Простой предусилитель для слабых коротковолновых сигналов
Слабые коротковолновые сигналы часто теряются не в эфире, а в шуме приёмника, потерях длинного фидера и ограничениях чувствительности тракта. Простой предусилитель, установленный у антенны, усиливает полезный сигнал до основного кабеля и уменьшает вклад собственных шумов приёмника. Он не создаёт новый эфирный сигнал, а меняет соотношение сигнал/шум на входе радиоприёмника.
Перед сборкой нужно определить диапазон, длину кабеля, уровень помех и наличие сильных местных станций. Разумная начальная цель — 6–15 дБ усиления при равномерной передаче в широком диапазоне. Если рядом с антенной работает мощный передатчик, сначала следует обеспечить защиту от перегрузки, а уже затем оценивать пользу усиления.
| Параметр | Только приёмник | Приёмник с предусилителем у антенны |
|---|---|---|
| Уровень сигнала на входе тракта | Определяется чувствительностью и потерями фидера | Повышен на 6–15 дБ до потерь в соединительном кабеле |
| Вклад внутреннего шума приёмника | Полностью присутствует | Снижается при малом шумовом числе предусилителя |
| Динамический диапазон | Ограничивается параметрами приёмника | Может уменьшиться при перегрузке сильной станцией |
| Оптимальное размещение | Рабочее место оператора | Возле антенны, до длинного кабеля |
Назначение и ожидаемый эффект
Коэффициент усиления сам по себе не равен улучшению чувствительности. Полезный результат определяется шумовым числом всей цепочки: антенна, предусилитель, фидер и приёмник. Если предусилитель добавляет много шума, даже значительное усиление не даст ожидаемого выигрыша. Для широкополосной конструкции обычно важнее умеренное усиление с хорошей шумовой характеристикой, чем попытка получить максимальную громкость.
Недостаток усиления проявляется при длинном фидере, особенно на 80- и 40-метровом диапазонах. Например, потери кабеля в 3 дБ способны свести на нет пользу от предусилителя. Размещение усилителя непосредственно у антенны позволяет компенсировать эти потери и сделать приём более устойчивым. Для проверки расчётов и выбора компонентов полезны материалы по радиотехнике.
Слишком большое усиление создаёт другую проблему: мощная местная станция или сильный сигнал соседнего диапазона способен перегрузить первый каскад. В таком случае слабые станции перестают слышаться, а индикатор уровня постоянно показывает перегрузку. Поэтому коэффициент усиления следует выбирать вместе с аттенюатором, фильтрами и возможностью отключения предусилителя.
Схема однокаскадного предусилителя
В качестве основы подойдёт широкополосный ВЧ-транзистор в схеме с общей базой. Такое включение отличается малым входным сопротивлением, широкой полосой и относительной устойчивостью. Предпочтительно использовать малошумящий радиочастотный транзистор класса BFW16A или близкий аналог с граничной частотой не ниже 100 МГц. Транзистор 2N3904 подойдёт для первой схемы, но его шумовые характеристики обычно хуже.
Базовые номиналы можно взять для питания 12 В. Резистор 33 кОм соединяется от положительного полюса питания с базой, а резистор 6,8 кОм — с базой и массой. Параллельно базе включаются конденсаторы 100 нФ и 10 мкФ. Эмиттер соединяется с массой через резистор 1,2 кОм, задающий рабочий ток около 1–1,5 мА. Коллектор питается через резистор 470 Ом. Эти значения являются отправной точкой: после сборки ток коллектора и напряжение на коллекторе нужно проверить и при необходимости скорректировать.
Входной сигнал подводится к эмиттеру через разделительный конденсатор и широкополосный трансформатор с отношением числа витков 2:1. Со стороны антенны трансформатор рассчитан на 50 Ом, а со стороны транзистора формирует около 12,5 Ом. С выходного коллектора сигнал поступает через конденсатор на второй трансформатор 2:1, который согласует коллекторную цепь с 50-омным входом приёмника. Здесь трансформатор понижает рабочее сопротивление нагрузки со стороны коллектора. Коэффициент 2:1 означает отношение числа витков, а не сопротивлений.
ВЧ-дроссель и фильтры в коллекторной цепи можно оставить без изменений на первом этапе. Для широкого диапазона лучше использовать трансформаторы на подходящем биночном ферритовом сердечнике либо применить отдельные согласующие элементы для низких и высоких диапазонов. Свежие публикации местных коротковолновых любителей и анонсы собрания можно проверить в новостях сообщества.
Питание, согласование и защита
Питать предусилитель лучше от отдельного стабилизированного источника 12–13,8 В с запасом по току. Номинального резервирования в 50 мА достаточно, однако блок питания должен иметь фильтры, исключающие попадание помех в коллекторную цепь. Конденсатор 100 нФ устанавливают непосредственно у транзистора, а электролит 10 мкФ — рядом с ним. Это уменьшает просадку питания при изменении нагрузки и снижает риск самовозбуждения.
Корпус лучше выполнить из тонкого металла и соединить с массой в одной точке. Экранирование помогает противодействовать внешним наводкам, но несколько соединённых участков земли могут образовать контур, в котором возникнет фон или обратная связь. Если приёмник подключён к заземлённой антенне, применяют согласующую и развязывающую цепи, а при необходимости — синфронный фильтр на коаксиальном кабеле.
Предусилитель у антенны нельзя постоянно оставлять в тракте передатчика. Даже небольшой транзистор может выйти из строя от мощного сигнала. Практичное решение — отдельный разъём для приёма, реле с гальваническим разделением либо аттенюатор, рассчитанный на максимальную мощность передающей станции. Это особенно важно при совместном размещении антенны и радиостанции.
Настройка по рабочим диапазонам
После сборки устройство проверяют с нагрузкой 50 Ом и измеряют ток потребления. Для точной оценки усиления используют генератор сигналов с калиброванным аттенюатором. Показания индикатора приёмника тоже полезны, но они относительны: точное сравнение лучше выполнять при одинаковом положении аттенюатора. На первом этапе автоматическую регулировку усиления отключают, чтобы видеть изменения шумового фонa и уровня сигнала.
Частотную характеристику корректируют подбором сердечников трансформаторов и номиналов разделительных конденсаторов. Для диапазонов 1,8–7 МГц подходят конденсаторы от 1 до 4,7 мкФ с малыми потерями, а на 10–30 МГц обычно применяют 100–470 нФ. Широкополосный трансформатор работает с компромиссом, поэтому отдельные варианты для 80/40 и 20/15/10 метров часто дают более ровную характеристику.
Важно проверить не только усиление, но и отсутствие паразитной генерации, избыточного шума и перегрузки. Тихий фон, который слышен без сигнала, может быть нормальным шумом эфира, а значительное повышение шума при включении усилителя часто указывает на самовозбуждение. Выбор антенны и фидера тоже влияет на результат: сведения о конструкциях, применяемых в Чернигове, собраны в опрос об антеннах Чернигова.
Практические рекомендации
Начинать следует с небольшого усиления и проверять его на каждом рабочем диапазоне. Если приёмник показывает признаки перегрузки, полезный сигнал лучше получить за счёт качественной антенны и согласования, а не за счёт увеличения коэффициента усиления.
Прототип удобнее собирать открытым на макетной плате. После проверки схемы и уровня шума переходят к постоянной плате, разъёмам и металлическому корпусу. Такой порядок позволяет быстро заменить транзистор, резистор или конденсатор, не меняя уже смонтированные узлы.
- Используйте малошумящий ВЧ-транзистор и отдельное стабилизированное питание с фильтрацией.
- Применяйте трансформаторы с равномерной характеристикой и проверяйте их отсутствие паразитного резонанса.
- Выдерживайте сопротивление 50 Ом между антенной, предусилителем и приёмником.
- Размещайте усилитель как можно ближе к антенной, особенно при длинном фидере.
- Предусмотрите отключение, реле или аттенюатор для защиты от мощной передающей станции.
- Сравнивайте приём с предусилителем и без него при одинаковых настройках.
- После настройки обеспечьте защиту корпуса от влаги, пыли и перепадов температуры.
Сборка и применение в эфире
Перед установкой в стационарную конструкцию проверьте polarity питания, отсутствие коротких замыканий, ток коллектора и напряжение на выходе. Если используется регулируемый сетевой блок питания, он должен быть заземлён по техническим требованиям, а вход предусилителя — защищён от перегрева и попадания влаги. После установки в корпус повторно проверьте усиление: близость металла и экранирующих элементов способна изменить коэффициент передачи и уровень шума.
На рабочем месте предусилитель подключают через раздельные антенные разъёмы или коммутатор. Наблюдения проводят в одинаковых условиях: сначала без усиления, затем с ним, при неизменных диапазоне, времени работы и настройках приёмника. Полезно фиксировать уровень шума, число слышимых станций и результаты дальних радиосвязей, чтобы объективно оценить вклад конструкции.
Передавайте схему, измеренные характеристики и зафиксированные радиосвязи в материалы местного коротковолнового сообщества — практический опыт поможет другим радиолюбителям Чернигова и всего региона собрать более удачную конструкцию.