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无线电电子与电气工程百科全书 无线电干扰抑制器。 无线电电子电气工程百科全书
业余频段的干扰情况日益恶化，要求短波运营商采取有效措施对抗干扰。 对于无线电爱好者来说，消除干扰发生的地方并不总是可能的。 这个问题必须通过改进接收点的设备和天线装置来解决。 本文提出了一种消除某些类型干扰的有效方法。 的操作原理 本文描述的设备安装在接收器的输入端。 它旨在抑制来自某一方位角的无线电干扰，操作员可以在1,8至30 MHz频段内的任意频率上任意设置该方位角。 如果强大的无线电干扰“覆盖”有用信号，即使是非常高级的接收器也无能为力。 具有空间选择性的定向天线在一定程度上可以解决这个问题。 如果干扰和有用信号不是来自同一方向，那么通过将具有最小辐射方向图（DN）的天线部署到干扰源，可以提高信干比（S/我）。 精心设计的天线具有 30...40 dB 的后向/前向比 (F/B)。 当然，并不是所有的无线电干扰问题都可以利用天线系统的空间选择性来解决。 首先，正如已经指出的，有用信号和干扰来自同一方向是不可能的。 其次，干扰是否来自各个方向。 最后，使用传统的定向天线来抑制低频业余频段的干扰是不现实的。 但来自四面八方的干扰很少见。 更多时候，它们定位于方位角。 它们的来源可能是：
在这些情况下，如果所需信号的方位角与干扰信号的方位角至少有几度的差异，那么本文中讨论的设备可以提高 S/R 比。 根据具体情况，这种改善范围从几个到 30...40 dB。 即使您有定向旋转天线，它也会对您有用。 您的天线不太可能具有改变仰角的能力，并且在抑制局部干扰时，很可能需要在某个天顶角处具有最小值 RP。 当然，它在整个工作频段上并没有统一的 F/B 比（通常在其边缘，它会减小）。 那么如何实现能够旋转RP最小值的接收定向天线呢？ 天线系统可以解决这个问题，它由两个天线组成，其信号由无源和有源电路处理，然后汇总。 假设有两个不同的天线，彼此之间的距离不小于 0,05A。 显然，相同的电磁波会在两个天线中感应出不同的射频电流。 这些电流的相位差将由天线之间的距离和信号到达的方位角决定。 幅度的差异是天线的尺寸及其相对位置。 设两天线输出端的干扰信号相位差为Δφ1，幅值不同。 让我们均衡来自每个天线的信号的幅度，例如，通过在具有较强信号的电缆中包含衰减器，并将其中一个信号的相位移动 Δφ = 180 - Δφ1。 那么总相移将恰好是 180 度。 显然，如果我们现在将两个信号相加，那么总和将为零（两个具有相同幅度的反相信号）。 这个“零”（或者更确切地说，不是零，而是某个最小值）非常狭窄和深刻。 任何曾经设置过平衡电路来抑制信号（例如平衡调制器）的人都会明白其中的利害关系。 最小值的深度取决于幅度均衡的精度和所添加信号的精确反相，并且可以达到 40..60 dB。 即使是大值，也可以使用良好的加法器，不包括信号的直接通过。 这就是减少干扰的方法。 但有用信号会如何变化呢？ 如果其到达方位角与干扰方位角不同，则两个天线中感应的有用信号的相位差将不再是Δφ1，而是另一个，例如Δφ2。 这个事实的意义非常重大，因为Δφ + Δφ2之和将不再等于180度。 也就是说，加法器处的有用信号并非完全反相，其衰减将远小于干扰。 即使偏离信号的精确反相几度，信号衰减也会减少 15...20 dB。 这就是加法器输出端的 S/P 比如何增加的。 如果相移 Δφ1 与 Δφ2 显着不同（相差数十度），则有用信号实际上不会衰减，并且 S/P 的改进达到 40...60 dB。 如果 Δφ1 与 Δφ2 相差 180 度（即使不是很准确，这里 20 ... 60 度的差异是可以接受的），那么加法器输出处的有用信号几乎加倍（当两个天线接收时，它会同相相加） 。 这使得 S/P 比额外提高了 6 dB。 “一切都很好，但我没有为每个频段配备第二根天线。而且这也不是我所期望的。然后呢？” 读者会问。 这样一来，事情就大大简化了。 我们需要一个接收天线，因此它与馈线的配合程度和效率并不是决定性的。 为此，可以有利地使用不同频带的天线和/或单独的接收天线作为第二天线。 通常您可以只使用两个接收天线。 为了处理来自天线的信号，我们需要一个双通道加法器，能够控制两个通道中的幅度（谁知道哪个天线会有更大的信号）和一个通道中的 360 度相位（因为我们正在谈论差异，将其调整为一即可）。 也就是说，只需要做一些事情：两个衰减器、一个移相器和一个加法器。 有许多这样的设备（以不同的名称）。 MFJ-1026 和 ANC-4 已上市。 这只是我设法记住的，但实际上 - 更多。 在他们的帮助下可以实现什么目标？ 对于制作精良的设备，一切都取决于天线及其相对位置。 上图。 图 1 显示了 MMANA 天线建模程序中获得的辐射方向图。 范围 - 80 米。 使用了两个天线 - 主倒 V 形天线位于 15 m 高的桅杆上，另一个接收框架边长 1 m，垂直放置。 天线之间的距离 - 20 m。
并未显示所有可能的 RP，而仅显示其中的一部分，与扇区 0...90 度相关（对于扇区 90..360 度，完全相同，但通过旋转获得旋转的 RP）。 可以看出，在 310...50 度和 130...230 度的角度下，可以获得 S/P 比的显着改善（高达 20 dB）。 对于 50..130 度和 230...310 度的角度，改进要小得多 - 几个 dB。 尽管道路上不会有几分贝（在某些情况下，是否会发生 QSO 是一个问题），但对于这些角度，最好使用另一个附加天线，该天线相对于 90 度角第一帧。 上图。 图 2 显示了 160 米范围内的 RP，其中具有电容负载的缩短垂直相位和类似于第一个示例的单独接收垂直框架。 天线之间的距离 - 20 m。
在这里，我给出了更多 RP 来演示在什么限制范围内可以更改最小值的位置（并且达到 30...40 dB）。 原则上，趋势与之前的情况类似 - 对于 310...50 度和 130...230 度的扇区，可以实现非常深的抑制。 对于半圆的其余部分（即 50..130 和 230...310 度），最好使用不同的附加框架。 应该注意的是，上两图中的干扰抑制（最小值）表征的不是定相装置的质量（假设良好），而是数据、特定二元有源系统的属性。 对于其他天线及其其他位置，抑制可以更大或更小。 相控天线最好是极化匹配的。 尝试对偶极子和垂直相位进行定相不会产生良好的结果。 虽然它也取决于天线距地面的高度——毕竟偶极子也有垂直极化的辐射。 需要注意的是，第二根天线不应该是放在桌子上的一根电线。 它应该是一个成熟的接收天线，而不是有时所说的“噪声”天线。 这些建议（尽管他们甚至渗透了上述设备的手册）是完全不负责任的建议，即在干扰源（例如电视或计算机）附近放置伸缩销或电线。 这样的引脚，除了困扰主天线的干扰（可以定相和抑制）之外，还会收到一堆无法抑制的各种家庭“垃圾”（来自网络的拾取等）。 仅仅是因为主天线“听不到”它们。 结果，接收到的信号将被拉杆天线接收到的任何“垃圾”所“丰富”。 看起来我们正在对抗的干扰源正在大大减弱（我们正在调整其信号），但另一方面，大量以前不存在的“垃圾”出现了。 在家中处理干扰源的方法是直接消除其辐射（隔离滤波器、外壳接地等），效果要好得多。 这就是为什么第二个天线虽然可能很小并且不一致，但应该位于距离主天线不远的地方 - 在不会收集额外干扰的地方。 天线之间的最小距离为0,05λ。 距离太短会导致抑制干扰的带宽变窄，并且当工作频率发生变化时需要调整器件中的相移。 与普遍看法相反，天线之间的距离非常大，不会导致抑制参数的改善（但也不会使其恶化）。 所有视点的最佳距离将在 0,1 至 0,5λ 范围内。 在 MMANA 中对此类二元系统进行建模时，您需要安装两个源（每个天线一个），手动向较小的天线施加更高的电压（例如 10 V），并优化较小源的幅度和相位（根据 F/B 标准连接到较大的天线）。 此外，对于小幅度的源，您必须手动设置非常小的电压变化步长（例如 0,0001 V）。 要获得所需方向的抑制，请在 MMANA 中以方位角旋转整个天线系统（“编辑 - 旋转 - Z”），以便所需方向与 180 度重合。 此要求是 MM AN A - F/B 比率在程序中沿 0-180 度线计算。 装置方案和获得的结果 因此，我们需要一个双通道加法器，每个通道具有独立的幅度控制，并且其中一个通道具有受控移相器。 通过设置幅度和改变相移，我们将手动解决从可用的一对天线创建单向天线系统的问题，其中最小的方向是所需方向。 对这样的设备有什么要求？
让我们看看在已知设计中如何满足这些要求。 JA1DI [1] 开发了一种简单而良好的设计。 它使用 KPI 上的移相器和电位计，在改变相位时提供微小的幅度变化。 改变每个频率的 C 和 R 的能力在移相器中提供了小的（大约 6 dB）衰减。 为了补偿这种衰减，使用了具有小增益（约 10 dB）的高线性场效应晶体管级。 正是这个设计中的这个单元（带放大器的移相器）做得非常好和周到。 不幸的是，关于第二通道和加法器不能说 - 它们只是作为电阻衰减器制作的。 它们不仅会产生高衰减，而且通道间隔离度也非常低。 这需要使用全尺寸辅助天线并降低干扰抑制。 一种昂贵的（约 180 美元）MFJ-1026 设备是在美国生产的 [2]。 在我看来，MFJ-1026 的电路解决方案确实很弱。 以下是其创造者的主要误判。 该器件在差分级上使用有源加法器。 由于所使用的场效应晶体管 (J310) 具有所有线性度，因此不会增加接收器的动态范围。 反对。 回想一下，我们正在讨论任何滤波之前的天线电路。 该设备的创建者的两个晶体管上的加法器似乎还不够，为了进一步“装饰”，在输出端引入了射极跟随器。 它也不会增加器件的线性度。 但为什么要放它呢？ 毕竟，J310 晶体管通过宽带变压器非常适合 50 欧姆的负载。 180 度跳变的相位旋转是通过使用晶体管的另一个级联来执行的。 MFJ-1026 中的移相器在设计上与 JA1DI 使用的移相器非常相似，但比日本的移相器差很多。 其中，安装了固定电容器开关，而不是KPI。 这就是麻烦的一半。 问题在于该开关只有两个位置，这不足以在设备的整个频率范围内实现完整的相位旋转。 相反，完整旋转 180 度（另一个 180 度将使开关变为 0/180）仍然是可能的，但在某些频率下，移相器增益会显着下降（高达 -20 dB）。 为了减少不均匀性，我必须使用低电阻负载（两个 51 欧姆电阻）。 结果，实现了可接受的幅度不均匀性，但代价是降低了传输系数。 由于这种电路设计，需要另一个放大级来补偿这些损失。 结果表明，即使使用两个全尺寸天线，信号也会通过至少 5 (!) 个晶体管。 这没有任何滤波，甚至没有带通滤波器。 这意味着从 1,8 到 30 MHz 整个范围内的所有强大的广播和服务站将在五个 (!) 晶体管上相互调制。 很明显，即使它们具有非常好的线性度，也不会产生任何好的结果。 在我的情况下，一个电视发射中心（MB和UHF）和几个广播站（MW和KB频段）位于山上几公里处。 正是由于这个中心调试不良的发射机，我才不得不逃离。 我的接收器中的 9...30 MHz 频段被 S9...9+40 dB 噪声阻挡（他们还说德国一切正常！）。 在这些条件下测试 MFJ-1026 证实了上述内容。 除了不断直接检测到强大的“广播员”外，晚上49米范围内还增加了大量“不明”信号，这些信号在设备关闭后消失。 如果说 MFJ-1026 一切都很糟糕，那是错误的。 各个节点已成功求解：
由于找不到适合作者的现成方案，所以我不得不结合自己的方案（图3）。 它不包含任何发现，但它是健全的。 该器件设计为工作在收发器的接收天线电路中（即收发器必须具有单独的 RX 输入），因此不提供 RX/TX 切换。 如果您的设备只有一个公共天线输入，那么您将不得不在设备中引入 RX/TX 切换，在发射模式下强制关闭它。
以下是该设备的主要特点。 工作频段为 1,8 ... 30 MHz。 该频段增益为1，相位可在±180度范围内旋转。 干扰衰减可超过 60 dB。 第二天线电路中 UHF 关闭时的互调动态范围至少为 110 dB。 设备的输入和输出电阻 - 50 欧姆。 开关 SA1 打开设备。 在关闭状态下，来自主天线（连接到 XP2 连接器）的信号直接进入设备的输出。 随着 RX/TX 切换的引入，SA1 开关必须由继电器取代，该继电器在传输模式下将绕过设备。 来自两个天线的信号首先遵循相同的路径：过载保护电路-衰减器-HPF。 保护装置由小型白炽灯泡VL1、VL2（6,3 ... 13 V，0,1..0,2 A）和二极管限制器VD1-VD8组成。 打开限制器的阈值约为 1 V（即比大多数 KB 接收器的灵敏度至少高 120 dB），因此它们不会降低实际动态范围。 灯VL1和VL2在冷状态下具有几欧姆的电阻并且实际上不会衰减信号。 但在传输过程中，如果接收天线距离发射天线不远，则灯丝会发光，电阻会急剧增大。 这种保护在以下条件下成功地应对分配给它的功能：主天线每次传输一千瓦，辅助天线长 13 m，距离主天线 3 ... 5 m。 我注意到在某些范围内，保护灯会全热发光。 我使用电视衰减器（I4JMY的想法），在“跳蚤市场”便宜地购买。 原则上，您可以使用任何测量仪器组中的 50/50 欧姆平滑衰减器。 在极端情况下，您可以使用 B 组可变电阻器和 510 ... 680 欧姆的电阻，包含在传统液位控制器中。 在后一种情况下，当调整衰减时，设备的输入阻抗会发生变化，如果所使用的天线对此敏感，那么除了幅度之外，相位也会发生旋转。 这将使设备的工作变得复杂（尽管不是很多）。 HPF 取自 MFJ-1026。 仅当设备将在 1,8 ... 30 MHz 的整个频段中使用时，安装此类高通滤波器才是合理的。 如果只在几个频段（频段）中使用该设备，那么安装一个具有适当带宽的带通滤波器甚至几个可切换滤波器来代替 HPF 是很有意义的。 接下来，来自第一天线的信号被馈送到受控移相器。 0/180度的切换是通过反转（开关SA3）分相变压器T1的输入绕组来实现的。 C7-C15、SA4、R1 元件是借自 JA1DI 电路的平滑移相器。 只是安装了一个九位开关和一组固定电容器来代替KPI。 这使我们能够同时解决两个问题：获得每个案例的最小寄生电容和大的电容重叠。 有了 KPI，这就不那么容易了。 您不应将 SA4 开关称为范围开关 - 在 28 MHz 频段上，您可能需要 270 pF 的电容，而在 1,8 MHz 频段上，您有时需要 1 pF 的电容。 这完全取决于天线的相对位置和类型，以及干扰的方向。 晶体管VT2上的放大器具有较小的余量，可以补偿移相器中的损耗。 降压 T2 提供低级输出阻抗 - 100 欧姆（加法器需要如此多的阻抗） - 无需在器件中引入射极跟随器。 该放大器的线性度决定了整个仪器的动态范围。 这是设备主（包含移相器）路径中唯一的有源元件。 其余因素是被动的，不能使情况恶化。 变压器 T4 和电阻器 R6 是一个经典的加法器，输入之间具有高隔离度。 输入之间的隔离度超过 40 dB，几乎不会产生任何损耗。 唯一的不便是加法器的输入阻抗（每个 100 欧姆）。 如果从变压器T2的输出得到100欧姆并不困难，那么在第二个输入处，为了匹配50欧姆路径，需要安装一个T5变压器用于50/100欧姆过渡。 在根据该图的开关SA2的下部位置中，来自辅助天线的信号被提供给变压器T5的输入。 如果使用缩短或高度失配的天线，那么您可能需要在 VT1 晶体管上打开一个额外的放大器。 在这个版本中，它的输入阻抗约为300欧姆（事实证明对于我缩短的接收天线来说更好），电压增益为15 dB，输出阻抗为50欧姆。 原则上，这个放大器可以是任何东西。 这是由辅助天线的特性决定的。 这里有很大的创造力空间。 几乎所有带有小型接收天线的线性 UHF 都可以使用。 然而，UHF 线性度不应比所使用的接收器差。 否则，整体动态范围将会降低。 只是不要将这种减少归因于所描述的设备版本。 无论如何，都需要 UHF 到小型辅助天线。 而且其过载问题与信号相位无关。 由于该设备安装在接收器的输入端，为了不受到额外的干扰，必须将其放置在屏蔽良好的外壳内。 例如，它可以由箔玻璃纤维制成。 尽管布局简单，但外壳必须相当大：前面板上至少有七个控制器，其中四个（R1、SA4 和两个衰减器）必须配备易于读取的刻度。 以下控件排列很方便：
如果您有多个天线可以用作辅助天线（这是可取的，根据图1和图2所示的数据），则将辅助天线选择开关放在上（如图所示）通道的输入处。 它们还需要在前面板上进行控制，并在背面安装相应数量的输入连接器。 大量的可变电阻器和开关使得可以通过表面贴装轻松安装整个设备，同时遵守射频技术的通常要求。 设备详细信息也是从这些要求中选择的。 可变电阻器 R1 必须是 A 组无感电阻。电感器 L2 - L3 可以是任何类型。 电感器L1的电感并不重要。 所有变压器均绕制在 FT50-37 环形磁芯上（可用 12NN 铁氧体的 K7x5x600 代替）。 变压器 T1 和 T2 包含 3x10 匝直径为 2 mm 的 PEV-0,3 线，变压器 T4 - 2x10 匝，变压器 T5 - (5 + 5) 和 10 匝，变压器 TZ - 1,5 (I)、10 (II) 和8 (III) 回合。 为了提高器件的线性度，晶体管VT2的漏极电流选择相对较大(25…40mA)，并且希望为该晶体管提供小的散热器。 该设备可由收发器供电（电流消耗 - 约 100 mA）。 晶体管VT1可用KT610A代替，VT2用2SK125或并联的两个KP307G晶体管代替。 如果安装正确，并且变压器绕组的相位没有混乱，则设备立即工作，无需调整。 因此，我们将立即着手处理该设备，即对两个接收天线的信号进行定相。 1. 我们选择一个有稳定干扰噪声或信号的范围。 这里不能使用来自频率相邻的电台的干扰。 例如，您可以导航至广播电台的 AM 载波。 如果调谐是在没有天线的实验室中进行的，则来自发生器的相同信号可以通过三通同时馈送到两个输入。 在后一种情况下，需要使用从 T 形接头到输入端的不同长度的电缆，以便在输入信号之间至少获得较小的相移。 接收器的 AGC 必须在此阶段关闭。 2. 我们将衰减器 A2 置于最大衰减位置，A1 置于最小衰减位置。 我们（大约）记住辅助天线接收到的干扰水平。 如果该电平非常低，请使用开关 S2 打开 UHF。 3. 在 A1 衰减器处，设置最大衰减（如果 UHF 已打开，请将其关闭）。 通过调整衰减器 A2，我们获得了与辅助天线大致相同的干扰水平。 4.我们将衰减器A1恢复到最小衰减（如果之前打开过，现在打开UHF）。 使用控件 R1、SA4 和 SA3，我们试图“捕获”最小值。 最小值的一个特殊标志是切换 SA3 时干扰急剧增加（两个天线的干扰不是异相，而是同相）。 5. 达到最小值（至少隐式表达）后，我们通过仔细调整两个衰减器来加深它。 6. 以递减的调节幅度循环重复第 4 点和第 5 点的操作，并庆幸该过程原则上是收敛的。 7. 如果顽固地找不到最小值，原因可能是干扰的到达方向和第二个天线的位置的不幸组合（见图 1）。 尝试重复来自不同方向的干扰（或载波）上的所有内容，或者连接其他东西作为辅助天线。 利用来自发生器的信号通过 T 形座，必须找到最小值。 通过正确设置和成功定位两个天线，干扰信号（干扰、噪声）实际上“落入几十 dB 深的洞中”。 此外，在这种情况下，有用信号（如果其到达方向与干扰不一致）会发生相当大的变化 - 最大几 dB。 此外，甚至有用信号的增加也是可能的（如果移相器后两个输入的相位接近）。 显示打开乐器效果的声音文件的几个示例可以在 vvww.qsl.net/dl2kq/ant/3-15.htm 中找到。 上图。 图4显示了PSK31指示器的图片。 中间噪音急剧降低的频段 - 设备已开启。 来自上方和下方的噪音 - 设备已关闭。
所有示例中都打开 AGC，以准确查看信噪比的改进情况。 一般来说，调整过程非常艰苦且耗时，因此为每个范围准备一个设备设置表是有意义的。 通过成功设置记录所有控件的位置后，将来您可以非常快速地重建设备。 如果设置正确，仪器旋钮位置的任何变化（甚至通过衰减器减少其中一根天线的信号）都会导致噪声急剧增加。 在相对“宽”的业余频段（并且如果天线彼此非常接近），可能需要单独调整 CW 和 SSB 部分的设备。 总之，我注意到，该设备不具有任何神奇的特性（仅空间选择性），但仍然非常有用。 特别是对于遭受强大的本地噪声和干扰源的无线电爱好者来说。 文学
作者：I.Goncharenko (DL2KQ - EU1TT, qsl.net/dl2kq)，德国波恩
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▪ 文章KR142EN19A芯片的不寻常应用。 无线电电子电气工程百科全书 文章评论： 彼佳 不过还不错。 该设备大量销售！ 不超过100欧元。 [向上]
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