RA9SCB |Army radio station R-143 bagulnik

Варианты переделок армейской радиостанции Р-143 «Багульник».

Для радиолюбителей КВ, обладающих знаниями теоретических основ в области «Радиотехника» и имеющих навыки монтажных, настроечных работ в радиоаппаратуре различного уровня сложности. Также материал полезен начинающим радиолюбителям и всем тем, кто хочет самостоятельно отладить радиоприёмник!

Использовались материалы из различных источников. Список литературы не приводится. Приводятся краткие результаты анализа функциональных узлов радиоприемника по шумовым свойствам. Даны рекомендации по снижению уровня собственных шумов функциональных узлов радиостанции Р-143. Чтобы эта тема не показалась сложной, легко воспринималась читателем, стиль изложения выбран в форме практических советов.

Статья распространяется свободно, при условии того, что в нее не будут вноситься изменения. Но ни одно частное лицо или организация не может брать плату за распространение данной статьи.

Все нижеизложенное в статье носит рекомендательный характер. Вы должны сами оценить целесообразность той или иной переделки.

СТАТЬЯ ПОСТАВЛЯЕТСЯ ПО ПРИНЦИПУ «КАК ЕСТЬ». НИКАКИХ ГАРАНТИЙ НЕ ПРИЛАГАЕТСЯ И НЕ ПРЕДУСМАТРИВАЕТСЯ. ВЫ ИСПОЛЬЗУЕТЕ ЭТУ ИНФОРМАЦИЮ НА СВОЙ РИСК. АВТОР НЕ БУДЕТ ОТВЕЧАТЬ ЗА НЕГАТИВНЫЕ ПОСЛЕДСТВИЯ, ЛЮБУЮ УПУЩЕННУЮ ВЫГОДУ В ПРОЦЕССЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ИЛИ НЕПРАВИЛЬНОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ЭТОГО ИНФОРМАЦИОННОГО МАТЕРИАЛА.

Для чего все это?

Основная цель: снизить собственные шумы приемника, тем самым увеличить соотношение сигнал/шум. Или иными словами - увеличить чувствительность приёмного тракта. Будут приниматься слабые сигналы на фоне шумов.

Критерий достижения цели: увеличение уровня шума (за счет шума эфира) в телефонах на 6db и более (в два и более раз) при подключении к гнезду «антенна» согласованного фидера Вашей антенны.

Эффективность результата переделок оценивалась «на слух» при помощи телефонов ТА56М 50ом по наибольшему уровню полезного сигнала и наименьшему уровню собственного шума на выходе приемника.

Определение высокочувствительного приемника.

Высокочувствительный приемник - это приемник, у которого собственные внутренние шумы малы. Такой приемник способен принимать слабые сигналы, которые превышают его собственные внутренние шумы, вызванные движением электронов в лампах, транзисторах, микросхемах, резисторах.

Проверь свой приёмник!

Отключите антенну. Если есть аттенюатор, то установить переключатель в положение - 0 db («1:1» в Р-143).

На передней панели установите переключатель «АРУ» в положение «РРУ»; ручки «Ус. НЧ» и «Ус. ВЧ» в крайнее левое положение, при этом в телефонах должна быть полная тишина.

Вращайте ручку «Ус. НЧ» - остановитесь у крайнего правого положения и НЕ ТРОГАЙТЕ. Шумы в телефонах должны отсутствовать. При этом может прослушиваться лёгкий фон переменного тока от вашего блока питания. Все зависит от его качества. В дальнейшем, при работе в эфире, оптимальное рабочее положение ручки подберете «под себя».

Вращайте ручку «Ус. ВЧ», при этом шум в телефонах будет увеличиваться и около крайнего правого положения он максимален. Установите уровень шума таким, чтобы он едва был слышим. Возможно, это положение будет у вас повседневным, что позволит избежать быстрого утомления при длительной работе в эфире.

Встаньте на частоту свободную от радиостанций. Подключите согласованную антенну. Шум в телефонах резко возрастет за счет шума эфира. При настройке на слабую по силе сигнала станцию прием осуществляется без напряжения. Эфир, как бы, «кристально чистый». Поздравляю! Ваш приемник «правильный».

Если прироста уровня шума нет или невелик - приёмник «не правильный», принимайте меры. Вспомните, как звучали ламповые радиовещательные приемники и радиолы советского производства? Собственные шумы практически не прослушивались! Или другой пример: правильно изготовленный трансивер «UW3DI - первый вариант»!

Вывод: причиной, ограничивающей чувствительность приемника, являются его собственные шумы.

Шумы. Разновидности шумов.

Основными причинами, порождающими собственные шумовые токи в усилительных схемах, является дискретная структура токов, протекающих в транзисторах (их электронно-дырочный характер), и тепловое движение свободных электронов в резистивных элементах электронных цепей, в том числе и в резистивных элементах транзисторов. Идеальные (без потерь и неизменные во времени) емкостные и индуктивные сопротивления не являются источниками шумов.

Уровень шумов на выходе усилителя зависит:

1. от коэффициента усиления,

2. от схемного построения тракта,

3. от режимов работы транзисторов,

4. от формы частотной характеристики.

К шумам первой разновидности (частотно-независимые шумы) в первую очередь относят тепловые шумы. Они порождаются хаотическим движением электронов, вызванным тепловым воздействием окружающей среды и самой схемы на резистивных элементах. Движение электронов способно создать в цепи шумовой ток.

Ко второй разновидности шума (частотно-независимые шумы) относится так называемый дробовой шум. Дробовой шум образуется при протекании токов через р-п переходы транзисторов.

К третьей разновидности (частотно-зависимый шум) относится избыточный низкочастотный шум. Этот шум играет существенную роль на низких частотах, вплоть до частот 0,01Гц. Причиной возникновения избыточного шума может явиться недостаточное фильтрующее действие конденсаторов, включенных в цепи формирования опорных и питающих напряжений, например в схемах на стабилитронах, повторителях напряжений. Спектральная плотность этого шума в низкочастотной области обратно пропорциональна квадрату частоты.

Шумовые свойства активных элементов.

По минимуму шумов активные элементы распределяются следующим образом:

1 место - радиолампа;

2 место - полевой транзистор с p-n или n-p переходом;

3 место - полевой транзистор МДП структуры;

4 место - биполярный транзистор.

Что делать? Как делать?

1. Ничего не делать. Оставить все, как есть. Продолжать работать с постоянной мыслью, что-то не так, винить шумный эфир, и при этом проводить QSO.

2. Провести анализ структурной и принципиальной схемы приемника и определить «шумовой вклад» каждого каскада. Как правило, наибольший «шумовой вклад» вносят усилитель ВЧ и первый смеситель. Поэтому надо стремиться выполнить эти каскады на малошумящих элементах. К последующим каскадам до детектора требования к шумам можно уменьшить.

Антенна.

«Хорошая антенна – лучший усилитель!», - слова народные. Никаких случайных антенн. Только резонансные диапазонные вибраторы. Каждому диапазону - своя антенна. Резонансная антенна является настроенным параллельным колебательным контуром, следовательно, обладает частотными избирательными (селективными) свойствами. Классический пример: полуволновый диполь.

Фидер.

Назначение: транспортировка ВЧ энергии от антенны к приемнику или от передатчика к антенне. Фидер не должен излучать (принимать) электромагнитные колебания. Важно уменьшить потери в фидерной линии, улучшить согласование входных цепей приемника с фидерной линией.

Хорошими параметрами обладают коаксиальные кабели диаметром 9мм и 17мм. Наименьшие потери высокочастотной энергии у высокоомной двухпроводной линии с воздушным диэлектриком.

Входное сопротивление приемника должно быть равно входному сопротивлению фидера. Фидер, в свою очередь, должен быть согласован с входным сопротивлением антенны. Только при этом условии ВЧ энергия, наведенная в антенне, будет максимально передаваться на вход приемника.

Стремись всегда выбирать длину фидера кратной половине длины волны, с учетом коэффициента укорочения для данного типа фидера. Получится полуволновый повторитель. Находясь на удалении от антенного полотна, можно измерить реальные значения: Rвх - входное сопротивление антенны, XL или XC – реактивную составляющую входного сопротивления антенны.

Пример.

Рассчитать длину фидера равной половине длины волны, с учетом коэффициента укорочения (Ку) для частоты 14,150 МГц.

Длина волны (λ) рассчитывается по формуле: λ=300/f(мГц); Подставляем числовые значения λ=300/14,150(мГц); λ=21,20 метра, тогда λ\2=21,20/2=10,6м. Ку - коэффициент укорочения для фидеров с полиэтиленовой изоляцией равен 0,66…0,67. Ку×λ\2=0,66×10,6м=6,99м. Округляем до 7 метров.

Ответ: длина фидера равна 7 метров.

И так, длина фидера может принимать значения 7; 14; 21; 28 … метров.

В идеальном случае, при условии соблюдения равенства входного сопротивления антенны, волнового сопротивления фидера, выходного сопротивления передатчика или входного сопротивления приемника, отсутствия реактивных сопротивлений XL или XC длина фидера может принимать любое произвольное значение.

Можно вообще избавиться от фидера. Для Р-143 это реально в походных (домашних) условиях. Делается это следующим образом. Рассчитывается длина полотна антенны «треугольник» для выбранного диапазона. Располагается антенна в пространстве таким образом, чтобы угол полотна с входными клеммами находился рядом с розетками антенного входа «симметричный выход» радиостанции.

Во встроенном согласующем устройстве имеется симетрирующий трансформатор с коэффициентом трансформации 1:1.

Чтобы он работал правильно, сделай так:

- коротким проводником перемкни одну диагональ;

- во вторую диагональ подключи антенну;

- в режиме передачи, при нажатой кнопке «Тон», согласующим устройством добейся максимальной отдачи мощности в антенну.

Критерий правильной настройки: стрелка индикаторного прибора находится в начале закрашенного сектора, при этом в наушниках прослушивается чистый тональный сигнал.

Критерий не правильной настройки: стрелка индикаторного прибора находится «до» закрашенного или «за» закрашенным сектором. В наушниках прослушивается искаженный тональный сигнал, слышны «бульканья» и «хрипы». Это срабатывают системы защиты усилителя мощности.

Опытным путем выбери диагональ для подключения антенны по наилучшему согласованию. Не поддавайся «стрелочной болезни».

Имей в виду, согласующее устройство рассчитано заводом изготовителем для использования со штатными антеннами. Положение переключателей для выбранного диапазона и размеры антенн указаны в табличке на передней крышке станции. Одновременное подключение к разъемам станции штыревой антенны «Куликова» (баньянетный разъем) и проволочной антенны (симметричный выход) – недопустимо!

Преселектор.

Очень желателен высокодобротный узкополосный диапазонный перестраевыемый фильтр.

Не пропустить (ослабить) зеркальную помеху, сигналы с частотой ПЧ - это его основное назначение.

Преселектор уменьшит воздействие на УВЧ и первый смеситель электромагнитного излучения всех РЭС (радиоэлектронных средств) работающих в вашем населенном пункте.

Усилитель высокой частоты (УВЧ).

Назначение: компенсировать потери ВЧ энергии в фидере и преселекторе. Наравне с полезным сигналом усиливаются шумы эфира, помехи от соседних станций, находящиеся в полосе прозрачности преселектора или на склонах его АЧХ.

Чтобы увеличить реальную чувствительность приемника, определяемую с учетом влияния шумов, надо увеличить уровень принимаемого сигнала по сравнению с уровнем шумов смесителя. Конечно, УВЧ тоже «шумит», но уровень собственных шумов меньше чем у преобразователя. Усиление «Усилителя ВЧ» следует ограничить на уровне 6 – 8 дБ, при приеме слабых сигналов; при приёме сильных сигналов УВЧ сделать отключаемым или вообще отказаться от него. На 160 метровом диапазоне вообще не имеет смысла использование УВЧ, т.к. уровень эфирных шумов во много раз больше уровня шумов смесителя.

УВЧ изготавливают на основе ШПТЛ (широкополосный трансформатор – линия). Такое схемное решение обеспечивает высокую линейность. Это означает, что даже при достаточно большой амплитуде сигнала ВЧ на входе, выходной усиленный сигнал не искажен, следовательно, не содержит в себе гармоник. Иными словами, синусоидальный характер выходного сигнала обеспечивается. УВЧ на ШПТЛ равномерно усиливает в широкой полосе частот от сотен килогерц до многих десятков мегагерц. Полностью охватывает все коротковолновые любительские диапазоны.

Применяемые полупроводниковые приборы – мощные малошумящие транзисторы.

Первый смеситель.

Первый смеситель должен обладать достаточным коэффициентом преобразования и малым уровнем шумов в преобразованном сигнале.

Шум на выходе смесителя слагается из:

· шумов эфира;

· шума УВЧ (если применяется УВЧ);

· собственного шума смесителя;

· шума напряжения гетеродина.

Какой выбрать смеситель? Активный (на транзисторах) или пассивный (на смесительных диодах)? Существует много схемных решений того и другого. Здесь есть свои «за» и «против». Это решать вам. Смеситель – самый «шумный» каскад в приемнике.

Смеситель пассивный (однотактный).

Состоит из полевого транзистора и колебательного контура, настроенного на частоту ПЧ. Транзистор работает в ключевом режиме. Используется свойство полевого транзистора изменять сопротивление канала под воздействием приложенного напряжения к затвору. Это сопротивление изменятся линейно от десятков Ом до сотен кОм. При подаче на затвор напряжения гетеродина заданной частоты, сопротивление канала изменяется в такт с частотой гетеродина. Здесь уместно сравнение ключа на полевом транзисторе с механическим прерывателем. Максимальная величина коммутируемого напряжения сигнала равна 1,5 вольт.

Принцип работы однотактного пассивного смесителя

на полевом транзисторе.

Из радиочастотного спектра в полосе от 1,6мГц до 20мГц, выбираются частоты в соответствии с равенством: fсигнала=fгетер.-fпч, где fпч фиксирована и равна 23 мГц, fгетер. величина переменная и выше промежуточной частоты. «Ключевание» происходит с частотой гетеродина. Обратимся к рис.1. Изображен переделанный узел А15 (нумерация узлов в соответствии с принципиальной схемой). В момент времени, когда сопротивление канала мало (ключ открыт) заряжается конденсатор «С» контура 23 мГц до потенциала присутствующего на антенном входе приемника при подключенной антенне. Когда ключ разомкнут (сопротивление канала велико) конденсатор «С» начинает разряжаться через индуктивность «L» контура. Так как контур настроен на частоту 23 мГц, то периодические процессы «заряд – разряд» будут происходить с частотой 23 мГц и поддерживаться энергией полезного сигнала. Под словом «полезный» понимается частота, на которую настроен приемник. Происходит процесс переноса энергии частоты сигнала в энергию промежуточной частоты. Небольшая часть энергии полезного сигнала теряется на омическом сопротивлении элементов, стоящих между антенным разъемом и контуром промежуточной частоты.

Достоинства:

· пассивный смеситель на полевом транзисторе обеспечивает минимальный уровень побочных продуктов преобразования по сравнению со смесителями на диодах;

· собственные шумы смесителя ничтожно малы и соизмеримы с шумом резистора (диоды шумят сильнее);

· обладает широким динамическим диапазоном;

· практически не потребляет мощность от гетеродина;

· управляется ТОЛЬКО напряжением гетеродина.

Недостаток:

· как и любой пассивный элемент имеет низкий уровень продукта преобразования.

Физический смысл процесса преобразования.

Собственно смеситель (и детектор тоже) данного типа состоит из ключевого элемента «VT» - полевой транзистор (сопротивление канала должно стремиться к нулю) и ёмкости «С» - накопителя (аккумулятора) энергии (реактивное сопротивление «Xc» должно быть малым для частоты, которую хотим иметь на выходе).

В зависимости от того, с какой частотой будет происходить «ключевание», на нагрузке подключенной к аккумулятору энергии - «С», получим требуемый продукт преобразования.

Нагрузка должна быть частотно-избирательной. Это параллельный контур РЧ, последовательный контур РЧ (у которых характеристические сопротивления XL=Xc – условие резонанса), ФНЧ звукового спектра.

Реактивное сопротивление накопителя (аккумулятора) энергии должно быть меньше величины реактивного сопротивления Xc частотно-избирательной цепи. При равенстве этих сопротивлений аккумулирующую ёмкость необходимо учитывать при расчете частотозадающего контура.

Разработан и используется в конструкциях двухтактный балансный пассивный смеситель на полевых транзисторах. Для его работы требуется два полевых транзистора и два противофазных напряжения от гетеродина. Противофазные напряжения несложно получить, применив фазовращатель.

Из-за ограниченного места на плате приёмника применён однотактный смеситель на транзисторе КП 305 (рис. 1 Р-143 Преселектор и первый смеситель).

Методика доработок

Радиостанция предназначена для использования в полевых условиях при большой напряжённости электромагнитного поля. Основное внимание уделено надёжности (использование в схемных решениях радиоэлементов со стабильными параметрами, механическая прочность) и снижению габаритов изделия.

Надёжность армейской радиосвязи низшего звена (взвод, рота) обусловлена использованием эффекта поверхностного распространения радиоволн. Радиосвязь с отражением от ионосферы в КВ диапазоне предполагается только при использовании антенн типа АЗИ (антенна зенитного излучения).

Для радиолюбителя – коротковолновика интересны связи только с отражением от ионосферы под малым углом к горизонту.

Порядок выполнения доработок

Первый этап.

· Исключение из схемы усилителя ВЧ.

· Исключение пассивных нелинейных элементов (диодов) установленных в цепи прохождения радиосигнала (перевод коммутации фильтров ФОС с диодных ключей на коммутацию реле РЭС-49).

Второй этап.

· Перераспределение коэффициента усиления приёмного тракта между каскадами.

· Переделка «смесителя 1 ПЧ 23 МГц».

· Снижение усиления каскада «1 Усил. ПЧ 500 кГц».

· Увеличение усиления «УВЧ 1 ПЧ 23 МГц».

· Регулировка схемы АРУ.

***

73! RA9SCB

Приложение 1

Преселектор и первый смеситель. Рис. 1

Приложение 2

Принцип работы однотактного пассивного смесителя на полевом транзисторе.

Из радиочастотного спектра в полосе от 1,6мГц до 20мГц, выбираются частоты в соответствии с равенством: fсигнала=fгетер.-fпч, где fпч фиксирована и равна 23 мГц, fгетер. величина переменная и выше промежуточной частоты. «Ключевание» происходит с частотой гетеродина. Обратимся к рис.1.На рисунке изображён переделанный узел А15 (нумерация узлов в соответствии с принципиальной схемой). В момент времени, когда сопротивление канала мало (ключ открыт) заряжается конденсатор «С» контура 23 мГц до потенциала присутствующего на антенном входе приемника при подключенной антенне. Когда ключ разомкнут (сопротивление канала велико) конденсатор «С» начинает разряжаться через индуктивность «L» контура. Так как контур настроен на частоту 23 мГц, то периодические процессы «заряд – разряд» будут происходить с частотой 23 мГц и поддерживаться энергией полезного сигнала. Под словом «полезный» понимается частота, на которую настроен приемник. Происходит процесс переноса энергии частоты сигнала в энергию промежуточной частоты. Небольшая часть энергии полезного сигнала теряется на омическом сопротивлении элементов, стоящих между антенным разъемом и контуром промежуточной частоты.

Достоинства:

· собственные шумы смесителя ничтожно малы и соизмеримы с шумом резистора (диоды шумят сильнее);

· обладает широким динамическим диапазоном;

· практически не потребляет мощность от гетеродина;

· управляется ТОЛЬКО напряжением гетеродина.

Недостаток:

· как и любой пассивный элемент имеет низкий уровень продукта преобразования.

Физический смысл процесса преобразования.

Пояснение работы смесителя на полевом транзисторе

Эта идея не новая. Работа смесителя (детектора) по такому принципу заложена в конструкциях Дроздова, Полякова и других авторов. Стрелки синего цвета показывают заряд накопительной ёмкости до величины входного сигнала, красного цвета разряд ёмкости через нагрузку.

а) Пояснение общего представления о физическом процессе.

б) Частотозадающая ёмкость является накопительной (аккумулирующей). Предпочтительнее использовать, когда выходное сопротивление предыдущего каскада низкое (500…50 Ом).

в) Здесь аккумулирующая (накопительная) ёмкость меньше частотозадающей. Однако её необходимо учитывать при расчете колебательного контура. Предпочтительнее использовать, когда выходное сопротивление предыдущего каскада высокое (1 кОм и выше, например колебательный контур). Эксперимент проводился с приёмником Р-311. Изготовлялся контур на частоту 465 кГц. Величина ёмкости (нижняя по схеме) равнялась 3300 пФ, верхней – 1000 пФ. Индуктивность 180 мкГн (использовался стандартный дроссель Д 0,01). В качестве электронного ключа применялся полевой транзистор КП 350.

Схема работоспособна. В качестве детектора CW и SSB работает по сей день (детектор собран по схеме верхнего рисунка «а»).