов.
Характеристики приборов
Как старые радиоприёмники, так и современные обладают определёнными характеристиками:
- Чувствительность – способность принимать слабые сигналы.
- Динамический диапазон – измеряется в Герцах.
- Помехоустойчивость.
- Селективность (избирательность) – способность подавлять посторонние сигналы.
- Уровень собственных шумов.
- Стабильность.
Эти характеристики не меняются в новых поколениях приёмников и определяют их работоспособность и удобство эксплуатации.
Принцип работы радиоприёмников
В самом общем виде радиоприёмники СССР работали по следующей схеме:
- Из-за колебаний электромагнитного поля в антенне появляется переменный ток.
- Колебания фильтруются (селективность) для отделения информации от помех, т. е. из сигнала выделяется его важная составляющая.
- Полученный сигнал преобразуется в звук (в случае радиоприёмников).
По схожему принципу появляется изображение на телевизоре, передаются цифровые данные, работает радиоуправляемая техника (детские вертолёты, машинки).
Первый приёмник был больше похож на стеклянную трубку с двумя электродами и опилками внутри. Работа осуществлялась по принципу действия зарядов на металлический порошок. Приёмник обладал огромным по современным меркам сопротивлением (до 1000 Ом) из-за того, что опилки плохо контактировали между собой, и часть заряда проскакивала в воздушное пространство, где рассеивалась. Со временем эти опилки были заменены колебательным контуром и транзисторами для сохранения и передачи энергии.
В зависимости от индивидуальной схемы приёмника сигнал в нём может проходить дополнительную фильтрацию по амплитуде и частоте, усиление, оцифровку для дальнейшей программной обработки и т.
д. Простая схема радиоприёмника предусматривает единичную обработку сигнала.
Терминология
Колебательным контуром в простейшем виде называются катушка и конденсатор, замкнутые в цепь. С помощью них из всех поступающих сигналов можно выделить нужный за счёт собственной частоты колебаний контура. Радиоприемники СССР, как, впрочем, и современные устройства, основаны на этом сегменте. Как все это функционирует?
Как правило, питание радиоприёмников происходит за счёт батареек, количество которых варьируется от 1 до 9. Для транзисторных аппаратов широко используются батареи 7Д-0.1 и типа “Крона” напряжением до 9 В. Чем больше батареек требует простая схема радиоприёмника, тем дольше он будет работать.
По частоте принимаемых сигналов устройства делятся на следующие типы:
- Длинноволновые (ДВ) – от 150 до 450 кГц (легко рассеиваются в ионосфере). Значение имеют приземлённые волны, интенсивность которых уменьшается с расстоянием.
- Средневолновые (СВ) – от 500 до 1500 кГц (легко рассеиваются в ионосфере днём, но ночью отражаются). В светлое время суток радиус действия определяется приземлёнными волнами, ночью – отражёнными.
- Коротковолновые (КВ) – от 3 до 30 МГц (не приземляются, исключительно отражаются ионосферой, поэтому вокруг приёмника существует зона радиомолчания). При малой мощности передатчика короткие волны могут распространяться на большие расстояния.
- Ультракоротковолновые (УКВ) – от 30 до 300 МГц (имеют высокую приникающую способность, как правило, отражаются ионосферой и легко огибают препятствия).
- – от 300 МГц до 3 ГГц (используются в сотовой связи и Wi-Fi, действуют в пределах видимости, не огибают препятствия и распространяются прямолинейно).
- Крайневысокочастотные (КВЧ) – от 3 до 30 ГГц (используются для спутниковой связи, отражаются от препятствий и действуют в пределах прямой видимости).
- Гипервысокочастотные (ГВЧ) – от 30 ГГц до 300 ГГц (не огибают препятствий и отражаются как свет, используются крайне ограниченно).
В светлое время суток радиус действия определяется приземлёнными волнами, ночью – отражёнными.При использовании КВ, СВ и ДВ радиовещание можно вести, находясь далеко от станции.
УКВ-диапазон принимает сигналы более специфично, но если станция поддерживает только его, то слушать на других частотах не получится. В приёмник можно внедрить плейер для прослушивания музыки, проектор для отображения на удалённые поверхности, часы и будильник. Описание схемы радиоприёмника с подобными дополнениями усложнится.
Внедрение в радиоприёмники микросхемы позволило значительно увеличить радиус приёма и частоту сигналов. Их главное преимущество в сравнительно малом потреблении энергии и маленьком размере, что удобно для переноса. Микросхема содержит все необходимые параметры для понижения дискретизации сигнала и удобства чтения выходных данных. Цифровая обработка сигнала доминирует в современных устройствах. были предназначены только для передачи аудиосигнала, лишь в последние десятилетия устройство приёмников развилось и усложнилось.
Схемы простейших приёмников
Схема простейшего радиоприёмника для сборки дома была разработана ещё во времена СССР. Тогда, как и сейчас, устройства разделялись на детекторные, прямого усиления, прямого преобразования, супергетеродинного типа, рефлексные, регенеративные и сверхрегенеративные.
Наиболее простыми в восприятии и сборке считаются детекторные приёмники, с которых, можно считать, началось развитие радио в начале 20-ог века. Наиболее сложными в построении стали устройства на микросхемах и нескольких транзисторах. Однако если вы разберетесь в одной схеме, другие уже не будут представлять проблемы.
Простой детекторный приёмник
Схема простейшего радиоприёмника содержит в себе две детали: германиевый диод (подойдут Д8 и Д9) и главный телефон с высоким сопротивлением (ТОН1 или ТОН2). Так как в цепи не присутствует колебательный контур, ловить сигналы определённой радиостанции, транслирующиеся в данной местности, он не сможет, но со своей основной задачей справиться.
Для работы понадобится хорошая антенна, которую можно закинуть на дерево, и провод заземления. Для верности его достаточно присоединить к массивному металлическому обломку (например, к ведру) и закопать на несколько сантиметров в землю.
Вариант с колебательным контуром
В прошлую схему для внедрения избирательности можно добавить катушку индуктивности и конденсатор, создав колебательный контур.
Теперь при желании можно поймать сигнал конкретной радиостанции и даже усилить его.
Ламповый регенеративный коротковолновой приёмник
Ламповые радиоприёмники, схема которых довольно проста, изготавливаются для приёма сигналов любительских станций на небольших расстояниях – на диапазоны от УКВ (ультракоротковолнового) до ДВ (длинноволнового). На этой схеме работают пальчиковые батарейные лампы. Они лучше всего генерируют на УКВ. А сопротивление анодной нагрузки снимает низкая частота. Все детали приведены на схеме, самодельными можно считать только катушки и дроссель. Если вы хотите принимать телевизионный сигналы, то катушка L2 (EBF11) составляется из 7 витков диаметром 15 мм и провода на 1,5 мм. Для подойдет 5 витков.
Радиоприёмник прямого усиления на двух транзисторах
Схема содержит и двухкаскадный усилитель НЧ – это настраиваемый входной колебательный контур радиоприёмника. Первый каскад – детектор ВЧ модулированного сигнала. Катушка индуктивности намотана в 80 витков проводом ПЭВ-0,25 (от шестого витка идёт отвод снизу по схеме) на ферритовом стержне диаметром 10 мм и длиной 40.
Подобная простая схема радиоприёмника рассчитана на распознавание мощных сигналов от недалёких станций.
Сверхгенеративное устройство на FM-диапазоны
FM-приёмник, собранный по модели Е. Солодовникова, несложен в сборке, но обладает высокой чувствительностью (до 1 мкВ). Такие устройства используют для высокочастотных сигналов (более 1МГЦ) с амплитудной модуляцией. Благодаря сильной положительной обратной связи коэффициент возрастает до бесконечности, и схема переходит в режим генерации. По этой причине происходит самовозбуждение. Чтобы его избежать и использовать приёмник как высокочастотный усилитель, установите уровень коэффициента и, когда дойдет до этого значения, резко снизьте до минимума. Для постоянного мониторинга усиления можно использовать генератор пилообразных импульсов, а можно сделать проще.
На практике нередко в качестве генератора выступает сам усилитель. С помощью фильтров (R6C7), выделяющих сигналы низких частот, ограничивается проход ультразвуковых колебаний на вход последующего каскада УНЧ.
Для FM-сигналов 100-108 МГц катушка L1 преобразуется в полувиток с сечением 30 мм и линейной частью 20 мм при диаметре провода 1 мм. А катушка L2 содержит 2-3 витка диаметром 15 мм и провод с сечением 0,7 мм внутри полувитка. Возможно усиление приёмника для сигналов от 87,5 МГц.
Устройство на микросхеме
КВ-радиоприёмник, схема которого была разработана в 70-е годы, сейчас считают прототипом Интернета. Коротковолновые сигналы (3-30 МГц) путешествуют на огромные расстояния. Нетрудно настроить приёмник для прослушивания трансляции в другой стране. За это прототип получил название мирового радио.
Простой КВ-приёмник
Более простая схема радиоприёмника лишена микросхемы. Перекрывает диапазон от 4 до 13 МГц по частоте и до 75 метров по длине. Питание – 9 В от батареи “Крона”. В качестве антенны может служить монтажный провод. Приёмник работает на наушники от плейера. Высокочастотный трактат построен на транзисторах VT1 и VT2. За счёт конденсатора С3 возникает положительный обратный заряд, регулируемый резистором R5.
Современные радиоприёмники
Современные аппараты очень похожи на радиоприёмники СССР: они используют ту же антенну, на которой возникают слабые электромагнитные колебания. В антенне появляются высокочастотные колебания от разных радиостанций. Они не используются непосредственно для передачи сигнала, но осуществляют работу последующей цепи. Сейчас такой эффект достигается с помощью полупроводниковых приборов.
Широкое развитие приёмники получили в середине 20-го века и с тех пор непрерывно улучшаются, несмотря на замену их мобильными телефонами, планшетами и телевизорами.
Общее устройство радиоприёмников со времён Попова изменилось незначительно. Можно сказать, что схемы сильно усложнились, добавились микросхемы и транзисторы, стало возможным принимать не только аудиосигнал, но и встраивать проектор. Так приёмники эволюционировали в телевизоры. Сейчас при желании в аппарат можно встроить всё, что душе угодно.
Детекторные и прямого усиления приёмники УКВ (FM) диапазона.
Практикум для начинающих.
От детекторного приёмника к супергетеродину.
Самодельный радиоконструктор. Часть 6.
В Москве радиовещательные станции работают в двух диапазонах. УКВ 1 занимает частоту 65,9 -74 МГц и в УКВ 2 радиостанции работают в интервале частот 87,5 – 108 МГц. В двух диапазонах используется частотная модуляция (ЧМ) и на всех приёмниках иностранного производства этот вид модуляции сокращённо обозначается FM (frequency modulation – частотная модуляция). В переводе встречается и такое сочетание букв ФМ.
С 90-х годов импортные радиоприёмники с диапазоном УКВ 2 (FM) основательно заполонили рынок, и в настоящий момент эфир полностью освоен радиовещательными компаниями и на этом участке волн уже работают более 40 станций.Рис. 1. Детекторный УКВ (FM) приёмник. |
Простота конструкции детекторного УКВ приёмника соблазняет. Соединяете вместе тройку – четвёрку деталей, и несколько радиовещательных станций слышны в наушниках. В городских условиях, где много помех этот приёмник будет работать лучше, чем выполненный на средних или длинных волнах, правда при условии, что радиовещательный УКВ передатчик или ретранслятор находится недалеко от вашего дома. В моём случае дальность уверенного приёма составила шесть километров.
Нужен ли такой
приёмник? Детекторный, самый простой, сделанный по классической схеме? Чтобы
ответить на эти вопросы соберите эту конструкцию, а когда соберёте, то поймёте,
что не зря провели время. Много интересных опытов можно провести с простым
приёмником. Возможно, вам захочется усовершенствовать его, добавить каскад
усиления, улучшить селективность, сделать антенну с большим коэффициентом
усиления и т. д. То, что вы не остановитесь на достигнутом – уже хорошо.
Детекторный УКВ приёмник.
Это было нечто похожее на старинный фрегат. Его корпус, объёмный резонатор, длиной 0,75метров (4-я часть длины волны = 3-м метрам, что соответствует 100МГц), свинченный из двух оцинкованных корыт, с мачтами направленных антенн типа волновой канал, поднимался на верёвках, переброшенных через блоки на крышу загородного дома. Я бы отнёс этот эпизод к первоапрельской шутке, но в городе эта груда металла будет работать, стоит только подсоединить к ней германиевый диод с высокоомными наушниками.| Рис. 2 Детекторный УКВ (FM) приёмник с УНЧ, 0 – V – 1. |
Самый простой УКВ ЧМ
детекторный приёмник по схеме не отличается от амплитудного детектора
диапазонов: ДВ, СВ, КВ, но по конструкции он будет отличаться катушкой
индуктивности, она будет иметь всего несколько витков провода.
Такой контур с конденсатором переменной
ёмкости около 30 пФ перекрывает сразу 2 диапазона с запасом от 65 до 108 МГц.
С целью повышения добротности, учитывая, что токи ВЧ текут по поверхности проводов, я выбрал диаметр 2 мм, используя медный провод для электропроводки, сняв с него изоляцию и намотав 4 витка на оправке диаметром 1,2 см.
| Фото 1. Катушка индуктивности. |
Теория здесь! Но услышать эфир с такого приёмника возможно в непосредственной близости передатчика, поэтому желательно сразу же подключить УНЧ с низкоомным телефоном или компьютерную колонку, так как скат контура на принимаемой частоте очень пологий и изменение амплитуды в результате преобразования ЧМ сигнала в АМ очень малы.
Когда я всё
это подсоединял, то мне самому было интересно чего же я услышу. Ведь
колебательный контур имеет на этой частоте полосу около 5 МГц, а это значит,
что около 10 станций я должен услышать одновременно.Практически я впервые собирал такой простой радиоприёмник на эту частоту для ЧМ сигнала.
| Рис. 3. Детекторный УКВ приёмник ЧМ. Схема удвоения напряжения (по Вильярду), 0 – V – 1. |
Я давно их использую, по характеристикам они ближе к германиевым диодам. См. «Простые индикаторы СВЧ поля своими руками». | Рис. 4. УКВ (FM) приёмник с эмиттерным детектором. 0 – V – 1. Схема детектора на транзисторе обладает большим коэффициентом передачи. |
| Фото 2. Детекторный УКВ радиоприёмник с УНЧ для подключения головных телефонов. |
Её длина 1,5 метра, чем не линейный неразрезной
вибратор для диапазона УКВ 2. В заземлении УКВ детектор уже не нуждался, и это
было преимуществом по сравнению с АМ приёмником, если сравнивать его по тому же
количеству деталей.Фото 3. В качестве антенн я также использовал раздвижной разрезной вибратор, строительное правило, проволочный разрезной вибратор от компьютерной радио приставки. Последняя антенна тоже показала неплохие результаты. Такой простой приёмник является хорошим индикатором в определении качества антенн. |
Я попытался улучшить добротность контура, чтобы
поднять усиление и добиться хорошей избирательности по соседнему каналу, для
чего сделал катушку из алюминиевой трубки, закрепив её в «тазике для варенья»,
сконструировав некое подобие резонатора.
Несмотря на то, что радиостанции
принимались, реального выигрыша не было.| Фото 4. С помощью конденсатора настройки (пластмассовой трубки со слоем фольги сверху, соединённой с тазиком), одетого на алюминиевую трубку, настроился на 56 МГц. Расстояние между двумя настройками на скатах, которое составило 2 МГц, принял за полосу контура. Но вещательный канал 1-ой программы телевидения принять не удалось. Приёмник принимал только сигнал с генератора, хотя без конденсатора станции УКВ диапазона были слышны, но до них ещё надо пилить и пилить трубку. |
Фото 5. К колебательному контуру, выполненному в виде трубки, с
помощью хомутов подсоединяется антенна, эмиттерный детектор с УНЧ. С помощью
хомутов удобно подбирать согласование с катушкой (трубкой), добиваясь максимальной
громкости и селективности. Проводки, подсоединяющие монтажную плату, необходимо
сделать как можно короче, а наушники подключить через дросселя с индуктивностью
1,5 мкГн. |
Была ещё идея пристроить к тазику направленную спиральную антенну с высоким коэффициентом усиления, используя медную водопроводную трубу с диаметром витка 0,5 метров и длиной шаговой намотки до 5 метров, но в период резкого спада спроса на алкоголь в результате растущих на него цен, такая конструкция напоминала бы самогонный аппарат производственного масштаба. От затеи пришлось отказаться.
Применение. Несколько
десятков таких приёмников, состоящих из с вибраторов в виде отрезков проводов,
направленных на ближайший передатчик, колебательные контура, настроенные на
мощную радиостанцию, и такое же количество диодов, и – готов неиссякаемый
источник энергии, который займёт намного меньше места, чем аналогичные
детекторы-накопители ДВ и СВ диапазонов.
Я попробовал избавиться от назойливых соседей и поставил ещё один перестраиваемый резонансный каскад усиления перед детектором, сделав, таким образом,
приёмник УКВ (FM) прямого усиления 1 – V – 1.| Рис. 5. Приёмник УКВ (FM) прямого усиления с УВЧ (Т1), детектором (Т2), УНЧ DD1. 1 – V – 1 |
В конструкции
приёмника использован двухсторонний фольгированный
стеклотекстолит. А края платы пропаяны медной лентой, обеспечивающий
двухсторонний контакт проводящего слоя. Катушки
расположены с двух сторон печати, а сама плата является экраном между
контурами. Таким образом, убираются паразитные связи (положительная обратная
связь), которые способны на этих частотах превратить данный приёмник в
регенеративный, то есть, работающий на грани самовозбуждения. В этой части
желательно позаботиться об устойчивом усилении резонансного каскада, а
регенеративный приёмник – это отдельная
тема для творчества.
| Фото 6. Конструкция УКВ приёмника прямого усиления по схеме 1 – V – 1. |
При использовании 2-х резонансных контуров полоса должна
сузиться в 1,4 раза, а подавление соседнего канала увеличиться в 2 раза, что и
получилось на практике, но оставшаяся довольно широкая полоса (3,5 МГц)
захватывала по две станции. Такая конструкция работала только в городе, а в
дачной местности, в 70 км от города и в 20 км от ретранслятора, я не смог
поймать ни одной станции, только ровный белый шум УНЧ. Правда, стоило мне
подсоединиться к телевизионной антенне с усилителем, что-то стало проявляться
на уровне шумов, но для качественного функционирования устройства было ещё далеко. Для нормальной работы такого приёмника мне
необходимо было вернуться в 50-е годы прошлого столетия и позаимствовать схему
телевизора КВН-49, приёмный тракт этого устройства был сделан по схеме прямого
усиления.
Приёмник имел только два канала. Это была линейка ламп с контурами,
которые переключались рычажком-переключателем,
замыкающим контактные лепестки по всей длине шасси. А всего 20 лет назад, когда
FM диапазон ещё не был
освоен, такой самодельный приёмник оказался бы вполне приемлемым в использовании,
по крайней мере, в городских условиях. Возвращаться
в прошлое с целью усложнения схемы не хотелось.
Применение. Приведённая схема перестраиваемого резонансного усилителя (Рис. 5) прошла испытание временем и довольно успешно применяется по сей день в качестве преселектора в супергетеродинных приёмниках. В более серьёзных аппаратах все подстроечные и переменные конденсаторы заменяются варикапами, а настройка на станцию осуществляется с помощью микропроцессора.
Неперестраиваемый резонансный усилитель ВЧ находит применение для сверхдальней связи, будучи использован в качестве антенного усилителя, установленного непосредственно в антенне. Благодаря узкой полосе приёма, он будет обладать меньшим коэффициентом шума, лучшей защитой от помех по сравнению с широкополосным апериодическим каскадом, который в основном используется в стандартных антенных усилителях.
Возвращаясь к теме простых приёмников УКВ
прямого усиления, я, пожалуй, откажусь от наращивания контуров с целью сужения полосы пропускания, а соберу
сверхрегенеративный детекторный каскад для диапазона УКВ-2Сверхрегенеративный приёмник УКВ (FM) диапазона.
Не видел человека счастливее в момент, когда он демонстрировал работу своего сверхрегенеративного приёмника. Всего три транзистора на картонке, штыревая антенна и несколько сверхдальних станций захлёбываясь иностранной речью, перебивают друг друга.
Я тоже собирал аналогичные приёмники КВ диапазона для радиоуправляемых моделей и простеньких переговорных устройств. Этот вид детектирования сигнала подкупает своей простотой, но в настоящий момент переходит в разряд ретро, уступая место супергетеродинному приёмнику, который благодаря современной элементной базе будет иметь преимущество.
Но надо отдать должное этому устройству, ибо собрав его, вы
не сможете от него оторваться, крутя подстроечные конденсаторы, подбирая
режимы, добиваясь согласования с контурами и т.
д. в попытке получить от этого радиоприёмника нечто сверхъестественное, как и
следует из его названия. Не буду никого разочаровывать, так как сам собрал
такой приёмник на диапазон УКВ – 2 (88 – 108 МГц) и уже не один вечер колдую
над ним.
| Рис. 6. УКВ (FM) приёмник со сверхрегенеративным детектором. 1 – V – 1 |
У этого приёмника лучше селективность по соседнему каналу, практически переехал в отдельную квартиру. Лучше чувствительность, я уже могу слушать его на даче. Но про остальные параметры мне лучше помолчать. А то пропадёт весь интерес к нему и счастливое лицо, демонстрирующее работу приёмника, никому не суждено будет увидеть.
Конструкция приёмника
аналогична предыдущей, но у вас появится непреодолимое желание экранировать
сверхрегенеративный детектор ибо, уже поднося руку к катушке демодулятора, его
настройка меняется, ведь он включает в себя генератор высокой частоты,
излучающий высокочастотную генерацию вспышками благодаря второму генератору,
более низкой частоты, и всё это выполнено на одном транзисторе.
Я специально немного изменил предыдущую схему,
превратив резонансный каскад УВЧ в апериодический, чтобы такую конструкцию
легко можно было переделать. Изменению в основном подвергается детектор. Однако
лучшую развязку с антенной обеспечит каскодный УВЧ. О нём всё написано в 3-й части радиолюбительского конструктора.
В этом посте собран макет приёмника прямого усиления по схеме 0 – V – 1. К ламповому (высокочастотный пентод 6Ж5П) регенеративному детектору подсоединяется активная колонка и приёмник готов. В городе приём ведётся на штыревую антенну без заземления.
Приобретите билет в детство или в
прошлое и соберите эту ретро-конструкцию. Не пожалеете!Хорошая однокристальная микросхема FM-приемника для простого УКВ-приемника?
Есть ли IC, которая реализует все или почти все простые FM-приемники в диапазоне VHF? Мне интересно провести несколько экспериментов с использованием DTMF по воздуху для теле-команд и тому подобного, и я хотел бы, чтобы электроника приемника была как можно более простой. Идея состоит в том, чтобы иметь очень простой приемник, из которого я могу передать аудиовыход на IC декодера DTMF, а затем отправлять сигналы на Arduino или Raspberry Pi или что-то в этом роде.
Я думаю, что ищу что-то вроде микросхемы TDA7000, но я не понимаю, какой диапазон частот она может поддерживать. Также кажется, что он может быть устаревшим / его трудно найти? Я, кажется, в основном вижу только продавцов ebay, продающих их. Возможно, мне стоит присмотреться к более современному преемнику этого чипа?
Этот чип Silicon Labs также выглядит многообещающе, а частотный диапазон явно указан и должен работать для того, что я хочу делать, но проблема в том, что он доступен только в корпусе QFN для поверхностного монтажа, и я действительно не знаком с пайкой SMT устройств.
Что-то в старом добром DIP-пакете было бы здорово, если бы что-то подобное существовало.
Edit: чем больше я смотрю на это, тем больше запутываюсь. Похоже, что многие микросхемы, которые выставлены как «РЧ-приемники», предполагают, что вы кодируете данные в FSK или что-то в этом роде, и они хотят предоставить вам декодированные данные. К сожалению, я не этого хочу. Я просто хочу, чтобы звук был демодулирован с FM. На этом фронте, похоже, есть микросхемы «приемника», которые демодулируют FM и передают вам звук, но, насколько я могу судить, все они ожидают получить на входе «IF» (промежуточную частоту) 10.7 МГц или 45 МГц или что-то в этом роде … что, если я правильно это понимаю, означает, что вам нужна другая схема – микшер – перед приемником для понижающего преобразования RF.
Это начинает казаться чересчур сложным, поэтому я могу просто отказаться от идеи искать ИС, чтобы делать это, и просто раскатал ее по старинке. Тем не менее, если кто-то, читающий это, может указать на хороший, простой способ на основе IC (предпочтительно использовать не более 2 или 3 IC, лучше 1) для перехода от RF -> демодулированного звука, это будет оценено.
Приемник Чувствительность приемника »Электроника
Чувствительность радиоприемника – ключевой рабочий параметр любой системы радиосвязи и т. Д., И она ограничена системным шумом.
Чувствительность радиоприемника Включает:
Основы чувствительности приемника
Соотношение сигнал шум
SINAD
Коэффициент шума, НФ
Шумный этаж
Взаимное перемешивание
Чувствительность радиоприемника определяет самые слабые сигналы, которые могут быть успешно приняты.Независимо от того, идет ли речь о приеме радиосигналов, несущих звук, качество прослушивания которых ухудшается по мере того, как сигнал попадает в шум, или сигнала данных, где частота ошибок по битам возрастает, а пропускная способность падает, отношение сигнал / шум важно в любой конструкции радиочастотной схемы. .
Таким образом, чувствительность радиоприемника является ключевым параметром, который влияет на производительность любой системы радиосвязи, вещания или другой системы.
Фактически, два основных требования к любому радиоприемнику состоят в том, чтобы он мог отделять одну станцию от другой, т.е.е. селективность и чувствительность, так что сигналы могут быть доведены до уровня, достаточного по сравнению с шумом, чтобы иметь возможность использовать модуляцию, применяемую к переданной несущей. В результате при проектировании ВЧ-схемы разработчики приемников борются со многими параметрами, чтобы убедиться, что оба эти требования и многие другие выполнены.
Спектр белого шумаВЧ-дизайн любого радиоприемника требует, чтобы общая схема, а также электронные компоненты обеспечивали оптимальную производительность в пределах других конструктивных ограничений.
Методы задания показателей чувствительности
Поскольку характеристика РЧ-чувствительности любого приемника имеет первостепенное значение, необходимо иметь возможность указать ее значимым образом. В зависимости от предполагаемого применения используется ряд методов и показателей качества:
- Отношение сигнал / шум: Это прямое сравнение отношения заданного уровня сигнала к шуму в системе и полезная мера чувствительности радиоприемника. Хотя обычно SNR используется для ВЧ-радиостанций. Обычно характеристики чувствительности радиоприемника приводятся в терминах заявленного входного напряжения для обеспечения отношения сигнал / шум 10 дБ. Хотя 10 дБ является стандартным используемым коэффициентом, иногда можно использовать 15 дБ или другие значения.
- SINAD: Это измерение чувствительности приемника немного более формализовано, чем простое отношение сигнал / шум, SNR, и оно также включает искажения, а также шум при измерении.
SINAD часто используется с радиостанциями VHF FM и портативными устройствами / рациями, такими как те, которые используются для радиосвязи малого радиуса действия. Хотя он, как правило, широко используется для радиостанций VHF / UHF FM, раций и других форм устройств, которые, как правило, используются для приложений радиосвязи, его также можно использовать для AM и SSB.
- Коэффициент шума: Это измерение РЧ-приемника сравнивает шум, добавляемый устройством – это может быть усилитель или другое устройство в системе, или это может быть полный приемник. Коэффициент шума обычно отображается в формате с децибелами, используемыми для сравнения уровней, и поэтому он известен как коэффициент шума. . . . . .
- Коэффициент шума: Коэффициент шума, или NF устройства или системы, является логарифмической версией коэффициента шума. Он широко используется для определения чувствительности и шумовых характеристик приемника, элемента в системе или всей системы.
- Отношение несущая / шум, CNR: Отношение несущая / шум – это отношение сигнал / шум (SNR) модулированного сигнала.Этот термин менее широко используется, чем SNR, но может использоваться, когда есть необходимость различать рабочие характеристики в отношении радиочастотного сигнала полосы пропускания и аналогового сигнала сообщения основной полосы частот после демодуляции.
- Минимальный различимый сигнал, MDS: Минимальный обнаруживаемый или минимально различимый сигнал – это наименьший уровень сигнала, который может быть обнаружен радиоприемником, то есть тот, который может быть обработан его аналоговой и цифровой цепочкой сигналов и демодулирован приемником для предоставления полезной информации на выходе.
- Величина вектора ошибки, EVM: Величина вектора ошибки, EVM – это мера, которая может использоваться для количественной оценки характеристик цифрового радиопередатчика или приемника. Путем нанесения на график положений синфазных и квадратурных элементов сигнала можно сгенерировать так называемую диаграмму созвездия.
На диаграмме созвездия есть различные точки, которые определяют различные цифровые состояния. В идеальном канале передатчик должен генерировать цифровые данные таким образом, чтобы они располагались как можно ближе к этим точкам – канал не должен ухудшать сигнал, так что фактические принятые данные не попадают в эти точки, и приемник также не должен ухудшить эти позиции.
Реально в систему попадает шум и полученные данные не попадают точно на эти позиции. Величина вектора ошибки является мерой того, насколько далеко от идеального положения находятся фактические полученные элементы данных. Иногда EVM может также быть известен как ошибка созвездия приема, RCE.
Величина вектора ошибки широко используется в современной передаче данных, включая Wi-Fi, мобильную / сотовую связь и многие системы IoT. - Частота ошибок по битам, BER: Частота ошибок по битам – это форма измерения, используемая для цифровых систем.По мере того, как уровень сигнала падает или качество связи ухудшается, количество ошибок при передаче – битовых ошибок – увеличивается. Измерение частоты ошибок по битам дает представление об отношении сигнал / шум, но в формате, который часто более полезен для цифровой области.
Хотя обычно SNR используется для ВЧ-радиостанций. Обычно характеристики чувствительности радиоприемника приводятся в терминах заявленного входного напряжения для обеспечения отношения сигнал / шум 10 дБ. Хотя 10 дБ является стандартным используемым коэффициентом, иногда можно использовать 15 дБ или другие значения. 
Коэффициент шума обычно отображается в формате с децибелами, используемыми для сравнения уровней, и поэтому он известен как коэффициент шума. . . . . .
Величина вектора ошибки широко используется в современной передаче данных, включая Wi-Fi, мобильную / сотовую связь и многие системы IoT.Все методы определения чувствительности приемника используют тот факт, что ограничивающим фактором чувствительности радиоприемника является не доступный уровень усиления, а уровни присутствующих шумов, генерируются ли они внутри радиоприемника или снаружи.
Профессиональный супергетеродинный радиоприемник типаИзображение предоставлено Icom UK
Шум
Сегодняшние технологии таковы, что получить очень большие уровни усиления в радиоприемнике не составляет особого труда.
Это не ограничивающий фактор. В любой приемной станции или системе радиосвязи ограничивающим фактором является шум – слабые сигналы не ограничиваются фактическим уровнем сигнала, а их маскирует шум. Этот шум может исходить от множества источников.Он может быть уловлен антенной или генерироваться радиоприемником.
Было обнаружено, что уровень шума, который воспринимается приемником извне от антенны, падает с увеличением частоты. На ВЧ и частотах ниже этого сочетание галактического, атмосферного и антропогенного шума относительно велико, и это означает, что нет смысла делать приемник особенно чувствительным. Обычно радиоприемники проектируются так, что внутренний шум намного ниже, чем любой принимаемый шум, даже в самых тихих местах.
На частотах выше 30 МГц уровни шума начинают достигать точки, когда шум, создаваемый в радиоприемнике, становится гораздо более важным. За счет улучшения шумовых характеристик радиоприемника становится возможным обнаруживать гораздо более слабые сигналы.
Примечание об электрических / электронных и радиочастотных шумах:
Шум присутствует во всех электронных и радиочастотных цепях. Это ограничивает многие аспекты производительности. Шум возникает из-за множества причин и источников.Понимание того, какие формы шума присутствуют, позволяет настроить производительность системы, чтобы минимизировать влияние шума.
Подробнее о Электрические / электронные и радиочастотные шумы.
Ключевые дизайнерские указатели RF для низкого уровня шума
В любом приемнике важно, чтобы шумовые характеристики и, следовательно, чувствительность учитывались на начальном этапе проектирования ВЧ-схемы. Основные концепции проектирования RF будут определять наилучшие достижимые характеристики чувствительности.Решения, принятые в начале проектирования, могут ограничить общую производительность, которую можно достичь.
С точки зрения шумовых характеристик любого приемника наиболее важными являются первые каскады или входной каскад.
На входе уровни сигнала самые низкие, и даже очень небольшой шум может быть сопоставим с входящим сигналом. На более поздних стадиях в радиоприемнике сигнал будет усилен и будет намного больше, поэтому шум будет иметь меньшее влияние.Соответственно, важно, чтобы шумовые характеристики внешнего интерфейса были оптимизированы с учетом его шумовых характеристик.
Именно по этой причине шумовые характеристики первого усилителя радиочастоты в радиоприемнике имеют большое значение. Именно производительность этой схемы имеет решающее значение для определения производительности всего радиоприемника. Для достижения оптимальных характеристик первой ступени радиоприемника существует ряд шагов, которые можно предпринять при проектировании ВЧ-схемы.К ним относятся:
- Определение топологии схемы Первым шагом в любом проекте является выбор типа схемы, которая будет использоваться. Следует ли использовать обычную схему с общим эмиттером или даже с общей базой. Решение будет зависеть от факторов, включая согласующие входные и выходные импедансы, требуемый уровень усиления и используемые согласующие устройства.
Определение необходимого усиления Хотя может показаться, что максимальный уровень усиления может потребоваться от этого каскада, чтобы минимизировать уровни усиления, требуемые позже, и таким образом обеспечить оптимизацию шумовых характеристик, это не всегда дело.На это есть две основные причины.
Во-первых, шумовые характеристики схемы могут быть ухудшены из-за слишком высокого уровня усиления.
Во-вторых, это может привести к перегрузке на более поздних этапах радиоприемника, что может ухудшить общие характеристики. Таким образом, требуемый уровень усиления должен определяться исходя из того факта, что необходимо оптимизировать шумовые характеристики этого каскада, и, во-вторых, гарантировать, что последующие каскады приемника не будут перегружены.
Выбор активного устройства Тип активного устройства и других электронных компонентов, которые будут использоваться в конструкции радиочастотной схемы, также важны.
Обычно есть два решения: должна ли схема быть основана на использовании биполярного переходного транзистора или использовать полевой транзистор.Приняв это базовое проектное решение RF, очевидно, необходимо выбрать фактическое устройство, которое должно быть определено как устройство с низким уровнем шума.Шумовые характеристики биполярных транзисторов и полевых транзисторов обычно указываются в технических паспортах, и для приложений проектирования радиочастотных схем доступны специальные высокопроизводительные малошумящие устройства.
- Определение тока через активное устройство К проектированию радиочастотной схемы первой ступени радиоприемника необходимо подходить с осторожностью. Чтобы получить требуемые РЧ характеристики с точки зрения полосы пропускания и усиления, может потребоваться запустить устройство с относительно высоким уровнем тока.Это не всегда способствует достижению оптимальных шумовых характеристик. Соответственно, конструкция ВЧ-цепи должна быть тщательно оптимизирована, чтобы обеспечить наилучшие характеристики для всего радиоприемника.
Оптимизация согласования импеданса Чтобы получить наилучшие шумовые характеристики для всего радиоприемника, необходимо оптимизировать согласование импеданса. Можно подумать, что необходимо добиться идеального согласования импеданса.
К сожалению, наилучшие шумовые характеристики обычно не совпадают с оптимальным согласованием импеданса. Соответственно, при проектировании схемы ВЧ-усилителя необходимо провести некоторую оптимизацию, чтобы обеспечить наилучшие общие характеристики для радиоприемника.
- Использование резисторов с низким уровнем шума Это может показаться очевидным, но, помимо выбора активного устройства с низким уровнем шума, следует также уделить внимание другим электронным компонентам в схеме. Другой основной вклад – резисторы. Металлопленочные резисторы, используемые в наши дни, включая большинство резисторов для поверхностного монтажа, обычно обладают хорошими характеристиками в этом отношении и могут использоваться по мере необходимости.
- Убедитесь, что шум источника питания, попадающий в цепь, устранен: Источники питания могут создавать шум.В связи с этим необходимо убедиться, что любой шум, создаваемый источником питания радиоприемника, не попадает в РЧ-каскад. Этого можно добиться, обеспечив хорошую фильтрацию линии питания усилителя ВЧ.
Обычно есть два решения: должна ли схема быть основана на использовании биполярного переходного транзистора или использовать полевой транзистор.
Это некоторые из основных соображений по проектированию радиочастотных схем, которые необходимо учитывать при рассмотрении оптимизации характеристик чувствительности радиостанции – другие аспекты также должны быть рассмотрены и приняты во внимание.
Чувствительность радиоприемника можно количественно определить разными способами, но какой бы метод ни использовался, чувствительность является ключом к его успешной работе.Чем ниже производимый шум, особенно на входных каскадах, тем меньшие сигналы могут быть успешно приняты.
Шумовые характеристики и, следовательно, радиочувствительность должны быть сбалансированы с другими факторами, включая характеристики сильного сигнала и многие другие факторы, и, следовательно, разработка радиоприемника с хорошей чувствительностью может быть сложной задачей.
Другие важные темы по радио:
Радиосигналы
Типы и методы модуляции
Амплитудная модуляция
Модуляция частоты
OFDM
ВЧ микширование
Петли фазовой автоподстройки частоты
Синтезаторы частот
Пассивная интермодуляция
ВЧ аттенюаторы
RF фильтры
Радиочастотный циркулятор
Типы радиоприемников
Радио Superhet
Избирательность приемника
Чувствительность приемника
Обработка сильного сигнала приемника
Динамический диапазон приемника
Вернуться в меню тем Радио.. .
Азбуки V.H.F. Дизайн приемника, январь 1953 г. QST
Январь 1953 г. QST Содержание Воск, ностальгирующий по истории ранней электроники. См. Статьи из QST , опубликовано с декабря 1915 г. по настоящее время (посетите ARRL для информации). Настоящим подтверждаются все авторские права. |
Автор Эдвард Тилтон обсуждает здесь
компромисс между полосой пропускания и чувствительностью приемников, учитывая, что широкополосный шум
мощность следует за полосой пропускания в режиме 10 log BW.
Подъезжая к самым дальним станциям
требует очень низкого уровня шума для получения максимально высокого отношения сигнал / шум, что требует
минимально возможная пропускная способность. До высокостабильных гетеродинов, работающих
успешно в узкой полосе пропускания для голоса (телефон), и особенно для CW (Морзе
код), продиктовал использование кристалла фиксированной частоты, чтобы избежать постоянного
перенастроить станцию. В наши дни, конечно, то, что раньше считалось метрологией.
Комплектация осциллятора можно купить за десятки долларов.
Азбука V.H.F. Конструкция приемника
Советы по улучшению характеристик слабого сигнала на 50 Мс. и выше
Эдвард П. Тилтон, * W1HDQ
Инженеры-ресиверы могут обойтись без этого. Он написан для человека, который,
мало зная о факторах, которые способствуют хорошему приему, склонен судить о приемнике
по ценнику или внешнему виду. Он с большей вероятностью выберет приемник, который
гармонирует со схемой украшения интерьера его жены или той, которая лучше всего звучит в
диапазон вещания, а не приемник, который обеспечит оптимальную производительность
в группах ветчины.
А что до постройки чего-то в приемной линии для себя
– ну, он вздрагивает при мысли, – если он вообще когда-нибудь задумывался
об этом.
Рис. 1 – Некоторые типичные кривые избирательности приемника. Узкий кривая A – это лучшее из того, что можно получить с 455 кгс. если. без кристалла фильтр. Он будет лучше, чем кривая высокого качества B в режиме v.h.f для слабого сигнала. прием. Кривая C представляет отклик приемников с более высоким промежуточные частоты.
Сейчас есть много веских причин, по которым мы все больше и больше склоняемся к тому, чтобы получатель
производители делают за нас грязную работу в проектировании и строительстве. Если мы
иметь обширный цех, хорошее испытательное оборудование и значительный опыт
При работе с приемником сложно построить полноценный приемник на 3,5, 7 или 14 Мгц.
это будет равно одному произведению, сделанному нарядом, имеющим эти активы. Но даже если мы намерены
чтобы работать только с нижними полосами, мы не должны впадать в привычку позволять
инженеры тоже думают за нас! И если мы собираемся сконцентрироваться на
частоты от 28 Мгц.
вверх, у нас нет выбора, кроме как построить собственное снаряжение,
если мы рассчитываем получить первоклассную работу по приему.
Что делает приемник “чувствительным”? Мы все хотим уметь тянуть слабых единицы. Уметь слышать сигналы, которые пропускают другие товарищи, – универсальный любитель. цель, независимо от частоты, над которой мы работаем. Прежде чем инвестировать месячную зарплату в новый приемник связи, или начать строительство v.h.f. конвертер, поэтому мы должны кое-что знать о факторах, обеспечивающих превосходный прием слабого сигнала.
Примерно до 20 Mc. по крайней мере, нет очень заметной разницы в слабом сигнале
возможности лучших приемников. Ниже этой области почти все трубки работают хорошо,
и ограничивающим фактором при приеме слабых сигналов является шум, генерируемый за пределами
приемник. Дополнительная р.ф. каскады усилителя, как бы хорошо они ни были спроектированы, будут служить
в основном для увеличения такого шума прямо пропорционально сигналам, которые мы хотим слышать.
Таким образом, добавляя р.ф. усиление аналогично закреплению на другом этапе звука – оно будет
сделать сигналы громче, но не читаемыми.В некоторых более простых приемниках
не имея р.ф. каскад усилителя, либо неэффективный, внешний радиочастотный. предусилитель
может потребоваться, чтобы поднять уровень самых слабых сигналов, но в большинстве
случаев – единственный способ услышать больше DX на 3.5, 7 или 14 Mc. будет лучше
антенну или переместитесь в более тихое место.
По мере приближения к v.h.f. область картина меняется, и наш уровень шума приближается
из другого источника. Производительность лампы падает с увеличением частоты,
и каскады усилителя должны быть открыты «широко открытыми», чтобы обеспечить достаточное усиление, чтобы сделать слабые
сигналы звуковые.Конечно, есть некоторый внешний шум, но большая часть
«тишина», характерная для горячего в.ч.ф. приемник – шум лампы, генерируемый
внутри приемника. На скорости 3,5 мегапикселя хороший ресивер с автоматическим напряжением.
выкл и его усиление
элементы управления, установленные для оптимального приема слабого сигнала, не издают шума, когда его
отсоединена антенна или закорочены клеммы. Хороший v.h.f. приемник делает
множество! Что же тогда представляют собой эти “малошумящие интерфейсы”, о которых мы говорим в QST и
Справочник?
Здесь следует помнить, что шум, создаваемый внутри приемника, а не то, что поступает на антенну, является ограничивающим фактором в v.h.f. чувствительность приемника. Это состояние начинает проявляться в 28 Mc. Он гораздо более заметен на 50 Mc., И это имеет первостепенное значение в 144 Mc. и выше. Таким образом, чем больше коэффициент усиления р.ф. каскад усилителя обеспечивает заданное количество генерируемого шума, тем лучше будет его слабый сигнал спектакль.
Чтобы наилучшим образом использовать эту информацию, мы должны знать, что вызывает “ламповый шум”.
и какие лампы развивают меньше всего при заданном усилении. Большая часть этого шума
возникает в результате электронного воздействия внутри ламп, поэтому при прочих равных
чем больше элементов внутри трубки, тем больше шума она будет производить как v.
h.f. усилитель мощности.
Таким образом, пентод (с пластиной, экраном, глушителем и управляющей сеткой, все участвующие в
к общему катодному току) будет производить больше шума, чем триод, когда верхний
приближается к пределу его полезного частотного диапазона. И эти элементы добавляют к
входная и выходная емкость трубки, что приводит к увеличению емкостной нагрузки
настроенные цепи, к которым он подключен.
Основным преимуществом пентода является то, что за счет изоляции сетки и пластины
схем, позволяющих получить высокий коэффициент усиления (в нормальном частотном диапазоне) без внешних
цепи нейтрализации.При приближении к пределу его рабочего диапазона он дает
к триоду, с добавлением некоторых схемотехнических приемов для достижения стабильности. Хорошо спроектированный
Пентодные ступени работают примерно так же хорошо, как триоды на 21 и 8 мегапикселей, но на 50 мегапикселях.
и выше триоды берут верх почти исключительно. И даже в 21 и 28 Mc.,
пентоды не работают так хорошо, если схемы не предназначены специально для
эти частоты.
Вот основная причина того, почему лучшие “всеполосные” приемники падают на
28 и 50 Mc., по сравнению даже с простейшими преобразователями отечественного производства.
Первые каскады любого ресивера, покрывающего широковещательный диапазон и низколюбитель.
ремешки предназначены для обеспечения оптимальной работы там – в том диапазоне, в котором они будут
использоваться чаще всего. Стабильность в широком диапазоне настройки, хорошая реакция на автоматическую громкость
управляющее действие (необходимое для работы этого популярного аксессуара, S-метра) и свобода
проблемы с кросс-модуляцией диктуют использование ламп, которые не работают хорошо
в 28 Mc.и выше. Это неоспоримый факт, связанный с дизайном ресивера, и никакое
способность инженеров, разрабатывающих наши коммерческие приемники, что вы можете
потратить около тысячи долларов на ресивер и все равно не получить такую хорошую производительность
на 28 или 50 Mc. как это доступно с конвертером, вы можете построить себе за двадцать
долларов или меньше.
Может быть, найдется действительно хороший коммерческий ресивер для v.h.f. группы когда-нибудь, но он пока не появился на горизонте, за исключением конвертера ограниченного производства форма.
Роль избирательности
Слишком много в.х.ф. мужчины думают об избирательности только как о помощи для разделения станций на переполненных нижних частотах, не понимая, что это тоже напрямую связано с эффективное отношение сигнал / шум, которое может быть достигнуто при использовании приемника с преобразователем для в.в.ф. группы. При прочих равных, чем больше пропускная способность приемника, тем больше шума он будет производить при заданном общем количестве прирост.
Давайте взглянем на рис. 1. Вот «кривые селективности», показывающие
относительный отклик приемника при настройке на сигнал. Когда мы понимаем это
отношение сигнал / шум в.в.ф. приемник обратно пропорционален
области его кривой селективности, мы сразу видим, почему мы не хотим больше использовать полосу пропускания
чем нужно для передачи внятного сигнала.
Кривые A и B взяты из инструкции по эксплуатации новых устройств Hallicrafters. SX-73.Они демонстрируют полосу пропускания этого превосходного приемника в двух из шести вариантов селективности. позиции. Кривая A предназначена для острой н.ф. положение, без кварцевого фильтра.
Кривая B показывает самый широкий отклик, используемый в основном для высококачественного вещания. прием. Из B мы видим, что для снижения уровня сигнала на 6 дБ мы должны отключиться 7 кс. по обе стороны от центральной частоты. Сбросить 60 дБ. мы должны расстроить 17 кгц. На кривой A мы видим, что 6-дБ. точки составляют всего около 3 кгц. удалено из центра частота и 60 дБ.баллы всего около 8 кгц. от центра.
Теперь мы знаем, что для получения голосовой модуляции с хорошей читаемостью нам достаточно
пропускная способность около 5 или 6 килоциклов, и мы можем обойтись даже меньшим, если у нас есть
к. Таким образом, разница в звучании двухметрового сигнала будет небольшой, если вообще будет.
с регулятором селективности в любом из этих двух положений, но приемник
шум, который будет присутствовать при слабом сигнале, будет значительно выше с широким
пропускная способность.
Рассмотрим кривую C. Это не было взято с какого-либо конкретного приемника, но это о лучшем, что можно было ожидать от ресивера, имеющего высокий средний уровень частота и без кварцевого фильтра. Это может быть один из тех наборов команд с 2830-кс. если. системы, например. Один взгляд на его кривую селективности показывает, что это не сделает горячий v.h.f. ресивер, как ни хорош конвертер мы ставим впереди него. Пропускная способность подойдет для мобильной работы на расстоянии 2 метра, но не положитесь на него при использовании домашней станции, если хотите слышать слабые.
Пропускная способность SCR-522 еще шире. Это был отличный приемник для некритичных
работа с фиксированной частотой, цель, для которой она предназначена. Это не высший пилотаж
приемник слабого сигнала, и никакая работа с внешним интерфейсом не поможет.
В
способ увеличить прием с помощью 522 или любого другого приемника с широкой настройкой, предполагая
то, что вы уже выполнили работу с интерфейсом, состоит в том, чтобы принять выход высокочастотного
если. и подать его в приемник связи, где можно уменьшить полосу пропускания
до минимума, необходимого для разборчивости голоса.
Это соотношение шум-ширина полосы также показывает, почему преобразование
радиолокационные приемники для любительского использования. Прогресс в нашем 420-Mc. группа была отложена
несколько лет из-за доступности APS-13, BC-645, BC-788,
приемники серии ASB и другие широкополосные устройства на избыточном рынке. Они
отлично подходит для локальной работы, получения широких излучений модулированных генераторов, но
бесполезен для приема DX слабого сигнала. Только представьте их пропускную способность в четыре мегацикла.
или более, представленных в виде фиг.1, и вы понимаете, почему один из этих приемников
– это жернов на шее ветчины, только что прыгнувшей в ухо.
бассейн!
Последняя мысль об избирательном бизнесе. До сих пор мы говорили о минимальная пропускная способность, необходимая для передачи голоса. Мы не можем обрезать намного резче, чем 3 кгц. и еще копировать модуляцию голоса. Но мы можем снизить пропускную способность до нескольких сотен велосипеды и хорошо ладят на c.w. Здесь есть очевидный момент для парня кто хочет работать по-настоящему v.h.f. DX – нет возможности сделать это лучше, чем использовать высокую селективность и c.w.
Многие из новейших приемников с двойным преобразованием обладают селективностью, которая была невозможно до сих пор. С ними и хороший в.х.ф. конвертер, мы можем копаться в уровень шума, которого мы никогда не могли раньше – если мы воспользуемся возможностей, которые c.w. операция позволяет.
Ты не сможешь работать, если не сможешь удержать
Высокая селективность – отличная вещь, но вы не получите такого повышения отношения сигнал / шум
соотношение зря.
Когда вы начинаете думать о пропускной способности циклически, вы сталкиваетесь с
проблемы со стабильностью. Блуждающий осциллятор не вызывает особых проблем, когда i.f.
полоса пропускания 50 кГц. или около того, но для эффективного использования селективности генератор преобразователя
должен оставаться на месте!
Это исключает возможность настраиваемых осцилляторов для средней v.h.f. человек, поэтому мы переходим к источники инжекции с кристаллическим управлением. Кристаллический преобразователь приятно есть, даже на 28 мак. На 50 Mc это больше удовольствия.На 144, 220 или 420 Mc. Это становится необходимостью для узкополосной работы. К счастью, управление кристаллом в преобразователе не сложно. Даже для 420 Mc. Два двойных триода и недорогой кристалл будут обеспечивают достаточно энергии в районе 380 Мс. заменить одноламповый генератор покрывающие ту же частоту.
А какая разница! – 420-Mc. сигналы, полученные на преобразователе с кварцевым управлением
настраиваться так же легко, как сигнал на 7 Mc.
и c.w. так же практично.Нет больше холдинга
дыхание или настройка сигналов, размахивая руками на расстоянии фута или двух
от ресивера. Без преувеличения можно сказать, что общий переход к использованию кристаллов
прием в 144 Мак. и выше в последние годы было одним из самых мощных факторов
в демонстрации полезности этих диапазонов для любительского общения.
* V.H.F. Редактор QST.
Опубликовано 14 января 2020 г. (оригинал 13.09.2016)
радиосхем | Практические аналоговые полупроводниковые схемы
(а) Радиоприемник “Кристалл”.(b) Модулированная радиочастота на антенне. (c) Выпрямленный РЧ на диодном катоде без конденсатора фильтра C2. (d) Демодулированный звук в наушниках.
Система заземления антенны, контур резервуара, пиковый детектор и наушники являются основными компонентами кристаллического радиоприемника, показанного на рисунке (а). Антенна поглощает передаваемые радиосигналы (b), которые текут на землю через другие компоненты.
Комбинация C1 и L1 составляет резонансный контур, называемый контуром резервуара. Его цель – выбрать один из множества доступных радиосигналов.Переменный конденсатор C1 позволяет настраиваться на различные сигналы. Диод проходит положительные полупериоды RF, удаляя отрицательные полупериоды (c). Размер C2 позволяет отфильтровывать радиочастоты из РЧ-огибающей (c), передавая звуковые частоты (d) в гарнитуру. Обратите внимание, что для кристаллического радио не требуется источник питания. Германиевый диод, который имеет меньшее прямое падение напряжения, обеспечивает большую чувствительность, чем кремниевый диод.
В то время как магнитные наушники с сопротивлением 2000 Ом показаны выше, керамические наушники, иногда называемые кристаллическими наушниками, более чувствительны.Керамические наушники желательны для всех, кроме самых сильных радиосигналов.
Схема на рисунке ниже дает более сильный выходной сигнал, чем кварцевый детектор. Поскольку транзистор не смещен в линейной области (без резистора смещения базы), он работает только в течение положительных полупериодов входного ВЧ сигнала, обнаруживая модуляцию звука.
Преимуществом транзисторного детектора является не только обнаружение, но и усиление. Эта более мощная схема может легко управлять магнитными наушниками с сопротивлением 2000 Ом. Обратите внимание, что транзистор является германиевым PNP-устройством.Это, вероятно, более чувствительно из-за более низкого напряжения VBE 0,2 В по сравнению с кремнием. Однако кремниевое устройство все равно должно работать. Обратная полярность батареи для кремниевых устройств NPN.
т.р. Один, один транзисторный радиоприемник. Резистор без смещения вызывает работу как детектор
Наушники с сопротивлением 2000 Ом больше не являются широко доступным товаром. Однако наушники с низким сопротивлением, обычно используемые с портативным аудиооборудованием, могут быть заменены в паре с подходящим аудиопреобразователем.
Схема на рисунке ниже добавляет звуковой усилитель к детектору кристалла для большей громкости наушников. В оригинальной схеме использовались германиевый диод и транзистор.
Германиевый диод может быть заменен диодом Шоттки. Кремниевый транзистор можно использовать, если резистор смещения базы заменить в соответствии с таблицей.
Радиоприемник на кристалле с одним транзисторным усилителем звука, базовое смещение
Для большего количества кристаллических радиосхем, простых однотранзисторных радиоприемников и более продвинутых радиоприемников с малым числом транзисторов.
Regency TR1: Первое массовое производство транзисторного радиоприемника, 1954 год
Схема на рисунке ниже представляет собой радиомодуль AM с интегральной схемой, содержащий все активные радиочастотные схемы в одной ИС. Все конденсаторы и катушки индуктивности, а также несколько резисторов являются внешними по отношению к ИС. Переменный конденсатор 370 пФ настраивает требуемый радиочастотный сигнал. Конденсатор переменной емкости 320 пФ настраивает гетеродин на 455 кГц выше входного РЧ-сигнала. Частоты радиочастотного сигнала и гетеродина смешиваются, образуя сумму и разность двух сигналов на выводе 15.
Внешний керамический фильтр 455 кГц между контактами 15 и 12 выбирает разностную частоту 455 кГц. Большая часть усиления находится в усилителе промежуточной частоты (ПЧ) между выводами 12 и 7. Диод на выводе 7 восстанавливает звук от ПЧ. Некоторая автоматическая регулировка усиления (АРУ) восстанавливается и фильтруется до постоянного тока и возвращается на вывод 9.
IC радио
На рисунке ниже показана обычная механическая настройка (а) входного ВЧ-тюнера и гетеродина с настройкой варакторного диода (b).Сетчатые пластины сдвоенного переменного конденсатора составляют громоздкий компонент. Его экономически выгодно заменить на подстроечные диоды варикапа. Увеличение обратного смещения Vtune уменьшает емкость, что увеличивает частоту. Vtune может производиться потенциометром.
IC сравнение радио (а) механической настройки с (б) электронной настройкой варикапного диода.
На рисунке ниже показан AM-радио с еще меньшим количеством деталей.
Инженеры Sony включили полосовой фильтр промежуточной частоты (ПЧ) в 8-контактную ИС.Это исключает использование внешних трансформаторов промежуточной частоты и керамического фильтра промежуточной частоты. Компоненты настройки L-C по-прежнему необходимы для радиочастотного (RF) входа и гетеродина. Впрочем, переменные конденсаторы можно было бы заменить на подстроечные диоды варикапа.
Компактный радиомодуль IC без внешних фильтров ПЧ
На рисунке ниже показано FM-радио с малым количеством деталей, основанное на интегральной схеме TDA7021T от NXP Wireless. Громоздкие трансформаторы с внешним фильтром ПЧ были заменены фильтрами R-C.Резисторы встроены, а конденсаторы внешние. Эта схема была упрощена из рисунка 5 в техническом описании NXP. См. Рис. 5 или 8 таблицы данных для пропущенной схемы уровня сигнала. Простая схема настройки взята из испытательной схемы на Рисунке 5. На рисунке 8 показан более сложный тюнер. На рис. 8 показан стереофонический FM-радио с аудиоусилителем для управления динамиком.
IC FM-радио, схема уровня сигнала не показана
Для строительного проекта рекомендуется упрощенное FM-радио, показанное на рисунке выше.Для индуктора 56 нГн намотайте 8 витков неизолированного или магнитного провода # 22 AWG на сверло 0,125 дюйма или другую оправку. Снимите оправку и растяните до длины 0,6 дюйма. Настроечный конденсатор может быть миниатюрным подстроечным конденсатором.
На рисунке ниже показан пример ВЧ-усилителя с общей базой (CB). Это хорошая иллюстрация, потому что это похоже на CB из-за отсутствия сети смещения. Поскольку смещения нет, это усилитель класса C. Транзистор проводит менее 180 ° входного сигнала, потому что не менее 0.Для класса B на 180 ° потребуется смещение 7 В. Конфигурация с общей базой имеет более высокий коэффициент усиления мощности на высоких частотах РЧ, чем с общим эмиттером. Это усилитель мощности (3/4 Вт) в отличие от усилителя небольшого сигнала. Входная и выходная π-схемы согласовывают эмиттер и коллектор с 50-омными входными и выходными коаксиальными окончаниями соответственно. Выходная π-сеть также помогает фильтровать гармоники, генерируемые усилителем класса C. Хотя по современным стандартам излучения, вероятно, потребуется больше секций.
ВЧ-усилитель мощности 750 мВт с общей базой класса C. L1 = медный провод # 10, 1/2 оборота, внутренний диаметр 5/8 дюйма, высота 3/4 дюйма. L2 = луженая медная проволока №14, 1 1/2 витка, внутренний диаметр 1/2 дюйма с шагом 1/3 дюйма.
Пример ВЧ-усилителя с общей базой и высоким коэффициентом усиления показан на рисунке ниже. Схема с общей базой может быть переведена на более высокую частоту, чем другие конфигурации. Это обычная базовая конфигурация, поскольку базы транзисторов заземлены для переменного тока конденсаторами емкостью 1000 пФ. Конденсаторы необходимы (в отличие от класса C на предыдущем рисунке), чтобы делитель напряжения 1KΩ-4KΩ мог смещать базу транзистора для работы класса A.Резисторы 500 Ом представляют собой резисторы смещения эмиттера. Они стабилизируют ток коллектора. Резисторы на 850 Ом представляют собой коллекторные нагрузки постоянного тока. Трехкаскадный усилитель обеспечивает общее усиление 38 дБ на частоте 100 МГц с полосой пропускания 9 МГц.
Усилитель с малым сигналом и высоким коэффициентом усиления класса A с общей базой
Каскодный усилитель имеет широкую полосу пропускания, как усилитель с общей базой, и умеренно высокий входной импеданс, как схема с общим эмиттером. Смещение для этого каскодного усилителя (рисунок ниже) прорабатывается в примере задачи Ch 4.
Каскодный малосигнальный усилитель с высоким коэффициентом усиления класса A
Эта схема моделируется в разделе «Cascode» главы 4 BJT. Для получения наилучшего отклика на высоких частотах используйте ВЧ- или СВЧ-транзисторы.
PIN-диод Переключатель T / R отключает приемник от антенны во время передачи
ПИН-диодный антенный переключатель для приемника пеленгатора
Аттенюатор с PIN-диодами: PIN-диоды работают как резисторы с переменным напряжением
PIN-диоды объединены в схему π-аттенюатора.Противопоследовательные диоды подавляют некоторые гармонические искажения по сравнению с одиночным последовательным диодом. Фиксированное напряжение 1,25 В смещает в прямом направлении параллельные диоды, которые не только проводят постоянный ток от земли через резисторы, но также проводят высокочастотный сигнал на землю через конденсаторы диодов. Управляющее напряжение Vcontrol увеличивает ток через параллельные диоды по мере его увеличения. Это уменьшает сопротивление и затухание, передавая больше ВЧ от входа к выходу. Затухание составляет около 3 дБ при Vcontrol = 5 В.Затухание составляет 40 дБ при Vcontrol = 1 В с плоской частотной характеристикой до 2 ГГц. При Vcontrol = 0,5 В затухание составляет 80 дБ на частоте 10 МГц. Однако частотная характеристика слишком сильно различается, чтобы ее можно было использовать.
СВЯЗАННЫЙ РАБОЧИЙ ЛИСТ:
Основы проектирования цифрового радиоприемника (Radio 101)
В этой статье представлены основы проектирования цифрового радиоприемника. Благодаря множеству новых достижений в области преобразователей данных и радиотехники сложная конструкция приемника была значительно упрощена.В этой статье делается попытка объяснить, как рассчитать чувствительность и избирательность такого приемника. Это ни в коем случае не исчерпывающее изложение, но вместо этого является руководством по многим методам и расчетам, используемым в таких конструкциях.
Многие достижения в дизайне и архитектуре радиостанций в настоящее время позволяют быстро вносить изменения в конструкцию радиоприемников. Эти изменения позволяют уменьшить размер, стоимость, сложность и улучшить производство за счет использования цифровых компонентов для замены ненадежных и неточных аналоговых компонентов.Для того, чтобы это произошло, потребовалось множество достижений в области проектирования и производства полупроводников, которые были реализованы за последние несколько лет. Некоторые из этих достижений включают улучшенные интегрированные смесители, малошумящий усилитель, улучшенные фильтры на ПАВ, более дешевые высокопроизводительные АЦП и программируемые цифровые тюнеры и фильтры. В этой статье кратко излагаются вопросы проектирования и взаимодействия этих устройств с полными радиосистемами.
Что такое радио?
Традиционно радио считалось «коробкой», которая подключается к антенне и всему, что находится за ней, однако многие конструкции систем разделены на две отдельные подсистемы.Радио и цифровой процессор. При такой сегментации цель радиостанции – преобразовать с понижением частоты и отфильтровать полезный сигнал, а затем оцифровать информацию. Точно так же цель цифрового процессора – принимать оцифрованные данные и извлекать желаемую информацию.
Важно понимать, что цифровой приемник – это не то же самое, что цифровое радио (модуляция). Фактически, цифровой приемник отлично справится с приемом любого аналогового сигнала, такого как AM или FM.Цифровые приемники могут использоваться для приема любого типа модуляции, включая любые стандарты аналоговой или цифровой модуляции. Кроме того, поскольку ядром цифрового процессора является процессор цифровых сигналов (DSP), это позволяет управлять многими аспектами всего радиоприемника с помощью программного обеспечения. Таким образом, эти DSP могут быть перепрограммированы с помощью обновлений или новых функций в зависимости от сегментации клиентов, и все это с использованием одного и того же оборудования. Однако это полное обсуждение само по себе, а не в центре внимания данной статьи.
Основное внимание в этой статье уделяется радио и тому, как прогнозировать / проектировать производительность. Будут обсуждены следующие темы:
- Доступная мощность шума
- Рисунок каскадного шума
- Коэффициент шума и АЦП
- Коэффициент преобразования и чувствительность
- Паразитные сигналы и дизеринг АЦП
- Точка пересечения третьего порядка
- Джиттер тактового сигнала АЦП
- Фазовый шум
- IP3 в разделе РФ
Single-Carrier vs.Multi-Carrier
Обсуждаются два основных типа радиоприемников. Первый называется приемником с одной несущей, а второй – приемником с несколькими несущими. Их название подразумевает очевидное, однако их функция может быть не полностью ясна. Приемник с одной несущей – это традиционный радиоприемник, обеспечивающий избирательность в аналоговых фильтрах каскадов ПЧ. Приемник с несколькими несущими обрабатывает все сигналы в пределах полосы с помощью одной аналоговой полосы RF / if и получает селективность в цифровых фильтрах, которые следуют за аналого-цифровым преобразователем.Преимущество такого приемника заключается в том, что в приложениях с несколькими приемниками, настроенными на разные частоты в одном и том же диапазоне, можно достичь меньшей конструкции системы и снижения стоимости за счет устранения избыточных схем. Типичным приложением является базовая станция сотовой / беспроводной локальной сети. Другим приложением могут быть приемники наблюдения, которые обычно используют сканеры для контроля нескольких частот. Это приложение позволяет одновременно контролировать множество частот без необходимости последовательного сканирования.
Типовой приемник с одной несущей
Типичный приемник с несколькими несущими
Преимущества внедрения цифрового радиоприемника
Перед тем, как подробно обсудить разработку цифрового радиоприемника, необходимо обсудить некоторые технические преимущества. К ним относятся передискретизация, усиление обработки, недостаточная выборка, частотное планирование / размещение побочных эффектов. Многие из них обеспечивают технические преимущества, недостижимые иным способом при использовании традиционной конструкции радиоприемника.
Передискретизация и технологическое усиление
Критерий Найквиста компактно определяет частоту дискретизации, необходимую для любого данного сигнала. Часто частота Найквиста цитируется как частота дискретизации, которая в два раза больше, чем у самого высокочастотного компонента. Это означает, что для приложения выборки ПЧ на частоте 70 МГц потребуется частота дискретизации 140 MSPS. Если наш сигнал занимает всего 5 МГц около 70 МГц, то выборка со скоростью 140 MSPS практически бесполезна. Вместо этого Найквист требует, чтобы сигнал был дискретизирован в два раза больше полосы частот сигнала.Следовательно, если полоса пропускания нашего сигнала составляет 5 МГц, то выборки на частоте 10 МГц вполне достаточно. Все, что выходит за рамки этого, называется передискретизацией. Передискретизация – очень важная функция, поскольку она позволяет эффективно увеличить принимаемое SNR в цифровой области.
В отличие от избыточной выборки, это действие недостаточной выборки. Недостаточная выборка – это выборка с частотой, намного меньшей, чем половина фактической частоты сигнала (см. Раздел ниже о недостаточной выборке). Следовательно, возможна передискретизация и недостаточная выборка одновременно, так как одно определяется относительно ширины полосы, а другое – интересующей частоты.
В любом процессе оцифровки, чем быстрее сигнал дискретизируется, тем ниже минимальный уровень шума, поскольку шум распространяется по большему количеству частот. Общий интегрированный шум остается постоянным, но теперь он распределен по большему количеству частот, что дает преимущества, если за АЦП следует цифровой фильтр. Минимальный уровень шума соответствует уравнению:
Это уравнение представляет уровень шума квантования внутри преобразователя и показывает взаимосвязь между шумом и частотой дискретизации FS.Следовательно, каждый раз, когда частота дискретизации удваивается, эффективный минимальный уровень шума улучшается на 3 дБ!
Цифровая фильтрация удаляет все нежелательные шумы и паразитные сигналы, оставляя только полезный сигнал, как показано на рисунках ниже.
Типичный спектр АЦП до цифровой фильтрацииТипичный спектр АЦП после цифровой фильтрации
SNR АЦП может быть значительно улучшено, как показано на диаграмме выше. Фактически, отношение сигнал / шум можно улучшить, используя следующее уравнение:
Как показано, чем больше соотношение между частотой дискретизации и шириной полосы сигнала, тем выше выигрыш от процесса.Фактически достижимо усиление до 30 дБ.
Недискретизация и преобразование частоты
Как указывалось ранее, под дискретизацией понимается процесс дискретизации с частотой, намного меньшей, чем половина фактической частоты сигнала. Например, сигнал 70 МГц, дискретизированный со скоростью 13 MSPS, является примером недостаточной дискретизации.
Недостаточная выборка важна, потому что она может выполнять функцию, очень похожую на смешивание. Когда сигнал недостаточно дискретизирован, частоты накладываются на основную полосу или первую зону Найквиста, как если бы они изначально находились в основной полосе частот.Например, наш вышеупомянутый сигнал 70 МГц при выборке с частотой 13 MSPS будет отображаться на частоте 5 МГц. Математически это можно описать как:
Это уравнение дает результирующую частоту в первой и второй зоне Найквиста. Поскольку АЦП присваивает всю информацию первой зоне Найквиста, результаты, полученные с помощью этого уравнения, должны быть проверены, чтобы увидеть, не превышают ли они f SampleRate /2. Если да, то частота должна быть возвращена в первую зону Найквиста путем вычитания результата из f SampleRate .
В таблице ниже показано, как сигналы могут быть объединены в полосу модулирующих частот и их спектральная ориентация. Хотя процесс выборки (наложения) отличается от микширования (умножения), результаты очень похожи, но периодичны в зависимости от частоты дискретизации. Другое явление – это обращение спектра. Как и в смесителях, некоторые продукты меняют местами в процессе выборки, например, смещение верхней и нижней боковой полосы. В таблице ниже также показано, какие случаи вызывают инверсию спектра.
| Входной сигнал | Диапазон частот | Сдвиг частоты | Spectral Sense |
1 st Найквист Зона | постоянного тока – FS / 2 | Вход | Нормальный |
2 nd Найквист Зона | ФС / 2 – ФС | FS-вход | Перевернутое положение |
3 rd Найквист Зона | ФС – 3 ФС / 2 | Вход – FS | Нормальный |
4 -й Найквист Зона | 3FS / 2 – 2FS | 2FS – ввод | Перевернутое положение |
5 -й Найквист Зона | 2FS – 5FS / 2 | Вход – 2FS | Нормальный |
Планирование частот и размещение ответвлений
Одна из самых больших проблем при проектировании радиоархитектуры – это размещение ПЧ частот.Проблема усугубляется тем, что усилители возбуждения и АЦП имеют тенденцию генерировать нежелательные гармоники, которые проявляются в цифровом спектре преобразования данных в виде ложных сигналов. Независимо от того, является ли приложение широкополосным или нет, тщательный выбор частот дискретизации и частот ПЧ может разместить эти паразиты в местах, которые сделают их безвредными при использовании с цифровыми тюнерами / фильтрами, такими как AD6620, которые могут выбрать интересующий сигнал и отклонить все другие. Все это хорошо, потому что при тщательном выборе диапазона входных частот и частоты дискретизации, усилитель возбуждения и гармоники АЦП фактически могут быть выведены за пределы полосы частот.Передискретизация только упрощает дело, предоставляя больше спектра для безвредных гармоник.
Например, если определено, что вторая и третья гармоники являются особенно высокими, путем тщательного выбора места падения аналогового сигнала относительно частоты дискретизации, эти вторая и третья гармоники могут быть размещены вне полосы. Для случая скорости кодирования, равной 40,96 MSPS, и ширины полосы сигнала 5,12 МГц, размещение ПЧ между 5,12 и 10,24 МГц помещает вторую и третью гармоники вне полосы, как показано в таблице ниже.Хотя этот пример очень прост, его можно адаптировать для множества различных приложений.
Как видно, вторая и третья гармоники выходят за пределы интересующей полосы и не создают помех для основных составляющих. Следует отметить, что секунды и трети действительно перекрываются друг с другом, а псевдоним третей вокруг FS / 2. В табличной форме это выглядит, как показано ниже.
| Скорость кодирования: | 40.96 MSPS |
| Фундаментальный | 5,12 – 10,24 МГц |
| Вторая гармоника: | 10,24 – 20,48 МГц |
| Третья гармоника: | 15,36 – 10,24 МГц |
Другой пример частотного планирования можно найти в недостаточной выборке.Если диапазон аналогового входного сигнала составляет от DC до FS / 2, тогда комбинация усилителя и фильтра должна соответствовать требуемым характеристикам. Однако, если сигнал помещается в третью зону Найквиста (от FS до 3FS / 2), от усилителя больше не требуется соответствие гармоническим характеристикам, требуемым спецификациями системы, поскольку все гармоники будут выходить за пределы полосы пропускания фильтра. Например, диапазон фильтра полосы пропускания может быть от FS до 3FS / 2. Вторая гармоника будет охватывать от 2FS до 3FS, что выходит далеко за пределы диапазона фильтров полосы пропускания.Затем нагрузка перекладывается на конструкцию фильтра при условии, что АЦП соответствует основным требованиям на интересующей частоте. Во многих приложениях это выгодный компромисс, поскольку многие сложные фильтры могут быть легко реализованы с использованием как методов ПАВ, так и LCR на этих относительно высоких частотах ПЧ. Хотя этот метод снижает гармонические характеристики усилителя возбуждения, нельзя жертвовать характеристиками интермодуляции.
Использование этого метода для вывода гармоник за пределы интересующей зоны Найквиста позволяет легко фильтровать их, как показано выше.Однако, если АЦП по-прежнему генерирует собственные гармоники, можно использовать ранее описанный метод для тщательного выбора частоты дискретизации и аналоговой частоты, чтобы гармоники попадали в неиспользуемые участки полосы пропускания и подвергались цифровой фильтрации.
Ожидаемые характеристики приемника
Имея в виду эти мысли, как можно определить производительность радио и какие компромиссы можно сделать. Как показано ниже, можно использовать многие методы традиционной радиотехники. На протяжении всего обсуждения, приведенного ниже, существует некоторая разница между многоканальным и одноканальным радио.На них будет указано. Имейте в виду, что это обсуждение не завершено, и многие области остались незатронутыми. Дополнительную информацию по этому вопросу можно найти в одной из ссылок в конце этой статьи. Кроме того, это обсуждение касается только данных, доставленных в DSP. Многие приемники используют собственные схемы для дальнейшего повышения производительности за счет дополнительного подавления шума и устранения гетеродина.
Для дальнейшего обсуждения типовая конструкция приемника показана выше.Рассматриваемое здесь обсуждение начинается с антенны и заканчивается цифровым тюнером / фильтром в конце. За этой точкой находится цифровой процессор, который выходит за рамки данного обсуждения.
Анализ начинается с нескольких предположений. Во-первых, предполагается, что приемник ограничен шумом. Это значит, что внутри полосы отсутствуют шпоры, которые в противном случае ограничили бы производительность. Разумно предположить, что выбор LO и IF может быть сделан таким образом, что это правда. Кроме того, позже будет показано, что паразиты, генерируемые внутри АЦП, обычно не являются проблемой, поскольку их часто можно устранить с помощью дизеринга или разумного использования передискретизации и размещения сигнала.В некоторых случаях это может быть нереалистичным предположением, но они предоставляют отправную точку, с которой можно определить пределы производительности.
Второе предположение состоит в том, что полоса пропускания входного каскада приемника – это наша полоса Найквиста. Хотя наша фактическая выделенная полоса пропускания может составлять всего 5 МГц, использование полосы Найквиста упростит вычисления на этом пути. Следовательно, частота дискретизации 65 MSPS даст полосу Найквиста 32,5 МГц.
Доступная мощность шума
Чтобы начать анализ, необходимо учесть шум на порте антенны.Поскольку правильно подобранная антенна, очевидно, является резистивной, для определения напряжения шума на согласованных входных клеммах можно использовать следующее уравнение.
Доступная мощность от источника, в данном случае антенны, составляет:
Что упрощается, если предыдущее уравнение подставить в:
Таким образом, в действительности доступная мощность шума от источника в этом случае не зависит от импеданса для ненулевых и конечных значений сопротивления.
Это важно, потому что это точка отсчета, с которой будет сравниваться наш приемник. Когда речь идет о коэффициенте шума сцены, часто говорят, что она показывает на «x» дБ выше шума «kT». Это источник этого выражения.
При прохождении каждого каскада через приемник этот шум уменьшается за счет коэффициента шума каскада, как описано ниже. Наконец, когда канал настраивается и фильтруется, большая часть шума удаляется, остается только то, что находится внутри интересующего канала.
Рисунок каскадного шума
Коэффициент шума – это показатель качества, используемый для описания того, сколько шума добавляется к сигналу в цепи приема радиостанции. Обычно он указывается в дБ, хотя при вычислении коэффициента шума используется числовое отношение (не логарифмическое). Не логарифмический коэффициент называется шумовым фактором и обычно обозначается как F , где он определяется, как показано ниже.
После того, как каждому каскаду в радиостанции назначен коэффициент шума, его можно использовать для определения их каскадных характеристик.Общий коэффициент шума, относящийся к входному порту, можно вычислить следующим образом.
Вышеупомянутые F – это коэффициенты шума для каждого из последовательных каскадов, а G – коэффициенты усиления каскадов. На данный момент ни коэффициент шума, ни коэффициенты усиления не представлены в логарифмической форме. Когда применяется это уравнение, все составляющие шума отражаются на порте антенны. Таким образом, доступный шум из предыдущего раздела может быть снижен непосредственно с помощью коэффициента шума.
Например, если доступный шум составляет -100 дБмВт, вычисленный коэффициент шума составляет 10 дБ, а коэффициент преобразования равен 20 дБ, то общий эквивалентный шум на выходе составляет -70 дБмВт.
При применении этих уравнений следует учитывать несколько моментов. Во-первых, пассивные компоненты предполагают, что коэффициент шума равен их потерям. Во-вторых, пассивные компоненты в серии можно суммировать до применения уравнения. Например, если два фильтра нижних частот включены последовательно, каждый с вносимыми потерями 3 дБ, они могут быть объединены, и потери одного элемента предположительно равны 6 дБ.Наконец, смесители часто не имеют коэффициента шума, установленного для них производителем. Если не указано иное, можно использовать вносимые потери, однако, если коэффициент шума поставляется вместе с устройством, его следует использовать.
Коэффициенты шума и АЦП
Хотя коэффициент шума можно назначить АЦП, часто проще работать с АЦП по-другому. АЦП – это устройства напряжения, тогда как коэффициент шума на самом деле является проблемой мощности шума. Поэтому часто бывает проще обработать аналоговые части АЦП с точки зрения коэффициента шума, а затем преобразовать в напряжение на АЦП.Тогда работа шум АЦП в качестве входного напряжения ссылки. Затем шум аналогового сигнала и АЦП можно суммировать на входе АЦП, чтобы найти общий эффективный шум.
Для этого приложения был выбран 12-битный аналого-цифровой преобразователь AD9042 или AD6640. Эти продукты могут выполнять выборку до 65 MSPS, скорость, подходящую для оцифровки AMPS всего диапазона и способную обеспечить опорную тактовую частоту GSM 5x. Этого более чем достаточно для приложений AMPS, GSM и CDMA. В таблице указано, что типичное отношение сигнал-шум составляет 68 дБ.Следовательно, следующим шагом является расчет снижения шума в приемнике из-за шумов АЦП. Опять же, самый простой метод – это преобразовать как SNR, так и шум приемника в среднеквадратичное значение. вольт, а затем суммируйте их для получения общего действующего значения. шум. Если АЦП имеет входной диапазон от пика до пика 2 В:
Это напряжение отражает все шумы АЦП, тепловые и квантовые. Полный диапазон АЦП составляет 0,707 В (действующее значение).
После вычисления эквивалентного входного шума АЦП следующее вычисление – это шум, генерируемый самим приемником.Поскольку мы предполагаем, что полоса пропускания приемника равна полосе пропускания Найквиста, частота дискретизации 65 MSPS дает полосу пропускания 32,5 МГц. Исходя из имеющихся уравнений мощности шума, мощность шума от аналогового входного каскада составляет 134,55E15 Вт или -98,7 дБмВт. Это шум, присутствующий в антенне, который должен быть увеличен коэффициентом преобразования и уменьшен коэффициентом шума. Если усиление преобразования составляет 25 дБ, а коэффициент шума составляет 5 дБ, то шум, представленный входной цепи АЦП, составляет:
на 50 Ом (134.9e-12 Вт). Поскольку входной импеданс АЦП составляет около 1000 Ом, мы должны либо согласовать с ним стандартное сопротивление ПЧ 50 Ом, либо уменьшить сопротивление АЦП. Разумный компромисс – уменьшить диапазон до 200 Ом с помощью параллельного резистора, а затем использовать трансформатор 1: 4 для согласования с остальными. Трансформатор также служит для преобразования несимметричного входа в сбалансированный сигнал, необходимого для АЦП, а также для обеспечения некоторого усиления по напряжению. Поскольку имеется скачок импеданса 1: 4, в этом процессе также увеличивается коэффициент усиления по напряжению, равный 2.
Из этого уравнения, наше напряжение, возведенное в квадрат на 50 Ом, составляет 6,745e-9 или на 200 Ом, 26,98e-9.
Теперь, когда мы знаем шум от АЦП и РЧ-интерфейса, общий шум в системе можно вычислить как квадратный корень из суммы квадратов. Таким образом, полное напряжение составляет 325,9 мкВ. Теперь это общий шум, присутствующий в АЦП из-за шума приемника и шума АЦП, включая шум квантования.
Коэффициент преобразования и чувствительность
Как это шумовое напряжение влияет на общую производительность АЦП? Предположим, что в полосе пропускания приемника присутствует только один радиочастотный сигнал.Тогда отношение сигнал / шум будет:
.Поскольку это приложение с передискретизацией и фактическая ширина полосы сигнала намного меньше, чем частота дискретизации, шум будет значительно уменьшен после цифровой фильтрации. Поскольку полоса пропускания входного каскада такая же, как у нашего АЦП, и шум АЦП, и шум ВЧ / ПЧ будут улучшаться с той же скоростью. Поскольку многие стандарты связи поддерживают узкую полосу пропускания канала, мы примем канал 30 кГц. Таким образом, мы получаем 33,4 дБ от технологического усиления.Следовательно, наше исходное SNR 66,7 дБ теперь составляет 100,1 дБ. Помните, что отношение сигнал / шум увеличилось из-за фильтрации лишнего шума, что является источником усиления технологического процесса.
Рисунок 13 Восемь равных силовых карданов
Если это радиомодуль с несколькими несущими, динамический диапазон АЦП должен использоваться совместно с другими РЧ несущими. Например, если имеется восемь несущих одинаковой мощности, каждый сигнал не должен превышать 1/8 общего диапазона, если рассматриваются сигналы от пика к пику. Однако, поскольку обычно сигналы в приемнике не совпадают по фазе (поскольку пульты дистанционного управления не синхронизированы по фазе), сигналы будут синхронизироваться редко, если вообще когда-либо.Следовательно, требуется намного меньше требуемых 18 дБ. Поскольку на самом деле не более 2 сигналов могут быть синхронизированы одновременно, и поскольку они являются модулированными сигналами, только 3 дБ будут зарезервированы для целей запаса. В том случае, если сигналы действительно выравниваются и приводят к ограничению преобразователя, это произойдет всего за небольшую долю секунды, прежде чем условие перегрузки будет устранено. В случае радиосвязи с одной несущей не требуется места для головы.
В зависимости от схемы модуляции для адекватной демодуляции требуется минимальное отношение C / N.Если схема цифровая, то следует учитывать коэффициент ошибок по битам (BER), как показано ниже. Предполагая, что требуется минимальное отношение C / N 10 дБ, наш уровень входного сигнала не может быть настолько малым, что оставшееся отношение сигнал / шум будет меньше 10 дБ. Таким образом, наш уровень сигнала может упасть на 90,1 дБ от текущего уровня. Поскольку полный диапазон АЦП составляет +4 дБм (200 Ом), уровень сигнала на входе АЦП составляет –86,1 дБмВт. Если бы в тракте РЧ / ПЧ было усиление 25 дБ, то чувствительность приемника на антенне была бы –86,1 минус 25 дБ или –111.1 дБм. Если требуется большая чувствительность, то на ступенях ВЧ / ПЧ можно использовать большее усиление. Однако коэффициент шума не зависит от усиления, и увеличение коэффициента усиления также может отрицательно сказаться на шумовых характеристиках дополнительных каскадов усиления.
Рис.14.Частота ошибок по битам в зависимости от отношения сигнал / шумАЦП, паразитные сигналы и дизеринг
Пример с ограничением шума недостаточно полно демонстрирует истинные ограничения приемника. Другие ограничения, такие как SFDR, более жесткие, чем SNR и шум.Предположим, что аналого-цифровой преобразователь имеет спецификацию SFDR -80 дБFS или -76 дБм (полная шкала = + 4 дБм). Также предположим, что допустимое отношение несущей к источнику помех, C / I (отличное от C / N) составляет 18 дБ. Это означает, что минимальный уровень сигнала составляет -62 дБ полной шкалы (-80 плюс 18) или -58 дБм. На антенне это -83 дБмВт. Следовательно, как можно видеть, SFDR (однотональный или многотональный) ограничит производительность приемника задолго до того, как будет достигнуто фактическое ограничение шума.
Однако метод, известный как дизеринг, может значительно улучшить SFDR.Как показано в примечании к применению AN410 компании Analog Devices, добавление внеполосного шума может значительно улучшить SFDR до минимального уровня шума. Хотя величина дизеринга зависит от преобразователя, этот метод применим ко всем АЦП, пока статический DNL является ограничением производительности, а не проблемы переменного тока, такие как скорость нарастания. В AD9042, описанном в примечаниях к применению, добавленный шум составляет всего -32,5 дБмВт или 21 код среднеквадратичного значения. Как показано ниже, графики до и после дизеринга дают представление о потенциале улучшения.Проще говоря, дизеринг работает, беря когерентные паразитные сигналы, генерируемые АЦП, и рандомизирует их. Поскольку энергия паразитов должна быть сохранена, дизеринг просто вызывает их появление как дополнительный шум в нижней части преобразователя. Это можно наблюдать на графиках до и после дизеринга как небольшое увеличение среднего минимального уровня шума преобразователя. Таким образом, компромисс, достигнутый за счет использования внеполосного дизеринга, заключается в том, что буквально все генерируемые внутри паразитные сигналы могут быть удалены, однако есть небольшой удар в общем SNR преобразователя, который на практике составляет менее 1 дБ. потери чувствительности по сравнению с примером с ограничением шума и намного лучше, чем пример с ограничением SFDR, показанный ранее.
АЦП без дизеринга
АЦП с дизерингом
Два важных момента о дизеринге перед закрытием темы. Во-первых, в приемнике с несколькими несущими нельзя ожидать, что ни один из каналов будет коррелирован. Если это так, то часто множественные сигналы будут служить самосмешиванием для канала приемника. Хотя в некоторых случаях это верно, иногда потребуется добавить дополнительный дизеринг для заполнения при слабой силе сигнала.
Во-вторых, шума, вносимого только аналоговым входным каскадом, недостаточно для дизеринга АЦП.В приведенном выше примере было добавлено 32,5 дБм дизеринга, чтобы обеспечить оптимальное улучшение SFDR. Для сравнения, аналоговый входной каскад обеспечивает мощность шума только –68 дБм, что далеко от того, что необходимо для обеспечения оптимальной производительности.
Точка пересечения третьего порядка
Помимо преобразователя SFDR, РЧ-часть способствует ложным характеристикам приемника. Эти шпоры не подвержены влиянию таких методов, как дизеринг, и их необходимо устранять, чтобы предотвратить нарушение работы приемника.Перехват третьего порядка является важной мерой, поскольку уровни сигнала в цепи приема увеличиваются в зависимости от конструкции приемника.
Чтобы понять, какой уровень производительности требуется от широкополосных радиочастотных компонентов, мы рассмотрим спецификацию GSM, возможно, самого требовательного из приложений приемника.
Приемник GSM должен уметь восстанавливать сигнал с уровнем мощности от -13 до -104 дБм. Предположим также, что полная шкала АЦП составляет 0 дБмВт, а потери через фильтры приемника и смесители составляют 12 дБ.Кроме того, поскольку несколько сигналов должны обрабатываться одновременно, не следует использовать АРУ. Это снизит чувствительность к радиочастоте и приведет к потере более слабого сигнала. Используя эту информацию, рассчитывается усиление RF / IF, равное 25 дБ (0 = -13-6-6 + x).
Рекомендации по перехвату входных данных 3-го порядка
Требуемое усиление 25 дБ распределяется, как показано. Хотя полная система будет иметь дополнительные компоненты, это послужит нашему обсуждению. Исходя из этого, при полномасштабном сигнале GSM на уровне -13 дБм, на входе АЦП будет 0 дБм.Однако при минимальном сигнале GSM -104 дБм, сигнал на АЦП будет -91 дБм. С этого момента приведенное выше обсуждение может быть использовано для определения пригодности АЦП с точки зрения шумовых характеристик и характеристик паразитных помех.
Теперь, с этими сигналами и необходимыми коэффициентами усиления системы, теперь можно проверить характеристики усилителя и смесителя при возбуждении полномасштабным сигналом -13 дБмВт. Решение для продуктов 3-го порядка по натурному сигналу:
Предполагая, что общие паразитные характеристики должны быть больше 100 дБ, решение этого уравнения для входного усилителя показывает, что входной усилитель третьего порядка с IIP> +37 дБм.В смесителе уровень сигнала был увеличен на 10 дБ, а новый уровень сигнала составляет -3 дБмВт. Однако, поскольку микшеры указаны на их выходе, этот уровень снижается как минимум на 6 дБ до –9 дБм. Следовательно, для смесителя OIP> +41 дБм. Так как на их выходе указаны смесители. На последнем этапе усиления сигнал будет ослаблен до -9 дБмВт (как на выходе смесителя). Для усилителя ПЧ IIP> +41 дБм. Если эти характеристики соблюдены, то производительность должна быть равна
.Джиттер часов АЦП
Одной из динамических характеристик, которая жизненно важна для хорошей работы радиосвязи, является джиттер тактовой частоты АЦП.Несмотря на то, что низкий джиттер важен для превосходных характеристик основной полосы частот, его эффект усиливается при дискретизации сигналов с более высокой частотой (более высокая скорость нарастания), например, в приложениях с недостаточной дискретизацией. Общий эффект плохой спецификации джиттера – уменьшение отношения сигнал / шум при увеличении входных частот. Термины апертурный джиттер и апертурная неопределенность часто меняются местами в тексте. В этом приложении они имеют то же значение. Неопределенность апертуры – это изменение от образца к образцу в процессе кодирования.Неопределенность апертуры имеет три остаточных эффекта: первый – это увеличение системного шума, второй – неопределенность фактической фазы самого дискретизированного сигнала и третий – межсимвольные помехи. При отборе ПЧ для достижения требуемых шумовых характеристик требуется погрешность апертуры менее 1 пс. С точки зрения фазовой точности и межсимвольной интерференции влияние апертурной неопределенности невелико. В худшем случае среднеквадратичное значение 1 пс. при ПЧ 250 МГц погрешность фазы равна 0.09 градусов среднеквадр. Это вполне приемлемо даже для требовательных спецификаций, таких как GSM. Поэтому основное внимание в этом анализе будет уделено общему вкладу шума из-за апертурной неопределенности.
В синусоиде максимальная скорость нарастания приходится на переход через нуль. В этот момент скорость нарастания определяется первой производной синусоидальной функции, оцененной при t = 0:
.оценивается при t = 0, функция косинуса оценивается как 1, а уравнение упрощается до:
Единицами скорости нарастания являются вольты в секунду, они показывают, насколько быстро сигнал проходит через нулевой переход входного сигнала.В системе дискретизации опорные часы используются для дискретизации входного сигнала. Если тактовые импульсы выборки имеют апертурную погрешность, генерируется напряжение ошибки. Это напряжение ошибки может быть определено умножением входной скорости нарастания на «джиттер».
Анализируя единицы, можно увидеть, что это дает единицу вольт. Обычно неопределенность апертуры выражается в среднеквадратичных секундах. и, следовательно, напряжение ошибки будет в среднеквадратичном вольт. Дополнительный анализ этого уравнения показывает, что по мере увеличения частоты аналогового входа среднеквадратичное значение.напряжение ошибки также увеличивается прямо пропорционально неопределенности апертуры.
В преобразователях выборки ПЧ чистота тактовой частоты имеет огромное значение. Как и в процессе микширования, входной сигнал умножается на гетеродин или, в данном случае, тактовую частоту дискретизации. Поскольку умножение во времени является сверткой в частотной области, спектр тактовой частоты дискретизации свертывается со спектром входного сигнала. Поскольку неопределенность апертуры – это широкополосный шум на тактовом сигнале, он также проявляется как широкополосный шум в дискретизированном спектре.А поскольку АЦП – это система дискретизации, спектр является периодическим и повторяется в зависимости от частоты дискретизации. Таким образом, этот широкополосный шум снижает минимальный уровень шума АЦП. Теоретическое соотношение сигнал / шум для АЦП, ограниченное неопределенностью апертуры, определяется следующим уравнением.
Если это уравнение оценивается для аналогового входа 201 МГц и 0,7 пс среднеквадратичное значение. «Джиттер», теоретическое SNR ограничено 61 дБ. Следует отметить, что это то же самое требование, которое требовалось бы, если бы использовалась другая ступень смесителя.Следовательно, системы, которые требуют очень высокого динамического диапазона и очень высоких аналоговых входных частот, также требуют источника кодирования с очень низким «джиттером». При использовании стандартных модулей тактовых генераторов TTL / CMOS, 0,7 пс среднеквадратичное значение. был проверен как для АЦП, так и для генератора. Лучших показателей можно достичь с помощью модулей с низким уровнем шума.
При рассмотрении общей производительности системы можно использовать более обобщенное уравнение. Это уравнение основано на предыдущем уравнении, но включает эффекты теплового шума и дифференциальной нелинейности.
Хотя это простое уравнение, оно дает хорошее представление о шумовых характеристиках, которые можно ожидать от преобразователя данных.
Фазовый шум
Хотя фазовый шум синтезатора похож на джиттер на тактовой частоте кодирования, он немного по-другому влияет на приемник, но, в конце концов, эффекты очень похожи. Основное различие между джиттером и фазовым шумом заключается в том, что джиттер – это широкополосная проблема с однородной плотностью вокруг тактовой частоты дискретизации, а фазовый шум – это неравномерное распределение вокруг гетеродина, которое обычно становится лучше по мере удаления от тона.Как и в случае с джиттером, чем меньше фазового шума, тем лучше.
Поскольку гетеродин смешивается с входящим сигналом, шум гетеродина будет влиять на полезный сигнал. Процесс смесителя в частотной области – это свертка (процесс смесителя во временной области – это умножение). В результате смешения фазовый шум от гетеродина вызывает интеграцию энергии из соседних (и активных) каналов в желаемый канал в качестве повышенного минимального уровня шума. Это называется взаимным перемешиванием. Чтобы определить количество шума в неиспользуемом канале, когда альтернативный канал занят сигналом полной мощности, предлагается следующий анализ.
Опять же, поскольку GSM – сложная спецификация, это будет примером. В этом случае верно следующее уравнение.
, где шум – это шум в желаемом канале, вызванный фазовым шумом, x (f) – фазовый шум, выраженный в формате, отличном от логарифма, а p (f) – это функция спектральной плотности функции GMSK. В этом примере предположим, что мощность сигнала GSM составляет -13 дБмВт. Также предположим, что гетеродин имеет постоянный по частоте фазовый шум (чаще всего фазовый шум уменьшается при смещении несущей).При этих предположениях, когда это уравнение интегрируется по ширине полосы канала, выпадает простое уравнение. Поскольку предполагалось, что x (f) постоянный (PN – фазовый шум), а интегральная мощность полномасштабного канала GSM составляет -13 дБмВт, уравнение упрощается до:
Поскольку цель состоит в том, чтобы требовать, чтобы фазовый шум был ниже теплового шума. Предполагая, что шум на смесителе такой же, как на антенне, можно использовать -121 дБм (шум в 200 кГц на антенне – P a = kTB ).Таким образом, фазовый шум гетеродина должен быть ниже -108 дБмВт при смещении 200 кГц.
Рекомендации
Цифровая обработка ПЧ, Клэй Олмстед и Майк Петровски, TBD, сентябрь 1994 г., стр. 30 – 40.
Методы недискретизации упрощают цифровое радио, Ричард Грошонг и Стивен Рускак, Electronic Design, 23 мая 1991 г., стр. 67 – 78.
Оптимизация АЦП для расширенной обработки сигналов, Том Гратцек и Фрэнк Мёрден, Микроволны и ВЧ перепечатка.
Использование преобразователей с широким динамическим диапазоном для широкополосных радиоприемников, Брэд Брэннон, RF Design, май 1995 г., стр. 50 – 65.
Exact FM Detection of Complex Time Series, Фред Харрис, Департамент электротехники и вычислительной техники, Государственный университет Сан-Диего, Сан-Диего, Калифорния
Введение в радиочастотный дизайн, W.H. Хейворд, Прентис-Холл, 1982.
Solid State Radio Engineering, Krauss, Bostian and Raab, John Wiley & Sons, 1980.
Приступая к разработке радиотехники
Аннотация: Процесс проектирования радиосистемы может быть сложным и часто включает в себя множество компромиссов в проекте.При небольшом понимании баланс этих различных характеристик может облегчить работу по проектированию радиосистемы. В этом руководстве рассматриваются эти компромиссы и приводятся подробные сведения, которые следует учитывать для различных радиоприложений. С акцентом на промышленные, научные, медицинские (ISM) диапазоны, темы выбора частоты, односторонние и двусторонние системы, методы модуляции, стоимость, варианты антенн, влияние источника питания, влияние на диапазон и выбор протокола исследуются.
Аналогичная версия этой статьи появилась на Electronic Design , 21 декабря 2012 года.Выбор правильной частоты
Почему разработчик хочет работать в диапазоне 868 МГц / 915 МГц, а не в части спектра 433,92 МГц? Другими словами, как выбрать, какую частоту использовать? На ответ влияют два основных соображения: либо у приложения есть традиционный и / или предопределенный диапазон, в котором оно работает, либо разработчик должен уравновесить компромиссы каждого параметра в проекте, чтобы сделать лучший выбор диапазона (, рис. 1, ). .
Рисунок 1.Общие компромиссы в дизайне радио.
Обычно наиболее важным параметром новой конструкции является соответствие целевому диапазону для системы. Ответ на вопрос «какой диапазон лучше?» Можно было бы упростить, если бы приложение имело неограниченный размер и размещение антенны, если бы между радиостанциями не было препятствий и если бы устройство было подключено к источникам сетевого напряжения. Однако если приложение представляет собой потребительский продукт, который должен иметь неэкспонированную антенну, если его сигнал должен проникать через стены в доме, и его система должна работать в течение нескольких лет от батарейки типа «таблетка», эти компромиссы становятся более важными.
В целом, более низкие полосы частот обеспечивают лучшую дальность действия и меньше зависят от связи в пределах прямой видимости (LOS), но на практике другие воздействия имеют тенденцию преобладать в конечном диапазоне, достигаемом системой. Такие параметры, как размер антенны и диаграмма направленности, истинная рабочая среда (меньше препятствий по сравнению с планированием наихудшего случая) и шумовое воздействие окружающей среды приложения, как правило, имеют наибольшее влияние на фактический диапазон действия системы.
А как насчет выходной мощности в этих диапазонах? Как это ограничивает такие аспекты, как диапазон или гармоники? Мощность передатчика может помочь компенсировать другие недостатки системы. Однако это должно быть уравновешено ограничениями, налагаемыми регулирующими органами. Очень часто выходят за пределы передатчика, чтобы компенсировать потери и неэффективность антенны и системы согласования.
Чтобы подробнее изучить потерю пути в системах RKE, обратитесь к примечанию к приложению 3945 «Потеря пути в системах удаленного доступа без ключа».«Чтобы помочь оценить и спланировать диапазон системы (бюджет канала), обратитесь к примечанию к приложению 5142« Расчеты бюджета канала радиосвязи для продуктов ISM-RF »и связанной с ним электронной таблице бюджета канала.Односторонние и двусторонние системы
По-прежнему существует широкий спектр приложений, для которых требуется только односторонняя система связи. Например, такие действия, как отпирание двери автомобиля или открытие оконных жалюзи в доме, не требуют какой-либо формы беспроводной обратной связи. Из-за этого всегда будет потребность в простой и экономичной односторонней беспроводной связи.
Хотя однонаправленная форма коммуникации, вероятно, всегда будет востребована, потребность в мониторинге, обратной связи, отображении статуса и других взаимодействиях с пользователем возрастает. Таким образом, односторонняя система может иметь тенденцию к полной конфигурации приемопередатчиков. Например, в системе удаленного доступа без ключа пользователь может захотеть убедиться, что его автомобиль заперт; или в случае регулировки оконных жалюзи в доме, пользователь может захотеть узнать, какая температура воздуха у окна. Это оба примера простой односторонней технологии, которая может быть перенесена в двустороннее приложение.
Модуляция
Есть много стилей модуляции, из которых можно выбирать в диапазонах ISM. Разработчики склонны использовать ASK в нижних диапазонах (часть диапазона UHF IEEE ® <470 МГц) из-за простоты его использования и из-за того, что оборудование имеет тенденцию быть менее дорогим. В качестве альтернативы, FSK начала работу в области низких частот с приложениями системы контроля давления в шинах (TPMS); Было обнаружено, что она менее подвержена пагубному воздействию окружающей среды (вращающаяся шина в колесной нише имеет тенденцию вызывать амплитудную модуляцию (AM)).Любая форма AM использует метод линейной демодуляции, поэтому через систему проходит много шума, в то время как FM-система имеет лучшее отношение сигнал / шум (SNR) с более широкой модуляцией (200 кГц на стандартном FM-канале). Однако FM быстро теряет фиксацию несущей после определенного порога чувствительности (водопад).
FSK чаще используется в высокочастотном диапазоне (часть диапазона IEEE UHF> 470 МГц) из-за необходимости соответствовать более жестким нормативным требованиям. Выполнение частотно-базовой формы модуляции позволяет передатчику работать как CW-сигнал, что снижает эффект удара ногой, возникающий при включении и выключении PA (ASK или OOK).Верхние полосы частот (> 1 ГГц, обычно L-, S- и C-диапазоны, как определено IEEE), как правило, используют более сложные методы модуляции, в основном из-за переполненности этих частот. Это, в свою очередь, требует лучшего подавления помех в совмещенном канале.
Стоимость
Еще одна движущая сила в проектировании радиосистем ISM – потребность в недорогой, но надежной работе. Большая часть портфеля доступных ISM-радиостанций Maxim включает небольшие интегрированные устройства с небольшим количеством периферийных компонентов и относительно небольшими габаритами.Доступные передатчики, как правило, очень просты – схемы с малым количеством выводов, требующие лишь элементарного интерфейса для передачи данных, плюс некоторые вспомогательные компоненты согласования импеданса и общие разделительные конденсаторы. Точно так же приемники, как правило, поддерживают низкое количество компонентов спецификации (BOM), в то же время предоставляя разработчику системы достаточную гибкость для внесения корректировок в соответствии с потребностями конкретного приложения. Затраты на печатные платы (PCB) снижаются за счет компактных ИС, небольших спецификаций и отсутствия специальных требований для более чем двухуровневого стека.Помимо стоимости платы и периферийных компонентов, единственными необходимыми внешними компонентами являются антенна и аккумулятор (для систем, не подключенных к сети).
Антенна
Физические свойства антенны, такие как тип, размер, форма и ориентация, могут иметь большое влияние на дизайн и эффективность системы. Поскольку форм-фактор может быть основным ограничением в любом приложении ISM, эти свойства могут определять, какая полоса частот будет выбрана и, в конечном итоге, какое радио будет использоваться.
Антенны бывают самых разных форм, от простых монополей 1 / 4λ и диполей 1 / 2λ, до петлевых, F и других.Их также можно разделить на E-field или M-field, в зависимости от того, какую форму текущей модели они используют. Дизайн антенны сам по себе может быть искусством. Первым шагом при выборе антенны является определение наибольшей размерной длины, разрешенной в рамках ограничений приложения, а также определение того, следует ли использовать «след» или физически присоединенную антенну. Таблица 1 предоставляет соответствующие геометрические формы антенн в зависимости от интересующего диапазона:
| Таблица 1. Геометрия антенны | ||||||
| f (МГц) | λ (м) | λ / 4 (см) | λ / 4 на FR4 (см) | Размер апертуры (см²) | Реактивное поле ближнего поля (см) | Дальнее поле (м) |
| 260 | 1.153 | 28,83 | 16,72 | 1058 | 18,35 | 2,31 |
| 300 | 0,9993 | 24,98 | 14,49 | 795 | 15,90 | 2,00 |
| 315 | 0,9517 | 23,79 | 13,80 | 721 | 15,15 | 1,90 |
| 330 | 0,9085 | 22,71 | 13,17 | 657 | 14.46 | 1,82 |
| 434 | 0,6907 | 17,27 | 10,02 | 380 | 10,99 | 1,38 |
| 435 | 0,6892 | 17,23 | 9,99 | 378 | 10,97 | 1,38 |
| 470 | 0,6379 | 15,95 | 9,25 | 324 | 10,15 | 1,28 |
| [868] | 0.3454 | 8,63 | 5,01 | 95 | 5,50 | 0,691 |
| 902 | 0,3324 | 8,31 | 4,82 | 88 | 5,29 | 0,665 |
| 915 | 0,3276 | 8,19 | 4,75 | 85 | 5,21 | 0,655 |
| 928 | 0,3231 | 8,08 | 4,68 | 83 | 5.14 | 0,646 |
Следящие антенны на FR4 «сжимаются» на 0,58 из-за диэлектрика платы, реактивное поле в ближней зоне рассчитывается как λ / 2π, поле в дальней зоне равно 2λ, а апертура рассчитана на изотропную антенну без потерь λ² / 4π.
Из таблицы 1 должно быть очевидно, что антенны меньшего размера могут эффективно использоваться в более высоких полосах частот. Однако у этого процесса есть верхний предел: по мере уменьшения физического размера антенны уменьшается и апертура. Меньшая апертура приводит к передаче меньшего количества энергии от антенны в окружающую среду и наоборот.
Несколько основных советов, которые следует учитывать при выборе конструкции антенны:
- Диэлектрический материал платы сокращает эффективную длину трассирующей антенны.
- Рамочные антенны генерируют магнитное поле, в то время как другие «воздушные» антенны генерируют электрическое поле.
- Магнитные антенны (петли) менее восприимчивы к среде ближнего поля (например, рука пользователя на пульте дистанционного управления).
- Расстояние до плоскости заземления (противовеса) и ориентация антенны могут сильно повлиять на диаграмму направленности.
Блок питания
Способы и источники питания радиосистемы могут быть столь же многочисленными, как и приложения, для которых они предназначены. Обычные поставки включают сетевое напряжение переменного тока, автомобильные батареи (12 В) и автомобильные шины 5 В, литиевые батареи (3 В), многоклеточные щелочные батареи (1,5 В), перезаряжаемые элементы (1,2 В), источники энергии и многое другое. В большинстве случаев передатчик запускается от одного источника, а приемник – от другого (например, литиевая батарея в TX и автомобильная шина 5 В для RX).В этих конфигурациях наиболее распространенным компромиссом между источником питания является время автономной работы передатчика (или приемопередатчика) по сравнению с выходной мощностью усилителя мощности. Делая акцент на батареях, рекомендуется использовать как высокоэффективные схемы передатчика, так и приемника, а также хорошо продуманный протокол. Срок службы батареи необходимо учитывать во всех аспектах системы, таких как время запуска радиосхемы, использование микроконтроллера, рабочий цикл включения / выключения, эффективность PA, используемые уровни напряжения, мощность “прослушивания” приемника и ток сна всех цепей. .
Радиостанции Maxim ISM – одни из самых эффективных на рынке с минимальным потреблением тока. Таблица 2 содержит сводку по потребляемому току передатчиками ISM:
| Таблица 2. Потребление тока преобразователя ISM | |||||
| Часть | Мод | Ток передатчика 315 МГц (мА) | Ток передачи 434 МГц (мА) | Ток передачи 915 МГц (мА) | Ток сна (мкА) |
| MAX1472 | СПРОСИТЬ | 9.1 | 9,6 | – | 0,005 |
| MAX1479 | СПРОСИТЬ | 6,7 * | 7,3 * | – | 0,0002 |
| ФСК | 10,5 * | 11,4 * | – | ||
| MAX7032 | <12,5 * | <6,7 | – | <0,8 | |
| MAX7044 | СПРОСИТЬ | 7,7 † | 8.0 † | – | 0,04 |
| MAX7049 | СПРОСИТЬ | 16 * | 16 * | 16 *, 27 ‡ | <0,35 |
| ФСК | 21 * | 21 * | 21 *, 41 ‡ | ||
| MAX7057 | СПРОСИТЬ | 8,1 * | 8,5 * | – | <1,0 |
| ФСК | 12,2 * | 12,4 * | – | ||
| MAX7058 | СПРОСИТЬ | 8.0 * | 8,3 * (390 МГц) | – | <1,0 |
| MAX7060 | СПРОСИТЬ | 12,5 * | 14,2 * | – | <0,05 |
| ФСК | 19 * | 25 * | – | ||
Уровни питания 3,0 В, рабочий цикл 50% для ASK, * при + 10 дБм, † при + 13 дБм, ‡ при + 15 дБм.
По сути, передатчики FSK потребляют больше тока, потому что сигнал «всегда включен» во время передачи (поскольку данные кодируются с частотой сигнала).Напротив, передатчик ASK включает и выключает PA, поэтому во время цикла «выключения» система не потребляет такой большой ток. Важность утечки тока становится более очевидной по сравнению с батареями, которые обеспечивают ток. Каждый производитель предоставляет информацию о размерах, емкости и моделях использования своих аккумуляторов. Общая информация о батареях приведена в Таблица 3 .
| Таблица 3. Общие технические характеристики батарей | |||||
| Аккумулятор | Технологии | Номинальное напряжение (В) | Емкость (мАч) | Ø / Толщина (мм) | Вес (г) |
| A27 | Щелочной | 12 * | 22 | 8.0/28 | 4,4 |
| 394 | Оксид серебра | 1,55 | 63 | 9,4 / 3,5 | 1,1 |
| A312 | Цинк – Воздух | 1,4 | 160 | 7,9 / 0,5 | 3,6 |
| CR2032 | Литий | 3,0 | 225 | 20 / 3,2 | 2,9 |
| CR2450 | Литий | 3,0 | 620 | 24.5 / 5,0 | 6,8 |
| CR3032 | Литий | 3,0 | 500 | 30 / 3,2 | 6,8 |
| CR2 | Литий | 3,0 | 850 | 15,6 / 27,0 | 11 |
| AAA | Щелочной | 1,5 | 1000 | 10/44 | 11 |
| AAA | NiCd | 1,2 | 250+ | 10/44 | 9.5 |
| AAA | NiMH | 1,2 | 550+ | 10,5 / 44 | 13 |
| 9В | Щелочной | 9 † | 550 | 25,5 х 16,5 х 46 | 46 |
| AA | Щелочной | 1,5 | 2500 | 14/50 | 23 |
| AA | NiCd | 1,2 | 600+ | 14/50 | 22.7 |
| AA | NiMH | 1,2 | 1500+ | 14,5 / 50 | 26 |
| CGR18650 | Литий-ионный | 3,6 | 2250 | 18,6 / 65 | 45 |
| С | Щелочной | 1,5 | 7+ Ач | 25/49 | 70 |
| D | Щелочной | 1,5 | 16+ Ач | 34/60 | 141 |
| Автомобильная промышленность | Свинец – Кислота | 12 ‡ | 40+ Ач | Разное | Разное |
* стопка кнопок (12 ячеек), † 6 ячеек, ‡ 6 ячеек
Помимо измерения тока, потребляемого схемой, еще одним фактором, влияющим на срок службы батареи, является скорость саморазряда.Для типов батарей, используемых в приложениях ISM, этот показатель сильно зависит от используемой технологии (, таблица 4, ).
| Таблица 4. Скорость саморазряда батареи | ||||
| Технологии | Анод | Катод | Электролит | Саморазряд (% / мес) |
| Литий | Li | MnO 2 | LiClO 4 | <0,08 |
| Щелочные | Zn | MnO 2 | КОН | <0.17 |
| Оксид серебра | Zn | Ag 2 O | NaOH / КОН | <0,17 |
| Литий-ионный | LiCoO 2 | LiC 6 | Li Salt (var) | 2–3 |
| Свинец – кислота | Пбо 2 | ПБО 2 | H 2 SO 4 | ~ 6 |
| Цинк – воздух | Zn | O 2 | Zn | ~ 8 (открыт) |
| NiCd | NiOOH | Cd | КОН | 15–20 |
| NiMH | NiOOH | (вар) | КОН | ~ 30 |
Литиевые (Li +) батареи являются наиболее популярными для небольших потребительских устройств из-за их компактного размера и длительного срока службы (низкий саморазряд).Другими факторами, влияющими на выбор батареи, являются пиковая скорость разряда, а также температура хранения и использования. Несмотря на то, что эти батареи могут обеспечивать стабильное напряжение в течение большей части своего срока службы, каждая технология страдает от формы спада напряжения, вызванного постепенным увеличением последовательного сопротивления внутри элемента (внутреннего сопротивления (IR)). Это затухание часто используется для определения минимального рабочего напряжения радиоприемника. Однако, когда литиевые батареи достигают 90% своего номинального напряжения, оставшийся полезный ток также начинает достигать своего предела.
Например, когда батарея CR2032 использовалась на 200 мАч, внутреннее сопротивление обычно удваивается с номинального значения примерно 15 Ом до примерно 30 Ом, а напряжение падает с 3,0 В до 2,8 В. Обычно существует перегиб около 225 мАч, где ИК-ток батареи достигает примерно 50 Ом, а уровень питания падает примерно до 2,3 В. К тому времени, когда емкость опустится до 240 мАч, внутреннее сопротивление может превысить 120 Ом, а напряжение обычно упадет ниже 1,8 В. Таким образом, падение напряжения является менее важным аспектом срока службы батареи, чем полная потеря текущей емкости.
Диапазон
Прогнозируемая дальность действия системы сильно зависит от многих факторов, в частности от рабочей частоты, выходной мощности передатчика, эффективности антенны и чувствительности приемника. Препятствия, движение и даже атмосферные условия могут сильно влиять на рабочее расстояние, но это переменные, не зависящие от разработчика системы. Таким образом, планирование для условий наихудшего случая обычно ограничивает варианты конструкции мощностью передачи, выбором антенны и чувствительностью приема.
Выходная мощность передатчика может иметь самое большое влияние на дальность действия системы. Часто мощность, превышающая допустимую, используется от PA для компенсации низкой эффективности антенны из-за геометрии менее 1/4 волны, особенно в нижних диапазонах, где эффективность антенны может быть менее 10% (размеры брелоков ). Особенно важно соблюдать все нормативные требования целевого региона деятельности. Увеличение мощности может быть разрешено, если рабочий цикл передатчика будет варьироваться в зависимости от регулирующих органов.
При выборе усилителя мощности на основе выходной мощности помните:
- Для большей выходной мощности требуется более высокий ток питания.
- Более высокие полосы частот требуют более высокого рабочего тока (обычно из-за тока ФАПЧ).
- Более высокая выходная мощность может повлиять на нормативные ограничения, такие как максимальная излучаемая мощность, занимаемая полоса частот и мощность гармоник.
Таблица 5 обобщает возможности передатчиков Maxim ISM.
| Таблица 5.Возможности передатчика ISM | ||
| Часть | Полосы (МГц) | Типичная мощность передачи (дБм) |
| MAX1472 | от 300 до 450 | 10 |
| MAX1479 | от 300 до 450 | 10 |
| MAX7032 | от 300 до 450 | 10 |
| MAX7044 | от 300 до 450 | 13 |
| MAX7049 | 288 до 945 | 15 (регулируемый) |
| MAX7057 | от 300 до 450 | 10 |
| MAX7058 | 315/390 (от 300 до 450) | 10 |
| MAX7060 | 280 до 450 | 10, 14 * |
Все характеристики мощности рассчитаны на нагрузку 50 Ом и включают потери согласования / фильтра гармоник.
* При питании 5 В.
На стороне приемника системы чувствительность является подавляющим регулятором достижимого диапазона. Подобно передающей стороне, приемник, который может улавливать сигнал с меньшей мощностью на 3 дБ, может компенсировать плохую антенну или плохую среду связи.
При выборе чувствительности приемника помните:
- Обычно приемники имеют лучшую чувствительность для модуляции ASK.
- Приемники обычно демонстрируют лучшую чувствительность для низких частот.
- Скорость передачи данных оказывает заметное влияние на чувствительность с гораздо лучшими цифрами для низких скоростей.
В таблице 6 приведены характеристики чувствительности приемников Maxim ISM.
| Таблица 6. Характеристики чувствительности приемника ISM | |||
| Часть | Мод | Чувствительность приема 315 МГц (дБм) | Чувствительность приема 434 МГц (дБм) |
| MAX1470 | СПРОСИТЬ | -115 | -110 |
| MAX1471 | СПРОСИТЬ | -116 | -115 |
| ФСК | -109 | -108 | |
| MAX1473 | СПРОСИТЬ | -118 | -116 |
| MAX7032 | СПРОСИТЬ | -114 | -113 |
| ФСК | -110 | -107 | |
| MAX7033 | СПРОСИТЬ | -118 | -116 |
| MAX7034 | СПРОСИТЬ | -114 | -113 |
| MAX7036 | СПРОСИТЬ | -109 | -107 |
| MAX7042 | ФСК | -107 | -106 |
Все значения чувствительности указаны как «средняя мощность».«Средняя мощность несущей» будет на 3 дБ ниже, а «пиковая мощность» – на 3 дБ выше.
Протоколы
Выбор протокола для вашего приложения может быть заключительным этапом проектирования системы или отправной точкой, в зависимости от приложения. Протоколы управляют тем, как радиостанции будут обмениваться информацией, и включают такие параметры, как требования к телефонии (аналоговое аудио), структура данных / битов, методы кодирования, процессы обмена квитированием и сетевые дисциплины для совместного использования радиоволн.Есть много стандартных протоколов на выбор и столько же проприетарных форм связи. Обычно параметр конструкции, который имеет наибольшее влияние на выбор протокола, – это то, используется ли односторонняя или двусторонняя система. Двусторонние системы имеют тенденцию быть более сложными из-за необходимости согласовывать радиоволны и предотвращать конфликты между различными радиоузлами.
Общие приложения
Различные приложения имеют тенденцию группироваться по определенным направлениям связи, частотам и методам модуляции из-за их общих требований или ограничений. Таблица 7 обобщает типичные модели использования, основанные на приложении, и дает рекомендации по частотам и методам модуляции, обычно применяемым в каждом приложении:
| Таблица 7. Общие приложения | |||||
| Заявка | Прямой | Частота | Модуляция | Банкноты | |
| Автомобильная промышленность | Удаленный доступ без ключа (RKE) | односторонний | 315 МГц, 434 МГц | СПРОСИТЬ | Системы послепродажного обслуживания и элитные автомобили класса люкс переходят на двустороннюю связь, чтобы обеспечить обратную связь с пользователем в дополнение к функции RKE. |
| Пассивный вход без ключа (PKE) | 2-ходовой | 125 кГц, 13,56 МГц | СПРОСИТЬ | – | |
| Система контроля давления в шинах (TPMS) | односторонний | 315 МГц, 434 МГц | ФСК | – | |
| Устройство открывания двери гаража (GDO) | односторонний | 315 МГц, 390 МГц | СПРОСИТЬ | Военные США используют частоту 390 МГц в определенных местах; как таковая частота 315 МГц используется для покрытия этих областей | |
| Электронная система взимания платы за проезд (ETC) и автоматическая идентификация транспортных средств (AVI) | односторонний | – | – | – | |
| Беспроводной OBDII | односторонний | 315 МГц, 434 МГц | СПРОСИТЬ | Следите за условиями обслуживания, манерами вождения и т. Д. | |
| Автоматическое считывание показаний счетчика (AMR) | Счетчик воды | односторонний | 470 МГц, 868 МГц, 915 МГц | ФСК | AMR – это растущая область автоматизации для крупных коммунальных предприятий и индустрии производства счетчиков. Это подмножество сенсорных сетей (HAN, NAN, ячеистая сеть), структур коллекторов / концентраторов и т. Д. |
| Счетчик газа | односторонний | 868 МГц, 915 МГц | ФСК | – | |
| Электросчетчик | 2-ходовой | 868 МГц, 915 МГц | ФСК | Иногда используется как «коллектор» для домашней сети (HAN) | |
| Домашняя автоматизация (HA) | Беспроводной пульт дистанционного управления | односторонний | 434 МГц | АСК, ФСК | Замена ИК, AV-системы, телевизионные приставки, управление мультирумом, беспроводная потоковая передача данных (канал управления) |
| Освещение | односторонний | 390 МГц, 418 МГц, 434 МГц | СПРОСИТЬ | Освещение настроения, согласованное с AV | |
| Управление двигателем | односторонний | 434 МГц | СПРОСИТЬ | Проекционные экраны, жалюзи / шторы, согласованные с HVAC | |
| Охрана / пожарная | 1-ходовой 2-ходовой | 345 МГц, 434 МГц | СПРОСИТЬ | – | |
| GDO | односторонний | 315 МГц, 390 МГц | СПРОСИТЬ | Устройство для открывания ворот, охрана проезжей части | |
| Отвод тепла | односторонний | – | – | – | |
| Управление энергопотреблением | 2-ходовой | – | – | Программируемые термостаты, ваттметры | |
| Домашние метеостанции | односторонний | – | – | Дистанционное зондирование | |
| RFID | Отслеживание товара | 2-ходовой | 915 МГц, 2.45 ГГц, 5,8 ГГц | АСК, ФСК, БПСК | – |
| Железнодорожные перевозки | 2-ходовой | 915 МГц, 2,45 ГГц, 5,8 ГГц | АСК, ФСК, БПСК | – | |
| Беспроводная сеть | Bluetooth LE | 2-ходовой | 2,45 ГГц | FHSS | IEEE 802.15.1 |
| Wi-Fi | 2-ходовой | 2,45 ГГц, 5 ГГц | DSSS, FHSS, OFDM | IEEE 802.11 | |
| Отслеживание дикой природы | Земля / вода / воздух | односторонний | 410 МГц | ПСК | Спутниковая система ARGOS |
Компромиссы
Каждое приложение, рынок и дизайн будут разными, и, следовательно, у каждого будут разные приоритеты. Таблица 8 суммирует различные компромиссы, с которыми сталкиваются разработчики радиосистем ISM, и предоставляет предложения по рабочим полосам и модуляциям.
| Таблица 8.Компромиссы с рабочим диапазоном | ||||
| Приоритет | Группа | Модуляция | Рассуждения | Компромиссы |
| Диапазон | Нижний, средний | СПРОСИТЬ | Предполагая большую антенну, более низкие частоты обеспечивают лучшую чувствительность приема. ASK обычно имеет лучшую чувствительность приема, чем FSK. Регулировка средней полосы позволяет увеличить излучаемую мощность передачи. | Стоимость, время автономной работы, размер, простота, DR, IR |
| Стоимость | Нижний | СПРОСИТЬ | Маленькие и простые схемы.ASK – предпочтительная модуляция для простой передачи. Микросхемы ASK RX, как правило, требуют наименьшего количества периферийных компонентов. | Диапазон, время автономной работы, DR, IR, допуск |
| Срок службы батареи | Нижний | СПРОСИТЬ | Более низкий потребляемый ток на более низких рабочих частотах как для TX, так и для RX обеспечивает более длительный срок службы от ограниченного источника. ASK требует только коэффициент заполнения% по сравнению с постоянными передачами для FSK. | Ассортимент, стоимость, LOS, простота, DR, IR |
| Размер | Середина | – | Если размер включает антенну, тогда диапазоны 868 МГц / 915 МГц являются лучшей целью, поскольку можно использовать небольшие антенны с разумными размерами апертуры и электрической длиной.Если по антенне ограничений нет, то обратитесь к приоритету «Стоимость». | Диапазон, LOS |
| Прямая видимость (LOS) / препятствия | Нижний | ФСК | Более низкие частоты проникают через препятствия, легче огибают объекты и меньше поглощают звук, чем более высокие частоты. На FSK меньше влияют многолучевость и возможные изменения амплитуды, вызванные движением (пример TPMS). | Срок службы батареи, размер |
| Простота | Нижний | СПРОСИТЬ | ASK – это более простая и терпимая в обращении схема модуляции.На большие длины волн (более низкие частоты) меньше влияют размеры платы и компонентов. | Диапазон, время автономной работы, DR, IR, допуск |
| Скорость передачи данных (DR) | Высшее | FSK, PSK расширенный спектр | Более высокие скорости передачи данных потребуют более широкой полосы пропускания для работы, а нормативные требования упрощены в более высоких диапазонах. Высокая скорость передачи данных, расширенный спектр и высокие диапазоны требуют большего рабочего тока. Меньшая апертура и более широкая полоса пропускания негативно влияют на дальность действия. | Диапазон, стоимость, время автономной работы, простота |
| Подавление помех (IR) | Средний, Высший | Спектр распространения | Модуляция с расширенным спектром очень хорошо подавляет несущие и другие помехи. Более широкие полосы пропускания, необходимые для работы, доступны в более высоких диапазонах. | Диапазон, стоимость, время автономной работы, простота |
| Допуск по частоте | Нижний | – | Более важен на высоких диапазонах.Более узкие фильтры ПЧ обеспечат лучшую чувствительность и больший диапазон. Абсолютную точность частоты легче получить на нижних диапазонах. TCXO дороже стандартных кристаллов. | Стоимость, простота |
Руководящие принципы
Все радиоустройства ISM, предлагаемые Maxim, включают в себя типичную прикладную схему в технических характеристиках продукта. Эти схемы являются хорошей отправной точкой для проектирования системы. При построении схемы для передатчиков, как правило, единственными необходимыми другими компонентами являются микроконтроллер или простой интерфейс кодировщика, сеть согласования антенн и источник питания в той или иной форме.Для приемников, в дополнение к интерфейсу микроконтроллера или декодера и системе электропитания, необходимо будет сконфигурировать ряд настроенных схем для интересующей частоты и скорости передачи данных. Как только схема будет готова, имейте в виду, что большинство проблем проектирования, возникающих в ВЧ-системах, можно проследить до плохой компоновки печатной платы. Изучение наиболее распространенных критических проблем, которых следует избегать при компоновке печатной платы, может сэкономить некоторое время на этапах тестирования и отладки при разработке системы. Дополнительные сведения см. В руководствах 4636 «Избегайте ошибок при компоновке ПК в продуктах ISM-RF» и 5100 «Общие рекомендации по компоновке печатных плат с ВЧ-сигналами и смешанными сигналами».Для передатчиков Maxim ISM обязательно ознакомьтесь со следующими указаниями по применению:
Примечание по применению 1954 г., «Проектирование цепей согласования выходных сигналов для передатчика MAX1472 ASK» Примечание по применению 3401, «Согласование передатчиков Maxim от 300 МГц до 450 МГц с малоконтурными антеннами»Для приемников Maxim ISM обратитесь к этим примечаниям по применению:
Примечание по применению 1017, «Как выбрать кварцевый генератор для супергетеродинного приемника MAX1470» Примечание по применению 1830, «Как настроить и согласовать антенну со схемой MAX1470» Примечание по применению 3671, “Методы разделения данных для приемников UHF ASK”Выявление и определение местоположения радиочастотных помех (RFI)
Введение
При большом количестве беспроводных устройств, увеличивающемся вещании, связи и других радиочастотных источниках, конкурирующих за радиочастотный спектр, вероятность радиочастотных помех (RFI ) будет только увеличиваться.В этой статье объясняется, как идентифицировать, охарактеризовать и найти типичные источники помех.
КАТЕГОРИИ ПОМЕХ
Есть две широкие категории помех; узкополосный и широкополосный ( Рисунок 1 ).
Узкополосный – это может включать непрерывные (CW) или модулированные CW сигналы. Примеры могут включать тактовые гармоники от цифровых устройств, передачи по совмещенному каналу, передачи по соседнему каналу, продукты интермодуляции и т. Д.На анализаторе спектра это могут быть узкие вертикальные линии или немного более широкие модулированные вертикальные полосы, связанные с конкретными частотами.
Широкополосный доступ – это в первую очередь включает гармоники импульсного источника питания, искрение в воздушных линиях электропередачи (шум линии электропередачи), беспроводные системы с цифровой модуляцией (такие как Wi-Fi или Bluetooth) или цифровое телевидение. На анализаторе спектра это может показаться широким диапазоном сигналов или увеличением минимального уровня шума.Шумы в линиях электропередач или импульсные источники питания являются наиболее распространенными источниками.
Рис. 1. Пример спектрального графика от 9 кГц до 200 МГц узкополосных гармоник (вертикальных всплесков) поверх широкополосных помех (широкая область повышенного минимального уровня шума). Желтая кривая – это базовый системный шум.
ТИПЫ ПОМЕХ
Ниже описаны некоторые из наиболее распространенных типов помех.
Помехи в совмещенном канале – несколько передатчиков (или цифровых гармоник) используют или попадают в один и тот же канал приема.
Помехи по соседнему каналу – передатчик, работающий на соседней частоте, энергия которого переходит на
в желаемый канал приема.
Интермодуляционные помехи – возникают, когда энергия от двух или более передатчиков смешивается вместе, создавая паразитные частоты, которые попадают в желаемый канал приема. Продукты смешивания третьего порядка являются наиболее распространенными, и обычно это происходит от близлежащих передатчиков.Пример потенциальной интермодуляции может возникнуть – в зоне сильного сигнала для FM-вещания.
Основная перегрузка приемника – обычно это вызвано сильным расположенным поблизости передатчиком, который просто перегружает входной каскад приемника или другие схемы, вызывая помехи или даже подавление нормального принимаемого сигнала. Типичный пример – передатчики пейджинговых сообщений ОВЧ, создающие помехи приемникам.
Шум в линии электропередач (PLN) – Это относительно распространенная проблема широкополосных помех, которая обычно возникает из-за дуги в линиях электропередач и связанном с ними вспомогательном оборудовании.Это звучит как резкое скрипучее жужжание в приемнике AM. Помехи могут распространяться от очень низких частот ниже полосы вещания AM и в зависимости от близости к источнику в ВЧ-спектр. Если он находится достаточно близко к источнику, он может распространяться по всему спектру УВЧ.
Импульсные источники питания – Импульсные источники питания очень распространены и используются в различных потребительских или коммерческих продуктах и являются обычным источником широкополосных помех. Осветительные устройства, такие как новые светодиодные фонари или коммерческие сельскохозяйственные светильники для выращивания растений, являются еще одним сильным источником помех.
Другие передатчики – Есть несколько типов передатчиков, которые обычно вызывают радиопомехи:
- Двусторонняя или наземная мобильная радиосвязь – Сильные мешающие FM-сигналы могут привести к «эффекту захвата» или перекрытию желаемого приема. сигнал.
- Пейджинговые передатчики – Пейджинговые передатчики, как правило, представляют собой очень мощные FM-передатчики или передачи с цифровой модуляцией, которые могут перегрузить приемник. Цифровой пейджинг будет звучать очень хриплым, как пила или жужжание, и может мешать широкому диапазону частот приема.К счастью, большинство VHF-пейджинговых передатчиков перешли на частотные пары 929/931 МГц, так что это уже не та проблема, которая когда-то была.
- Радиовещательные передатчики – Помехи радиовещательного передатчика будут иметь характеристики модуляции, аналогичные характеристикам их радиовещания – AM, FM, несущие видеосигналы или цифровые сигналы.
Кабельное телевидение – Утечка сигнала из систем кабельного телевидения, как правило, происходит в их предписанных назначениях каналов. Многие из этих каналов перекрывают существующие каналы беспроводной радиосвязи.Если сигнал утечки является цифровым каналом, помехи будут похожи на широкополосный шум (ширина цифрового кабельного канала составляет почти 6 МГц).
Вмешательство в беспроводные сети – Вмешательство в беспроводные сети (Wi-Fi, Bluetooth и т. Д.) Становится все более распространенным явлением, и с распространением мобильных, домашних (IoT) и медицинских устройств, включающих Wi-Fi и другие режимы беспроводной связи, эта проблема, вероятно, усугубится. Более подробную информацию о беспроводных помехах можно найти в сопутствующей статье «Вмешательство и оптимизация беспроводных сетей».
ОБНАРУЖЕНИЕ RFI
ПРОСТОЕ НАПРАВЛЕНИЕ ПОИСК (DFING)
DF Techniques – Существует два основных метода DFing. (1) «Pan‘ N Scan », при котором вы« панорамируете »направленную антенну и« сканируете »в поисках мешающего сигнала, записывая направление на карту, сохраняя при этом пересекающиеся линии. (2) «Горячий и холодный», когда всенаправленная антенна используется при отслеживании мощности сигнала. В этом методе практическое правило состоит в том, что на каждые 6 дБ вы либо удваиваете, либо вдвое уменьшаете расстояние до источника помех.Например, если уровень сигнала составлял -30 дБмВт на расстоянии одной мили от источника, то при приближении к полумиле на анализаторе спектра должно отображаться значение -24 дБмВт.
DF Systems – Оборудование для радиопеленгации (RDFing) может быть установлено в транспортном средстве или использоваться переносным. Для использования на транспортных средствах доступно несколько автоматизированных систем доплеровского пеленгации. Вот некоторые примеры:
Ступенчатый аттенюатор – Вы также найдете ступенчатый аттенюатор весьма ценным во время процесса DFing.Это позволяет контролировать индикацию уровня сигнала (и перегрузку приемника) по мере приближения к источнику помех. Лучшие модели идут с шагом 10 дБ и имеют диапазон не менее 80 дБ или более. Шаговые аттенюаторы можно приобрести у дистрибьюторов электроники, таких как DigiKey и т. Д. Коммерческие источники включают Narda Microwave, Fairview Microwave, Arrow и другие.
ОБНАРУЖЕНИЕ ПОМЕХ В ЛИНИИ ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ
Для низкочастотных помех – особенно шума линии электропередачи (PLN) – путь помех может включать излучение из-за кондуктивных излучений вдоль линий электропередачи.Следовательно, при использовании метода «Горячий и Холодный» вы должны помнить, что излучаемый шум обычно будет следовать по маршруту линий электропередачи, достигая пиков и понижаясь по маршруту. Максимальный пик обычно указывает на фактический источник шума. В качестве осложнения может быть несколько источников шума, некоторые из которых находятся на большом расстоянии.
Антенны – Для простого прослушивания шума линии электропередачи хорошо подойдет встроенная «рамочная» антенна на радиовещательном AM-диапазоне или телескопическая антенна на коротковолновом радиоприемнике.Однако для отслеживания шума линии электропередачи до полюса источника и, как правило, для пеленгации других источников помех вам необходимо использовать более высокие частоты. Простые направленные Yagi, такие как Arrow II 146-4BP (, рис. 17, ) с трехсекционной стрелой (www.arrowantennas.com), можно быстро собрать и прикрепить к короткой длине трубы. широкополосный RFI.
Использование VHF-приемников – По возможности вы обычно хотите использовать VHF или более высокие частоты для пеленгации.Более короткие длины волн не только помогают точно определить источник, но и делают портативные антенны меньшего размера более практичными.
Анализаторы сигнатуры – Это инструменты для определения интерференции во временной области, которые создают отчетливую «сигнатуру» мешающего сигнала. Сюда входят приборы, произведенные инженерами-радарами (, рис. 2, ). Они являются лучшим решением для отслеживания шума линии электропередач и потребительских устройств, которые производят повторяющиеся всплески шума с известной периодичностью.
Рис. 2. Анализатор сигнатур от Radar Engineers, который настраивается от 500 кГц до 1 ГГц и отображает электронную «сигнатуру» конкретного источника помех. Подобные приемники используются профессиональными исследователями для отслеживания шума в линии электропередач (фото любезно предоставлено инженерами-радарными специалистами).
РАСПОЛОЖЕНИЕ МЕХАНИЗМА УЗКОЙ ПОЛОСЫ
Для большинства источников узкополосных помех, таких как совмещенный канал, соседний канал и интермодуляционные помехи, рекомендуемым инструментом является анализатор спектра, поскольку он позволяет сосредоточиться на конкретной частоте каналы или группы и увидеть общую картину происходящего.Как только мешающий сигнал идентифицирован, анализатор может быть использован для пеленгации сигнала.
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ АНАЛИЗАТОРОВ СПЕКТРА
Анализаторы спектра отображают зависимость частоты от амплитуды РЧ сигналов. Они могут быть полезны при определении типа и частоты мешающих сигналов, особенно для узкополосных помех. Есть два типа анализаторов; с развернутой настройкой и в реальном времени.
Анализаторы с настраиваемой разверткой основаны на принципе супергетеродина с использованием перестраиваемого гетеродина и могут отображать желаемую полосу пропускания от начальной до конечной частоты.Они полезны для отображения постоянных или почти постоянных сигналов, но у них возникают проблемы с захватом кратких прерывистых сигналов из-за длительного времени развертки.
Анализатор в реальном времени производит выборку части спектра с использованием методов цифровой обработки сигналов для анализа захваченного спектра. Они способны улавливать короткие прерывистые сигналы и идеально подходят для идентификации и определения местоположения сигналов, которые могут даже не отображаться на развернутых анализаторах. Большинство полос пропускания в реальном времени ограничены максимумом от 27 до 500 МГц.Signal Hound BB60C и Tektronix RSA306 – это относительно недорогие анализаторы спектра в реальном времени, которые питаются от USB и используют ПК для управления и отображения.
При использовании анализаторов спектра следует помнить об одном важном моменте: поскольку они имеют ненастроенный входной каскад, они особенно чувствительны к мощным соседним передатчикам, находящимся не на той частоте, с которой вы можете смотреть. Это может создавать внутренние продукты интермодуляции (паразитные отклики) или ошибочные измерения амплитуды, которые вводят в заблуждение.При использовании анализаторов спектра в среде, «богатой радиочастотами», важно использовать полосовые фильтры или настроенные резонаторы (например, дуплексеры) на интересующей частоте.
Анализаторы спектра также полезны для определения характеристик систем коммерческого вещания, беспроводной и наземной подвижной связи. Для беспроводных или периодических помех лучше всего подходят анализаторы в реальном времени. Если используется для отслеживания PLN, лучше всего перевести анализатор в режим «нулевого диапазона», чтобы наблюдать изменение амплитуды.Также может оказаться полезным включение анализатора в режим «Line Sync».
КОММЕРЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ ПОИСКА ПОМЕХ
Существует несколько производителей систем обнаружения помех или радиопеленгации. Я хотел бы описать четыре из них: Aaronia, Narda, Rhode & Schwarz и Tektronix. Как упоминалось ранее, для прерывистых помех (особенно для коммерческих коммуникационных установок) или сигналов с цифровой модуляцией лучше всего подходит анализатор спектра в реальном времени, способный улавливать короткие прерывистые сигналы; некоторые всего несколько микросекунд.Примеры могут включать серию Aaronia Spectran V5. Tektronix RSA-series или Narda IDA2.
Aaronia – Aaronia имеет не только самую легкую портативную систему для Dfing, но и самую большую и тяжелую на вид. Их портативный Spectran V5 – самый маленький анализатор в реальном времени. Картография не является опцией для этой модели, но более крупный Spectran V5 XFR PRO – это прочный ноутбук, который может использовать карты с открытым исходным кодом и имеет функции триангуляции. У Aaronia также есть множество доступных направленных антенн, и на некоторых моделях может быть установлена комбинация GPS / компаса.
Рис. 3. Портативный анализатор реального времени Aaronia Spectran V5 является самым маленьким автономным устройством и настраивается в диапазоне от 9 кГц до 6 ГГц. Остальные модели имеют верхние частоты 12 и 18 ГГц.
Aaronia также уникальна тем, что они разработали систему обнаружения дронов, состоящую из трехмерной отслеживающей антенны, модель IsoLOG 3D с опциями от 9 кГц до 40 ГГц на 360 градусов. Это соответствует их командному центру Spectran с тройными ЖК-экранами.См. Ссылки для получения дополнительной информации об этой системе.
Рис. 4. Aaronia Spectran V5 XFR PRO в полевой портативной конфигурации.
Рис. 5. Анализатор спектра Narda IDA2 и система поиска помех. Диапазон частот от 9 кГц до 6 ГГц. Фото любезно предоставлено СТС Нарда.
Narda Safety Test Solutions – Narda имеет аналогичный анализатор помех, модель IDA2 с полосой пропускания в реальном времени 32 МГц и диапазоном частот от 9 кГц до 6 ГГц.Доступны различные направленные антенны со встроенным GPS и компасом. Эта система также опирается на инструменты картографии с открытым исходным кодом, такие как Open Street Maps (http://www.openstreetmaps.org). Он работает от батареи для удобного портативного использования.
Рис. 6. Картографическое программное обеспечение с нанесенными линиями пеленга, показывающими триангуляцию источника помех. Фото любезно предоставлено СТС Нарда.
Rohde & Schwarz – Rohde & Schwarz имеет портативную систему (рис. 7), которая может быстро определять большинство источников помех, а также может использовать импортированные функции картографии и GPS / компас в антенне для триангуляции источника помех.Доступны несколько фиксированных, мобильных или переносных антенн для разных частотных диапазонов. Эта система также опирается на инструменты картографии с открытым исходным кодом, такие как Open Street Maps (http://www.openstreetmaps.org). Он работает от батареи для удобного портативного использования.
Рис. 7. Пользовательский анализатор спектра R & S®PR100 от Rohde & Schwarz с картированием и триангуляцией и антенной R & S®HE300. Также можно использовать анализатор R & S® FSH. Фото любезно предоставлено Rohde & Schwarz.
Tektronix – Tektronix также имеет средства поиска и отображения с помощью анализаторов спектра серии DSA в реальном времени.RSA507A с USB-управлением примечателен наличием встроенного аккумулятора и портативностью. Он также предлагает полосу пропускания в реальном времени 40 МГц. Подключив его к планшетному компьютеру, например Panasonic Toughpad модели FG-Z1 и
с антенной Alaris DR-A0047, вы получите автономный портативный инструмент для поиска радиопеленгаторов (, рис. 9, ). Эта система также опирается на инструменты картографии с открытым исходным кодом, такие как Open Street Maps (http://www.openstreetmaps.org).
Рис. 8. Картографическое приложение для анализатора R & S® FSH.Фото любезно предоставлено Rohde & Schwarz
Рис. 9. Анализатор спектра Tektronix с картированием / триангуляцией и антенной Alaris DR-A0047. Фотография любезно предоставлена Tektronix.
Рис. 10. Когда программное обеспечение SignalVu-PC с возможностью картирования подключено к одному из анализаторов спектра в реальном времени серии RSA и направленной антенне Alaris, направление компаса автоматически отображается вместе со спектральным дисплеем сигнала в вопрос.Фотография любезно предоставлена Tektronix.
Tektronix предоставляет для своего ПК SignalVu-PC функцию отображения, которая помогает идентифицировать и захватывать мешающие сигналы. Опция сопоставления позволяет отмечать линии пеленга на карте для триангуляции источника помех.
Рис. 11. Переход к опции отображения в SignalVu-PC позволяет записывать линии пеленга до источника помех, а триангуляция показывает приблизительное местоположение источника.Фотография любезно предоставлена Tektronix.
Резюме
В связи с растущим сегодня использованием беспроводных устройств, радиовещания, связи, военных и других источников радиочастот, которые конкурируют за радиочастотный спектр, вероятность радиочастотных помех (RFI) только возрастет. Используя соответствующие инструменты, инженеры по радиовещанию и связи могут быстро определять и устранять источники помех по мере их обнаружения. Новейшие анализаторы спектра в реальном времени делают работу еще более эффективной.Больше новостей
