Простая УКВ радиостанция с узкополосной ЧМ (20 МГц...50 МГц)

Хочу представить свой вариант простой портативной УКВ радиостанции с ЧМ.

Основные технические характеристики радиостанции:
- Рабочая частота передатчика 27,12 МГц.
- Мощность передатчика 0,3…0,4 Вт.
- Чувствительность приемника 0,3…0,5 мкВ/м.
- Напряжение питания 7…12 В.
- Потребляемый ток:   передатчика - 100 mA.
приемника   - 5 mA.   (при отсутствии сигнала), - 40 mA (при максимальной громкости)
- Модуляция ЧМ узкополосная +/- 3…7 кГц.
- Стабилизация частоты кварцевая.
- Уход частоты передатчика (при температуре от -20*C до +40*C) не более 300…400 Гц.
- Отсутствие паразитной АМ.
- Приемник супергетеродинный с одним преобразованием. ПЧ 465 кГц (455 кГц).

При всей простоте схемы, радиостанция показала хорошие результаты (рис. 2.).
Как правило, все простые связные УКВ ЧМ радиостанции строятся по стандартной схеме: кварцевый задающий генератор ЧМ с последующим умножением частоты. Такие схемы имеют ряд недостатков. Умножители сложны в настройке и нестабильны в работе.
Предлагаю другую схему. В ее основе новый кварцевый генератор.

Кварцевый генератор

На (Рис.1а) и (Рис. 1б) представлены для сравнения две схемы. Схема  "классического" и "нового" кварцевого генератора.

В схеме "классического" генератора (Рис.1а) кварц возбуждается на частоте 9,04 МГц (первая гармоника). При этом максимальная перестройка по частоте составляет примерно 2…4 кГц. Девиация составляет +/- 1…2 кГц. После умножения в три раза получаем 27,12 МГц. При этом диапазон перестройки составляет 6…12 кГц. Девиация соответственно +/- 3…6 кГц. Попытки увеличить диапазон перестройки подбором емкостей С3, C4, C6, C8 и индуктивностей L1, L2, ничего не дал. В этой схеме при перестройке сильно меняется амплитуда выходного сигнала. До 30…40% и более. Это приводит к паразитной АМ. Кроме того, мощность гармоники 27,12 МГц значительно меньше основной частоты 9,04 МГц. Приходиться ставить дополнительный усилитель после генератора.

В схеме "нового" генератора (Рис. 1б) кварц возбуждается на частоте 27,12 МГц (третья гармоника). При этом максимальная перестройка по частоте составляет примерно 100 кГц. Девиация соответственно +/- 50 кГц. Без умножения (!) В этой схеме при перестройке, амплитуда выходного сигнала постоянная. Нет паразитной АМ (!)

Идея такого генератора взята из журнала радиолюбитель №8 1991 год стр.14 "Портативная радиостанция личного пользования" В авторском варианте генератор работал неустойчиво (низкая стабильность, паразитное возбуждение и т.д.). Доработанная схема представлена на (Рис. 1б). Все элементы схемы подобраны опытным путем.

В новой схеме работают все кварцы, от 20 МГц и выше. Практически были испытаны кварцы от 20 МГц до 52 МГц разных форм и размеров. Все кварцы показали хорошие результаты: диапазон перестройки до 100 кГц, высокая стабильность амплитуды.

Кварцы до 16 МГц также работают стабильно на гармонике (третья гармоника). Но диапазон их перестройки не превышает 3…4 кГц.

В схему (Рис. 1б) добавлена катушка L3, получаем контур С4L3, настроенный на первую гармонику кварца 9,04 МГц. Контур блокирует возбуждение кварца на этой гармонике. При этом кварц работает на частоте 27,12 МГц (третья гармоника). По температурной стабильности генераторы на (Рис.1а) и (Рис. 1б) имеют примерно одинаковую стабильность частоты (при условии: одинаковом диапазоне перестройке).

Особое внимание следует уделить катушке L1. От нее во многом зависит температурная стабильность частоты и стабильность амплитуды выходного сигнала. Катушка наматывается на каркас (без ферритового сердечника!) из хорошего диэлектрика диаметром 4 мм, проводом 0,1 мм, виток к витку. Примерно 80 витков для кварца 27,12 МГц при диапазоне перестройки 20…25 кГц. Катушку L1 настраивают путем подбора витков.

Металлический корпус кварца припаять к общему проводу (стабильность повышается).

Передатчик

В описываемой радиостанции (Рис. 2) диапазон перестройки составляет 25 кГц (устанавливается подбором количества витков L1). Девиация частоты составляет +/- 7,5 кГц. Рабочая частота передатчика 27,108 МГц. Т.е. на 12 кГц ниже частоты кварца. Это объясняется тем, что при подключении индуктивности последовательно кварцу, частота кварца уменьшается. Это следует учитывать при подборе кварцев. Если требуется точная установка рабочей частоты 27,120.000 МГц, то следует выбирать кварц на 10…15 кГц больше по частоте, т.е. 27,130…27,135 МГц или повысить частоту кварца по методу, описанному ниже.

Обычно, трудно подобрать кварцы на точную разницу ПЧ (465 кГц или 455 кГц). В этом случае можно заменить пьезокерамический фильтр ФСС на фильтр LC и настроить его на точную разницу частот передатчика и гетеродина приемника. Но LC фильтр больше по габаритам, избирательность и температурная стабильность его хуже, чем пьезокерамического ФСС.

Или второй вариант: берем любые два кварца с разницей частот 400…500 кГц и меняем частоту одного кварца до получения разницы их частот 465 кГц. Пример 1: первый кварц 27,400 МГц, второй 27,000 МГц. Повышаем частоту первого кварца на 65 кГц, до 27,465 МГц. Получаем: 27,465 МГц-27,000 МГц = 465 кГц. Пример 2: первый кварц 27,500 МГц второй 27,000 МГц. Повышаем частоту второго кварца на 35 кГц, до 27,035 МГц. Получаем: 27,500 МГц-27,035 МГц = 465 кГц.

Один кварц можно взять низкочастотный, например 9,000 МГц. Он будет работать в радиоприемнике на частоте 27,000 МГц (третья гармоника). В радиоприемнике одинаково хорошо работают как низкочастотные кварцы (испытывались кварцы до 16 МГц), так и высокочастотные (от 20 МГц и выше). Пример 3: первый кварц 27,500 МГц второй 9,000 МГц. Повышаем частоту второго кварца на 11,666.666 кГц, до 9,011.666.666 МГц. Получаем: 27,500 МГц-9,011.666.666 МГц * 3 = 465 кГц. Этот вариант лучше тем, что пластины низкочастотных кварцев толще, и их проще обрабатывать.    

Для повышения частоты кварца делаем следующие. Снимаем крышку с кварца (стачиваем на точильном камне основание крышки). С помощью мягкого ластика осторожно стираем слой серебра с поверхности кварцевой пластины, при этом контролируем частоту кварца. Делать это нужно аккуратно, пластина кварца очень хрупкая. Работать чистыми руками (кварц боится грязи). Лучше вообще не трогать пластину руками, а работать в перчатках. Периодически промывать пластину в спирте. Тут главное стерильность! Причем более высокочастотные кварцы больше бояться грязи. Затем тщательно промывают пластину в спирте. После этого плотно закрывают крышку и герметизируют (запаивают или заливают клеем).

Стирая с каждой стороны пластины тонкий слой серебра, я поднимал частоту до 50 кГц с каждой стороны. Таким образом, мне удавалось повысить частоту кварца до 100 кГц, с 27,120 МГц до 27,220 МГц. После такой операции кварцы продолжали хорошо работать. При дальнейшем стирании, слой становился тонким, и кварц переставал работать.

Контролировать частоту кварца лучше частотомером или по осциллографу (подключив к УПЧ приемника и контролируя частоту 465 кГц на экране).
Если нет приборов, то подстраивать частоту кварца можно с помощью передатчика и приемника. Возьмем пример 3: первый кварц 27,500 МГц второй 9,000 МГц. Временно заменяем катушку L1, другой, с ферритом. Подключаем вольтметр к С5 (для контроля напряжения на варикапе). Устанавливаем напряжение на C5 0 В. (R5).  Подстраиваем L1 до появления сигнала в приемнике (L1 позволяет перестраивать передатчик до 100 кГц). При этом частота радиостанции будет 27,465 МГц. Затем повышаем частоту кварца в приемнике (9,000 МГц). Добиваемся такой частоты кварца, чтобы при изменении напряжения на С5 от 0 до 3 В. частота передатчика полностью перекрывала полосу пропускания ФСС приемника. Зарубежные ФСС имеют полосу пропускания примерно 15 кГц. При этом диапазон перестройки передатчика получается примерно 20…25 кГц (при напряжении на С5 от 0 до 6 В.). Подстраиваем катушку L1, отматывая витки. Фиксируем клеем и сушим. Окончательно подстраиваем частоту передатчика (R5) после просушки.

На VT3 собран буфер-усилитель. На VT4 собран усилитель мощности. Связь между каскадами емкостная: С11 и С14. Как показала практика, при такой связи, удается получить большое устойчивое усиление. Нет паразитной межвитковой связи трансформаторов и т.д. Все конденсаторы подобраны экспериментально.

Усилитель мощности (VT 4) стандартный. Транзистор VT 4 любой высокочастотный мощностью не менее 0,5 Вт. Можно повысить выходную мощность радиостанции до 2 Ватт, добавив еще один транзистор (Рис. 3).

Приемник

Обычно большую часть времени портативные радиостанции работают в дежурном режиме (при отсутствии сигнала), поэтому при разработке приемника большое внимание уделялось экономичности, для увеличения времени работы батареи радиостанции. Потребляемый ток радиостанции в дежурном режиме всего 5 mA. Приемник собран по супергетеродинной схеме, с одним преобразованием. Имеет минимум деталей. УПЧ имеет большое устойчивое усиление и малый потребляемый ток. Из всех схем детекторов лучшие результаты показал классический дробный детектор. На VT 13 и VT 14 собрана схема подавления шума (ШП), R 33 регулирует порог ШП.

ШП имеет высокую чувствительность, начинает работать уже при отношении сигнал/шум 1:1. При отсутствии сигнала ШП отключает УНЧ (VT 21 замыкает базу VT 18 на корпус). При этом УНЧ практически не потребляет ток. Это дополнительно экономит заряд батарей.

Стабилизатор

VT 15, VT 16 имеет высокую стабильность при малой разнице между входным и выходным напряжением, поддерживает стабильно выходное напряжение (6 В.) даже при глубоком разряде батареи (от 12 до 7 В.). А так же имеет защиту от короткого замыкания по выходу. Вместо стабилитрона использованы два светодиода в прямом включении. Как показала практика, светодиоды работают стабильнее. Светодиоды крепятся на корпусе радиостанции и служат индикатором работы радиостанции.

Детали

Особых требований к подбору деталей нет. В радиостанции работают практические любые высокочастотные транзисторы, например КТ315 и КТ361, или их аналоги (исключение VT4 – типа КТ603 или любой другой мощностью не менее 0,5 Вт).

Настройка

УНЧ: подбирая R43, устанавливают половину напряжения питания на С54.

Стабилизатор: подбирая R35, устанавливают на выходе +6 В.

Передатчик: Отключают провод, идущий на VT 4, и включают в разрыв миллиамперметр на 200…300 mA. Настраивают L2, L3, L4, по максимальному току VT 4. Растягивая и сжимая витки катушек L5, L6 настраивают П-контур по максимальному току в антенне. Отматывая витки катушки L1, и подстраивая резистор R5, контролируют частоту и предел перестройки по частоте 20…25 кГц.

Приемник: Устанавливают ток транзисторов VT5, VT6, VT7 в пределах 0,5…1 mA подбором резисторов R12, R14, R13 соответственно. Настраивают L11, L12, L13 по максимальному шуму, в динамике. Настраивают L10 до появления генерации, по характерному шуму в динамике. Включают вторую радиостанцию на передачу при малой мощности (отключают VT3 или VT4) и разносят приемник и передатчик на некоторое расстояние, до появления шума в приемнике. Настраивают L7, L8, L9 по максимальной громкости сигнала на фоне шумов. Подстраивают L10, подбирают R13, или С28, устанавливают амплитуду сигнала гетеродина приемника по максимальной чувствительности приемника. При отключенном передатчике еще раз подстраивают L13 по нулевому напряжению на С44.

После настройки все катушки зафиксировать клеем. После просушки еще раз проверяют качество настройки, подстраивают рабочую частоту передатчика R5. Проверяют отсутствие паразитной АМ. При вращении R5, частота передатчика должна меняться на 20…25 кГц, при этом ток выходного транзистора VT4 должен оставаться постоянным. Это свидетельствует об отсутствии паразитной АМ. На этом настройка заканчивается.

P.S. Описания принципа работы подобных схем кварцевых генераторов я нигде не встречал. Любопытно было бы узнать физические принципы и особенности работы кварца в таком режиме. Почему только высокочастотные кварцы (их называют "гармониковыми") дают такую большую перестройку по частоте? С чем это связано? Если найдутся специалисты, буду рад их выслушать. Спасибо.

Список радиоэлементов

^{Скачать список элементов (PDF)}

Теги:

• Радиоприем