Эта приставка не требует никаких подключений к радиостанции, не имеет световых, звуковых или стрелочных индикаторов и содержит минимум деталей. Она применяется совместно с приёмником радиостанции для определения направления на передатчики диапазона 27 МГц, находящиеся на расстоянии не более 0,5 км.
Автор использовал приставку с одноканальной АМ-радиостанцией "Томь-1", не имеющей антенного разъёма, к которому можно было бы подключить направленную антенну. Схемное решение её входных цепей не позволяет ввести такой разъём. К тому же система АРУ приёмника радиостанции свела бы на нет направленные свойства антенны, а пластмассовый корпус не препятствует проникновению сигналов пеленгуемых сигналов на вход приёмника, минуя антенну.
Пеленгатор потребовался для поиска в лесных походах временно оставленных в укромном месте средств передвижения (велосипедов), оснащённых радиомаяками, и попутчиков, разошедшихся по лесу в поиске грибов. При удалении более чем на 200 м народное средство связи "ау" уже не действует, особенно в густом лесу и гористой местности. Спутниковый навигатор зачастую надёжно работает только на открытой местности. Сообщить о своём местонахождении по радио тоже затруднительно из-за отсутствия надёжных ориентиров.
Предлагаемая приставка-пеленгатор представляет собой ретранслятор сигнала пеленгуемого передатчика. Все ВЧ-сигналы, находящиеся в полосе пропускания ретранслятораи принятые его рамочной антенной, подвергаются модуляции сигналом тональной частоты с помощью балансного модулятора, усиливаются и вновь излучаются ненаправленной антенной.
В результате на входе находящегося вблизи ретранслятора приёмника суммируются два сигнала - пришедший непосредственно от пеленгуемого передатчика и ретранслированный. Суммарный сигнал приобретает модуляцию тональным сигналом, поданным на вход модулятора в ретрансляторе. Характер этой модуляции (АМ или ЧМ) зависит от разности хода слагаемых сигнала от передатчика до приёмника, следовательно, от взаимного расположения приёмника, ретранслятора и передатчика.
О характере этой зависимости можно судить по графикам на рис. 1. Расстояния на нём указаны в длинах волны λ пеленгуемого передатчика. В диапазоне 27 МГц λ=10,9 м. Если ретранслятор находится на одной из красных линий, то модуляция суммарного сигнала - амплитудная, а если на одной из синих, - частотная. В промежутках между линиями присутствуют оба вида модуляции, но в разных соотношениях. С приближением ретранслятора к синей линии спадает АМ, ас приближением к красной - ЧМ.
Рис. 1.
Нужно сказать, что расположение линий "чистой" модуляции зависит также от фазового сдвига, вносимого приёмопередающим трактом ретранслятора. Например, если он равен 90о, то красные и синие линии меняются местами. В картину вносят искажения и отражения сигналов от местных предметов, в том числе от тела оператора. Тем не менее вблизи приёмника всегда можно расположить ретранслятор так, что вносимая им в пеленгуемый сигнал модуляция будет слышна наилучшим образом.
Направление на передатчик определяют, поворачивая рамочную антенну ретранслятора вокруг вертикальной оси. Это можно делать по максимуму модуляции (плоскость рамки лежит в определяемом направлении) или по её минимуму (плоскость рамки перпендикулярна определяемому направлению). Пеленгация по минимуму обычно точнее.
Неопределённость, связанную с двунаправленностью рамочной антенны, можно снять одним из двух способов. Первый - традиционный - заключается в последовательном определении направления из нескольких точек, лежащих на линии, приблизительно перпендикулярной ему. Найденные таким образом пеленги пересекаются в точке расположения передатчика. Конечно, за время между измерениями он не должен перемещаться. При сравнительно небольшом расстоянии до передатчика обычно бывает достаточно сделать две засечки из точек, разнесённых на несколько метров. Второй способ основан на характере кривых на рис. 1. Внаправлении от передатчика они следуют значительно чаще.
Преследовалась цель сделать прибор минимальной массы и габаритов, потому что его необходимо носить с собой по зарослям. Практика показала, что находясь в лесу, достаточно иметь один пеленгатор на группу туристов или грибников. Каждому из остальных, оснащённых радиостанцией и компасом, направление движения для выхода в точку сбора можно сообщить по радио.
Схема ретранслятора представлена на рис. 2. Он состоит из приёмной рамочной антенны WA1, кольцевого балансного модулятора на диодах VD3-VD6 с трансформаторами T1, T2, генератора модулирующего сигнала на мультивибраторе из транзисторов VT1 и VT2, усилителя высокой частоты на транзисторе VT3, передающей антенны WA2 с удлинительной катушкой L3.
Рис. 2.
Питается ретранслятор от двух дисковых гальванических элементов AG13 или аккумуляторов того же конструктивного оформления Д-0,03. Потребляемый ток не превышает 4 мА. Поскольку ретранслятор обычно включают на время пеленгации, необходимости в элементах питания большой ёмкости нет, а для включения питания применена кнопка SB1. Можно увеличить число элементов и до трёх, при этом коэффициент передачи ретранслятора и глубина вносимой им в пеленгуемый сигнал модуляции увеличатся, но это может привести к его самовозбуждению.
В качестве передающей антенны WA2 использован отрезок оплётки коаксиального кабеля длиной 20...30 см, свисающий вниз. Этой антенной может служить и электрический экран рамочной антенны WA1. Для этого необходимо разорвать связь экрана с общим проводом, как показано на схеме крестом, и соединить точку А с верхним по схеме выводом катушки L3 (вместо антенны WA2). Точка А должна быть расположена между местами выхода из экрана проводов рамки максимально симметрично разрезу в его верхней части. Но следует иметь в виду, что при таком использовании экрана рамочной антенны ретранслятор более склонен к самовозбуждению.
Основная причина самовозбуждения состоит в невозможности достичь идеальной развязки между приёмной и передающей антеннами несмотря на то, что одна из них - магнитная, а вторая - электрическая. Сказываются неизбежная асимметрия конструкции рамки и её положения относительно передающей антенны, а также влияние тела оператора.
Экран рамки имеет форму квадрата со стороной 120 мм. Он изготовлен из медной трубки внешним диаметром 5 мм. В центре верхней стороны квадрата сделан разрез шириной около 5 мм. По окончании всех настроек этот разрез необходимо загерметизировать любым способом, чтобы не допустить попадания влаги внутрь трубки. В центре нижней стороны экрана сделан пропил для выхода проводов обмотки рамки. Здесь же припаяна медная полоса для соединения экрана с общим проводом или с катушкой L3 (если предполагается использовать экран в качестве передающей антенны). Крепление рамки должно быть достаточно прочным, так как она может служить ручкой для переноски ретранслятора.
В трубку продеты три-четыре провода во фторопластовой изоляции. Их концы с каждой стороны соединены параллельно, и провода образуют один виток. Можно, конечно, попробовать соединить витки и последовательно, но при этом иногда возникают трудности с настройкой рамки на нужную частоту.
Устройство собирают на узкой длинной плате, помещённой в экран из отрезка тонкостенной алюминиевой трубы, который одновременно служит противовесом антенны WA2. Детали компонуют "в линейку", стараясь расположить их симметрично вдоль длинной оси платы. Дальше всех от антенны WA1 должны находиться катушки L1-L3. Их оси не должны совпадать по направлению с осью рамочной антенны. Кроме того, ось катушки L3 должна быть перпендикулярна оси катушек L1 и L2.
Диоды VD1, VD2 служат для ограничения сигнала на входе балансного модулятора. Оно может потребоваться как при слишком сильном сигнале пеленгуемого передатчика, так и во время работы своего передатчика. Конденсаторы C2 и C3 подавляют помехи и сигналы, частота которых лежит ниже диапазона 27 МГц.
Элементы R3, C7, R4, C9 определяют частоту колебаний мультивибратора. При указанных на схеме номиналах она близка к 1 кГц. Прямоугольный сигнал, снимаемый с мультивибратора, цепь R1, C8, R6 сглаживает, приближая его по форме к синусоидальному. Этого добиваются подборкой конденсатора C8.
Модулирующее напряжение поступает на балансный модулятор через средние точки обмоток трансформаторов T1 и T2. Конденсатор C5 устраняет постоянную составляющую модулирующего сигнала, а конденсаторы C6 и C10 служат для фильтрации высокочастотных продуктов работы модулятора. Трансформаторы Т1 и Т2 намотаны на кольцевых магнитопроводах типоразмера 7x4x2 мм из феррита 400НН. Намотку ведут тремя свитыми с шагом 4...6 мм проводами ПЭЛ диаметром 0,14 мм. Провода во фторопластовой, шёлковой или другой толстой изоляции применять нельзя. Всего наматывают 8 витков, причём каждый провод служит отдельной обмоткой. В трансформаторе T1 конец обмотки II соединяют с началом обмотки III. Аналогично соединяют обмотки I и II трансформатора T2.
Катушка L1 выходного контура - бескаркасная и состоит из 12 витков лакированного провода диаметром 0,4...0,5 мм, намотанных на оправке диаметром 4 мм и растянутых на длину 10 мм. Катушка связи L2 имеет три витка того же провода, намотанных поверх катушки L1, посередине её, и растянутых на 5 мм.
Удлинительная катушка L3 - тоже бескаркасная. Её 36 витков намотаны тем же проводом на оправке диаметром 4 мм в два слоя. Длина намотки - около 14 мм. Нужное число витков этой катушки зависит от размеров передающей антенны WA2 и ёмкости между антенной и оператором, держащим ретранслятор в руках. Подобным недостатком обладают все носимые радиостанции с короткой антенной [1, 2]. Оптимальную индуктивность катушки L3 подбирают экспериментально по максимальной напряжённости поля, излучаемого антенной WA2, и связанной с ней глубине модуляции пеленгуемого сигнала, создаваемой ретранслятором.
Настройку контуров ретранслятора производят с прикреплённой к его плате рамочной антенной. Не рекомендуется применять внешний источник питания, так как длинные провода вносят значительную погрешность.
Для настройки потребуется источник испытательного высокочастотного сигнала, например, другая радиостанция, ГКЧ или измерительный сигнал-генератор, Необходимы также радиостанция, с которой будет работать пеленгатор, или ей подобная, и измерительные приборы, хотя бы высокочастотный милливольтметр или осциллограф. Если осциллограф имеет недостаточную полосу пропускания, придётся изготовить к нему детекторную головку, например, по описанию в [3]. Повторяя её, нужно уменьшить ёмкость входного конденсатора С1 головки до 100...470 пФ и добавить после резистора R1 сглаживающий конденсатор ёмкостью до 470...4700 пФ. Можно воспользоваться аналогичными узлами устройств, описанных в [4] или [5].
Выход головки необходимо соединить витой парой проводов длиной около метра с входом осциллографа, предварительно надев на каждый конец пары ферритовые кольца размерами приблизительно 25x12x6 мм (например, от импульсных блоков питания) и намотав на них свитыми проводами по 6 витков. Это необходимо для развязки с осциллографом по высокой частоте.
Если используется генератор сигналов или ГКЧ, то к его выходу следует через резистор сопротивлением 51 Ом присоединить круглую рамку диаметром около 30 см из провода диаметром 1...5 мм и расположить её на расстоянии в несколько сантиметров параллельно антенне WA1. Уровень сигнала можно регулировать не только аттенюатором генератора, но и изменением расстояния между рамками.
Экран рамки WA1 должен быть соединён в точке A с общим проводом ретранслятора. Начинать следует с настройки антенны WA1 на выбранную частоту подборкой конденсатора C1 по максимуму показаний милливольтметра или осциллографа с детекторной головкой, подключённого к любой из обмоток II или III трансформатора T1. При этом нужно учитывать, что параллельно антенне подключены ограничительные диоды VD1 и VD2, поэтому настройку необходимо выполнять при амплитуде сигнала на них не более 0,6 В. Отключать диоды не стоит, так как их ёмкость входит в общую ёмкость настраиваемого контура. Кроме того, большим сигналом могут открываться диоды балансного модулятора, что тоже помешает правильной настройке. Влияют на настройку и конденсаторы связи C2, C3.
При использовании в качестве источника испытательного сигнала передатчика радиостанции его уровень регулируют, изменяя расстояние между ретранслятором и этой радиостанцией. Возможно, для этого потребуется посторонняя помощь. Но сначала придётся убедиться, что измерительный прибор не принимает испытательный сигнал напрямую. Для этого нужно временно соединить выводы обмотки антенны WA1 короткой перемычкой. Показания подключённого к трансформатору T1 милливольтметра или осциллографа должны стать нулевыми.
Настроив рамочную антенну, переходят к настройке выходного контура усилителя на транзисторе VT3. Светодиод HL1 служит стабилизатором напряжения смещения этого транзистора. Для настройки нужно временно отключить от балансного модулятора резисторы R1 и R6 и установить временные перемычки параллельно диодам VD3 и VD6 (или VD4 и VD5). Передающая антенна WA2 должна быть отключена, причём желательно отключить и нижний вывод катушки L2 от общего провода. Параллельно этой катушке подключают нагрузочный резистор сопротивлением около 50 Ом, а параллельно ему - вход милливольтметра или детекторную головку осциллографа.
Включив питание ретранслятора, следует прежде всего убедиться, что в отсутствие испытательного сигнала от генератора или передатчика напряжение на нагрузке катушки L2 равно нулю. Если это не так, значит, ретранслятор самовозбуждается.
Для устранения самовозбуждения можно принять следующие меры:
- подключить параллельно блокировочным конденсаторам C4, C11, C12 высокочастотные керамические конденсаторы ёмкостью около 1000 пФ;
- поменять местами выводы обмотки III трансформатора T2;
- временно соединить крайние выводы обмоток I и II трансформатора T2. Если это устраняет самовозбуждение, то нужно, сняв перемычку с выводов трансформатора, временно соединить между собой выводы антенны WA1. Если этим возбуждение прекращается, то причина - неудачное размещение узлов и деталей на плате, требуется их дополнительная экранировка.
Если же описанными мерами самовозбуждение не устраняется, то его причину следует искать в усилителе на транзисторе VT3. Чтобы устранить его, можно попробовать зашунтировать катушку L1 резистором R11 сопротивлением от 470 Ом до 4,7 кОм, подключить конденсатор ёмкостью доли или единицы пикофарад между коллектором и базой транзистора VT3, увеличить число витков катушки связи L2, заменить транзистор VT3 менее высокочастотным.
Иногда помогает введение развязывающего фильтра в цепь питания мультивибратора на транзисторах VT1 и VT2. Фильтр состоит из дросселя, включённого в эту цепь последовательно, и блокировочного конденсатора параллельно мультивибратору. Дроссель можно намотать на таком же магнитопроводе, как трансформаторы T1 и T2, заполнив уложенным виток к витку проводом ПЭЛ диаметром 0,12...0,14 мм от половины до двух третей окружности ферритового кольца.
Резистор R8 нужно подобрать по наибольшему усилению, по мере увеличения которого следует проверять отсутствие самовозбуждения, а во избежание ограничения уменьшать уровень испытательного сигнала. Ограничение проявляется в том, что показания милливольтметра или осциллографа перестают зависеть от уровня этого сигнала. При самовозбуждении их показания максимальны даже в отсутствие испытательного сигнала.
Контур L1C14, как и все остальные контуры ретранслятора, настраивают на частоту пеленгуемой радиостанции. При этом необходимо учитывать, что изменение режима работы транзистора изменяет и ёмкость, вносимую им в контур. Поэтому подборку резистора R8 и настройку контура рекомендуется выполнять одновременно. Практика показала, что на его настройку влияет и изменение ёмкости конденсатора C15.
Настраивают контур подборкой конденсатора C14, изменением шага и числа витков катушки L1 или ввинчивая в катушку алюминиевый подстроечник от ПТК старого телевизора (он уменьшает индуктивность). По окончании настройки следует удалить временные перемычки и присоединить на место резисторы R1 и R6.
Кратко коснёмся подборки конденсатора C8. При его малой ёмкости форма модулирующего сигнала близка к исходной форме импульсов на выходе мультивибратора, а его амплитуда максимальна (рис. 3,а). Но при модуляции прямоугольным сигналом образуется слишком много боковых частот. В результате при работе нескольких передатчиков на близких частотах спектры их сигналов, промодулированных в ретрансляторе, могут перекрыться, что создаст взаимные помехи и затруднит пеленгацию.
Рис. 3.
По мере увеличения ёмкости конденсатора С8 сигнал сглаживается (рис. 3,б), всё более приближаясь к треугольному (рис. 3,в). Его размах уменьшается, поэтому не рекомендуется доводить форму до треугольной, так как напряжение питания мультивибратора невелико и модулирующий сигнал может стать слишком слабым для открывания диодов балансного модулятора, хотя они и германиевые.
Точная балансировка модулятора не требуется, и средства для этого не предусмотрены. О подборке диодов для модулятора можно прочитать в [6].
После выполнения всех описанных операций появляется возможность прослушать работу ретранслятора совместно с приёмником радиостанции. Для этого располагают радиостанцию так, чтобы входные цепи её приёмника находились в непосредственной близости от контура L1d4 ретранслятора. При включённом ретрансляторе испытательный сигнал должен прослушиваться с модуляцией тоном 1 кГц (соответствует частоте мультивибратора), а с выключенным - без этого тона. Если тон слышен при выключенном испытательном сигнале, это означает, что ретранслятор само-возбуждается.
Самый сложный этап - настройка антенны WA2 с удлинительной катушкой L3. Её рекомендуется производить в полностью собранном ретрансляторе, чтобы учесть влияние всех элементов, в том числе корпуса. Предварительно необходимо отключить от ретранслятора все измерительные приборы, удалить нагрузку, подключённую к катушке L2, и соединить нижний по схеме вывод этой катушки с общим проводом ретранслятора, а верхний вывод - через катушку L3 с антенной WA2. В качестве источника сигнала рекомендуется использовать удалённый на некоторое расстояние передатчик радиостанции, заменяющей пеленгуемую, с обычной антенной. Ретранслятор необходимо держать в руках, так как его корпус и тело оператора служат противовесом антенны WA2. Приёмник "своей" радиостанции должен быть включён и находиться на расстоянии около полуметра от ретранслятора.
Как уже было сказано, в качестве антенны WA2 применён отрезок экранирующей оплётки шириной 5...8 мм в разглаженном виде. Исходная длина отрезка - 30 см. Его свободный конец следует подвернуть до длины 25 см и закрепить изоляционной трубкой. Более длинной антенну делать не стоит, она будет мешать при переноске ретранслятора.
Для настройки катушки L3 потребуется алюминиевый стержень, по размерам входящий внутрь катушки и закреплённый на конце деревянной палочки для исключения влияния рук оператора.
Настроив приёмник на сигналы передатчика и ретранслятора и убедившись в наличии модуляции, вводим в катушку L3 алюминиевый стержень. Если глубина модуляции (громкость тона 1 кГц) получается максимальной при введении стержня приблизительно на половину длины катушки, то цель достигнута, стержень можно извлечь и вставить в катушку вместо него алюминиевый подстроечник. Его точное положение находят по максимальной громкости тона.
Если максимум достигнут при полном введении алюминиевого стержня, то необходимо уменьшить индуктивность катушки L3, растянув её витки или уменьшив их число, азатем повторить проверку введением стержня. Если введение алюминиевого стержня лишь уменьшает громкость, то следует увеличить число витков катушки. Использовать для увеличения её индуктивности ферромагнитный подстроечник не рекомендуется. Изменяя длину антенны WA2 большим или меньшим подворачиванием её свободного конца, можно настроить её на нужную частоту более точно.
Аналогично настраивают катушку L3, если в качестве антенны WA2 используется экран антенны WA1.
При настройке передающей антенны может наблюдаться возбуждение ретранслятора в целом. Проявляется это в пропадании сигнала в приёмнике или появлении помех. Если возбуждение происходит на частоте пеленгуемого передатчика, то непрерывный тональный сигнал не исчезает при выключении этого передатчика. Для устранения возбуждения придётся уменьшить усиление шунтированием контура L1C14 резистором R11, подборкой резистора R8 или установкой конденсатора между коллектором и базой транзистора VT3, как было рекомендовано ранее. При этом, естественно, уменьшится и глубина модуляции пеленгуемого сигнала.
Если всё настроено правильно, то полоса пропускания ретранслятора получается достаточно широкой для пеленгации радиостанции, работающей не только в том частотном канале, на котором производилась настройка, но и на нескольких соседних.
Конденсаторы в высокочастотных цепях C1-C3, С6, С10, C13-C15 должны быть керамическими, а С5, С7-С9 - керамическими или плёночными. Конденсатор C4 - оксидный.
Диоды КД512А можно заменить на КД510А, КД520А. Применение в балансном модуляторе германиевых диодов Д311 обусловлено низким напряжением питания прибора. Если его повысить, то можно применить и кремниевые высокочастотные диоды, например КД503А. Светодиод HL1 должен быть красного цвета свечения, так как он служит стабилизатором напряжения 1,8 В.
Вместо транзисторов КТ361Б можно установить КТ209Б или заменить их на КТ315Б (n-p-n). Высокочастотный транзистор КТ3128А заменяется на КТ3127А, который можно найти в селекторе каналов СК-М-24-2. Можно установить и менее высокочастотные КТ326Б (p-n-p) или КТ368А (n-p-n). Учтите, что заменять транзисторы структуры p-n-p транзисторами структуры n-p-n следует только все одновременно. При этом необходимо также поменять полярность источника питания, конденсатора C4 и светодиода HL1.
Литература
1. Гречихин А., Сандлер М. От чего зависит дальность связи. - Радио, 1996, №5, с. 8-11.
2. Виноградов Ю. О согласовании малогабаритных антенн. - Радио, 1996, № 4, с. 9, 42.
3. Коцаренко А. Контроль настройки резонансных цепей осциллографом. - Радио, 1995, №9, с. 42.
4. Горошков Б. И. Элементы радиоэлектронных устройств. - М.: Радио и связь, 1989.
5. Пугач А. Высокочастотный милливольтметр с линейной шкалой. - Радио, 1992, № 7, с. 39.
6. Степанов Б. Подбор диодов для балансных смесителей. - Радио, 2007, № 1, с. 74.
Автор: Г. Сафронов, г. Чита