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无线电电子与电气工程百科全书 VHF 探测器接收器。 无线电电子电气工程百科全书
“探测器接收器”的概念与巨大的天线和长波和中波无线电广播密切相关。在发表的文章中，作者提供了经过实验测试的 VHF 探测器接收器电路，设计用于收听 VHF FM 电台的传输。 甚高频探测器接收的可能性完全是偶然发现的。 有一天，在特尔列茨基公园（莫斯科，新吉列沃）散步时，我决定听广播 - 幸运的是，我随身携带了一个简单的无环探测器接收器。 接收器有一根长约1,4m的拉杆天线，不知道这么短的天线能接收吗？ 可以隐约听到两个电台同时运行的声音。 但令人惊讶的是：接收量每隔 5...7 m 周期性地增加并几乎为零，并且每个站的接收量都不同！ 要知道，在远东地区，甚至在波长达到数百米的东北地区，这是不可能的。 我不得不在其中一个电台的最大接收音量处停下来仔细聆听。 原来是“Radio Nostalgie”，100,5 FM，从附近的 Balashikha 广播。 无法直接看到无线电中心天线。 调频传输如何被幅度检测器接收？ 随后的计算和实验表明，这是完全可能的，并且完全独立于接收器本身。 最简单的便携式 VHF 探测器接收器的制造方式与现场指示器完全相同，只是您需要打开高阻抗耳机来代替测量设备。 调整检测器和电路之间的连接以便根据最大音量和接收质量进行选择是有意义的。 最简单的探测器 满足这些要求的接收器电路如图 1 所示。 一。
该器件包含一个伸缩鞭状天线 WA1，直接连接到 L1C1 电路，调谐到信号频率。 这里的天线也是电路的一个元件，因此，为了提取最大信号功率，需要调节其长度和电路调谐频率。 在某些情况下，特别是当天线长度接近四分之一波长时，建议将其连接到环形线圈的抽头上，并根据最大音量选择抽头的位置。 与检测器的通信由微调电容器 C2 调节。 检测器本身由两个高频锗二极管 VD1 和 VD2 制成。 该电路与倍压整流电路完全相同，但只有耦合电容C2足够大时，检测到的电压才会倍压，但电路的负载过大，品质因数较低。 结果，电路中的信号电压和音量都会降低。 在我们的例子中，耦合电容器C2的电容很小并且不会发生倍压。 为了实现探测器与电路的最佳匹配，耦合电容器的电容必须等于探测器的输入阻抗和电路的谐振电阻之间的几何平均值。 在这种情况下，与最大音量相对应的高频信号的最大功率被传递到探测器。 电容C3是隔直电容，它截止检测器输出端电流的高频分量。 后者的负载是直流电阻至少为4kOhm的电话机。 整个接收器组装在一个小金属或塑料盒中。 壳体上部固定有长度至少1m的拉杆天线，底部固定有用于连接电话的连接器或插孔。 请注意，电话线充当接收偶极子或配重的后半部分。 线圈 L1 为无框线圈，包含 5 匝直径为 0,6 ... 1 mm 的 PEL 或 PEV 线，缠绕在直径为 7 ... 8 mm 的心轴上。 您可以在调谐过程中通过拉伸或压缩匝数来选择所需的电感。 可变电容器 (KPE) C1 最好与空气电介质一起使用，例如具有两个或三个可移动板和一个或两个固定板的 1KPVM 型。 其最大容量较小，可为 7...15 pF。 如果极板数量较多（分别导致电容较大），建议要么去掉部分极板，要么在 KPI 上串联一个恒定或微调电容器，从而减小最大电容。 作为 C1，来自 KB 范围晶体管接收器的小尺寸“平滑调谐”电容器也适用。 电容器 C2 是陶瓷调谐电容器，型号为 KPK-1 或 KPK-M，容量为 2...7 pF。 可以使用其他调谐电容，也可以安装类似C1的KPI，将其手柄放在接收器面板上。 这将允许您动态调整连接，优化接收。 二极管VD1和VD2除了图中所示的以外，还可以是GD507B、D18、D20类型。 隔直电容器 C3 是陶瓷电容器，其电容并不重要，范围可以为 100 至 4700 pF。 设置接收器很容易，归根结底就是用电容器 C1 将电路调谐到电台的频率，并调整与电容器 C2 的连接，直到获得最大音量。 在这种情况下，轮廓设置将不可避免地发生变化，因此所有操作必须依次执行多次，同时选择最佳接收位置。 顺便说一句，它不一定必须与场强最大的地方重合（而且很可能不会）。 应该对此进行更详细的讨论，并最终解释为什么该接收器可以接收 FM 信号。 干扰和 FM 到 AM 的转换 如果调整我们接收器的L1C1电路，使FM信号载波落在谐振曲线的斜率上，那么FM将转换为AM。 让我们看看电路的品质因数应该是多少。 假设环路带宽等于频率偏差的两倍，我们得出 VHF 上部和下部频段的 Q = fо/Δ2f = 700。 由于固有品质因数较低（约 150...200）以及天线和探测器输入阻抗对电路的分流，探测器接收器中电路的实际品质因数可能会较低。 然而，微弱的 FM 到 AM 转换是可能的，因此，如果接收器的电路在频率上稍微向上或向下失谐，接收器将几乎无法工作。 然而，还有一个更强大的因素有助于将 FM 转换为 AM - 这就是干扰。 接收器很少位于无线电台天线的视线范围内，更常见的是它被建筑物、山丘、树木和其他反射物体覆盖。 这些物体散射的多条射线到达接收天线。 即使在视线范围内，除了直射波束外，还有一些反射波束到达天线。 总信号取决于求和分量的幅度和相位。 如果两个信号是同相的，即它们的路径差是整数个波长的倍数，则将它们相加；如果它们是异相的，即它们的路径差是相同的波长数加上另一个半波，则将它们相减。 但波长和频率一样，在 FM 期间会发生变化！ 光线的路径差及其相对相移都会发生变化。 如果路径差很大，那么即使频率的微小变化也会导致显着的相移。 基本几何计算得出以下关系： Δf/f0 = λ/4ΔC，或 ΔС = f0/λ/4Δf，其中 ΔС 是 ± π/2 相移所需的路径差，即获得总 AM总信号； C Δf——频率偏差。 这里的总调幅是指总信号幅度从两个信号幅度之和到其差值的变化。 如果我们考虑到频率和波长 foλ 的乘积等于光速 c：ΔС = с/4 Δf，则该公式可以进一步简化。 现在很容易计算出，要获得完整的AM双波束调频信号，光程差一公里左右就足够了。 如果行程差异较小，则 AM 深度将成比例减小。 好吧，如果还有更多怎么办？ 那么，在调制声音振荡的一个周期内，干扰信号的总振幅会多次经过极大值和极小值，FM到AM转换过程中的失真会非常严重，直至声音信号完全无法辨认。由 AM 检测器接收。 世界杯期间的干扰是一种极其有害的现象。 正如我们刚才所看到的，它不仅会产生伴随的寄生 AM 信号，还会导致寄生相位调制，即使在良好的 FM 接收器上接收时也会导致失真。 这就是为什么将天线移动到空间中存在信号的地方很重要。 使用定向天线总是更好，因为它可以增加直接信号并减弱来自其他方向的反射信号。 只有在我们最简单的检测器接收器的情况下，干扰才发挥了有用的作用，并且使得能够收听到传输，但传输的声音很弱或失真很大，不是在任何地方都能听到，而只是在某些地方。 这解释了捷列茨基公园的接收量的周期性变化。 带频率检测器的检测器 改善接收的根本方法是使用频率检测器代替幅度检测器。 在图中。 图 2 显示了便携式检波接收器的示意图，该接收器具有由单个高频锗晶体管 VT1 制成的简单频率检波器。 使用锗晶体管是因为其结点在大约 0,15 V 的阈值电压下打开，这使得可以检测相当弱的信号。 硅晶体管的结在大约0,5V的电压下打开，并且具有硅晶体管的接收器的灵敏度要低得多。
与之前的设计一样，天线连接到输入电路 L1C1，该电路使用 KPI C1 调谐到信号频率。 来自输入电路的信号被提供给晶体管的基极。 另一个电感耦合到输入电路 - L2C2，它也调谐到信号频率。 由于电感耦合，其中的振荡相对于输入电路中的振荡相位偏移 90°。 信号从线圈L2的输出提供给晶体管的发射极。 晶体管的集电极电路包括隔直电容器C3和高阻电话BF1。 当信号的正半波作用于其基极和发射极时，晶体管打开，发射极上的瞬时电压较大。 同时，检测到并平滑的电流通过其收集器电路中的电话。 但当电路中的振荡相位偏移90°时，正半波仅部分重叠，因此检测到的电流达不到由信号电平确定的最大值。 在 FM 期间，根据频率偏差，相移也会根据 L2C2 电路的相频响应 (PFC) 发生变化。 当频率偏向一侧时，相移减小，基极和发射极信号的半波重叠更多，导致检测到的电流增加。 当频率向另一个方向偏离时，半波的重叠减少，电流下降。 这就是信号频率检测的发生方式。 检测器传输系数直接取决于L2C2电路的品质因数，它应该尽可能高（在极限范围内，根据我们的计算，最高可达700），这就是选择与晶体管发射极电路连接的原因虚弱的。 当然，这样一个简单的检测器并不能抑制接收信号的AM；而且，其检测到的电流与输入端的信号电平成正比，这是一个明显的缺点。 唯一的理由是探测器异常简单。 和前一款一样，接收器被组装在一个小盒子里，一根伸缩天线从盒子里向上延伸，电话插座位于底部。 两个控制单元的手柄均位于前面板上。 这些电容器不应该组合成一个块，因为通过单独设置它们，可以获得更高的音量和更好的接收质量。 接收器线圈是无框的，用 PEL 0,7 线缠绕在直径 8 毫米的心轴上。 L1 有 5 匝，L2 有 7 匝，从第 2 匝开始抽头，从接地端子算起。 如果可能，建议用镀银线绕制线圈L2，以提高其品质因数；线的直径并不重要。 线圈的电感是通过压缩和拉伸匝数来选择的，以便清晰可闻的 VHF 电台位于相应 KPI 调谐范围的中间。 通过弯曲焊接到 KPI 的引线来选择线圈之间的距离在 15...20 mm 内（线圈的轴平行）。 使用所描述的接收器，您可以进行许多有趣的实验，探索甚高频探测器接收的可能性、城市地区电波传播的特征等。不排除进一步改进接收器的实验。 但锡膜高阻耳机接收时的音质却不尽如人意。 与上述相关，已经开发了更先进的接收器，其提供更好的音质并且允许使用通过馈线连接到接收器的各种室外天线。 现场供电接收器 在使用简单的检测器接收器进行实验时，我必须反复确保检测到的信号的功率相当高（数十和数百微瓦），并且可以确保手机的运行声音相当大。 但由于缺少频率检测器（FD），接收效果很差。 第二个接收器（图2）在一定程度上解决了这个问题，但由于晶体管与高频信号正交供电，其信号功率的使用效率也很低。 因此，决定在接收器中使用两个检测器：幅度 - 为晶体管供电； 频率 - 为了更好的信号检测。 开发的接收机方案如图 3 所示。 XNUMX.
外部天线（环形偶极子）通过由波阻抗为 240 ... 300 欧姆的 VHF 带状电缆制成的两线线路连接到接收器。 电缆与天线的匹配是自动获得的，与输入电路L1C1的匹配是通过选择抽头与线圈的连接点来实现的。 一般来说，馈线与输入电路的不平衡连接会降低天线馈线系统的抗噪能力，但是，考虑到接收器的低灵敏度，这在这里并不重要。 存在使用耦合线圈或平衡变压器对称连接馈线的众所周知的方法。 在作者的条件下，环形偶极子由传统的绝缘安装线制成，并放置在阳台上场强最大的地方。 馈线的长度不超过5 m，由于长度如此之小，馈线中的损耗可以忽略不计，因此可以成功地使用电话线。 输入电路L1C1调谐到信号频率，其上释放的高频电压由高频二极管VD1上的幅度检测器整流。 由于调频期间振荡幅度不变，因此实际上不需要平滑整流的直流电压。 然而，为了消除多径传播期间可能出现的寄生AM信号（参见上面的干扰故事），平滑电容器C4的电容选择得较大。 整流后的电压为晶体管VT1供电，控制电流消耗并同时指示信号电平，采用指针指示器PA1。 正交黑洞接收器安装在晶体管VT1和移相电路L2C2上。 高频信号从输入电路线圈的抽头通过耦合电容器C3提供给晶体管的基极，并从移相电路线圈的抽头提供给发射极。 该探测器的工作方式与之前的设计完全相同。 为了提高黑洞的传输系数，更好地利用晶体管的放大特性，通过电阻R1对其基极施加偏压，因此需要安装去耦电容C3。 请注意其巨大的电容 - 选择这种方式是为了将低频电流短路到发射极，即在音频频率下将基极“接地”。 这增加了晶体管的增益并增加了接收音量。 晶体管的集电极电路包括输出变压器T1的初级绕组，其作用是使晶体管的高输出电阻与电话机的低电阻相匹配。 该接收器可与高品质立体声电话 TDS-1 或 TDS-6 一起使用。 两部电话（左声道和右声道）并联连接。 电容器C5是隔直电容器，其作用是截止高频电流渗入集电极电路。 SB1按钮用于在设置输入电路和搜索信号时闭合集电极电路。 与此同时，手机中的声音消失，但指示灯的灵敏度显着提高。 接收器的设计可能有很大不同，但您需要一个安装有 KPI C1 和 C2 的前面板（它们配备有单独的调谐旋钮）和一个 SB1 按钮。 为了使手的运动不影响轮廓的调整，期望面板由金属或箔材料制成。 它还可以用作接收器的公共电线。 KPI 转子必须与面板具有良好的电气接触。 天线和电话连接器 X1 和 X2 既可以安装在同一前面板上，也可以安装在接收器外壳的侧壁或后墙上。 其尺寸完全取决于可用的零件。 让我们简单介绍一下他们。 电容器 C1 和 C2 为 KPV 型，最大容量为 15...25 pF。 电容器C3～C5为小型陶瓷电容器。 线圈 L1 和 L2 为无框线圈，缠绕在直径为 8 毫米的心轴上，分别包含 5 匝和 7 匝。 缠绕长度 10... 15 mm（在设置过程中可调节）。 PEL线0,6 ... 0,8毫米，但最好使用镀银的，特别是L2线圈。 抽头从晶体管的电极绕 1 圈，到天线从 1,5 圈开始。 线圈可以同轴或彼此平行放置。 线圈之间的距离 (10...20 mm) 在安装期间选择。 即使线圈之间没有电感耦合，接收器也能工作——通过晶体管电极间电容的电容耦合就足够了。 Transformer T1 是从广播扬声器中现成的。 作为 VT1，任何截止频率至少为 400 MHz 的锗晶体管都适合。 当使用 p-n-p 晶体管时，例如 GT313A，百分表和二极管的开关极性应相反。 二极管可以是任何高频的锗二极管。 任何总偏转电流为 50 - 150 μA 的指示器都适合接收器，例如磁带录音机录音电平的刻度盘指示器。 设置接收器归根结底是将电路调谐到可听得见的广播电台的频率，选择线圈抽头的位置以实现最大音量和接收质量，以及线圈之间的连接。 同样根据最大音量选择电阻器 R1 也很有用。 通过阳台上的上述天线，接收器可以在距离无线电中心至少 4 公里且没有直接可见性（被房屋阻挡）的情况下提供两个电台的高质量接收，信号最强。 晶体管的集电极电流为30...50 μA。 当然，检测器VHF接收器的可能设计不限于所描述的那些。 相反，它们应该仅被视为这个有趣方向的第一个实验。 如果您使用放置在屋顶上并瞄准感兴趣的广播电台的有效天线，即使距离广播电台相当远，您也可以获得足够的信号功率。 这为耳机的高质量接收开辟了非常有吸引力的前景，并且在某些情况下可能获得扬声器接收。 通过使用更高效的检测电路和高质量的体积，特别是螺旋谐振器作为振荡电路，可以改进接收器本身。 作者：V.Polyakov，莫斯科
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