\главная\р.л. конструкции\трансиверы\...

Экспериментальный ЧМ передатчик на 145 МГц

Виктор Беседин (UA9LAQ)

Предлагаемый передатчик прост по конструкции, мал по размерам, собран на вполне доступных деталях. Его можно рекомендовать в качестве составной части портативной радиостанции или как экспериментальный для работы в местных УКВ сетях, при настройке антенн и т. д.

Передатчик имеет выходную мощность 1 Вт при напряжении питания 9,5 В, девиацию частоты +/- 3 кГц.

Структурная схема передатчика приведена на Рис.1. Сигнал с микрофона поступает на усилитель А1 и с него на модулируемый генератор G1 с кварцевой стабилизацией частоты. Третья, четвёртая или пятая гармоника ЧМ сигнала (в зависимости от частоты применённого кварцевого резонатора) поступает на удвоитель частоты U1. Преобразованный сигнал в пределах двухметрового любительского диапазона усиливается двухкаскадным усилителем и поступает в антенну.

На Рис.2 приведена принципиальная схема передатчика. Сигнал с микрофона ВМ1 через разделительный конденсатор С1 и резистор R1, заваливающие нижние частоты ЗЧ диапазона, подаётся на операционный усилитель (ОУ) DA1 и усиливается им. Конденсатор С2 защищает вход усилителя от РЧ наводок. Резистор R4 в цепи отрицательной обратной связи ОУ определяет его усиление. Резисторами R2,R3 балансируют ОУ по постоянному току и, одновременно с этим, устанавливают рабочую точку на характеристике изменения ёмкости варикапной матрицы, связанной с ОУ по постоянному току через резисторы фильтра нижних частот (ФНЧ) R5C4R6.

Напряжение на варикапах пульсирует в такт с частотой звукового сигнала. Их ёмкость включена последовательно в емкостной делитель в цепи обратной связи кварцевого генератора и, следовательно, при возбуждении последнего, его частота также будет изменяться в такт со звуковым сигналом. Задающий генератор выполнен на транзисторе VT1. Кварцевый резонатор ZQ1 включен в цепь базы и возбуждается на частоте параллельного резонанса. Контур L1C9 в коллекторной цепи транзистора выделяет напряжение с частотой в диапазоне 72…73 МГц. С катушкой этого контура индуктивно связан вход парафазного балансного умножителя частоты(в данном случае, удвоителя частоты), работающего на чётных гармониках. Полосовой фильтр (ПФ) L3C13C15L4C16 выделяет напряжение частотой 144…146 МГц (в зависимости от частоты кварцевого резонатора ZQ1), которое с части витков катушки L4, через разделительный конденсатор, поступает на вход первого каскада усилителя, выполненного на транзисторе VT4. Он работает в режиме класса АВ с небольшим начальным смещением, получаемом на параметрическом стабилизаторе напряжения - кремниевом диоде VD3, включенном в прямом направлении прохождения тока. Усиленное и отфильтрованное (ПФ L5C20L6C21) напряжение поступает на оконечный усилитель мощности, собранный на транзисторе VT5. Каких – либо особенностей каскад не имеет, работает в классе С. Усиленное напряжение РЧ (здесь лучше говорить уже о токе или мощности) через фильтр нижних частот, подавляющий высшие гармоники и согласующий каскад с нагрузкой, подаётся в антенну WA1. Конденсатор С26 - разделительный.

Микрофонный усилитель и кварцевый генератор питаются от параметрического стабилизатора напряжения, выполненного на стабилитроне VD1. Светодиод HL1, включенный последовательно со стабилитроном, индицирует включение передатчика.

RC-фильтры R10C10, R12C14, R16C22, а также R14C18 и конденсаторы С3, С5 и С23 повышают устойчивость работы передатчика, развязывая его каскады по питанию.

Антенной передатчика может служить четвертьволновый вибратор, штыревая антенна с укорачивающей катушкой, спиральная. В стационарных условиях приемлем весь арсенал антенн: от GP до многоэлементных и многоярусных. Автор испытывал передатчик с антеннами: GP и 16-элементной F9FT.

Передатчик выполнен на плате из двухсторонне-фольгированного стеклотекстолита размерами 137,5 х 22 х 1,5 мм (Рис.3). С верхней стороны платы (на ней установлены детали) вокруг отверстий, в которые вставляют выводы элементов, изолированные от общего провода, фольга удалена зенкованием. Все пайки к корпусу произведены на верхней стороне платы, кроме случаев, когда это конструктивно невозможно (например, при вертикальном монтаже кварцевого резонатора), “Заземлённые” точки на верхней стороне платы соединяют проволочными перемычками с фольгой на нижней стороне платы (эти места на чертеже платы отмечены перечёркнутыми кружками).

В передатчике применены малогабаритные детали, монтаж – плотный. При затруднениях с монтажом часть резисторов и конденсаторов можно разместить со стороны печатных проводников. Транзистор усилителя мощности VT5 установлен сверху платы в перевёрнутом виде (винтом вверх). Крышка его кристалла утоплена в отверстие диаметром 7 мм в плате. Планарные выводы базы и коллектора припаяны внахлёст к вытравленным или вырезанным проводникам на верхней стороне платы, выводы эмиттера припаяны с двух сторон от корпуса к “земляной” фольге. Конденсатор С26 установлен вне платы (между платой и антенным гнездом).

Микрофон расположен в нижней части передатчика (переносной радиостанции), чтобы удалить головной мозг оператора от излучения антенны. Лучше даже использовать выносной микрофон с размещённым на его корпусе переключателем “приём-передача”, последнее позволит поднять радиостанцию на вытянутую руку над головой и этим “отодвинуть радиогоризонт”, обеспечив радиосвязь на большее расстояние.

В конструкции используются резисторы МЛТ-0,125 (МЛТ-0,25), R11- СП3-38, подстроечные конденсаторы КТ4-23, КТ4-21 ёмкостью 5…20, 6…25 пФ, С1, С7, С8, С17 – КМ, С15 – КД, С5 – К53-1А, остальные конденсаторы – КМ, К10-7, КД. Микрофон ВМ1 – электретный капсюль МКЭ-84-1, МКЭ-3 или, в крайнем случае, ДЭМШ-1а. Стабилитрон VD1 – КС-156А, КС-162А, КС168А.При отсутствии светодиода HL1, можно отказаться от индикации, увеличив сопротивление резистора R17. Диод VD3 - любой кремниевый маломощный малогабаритный, VD2 - варикапная матрица КВ111А, КВ111Б. При использовании отдельного варикапа (КВ109, КВ110), его включают на место VD2.1, резистор R7 удаляют, левый по схеме вывод конденсатора С7 припаивают к точке соединения элементов С6, R6, VD2.2. Операционный усилитель DA1 - любой из серии К140УД6 – К140УД8, К140УД12. ОУ К140УД8 рекомендуется применять при повышенном напряжении питания передатчика (12 В и выше при стабилитроне VD1 - КС168А). На вывод 8 ОУ К140УД12 следует подать управляющий ток через резистор 2 МОм с плюсовой шины источника питания.

В качестве VT1 можно применить любой маломощный транзистор с граничной частотой не ниже 300 МГц, например, КТ315Б, КТ315Г, а также из серии КТ312 и КТ368. Транзисторы VT2…VT4 также маломощные, но с граничной частотой не менее 500 МГц, например, из серий КТ368, КТ316, КТ325, КТ306, BF115, BF224, BF167, BF173. Транзистор VT5 – КТ610А, КТ610Б, КТ913А, КТ913Б, 2N3866, КТ920А, КТ925А. Не все из рекомендованных к использованию транзисторов совпадают по размерам с применённым в авторском варианте передатчика КТ610А. Это нужно учитывать при повторении конструкции. Нежелательно, в целях уменьшения размеров конструкции передатчика применять одну транзисторную сборку в нескольких высокочастотных каскадах, так как из-за сильной межкаскадной связи ухудшатся параметры передатчика: спектральная чистота, появится подвозбуждение и невозможность достижения максимальной выходной мощности.

В передатчике можно использовать кварцевые резонаторы на основные частоты: 14,4….14,6; 18,0…18,25; 24,0…24,333 МГц или гармониковые (обертонные) на частоты 43,2…43,8; 54,0…54,75; 72,0…73,0 МГц.

Катушки передатчика, кроме L1 и L2, бескаркасные. L1 и L2 расположены на каркасе диаметром 5 мм с ферритовым подстроечным сердечником от УКВ радиостанций, желательно, не хуже 20ВЧ. Если такого нет, то можно применить латунный, алюминиевый или отказаться от сердечника вовсе, пекресчитав количество витков катушек L1 и L2 пропорционально и припаяв небольшой подстроечный конденсатор со стороны печатных дорожек платы. L1 наматывают виток к витку на каркасе, L2 наматывают поверх L1. Между катушками L1 и L2 целесообразно разместить электростатический экран в виде одного незамкнутого витка фольги, “заземлённого” в одной точке (с одной стороны). Катушки L3…L8 размещают на расстоянии 0,5…1,0 мм от платы. Намоточные данные катушек приведены в таблице. Если в контурах передатчика применить катушки с СВЧ ферритовыми подстроечными сердечниками, а конденсаторы ёмкостью не более 10 пФ (вместо подстроечных) упрятать под экраны соответствующих катушек, то выходная мощность передатчика увеличится, уменьшится объём монтажа, настройка контуров будет производиться сердечниками катушек.

Перед налаживанием передатчика необходимо проверить плату на отсутствие коротких замыканий между печатными проводниками. Затем, определяют напряжение, при котором будет работать радиостанция, как среднее арифметическое, между напряжением свежей и разряженной батареи, например: напряжение свежей батареи – 9 В, разряженной – 7 В,

(9 + 7) / 2 = 8 В

При напряжении 8 В и следует настраивать передатчик, этим будет обеспечена минимальная зависимость параметров передатчика от напряжения питания и компромисс, в смысле экономичности. Дело в том, что с повышением напряжения питания увеличивается потребляемый передатчиком ток, не только из-за увеличивающейся мощности раскачки оконечного каскада, но и из-за увеличения тока стабилизации VD1, для увеличения экономичности передатчика полезно этот ток снижать, но тогда есть риск выскочить за нижнюю границу тока стабилизации стабилитрона при снижении напряжения питания, при разрядке батареи. К выходу передатчика подключают эквивалент: два резистора МЛТ-0,5 сопротивлением 100 Ом, соединённых параллельно. От общего провода (при выключенном питании !) отпаивают вывод стабилитрона VD1 и последовательно с ним включают миллиамперметр с током полного отклонения стрелки 30…60 мА. Затем включают питание передатчика. Варьируя напряжением питания от максимального до минимального допустимых, подбором сопротивления резистора R17, добиваются, чтобы при крайних допустимых значениях напряжения питания стабилитрон не выходил из режима стабилизации (минимальный ток стабилизации для КС162А – 3 мА, максимальный - 22 мА). После этого, выключив питание, восстанавливают соединение.

При правильном монтаже и исправных деталях налаживание передатчика продолжают настройкой контуров, используя для контроля резонансный волномер. Вначале вращением подстроечного ферритового сердечника катушки L1 добиваются максимального значения напряжения частотой 72…73 МГц (в зависимости от частоты кварцевого резонатора) в контуре L1C9. Затем последовательно настраивают контурыL3C13, L4C16, полосовой фильтр и фильтр нижних частот по максимуму напряжения частотой 144…146 МГц. Если, при этом, какой-либо подстроечный конденсатор находится в положении максимальной или минимальной ёмкости, то следует в соответствующей контурной катушке, соответственно, сжать или раздвинуть витки с помощью, например, стеклотекстолитовой пластинки (диэлектриком).

Резкие изменения показаний волномера, отклонение стрелки измерительной головки в нём, даже при замыкании кварцевого резонатора накоротко или (и) расстройке волномера по частоте от рабочей передатчика, возникающие посторонние призвуки при прослушивании сигнала передатчика на приёмнике свидетельствуют о паразитном самовозбуждении передатчика. Если таковое возникнет, следует опустить монтируемые компоненты как можно ниже к “земляной” фольге платы, укоротить до необходимого минимума выводы всех конденсаторов, установив развязывающие в качестве экранов (под прямым углом к плоскости монтажной платы, не кладя их горизонтально). Может оказать влияние на стабильную работу передатчика и пониженное качество конденсаторов: трещины на них, утечки диэлектрика, применение низкочастотных типов конденсаторов, их большие габариты.

После настройки контуров, подбирают сопротивление резистора R9 в кварцевом генераторе, также ориентируясь на максимальное выходное напряжение передатчика, затем балансируют подстроечным резистором R11 удвоитель частоты по наилучшему подавлению на его выходе частоты в районе 72…73 МГц (зависит от применённого кварцевого резонатора). Наличие гармоник и их абсолютный и относительный уровень удобно наблюдать на экране анализатора спектра, который, к сожаленеию, ещё не стал прибором массового применения. Для наиболее “дотошных” настройщиков можно порекомендовать ещё подобрать по максимальной выходной мощности сопротивление резистора R8 и соотношение емкостей конденсаторов С7/С8. В балансном умножителе (удвоителе) частоты подстроечный резистор R11 можно заменить на два постоянных и подобрать их номиналы индивидуально. При этом, нужно не только исходить из максимального подавления частоты в диапазоне 72…73 МГц, но и получения максимального выходного напряжения в диапазоне 144…146 МГц, контролируя её резонансным волномером на контуре L3C13 или на выходе передатчика. В умножителе можно применить и полевые транзисторы, но, в этом случае, придётся увеличить число витков катушки связи L2. При необходимости, частоту передатчика можно (в небольших пределах) скорректировать расстройкой контура L1C9, однако, работа в таком режиме нежелательна из-за риска срыва генерации в кварцевом генераторе при модуляции. В передатчике, вместо удвоителя, можно применить учетверитель частоты. В этом случае, контур L1C9 должен быть настроен на частоты 36,0…36,5 МГц. В задаюшем генераторе можно использовать кварцевые резонаторы на основные частоты: 7,2…7,3; 9,0…9,125; 12,0…12,166; 18,0…18,25 МГц или обертонные: 21,6…21,9; 27,0…27,375; 36,0…36,5; 45,0…45,625; 60,0…60,83 МГц. Следует, однако, учесть, что выходная мощность передатчика с учетверителем частоты будет меньше, чем с удвоителем, кроме того, возможно, придётся включить дополнительные звенья в ПФ и ФНЧ передатчика. При питании передатчика от источника напряжением 12 В можно в целях получения экономии применить в качестве VD1 стабилитроны Д814А, Д814Б, Д818, при этом, необходимо подобрать сопротивление резистора R17, как было указано выше. При подключении дополнительного усилителя мощности, следует полностью экранировать от него передатчик. Передатчик может иметь несколько каналов, для этого на РЧ трансформаторе L1L2 следует разместить столько катушек L1, сколько будет генераторов (каналов), переключаемых по питанию с параллельным включением по ЗЧ.

Для юстировки частоты передатчика дополнительно последовательно с кварцевым резонатором ZQ1 можно включить подстроечнвй конденсатор или катушку индуктивности с подстроечным ферритовым сердечником, в первом случае – частота повышается, во втором – понижается. Плата смонтированного передатчика может быть расположена в его корпусе как горизонтально, так и вертикально. Конденсатор С15 установлен со стороны печатных дорожек. Верхний (по схеме) вывод конденсатора С17 припаян непосредственно к виткам катушки L4. Катушка L2 для обеспечения симметричности мотается двойным проводом, затем, начало одного провода соединяется с концом другого. В статье присутствуют названия зарубежных транзисторов, которые остаются от импортной аппаратуры, имеются в продаже, парадокс: порой зарубежный транзистор найти легче, чем отечественный, да и стоит первый дешевле, чем последний. При желании эксплуатировать передатчик в большом диапазоне питающих напряжений, следует отказаться от светодиода HL1, подобрав заново сопротивление резистора R17, ввести разделительный конденсатор ёмкостью 0,47…0,68 мкФ между точкой подключения резистора R4 к выводу 6 ОУ и резистором R5, подключить параллельно стабилитрону VD1 подстроечный резистор сопротивлением 200…220 кОм, с помощью которого “вывесить” середину модуляционной характеристики варикапной матрицы. Движок дополнительного подстроечного резистора должен быть подключен к точке соединения R5C4R6. Смещение на базу транзистора VT1 можно также подать с резистивного делителя напряжения, позволяющего работать в большем диапазоне питающих напряжений, с более стабильной рабочей точкой. Для прецизионной работы ЧМ модулятора в цепь стабилитрона VD1 может оказаться полезным включение стабилизатора тока, например из [ 2 ]. Последнее можно объяснить желанием получить очень малое изменение напряжения питания, в пределах стабилизационной характеристики: у параметрического стабилизатора на стабилитроне это – 30…40 мВ, у стабилизатора тока - 1...2 мВ. Практически, схема на Рис. 1 из [ 2 ] включается вместо R17, транзистор КП303Е, резистор сопротивлением 100…150 Ом (подбирается по номинальному току стабилизации стабилитрона VD1).

Если от передатчика не требуется полная мощность, то можно обойтись и без оконечного каскада, подсоединив антенну через ФНЧ C24L8C25 к коллектору транзистора VT4 или присоединить антенну к отводу катушки L5 (не более 1…1,5 витка от её “холодного” конца), сохранив конденсатор С20, правый (по схеме) вывод которого подключается к общему проводу: получаем экономичный передатчик карманного типа, который может сослужить добрую службу при, например, настройке антенн. При самовозбуждении передатчика, как было уже указано выше, следует опустить монтаж ближе к фольге укоротить выводы деталей до минимальной разумной длины, у деталей, устанавливаемых вертикально, нижний вывод, ближний к плате должен быть “горячим” по РЧ, развязывающие конденсаторы должны быть РЧ типов и иметь ёмкость 1000…68000 пФ. Как видно из принципиальной схемы, передатчик состоит как бы из двух частей, относительно катушек L1 и L2: кварцевого генератора с ЧМ модулятором и микрофонным усилителем и умножителя частоты с двухкаскадным усилителем мощности. Такое построение позволяет конструктору использовать части передатчика по блочному принципу, заменяя на однотипные, по собственному усмотрению. Относительно указанной “точки пересечения” (L1 и L2) можно произвести “размножение” - использовать несколько кварцевых генераторов с общим микрофонным усилителем, удвоителем частоты и усилителем мощности - мера, когда требуется несколько (до пяти) каналов на передачу с переключением их по постоянному току, при этом потребуется столько катушек L1, сколько используется кварцевых генераторов. Можно также подключить к, например, одноканальному передатчику два усилителя мощности и питать через каждый свою антенну, например, в стеке, или направленные в разные стороны, для увеличения эффективности (вместо GP). Можно также использовать задающий генератор в составе радиостанции для работы через репитеры. Напряжение гетеродина (его роль, в данном случае, выполняет кварцевый гетеродин передатчика на VT1) через катушку связи (несколько витков поверх L1) подаётся на смеситель приёмника, который работает по принципу супергетеродина с низкой промежуточной частотой 600 кГц. Смеситель должен обеспечивать работу на второй гармонике гетеродина (техника прямого преобразования). Можно использовать принцип SYNTEX-72 с подачей напряжения одновременно на два смесителя [ 3 ]. Кстати, система SYNTEX-72 не даёт выигрыша в подавлении зеркального канала по ПЧ2 в частотном плане - это моя ошибка – XCUSE ! Но так как ПЧ “упрятана” дальше в схему радиоприёмного устройства за предлежащие контура и полосовые фильтры, всё-таки, зеркальный канал по ПЧ2 подавлен значительно лучше, чем при одинарном преобразовании с низкой ПЧ, когда используется обычный метод преобразования.

В заключение, хотелось бы выразить благодарность за замечания и пожелания В.К. Калиниченко (UA9MIM).

Литература:

1. Tranzistorski predajnik za 432 MHz, RADIOAMATER, 1977, № 1,  стр.3…6

2. А. Межлумян. Стабилизаторы микротока на полевых транзисторах, РАДИО. 1978 г., № 9, стр.40…41

3. В. Беседин. О подавлении зеркального канала. РАДИОЛЮБИТЕЛЬ, 1994 г., № 3, стр. 62…63

4. В.Беседин. ЧМ передатчик, РАДИОЛЮБИТЕЛЬ, 1995 г., № 2, стр. 42…44

5. В. Беседин. ЧМ передатчик, РАДИОЛЮБИТЕЛЬ. КВ и УКВ. 1997 г., № 1, стр.32…33

Моточные данные катушек экспериментального ЧМ передатчика на 145 МГц:

Таблица 1.

С Уважением Виктор Беседин (UA9LAQ), ua9laq@mail.ru
г. Тюмень июнь, 2002 г