Любой радиоприемник или приемный тракт трансивера начинается с устройств частотной селекции. Чем раньше и качественней будет осуществлена предварительная селекция (частотная, пространственная или поляризационная), тем более полно реализуются высокие динамические параметры радиоприемного тракта, а сам прием радиосигналов становиться более комфортным.

При экспериментах с диапазонными полосовыми фильтрами (рис.1), предложенными в (1], выяснились некоторые «любопытные» обстоятельства. Во-первых, избирательность данной «трехконтурной связки» несколько ниже, чем должна бы быть для 3-х контуров. Вполне возможно, что это происходит из-за того, что некоторая часть тока Опдраз) минует 1-й и 3-й контура. Во-вторых, коэффициент включения р2 имеет малую величину, поэтому на высокочастотных KB диапазонах 21,24 и 28 МГц реализация подключения к отводу (например, к 1,38 витка) представляет определенную конструктивную проблему. Погрешность подключения приводит к искажению АЧХ и увеличению потерь (снижению коэффициента передачи фильтра). Поэтому была предпринята попытка осуществить частичное подключение среднего контура не к индуктивной, а к емкостной ветви крайних контуров (рис.2). В таком полосовом фильтре у тока нет другого пути, кроме как пройти через все три контура.

При проектировании многоконтурных фильтров для улучшения симметрии АЧХ и увеличения подавления в полосе задержания необходимо чередование индуктивных и емкостных связей (2J. Для фильтра, имеющего структуру как на рис.2, это правило выполняется: связь с «внешним миром» — индуктивная (автотрансформаторная или трансформаторная), а связь между контурами — емкостная. С помощью емкостного делителя можно гораздо точнее подобрать коэффициент включения р2, чем при использовании отвода от катушки индуктивности.

Вносимые в контур потери за счет подключения внешней нагрузки (рис.За) можно учесть двумя эквивалентными способами — используя параллельную (рис.Зб) или последовательную (рис.Зв) схемы замещения.

Приняв последовательный способ учета вносимых потерь в первый и в третий контур и используя трансформаторы импеданса (-С12/С12/-С12 и -С23/С23/-С23), получаем эквивалентную схему «трехконтурной связки» (рис.4). Как видно из этого рисунка, эквивалентная схема «трехконтурной связки» аналогична схеме, по которой рассчитываются ле-стничные кварцевые фильтры [3]. 

Качество и основные характеристики фильтра любого типа определяются в первую очередь характеристиками резонансных контуров, из которых состоит фильтр. Изготовление фильтров с хорошими характеристиками не вызывает значительных затруднений, если собственная добротность Qc его элементов не хуже [4]: 

— для «двухконтурной связки» 

— для «трехконтурной связки» 

— для фильтра с количеством контуров больше четырех 

где Qo — собственная (холостая) добротность контура;

f0 — центральная частота диапазона;

В — ширина диапазона.

Для эффективной работы фильтра («трехконтурной связки») с малыми потерями (Аi = -2 — -2,5 дБ) необходимо, чтобы fo/B имело значение не более 15, а собственная добротность Q0 должна быть не менее 180. Для 'трехконтурной связки" при fo/B>18, т.е. при относительной ширине попосы пропускания менее 5.5%. не удается реализовать эффективный фильтр, т.к. его затухание в полосе пропускания быстро возрастает и становится больше 4 дБ. Соответственно, фильтр теряет практическую ценность, т.к. увеличение потерь во входной цепи приводит к увеличению фактора шума всего приемного тракта. Поэтому в любительских диапазонах 40 — 12 м полоса пропускания фильтра в 2.5 — 4 раза больше ширины соответствующего диапазона, и только в диапазонах 160, 80 и 10 м полоса пропускания фильтра соизмерима с шириной диапазона. С этим приходится мириться, т.к. достижимая максимальная собственная добротность контуров ограничена предельным практически реализуемым значением 300 — 350.

В табл.1 приведены коэффициенты ФНЧ — прототипа Бат-терворта или Чебышева. которые потребуются для расчета фильтра (2] Необходимо обратить внимание на то. что коэффициент пульсаций Ар в полосе пропускания для фильтров Чебышева однозначно связан с коэффициентом отражения Г и КСВ. Поэтому фильтры Чебышева с коэффициентом пульсаций Ар более 0,177 дБ применять нежелательно, т.к. реальный фильтр в полосе пропускания из-за неидеальности элементов всегда обладает большим коэффициентом пульсаций, чем прототип.

В итоге, фильтр имеет структуру. показанную на рис.5. На рис.ба приведена схема электронной коммутации диапазонных полосовых фильтров, а на рис.66 — уровни постоянных напряжений и потенциалов в основных точках схемы в режимах «Вкл.» и «Выкл.».

При электронной коммутации большое значение имеет «развязка» ВЧ токов по цепям управления. Для этой цели в цепях управления pin-диодами установлены дроссели Lдр1, LдР2 и Lдр5. LдР6. Дроссели с большой индуктивностью (Lдр1. Lдр5) — 68 мкГн — обеспечивают работу с 1.5 МГц, но у этих дросселей за счет межвитковой паразитной емкости (4.5 — 5.5 пФ) частота параллельного резонанса находится в диапазоне частот 8.0 — 9.0 МГц. Выше частоты параллельного резонанса дроссели Lдр1 и Lдр5 перестают выполнять свою функцию, при этом ВЧ токи с частотами больше 9 МГц имеют возможность беспрепятственно протекать через паразитную меж-витковую емкость дросселей Lдр1 и Lдр5. Для устранения этого недостатка установлены дополнительные дроссели Ьдр2 и Ьдрб с малой индуктивностью (12 мкГн), частотой параллельного резонанса 45 — 50 МГц и паразитной межвитковой емкостью 0.6 — 0.9 пФ. Использование такого схемотехнического решения обеспечивает. работоспособность цепей Lдр1, Lдр2 и R1 (Lдр5, LдР6 и R4) во всем диапазоне рабочих частот 1,5 — 30 МГц. Цепи Lдр1,Lдр2 и R1 (Lдр5.Lдр6 и R4). а также вход и выход блока фильтров необходимо располагать у самого высокочастотного фильтра (рис.ба). что уменьшает потери ВЧ сигналов (f > 15 МГц), которые чувствительны к длине печатных проводников. Дроссели LдрЗ и Lдр4 обеспечивают дополни-тельную «развязку» по ВЧ токам. Резисторы R1 и R4 определяют необходимый ток через pin-диоды. Резистор R2 ограничивает первоначальный кратковременный бросок тока в коллекторной цепи транзистора VT1, т.к. до момента включения блокировочные конденсаторы СБП1 и Сбл2 заряжены до напряжения 9 В. Необходимость установки двух блокировочных конденсаторов С6Л1 и С? я2 (рис.6а) объясняется следующим. Длина печатного проводника. соединяющего «холодные» выводы обмоток связи, ориентировочно составляет 45 — 55 мм. Индуктивность такого печатного проводника при его ширине 0.7 — 1.2 мм имеет значение 0.035 — 0,055 мкГн. а полное сопротивление на частоте 30 МГц — от 6.5 до 9,5 Ом, что составляет почти 15% от 50 Ом. То есть «холодный» вывод обмоток связи будет соединен с проводником «корпус» через некоторое сопротивление, к тому же, имеющее индуктивный характер, что дополнительно внесет частотно-зависимые потери в коэффициент передачи фильтра и приведет к увеличению общих потерь и искажению АЧХ. Поэтому «холодный» вывод каждой обмотки связи необходимо соединить наикратчайшим путем через «свой» блокировочный конденсатор с широким проводником «корпус» («заливка медью»). 

В табл.2 приведены данные фильтра. Ввиду того что индуктивный элемент фильтра (L1, L2, L3) может быть выполнен на каркасах, отличающихся от авторского, и, соответственно, может иметь другое количество витков, в таблице приведен только коэффициент включения р1. Но в любом случае конструктивное исполнение катушки индуктивности должно обеспечивать собственную добротность не ниже 180.

Конструкция фильтра представляет собой секционированные экранирующие отсеки, каждый контур помещен в свой экранирующий отсек. Требуемую емкость образуют два конденсатора (например, 4327 пФ = 4300+27 и т.д.). которые обеспечивают расчетную связь между контурами. 

На рис.7а, 6 и 8а, б показаны АЧХ фильтров, аппроксимированные по полиномам Баттерворта и Чебышева (Ар = 0,1 дБ) соответственно. Из графиков можно определить подавление сигнала соседних диапазонов и подавление на промежуточной частоте. Для приемного тракта высокого класса подавление сигнала промежуточной частоты должно быть на уровне -100 дБ. Повышенные требования к подавлению сигнала промежуточной частоты обусловлены тем, что такие сигналы могут полностью парализовать работу приемника. На рис.7а показано подавление фильтром наиболее популярных промежуточных частот (пунктирные стрелки) 5500, 8815 или 8867 кГц. При использовании двухбалансного смесителя типовое подавление входного сигнала лежит в пределах -25 —30 дБ. 

Отсюда, соответственно. подавление сигнала промежуточной частоты (например, 8815 кГц) фильтром диапазона 40 м составит -47 дБ + (-25 дБ) = -72 дБ. что. в общем-то, недостаточно, а фильтром диапазона 20 м — -75 дБ + (-25 дБ) = -100 дБ, т.е. вполне приемлемый результат.

Для обеслечения подавления прямого прохождения сигналов частотой, равной промежуточной частоте, необходимо предусмотреть элементы дополнительной фильтрации, например, эллиптические (Кауэра-Зопотарева) фильтры, которые имеют частоты «бесконечного» затухания (рис.9). Кроме того, дополнительные фильтры улучшат подавление зеркальных частот.

Дополнительные эллиптические фипьтры можно подключить сразу поспе ДПФ, но жепательно между ДПФ и дополнительными фильтрами (рис.10) установить высокодинамичный малошумящий усилитель с (рис.11), а количество емкостных межконтурных связей должно быть равно количеству индуктивных межконтурных связей. 

Для заинтересованных читателей в табл.3 приведен прядок расчета фильтра третьего порядка (рис.5). 

Литература

1. Э Ред. Справочное пособие по высокочастотной схемотехнике.—М: Мир. 1990.
2. Г.Ханзел. Справочник по расчету фильтров. — М.: Советское радио. 1974.
3. В.Жалнераускас. Кварцевые фильтры на одинаковых резонаторах. — Радио. 1982. №1, 2.
4. В.Голубев. Частотная избирательность радиоприемников. — М.: Связь. 1970.
5. G.Perkins. N6AW. Входные полосовые фильтры. — Радиолюбитель. KB и УКВ. 1998. №6.

Предлагаемый вниманию читателей микрофонный усилитель-ограни-читель (МУО) был разработан для использования в трансивере Я.Ла-повка [1]. Дело в том, что примененный в трансивере микрофонный усилитель содержал логарифмирующий диодный ограничитель в цепи отрицательной обратной связи операционного усилителя К140УД7, т.е. фактически являлся НЧ компрессором. Изготовив этот усилитель и увидев при его настройке на экране осциллографа «обрезанную» синусоиду, я «поставил крест» на этой схеме.

Так случилось, что разработанная мною схема долгое время «пролежала в столе». Кроме того, В.Шабалдас в доработках «Росы» [2] использовал аналогичное схемное решение — фазовый ограничитель последовательного действия. Тем не менее, спустя какое-то время я пришел к выводу, что нецелесообразно «держать в столе» то, что может эффективно работать. В частности, этот усилитель-ограничитель хорошо зарекомендовал себя в студии радиоузла для селекторных совещаний по каналам связи. При его использовании уже не имели значения ни расстояние до микрофона, ни громкость речи. 

В конце 90-х годов прошлого века я опубликовал схему МУО [3] на основе фазового ограничителя, но последовательного действия. Эта схема довольно сложна, содержит большое количество деталей (в том числе, моточных), и не очень годится для простых трансиверов. Ряд простых и эффективных схемных решений для узлов простых трансиверов предложил В.Поляков [4 — 6], за что Владимиру Тимофеевичу огромная благодарность. 

Предлагаемый МУО (рис.1) хорошо согласуется с диодными смесителями (в том числе, трансиверов прямого преобразования). Сразу отмечу, что у микросхемы К140УД7, исходя из частоты единичного усиления 0,8 МГц, коэффициент усиления в полосе частот 3 кГц должен устанавливаться не более 260 [7]. 

Схема на операционном усилителе обеспечивает линейное усиление входного сигнала напряжением 1 — 10 мВ до 0,2 — 2 В. Далее усиленный сигнал поступает на первый ограничитель, выполненный на диодах VD1 и VD2, а затем — на фазоинверсный каскад на транзисторе VT1. Фазосдвигающая цепь C9-R13 определяет характеристическую частоту фазовращателя (550 Гц). Второй диодный ограничитель (VD3 и VD4) «срезает» выбросы на вершинах синусоидального напряжения 1-й гармоники. 

Наконец, активный фильтр нижних частот (ФНЧ) 3-го порядка на эмиттерном повторителе VT2 формирует необходимую АЧХ (рис.2) и дополнительно «сглаживает» форму синусоидального напряжения. Применение активного ФНЧ позволило избавиться от моточных изделий и упростить повторение конструкции. 

В МУО можно применить любые универсальные или импульсные диоды. При использовании диодов КД522 ограничение сигнала на частоте 1 кГц начинается уже с входного уровня 0,8 — 1 мВ, КД503 — с 1,5 мВ, Д104 — с 2 мВ. Когда уровень входного сигнала изменяется в 10 раз (с 1 до 10 мВ), напряжение на выходе МУО изменяется всего лишь в 2 раза — со 150 до 300 мВ. 

Транзисторы КТ3102 можно заменить на КТ312, КТ315, КТ342 или импортные ВС547С. Транзистор VT2 следует установить с более высоким h213. 

Печатная плата (рис.3) изготовлена из одностороннего стеклотекстолита. Между печатными проводниками фольга не удаляется и используется в качестве «общего провода». Плату можно изготовить с помощью резака. 

Устройство, изготовленное из заведомо исправных деталей, в настройке практически не нуждается. Достаточно убедиться, что напряжения на выводах транзисторов соответствуют указанным на схеме, и проверить полосу пропускания микрофонного усилителя в режиме ограничения сигнала. 

Литература 

1. Я.С.Лаповок. Трансивер DX-мена. — KB журнал, 1992, №№ 1, 2.
   
2. В.Шабалдас. Доработка тран-сивера RA3PEM «Роса». — Радиолюбитель. KB и УКВ, 1997, №7.
3. А.В.Дмитриенко. Микрофонный усилитель трансивера. — Радиолюбитель. KB и УКВ, 1998, №2.
4. В.Т.Поляков. Фазовые ограничители речевых сигналов. — Радио, 1980, №3.
5. В.Т.Поляков. Трансиверы прямого преобразования. — М.: ДОСААФ, 1984.
6. В.Т.Поляков. Радиолюбителям о технике прямого преобразования. — М.: Патриот, 1990.
7. С.Горелов. Операционные усилители. Справочный листок. — Радио, 1989, №10. 

«Испопьзую трансивер на трех транзисторах», — так иногда шутит Игорь Августовский, RV3LE, рассказывая корреспондентам о своей радиостанции. Конечно, транзисторов в его трансивере больше, чем три, но ненамного. Это действительно очень простой аппарат, изготовленный из доступных большинству радиолюбителей деталей. В публикуемом материале приводится описание основных узлов трансивера, составляющих его «изюминку». Заинтересованные радиолюбители на основе этих узлов легко изготовят свой вариант «Клопика».

 

Подавление несущей в балансном модуляторе регулируется подстроечным резистором R20. Возможно (подчеркиваю — возможно!), для более глубокого подавления придется параллельно какому-нибудь из диодов модулятора подключить подстроечный конденсатор емкостью 4 — 25 пФ. Иногда такие 
конденсаторы на схемах изображают пунктиром. Но при хорошо подобранных диодах необходимости в конденсаторе нет, поэтому на схеме он не изображен. 

Несколько слов о самих реверсивных каскадах. Режимы транзисторов устанавливаются автоматически, и при исправных деталях каскады в настройке не нуждаются. При напряжении питания +6 В коэффициент усиления такого каскада составляет 17 — 18дБ, при +9В — +20 дБ, при 12 В — +23 — 24 дБ. При этом за счет глубоких обратных связей каскад работает очень устойчиво, а коэффициент усиления слабо зависит от типа применяемых транзисторов. Первые эксперименты проводились на парах транзисторов КТ315 и КТ361, но, руководствуясь желанием получить в режиме приема максимально достижимые шумовые характеристики тракта, я отдал предпочтение транзисторам КТ368. Транзисторы структуры р-п-р, работающие в режиме передачи, могут быть любыми из серий КТ363, КТ326, КТ3107. 

Как видно из схемы, все три каскада идентичны, за исключением каскада на VT5 и VT6, в котором отсутствует конденсатор в эмиттерной цепи транзистора VT5. Это сделано для снижения коэффициента усиления в режиме передачи, что позволяет избежать перегрузки последующих каскадов и смесителя. 

Транзистор КП501 в системе АРУ можно заменить импортным 2N7000. В качестве индикатора S-метра хорошо подходит измерительная головка от старого кассетного магнитофона. 

Диоды для смесителей желательно подобрать по прямому сопротивлению. Безусловно, наилучшие результаты получатся в том случае, если применить диоды, специально разработанные для смесителей и подобранные в «четверки» (например, КД922АГ). Однако если этих диодов нет, не надо отчаиваться — в схеме будут неплохо работать даже КД521. 

Широкополосные трансформаторы Т1, Т2 и Т8 намотаны на кольцах К7х4х2 проницаемостью 600 — 1000НН тремя слегка скрученными проводами (2-3 скрутки на сантиметр) ПЭВ диаметром 0,15 — 0,17 мм и имеют 15 —18 витков. Трансформатор балансного модулятора Т7 должен иметь достаточную индуктивность для сигналов звуковых частот, поэтому его нужно намотать на кольце К10x6x5 проницаемостью не ниже 1000HH такой же скруткой проводов (в один слой) до заполнения кольца. Особое внимание следует обратить на симметричность выполнения обмоток всех трансформаторов — от этого зависит качество балансировки смесителей. 

Трансформаторы ТЗ — Т6 намотаны на кольцах К7х4х2 проницаемостью 600 — 1000НН двойным скрученным (2-3 скрутки на сантиметр) проводом ПЭВ диаметром 0,15 — 0,17 мм и имеют 15 —18 витков, включенных согласно-последо-вательно (начало одной обмотки соединяется с концом другой, образуя средний вывод). 

Катушка L1, используемая для подстройки частоты ОГ, имеет 25 витков провода ПЭЛ-0,1, намотанного на каркасе 05 мм с подстроенным сердечником от СБ9 с резьбой МЗ, и помещена в экран. 

Реле К1 — КЗ желательно применить малогабаритные (например, РЭС49 или РЭК23). 

О кварцевых фильтрах: в авторском варианте 1-й ФОС — восьми-кристальный, 2-й («подчисточный») — четырехкристальный. Но это не требование, а скорее, пожелание. В принципе, в схеме можно применять любые фильтры и на любую частоту, доступные радиолюбителю. Это еще одно достоинство примененных реверсивных каскадов, в которых отсутствуют резонансные цепи, требующие настройки. Однако следует иметь в виду, что поскольку в УПЧ используется не самая оптимальная, но зато очень простая и доступная начинающему радиолюбителю простейшая автотрансформаторная схема согласования между усилителями и кварцевыми фильтрами, то единственное требование к кварцевым фильтрам заключается в величине их входного и выходного сопротивлений, которая должна быть в пределах 220 — 330 Ом. Как правило, кварцевые фильтры, изготовленные на распространенных ПАЛовских кварцевых резонаторах на частоту 8,867 МГц, удовлетворяют этому требованию. 

С основной платой можно использовать любой ГПД или синтезатор частоты, работающий на соответствующих частотах и формирующий требуемое напряжение выходного сигнала. Не следует подавать на смеситель напряжение более 1,2 — 1,5 В, т.к. это приведет к росту собственных шумов тракта. Тем не менее, если используемый ГПД имеет достаточную мощность, то в первом смесителе можно установить по два последовательно включенных диода в плече. В этом случае можно ожидать некоторого увеличения динамического диапазона (на несколько децибел) в режиме приема, а также можно увеличить уровень выходного сигнала в режиме передачи — до 200 — 250 мВ вместо 100 — 150 мВ со смесителем, в котором установлено по одному диоду в каждом плече. 

Диапазонные полосовые фильтры с входным и выходным сопротивлением 50 Ом можно применять любые — как самодельные, так и промышленные. В авторском варианте используются самодельные ДПФ от трансивера RA3AO. 

Особо хочу отметить, что в режиме приема следует подобрать оптимальный уровень сигнала с ОГ, ориентируясь на наилучшее соотношение сигнал/шум на выходе тракта. Уровень выходного сигнала ОГ во многом определяется добротностью кварцевого резонатора ZQ3. Оптимальный уровень можно установить подбором емкости конденсатора С20 в пределах 47 — 100 пФ и/или сопротивления резистора R23 (330 — 750 Ом). 

Микрофонный усилитель на транзисторах VT7 и VT8 требуется только при использовании динамического микрофона. Если трансивер будет работать с электретным микрофоном, имеющим ЭДС 100 мВ и более, то достаточно установить только эмиттерный повторитель, изготовив его по любой из известных схем. 

Реальную чувствительность тракта подсчитать несложно: потери в ДПФ составляют -6 дБ, потери в смесителе --6 дБ, коэффициент усиления 1-го УПЧ — +20 дБ, потери в 1-м кварцевом фильтре — -6 дБ, коэффициент усиления 2-го УПЧ — +20 дБ, потери во 2-м кварцевом фильтре — -4 дБ, коэффициент усиления 3-го УПЧ — +20 дБ. Итого, до входа детектора (перед конденсатором С11) коэффициент усиления приемного тракта составляет +38 дБ или 80 раз по напряжению. Со входа детектора реальная измеренная чувствительность (при соотношении сигнал/шум 10 дБ) составляет 10 мкВ. Таким образом, предельно достижимая чувствительность с антенного входа может достигать 0,125 мкВ. Это теоретически, а реально — не хуже 0,35 мкВ. И все это благодаря малошумящему УПЧ с его относительно небольшим усилением. 

На низких (читай — звуковых) частотах гораздо легче получить большой коэффициент усиления (как, например, в приемниках прямого преобразования). Коэффициент усиления УНЧ на микросхеме LM368 может достигать свыше 70 дБ! Для того чтобы убрать излишек усиления («белый шум»), установлен подстроенный резистор R29. 

Если на базе этого тракта предполагается изготовить трансивер на НЧ диапазоны, то напряжение питания реверсивных каскадов желательно уменьшить до +6 В, заменив интегральный стабилизатор 78L09 на 78L06. 

Регулировку усиления по ВЧ лучше всего выполнить на основе плавного аттенюатора (рис.2), который устанавливается перед ДПФ. 

Основной тракт можно дополнить телеграфным генератором (рис.3). Его схема практически не отличается от схемы ОГ (за исключением элемента подстройки частоты -— вместо индуктивности используется конденсатор, позволяющий «утянуть» частоту генератора «вверх»). 

(Окончание следует)