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无线电电子与电气工程百科全书 个人无线电广播的传输综合体。 无线电电子电气工程百科全书
自2006年1月发表文章[2009]以来，已经过去九年多了——第一篇建议将年轻人对非正式广播广播的长期热情纳入法律领域的框架——九年多了几年过去了。 XNUMX年XNUMX月，召开了一次专门针对个人广播的会议。 非正式广播电台本身、Rospechat、通信部、主要无线电频率中心（GRC）和俄罗斯电视和广播网络（RTRS）的代表首次坐在同一张桌子上进行建设性对话。 技术大学的老师也在场，主要感兴趣的是向那些有意识地选择无线电工程、广播和无线电通信领域未来职业的学校毕业生教授无线电工程，并且在学校时就已经从事实用的无线电设计他们自己或在广播圈里。 会议期间，根据现行立法注册的第一个合法的个人广播“绿眼”或“魔眼”（即1602E5995C灯眼）广播电台以6kHz的频率进行广播， 5 kHz。 所有非正式广播电台发送的录音节目，都可以用自己的呼号亲自主持作者的广播节目，并在广播中播放。 2012年，在秋明个人无线电广播俱乐部（无线电“Vektor - Tyumen”，1575 kHz）的倡议下，并在交通部和GRFC的支持下，举办了第一届自制广播发射机设计竞赛举行了。 来自俄罗斯 17 个城市的所有参与者都获得了 200 米中波频段的无线电频率用于广播，90 米短波频段（3370 kHz，6K80A3E）用于交换口语节目和无线电通信，以测试组装结构。 Roskomnadzor 已颁发半年一次的临时许可证，允许在空中发布自制无线电发射机。 自2012年1584月起，莫斯科通信与信息技术大学的学生广播电台“Radio MTUCI”开始在中波段（11 kHz）和25900米广播高频波段（1593 kHz）定期广播，几乎同时 - 圣彼得堡电信大学的学生广播电台。 M.A.Bonch-Bruevich“Bonch 无线电”（XNUMX kHz）。 个人无线电广播项目的主要任务是用无线电工程吸引年轻人，引导中小学生选择无线电工程、无线电通信和广播领域的未来职业，培养具有实用技能和深厚知识的技术和工程人才。无线电工程领域。 因此，个体无线电广播功能链上的所有环节原则上都应该是自制的，或者更好的是自主开发的，但当然要符合国家广播委员会对专业广播设备的标准。 这是一个无线电工程项目，专门旨在培养合格的无线电工程师。 在个人广播中使用工业发射设备破坏了该项目的本质，即无线电工程实用研究和吸引年轻人的理念，并将其从工程和无线电工程变成了新闻和DJ。 上播对于一个独立组装广播电台发射机的技术人员来说是一种额外的收获，这是创造力的乐趣，是来自实现双手成果的灵感。 如果没有水果，就没有奖金。 因此，我们采取了烙铁。 毕竟一切如图所示。 1、要自己做。 更好的是，自己开发。
本文致力于描述个人广播发射无线电路径的功能组成、其所有结构单元的任命以及对其未来发展的建议，不仅由该倡议的作者，而且由所有感兴趣的无线电工程师、个人无线电广播员和无线电业余爱好者。 在表中。 图1显示了作者根据文件[2]和[3]开发的个体广播发射机的基本要求列表。 在此类发射机的开发、制造和操作过程中必须遵循它们。 表1
注： 1. 用于个人广播的中频发射机必须严格在以 E kHz 为步长的广播频率网格内运行。 将控件设置为另一个频率的能力是不可接受的。 2. 见 SCRF 24.05.13 第 13-18-03 号决定。 3. 在 50 或 75 欧姆的电阻负载、70% 的调制深度下测量。 4.通过设置匹配设备提供。 广播在演播室开始。 在青年科技创造力中心 (NTTM) 和儿童技术创造力中心、技术大学和学院，这可以是一个单独的房间，根据所有声学标准进行配备，并配备最先进的工作室设备，例如，如文章 [4, 5] 中所述。 在业余无线电界和家庭中，可以在一个小角落里配备一个直播工作室，在主持人身后的墙上挂上地毯以隔音，麦克风安装在支架上，还有一个直播调音台在咖啡桌上。 当演播室的所有功能都由广播计算机软件执行时，也可以拥有没有这样的控制台的演播室。 在这种情况下，必须将带有噪音风扇的计算机系统单元移至直播麦克风的敏感区域之外，或者应使用特殊的抗噪声动圈麦克风 Shure SM7B [6]。 一般来说，个人电台广播最好使用动圈式麦克风。 不建议在家庭和其他非吸音“工作室”中使用电容式麦克风，因为它们容易受到背景噪音的影响。 对于直播演播室的任何设备，其输出端都应接收电平为 0 dBm（0,775 欧姆负载时为 600 Veff）的双相立体声信号。 由于演播室距离无线电发射机和发射天线很近，因此必须注意直播控制台具有用于抑制无线电干扰的输入滤波器，以便对其进行屏蔽，并且所有互连的音频电路均已制成屏蔽层中的双绞线相对于公共线对称。 在这种情况下不允许使用不平衡连接线（屏幕中的单线）。 电吉他演奏者应特别注意这一点。 通常，用于电吉他和吉他声音处理设备的廉价批量生产的前置放大器的输出是不平衡的。 当您尝试将它们连接到直播遥控器时，发射器的拾音可能会导致设备自励或严重的声音失真。 自制吉他“小玩意”也有同样的缺点。 立体声信号的组合器。 由于 AM 广播是单声道的，因此来自直播演播室的立体声信号（所有演播室设备均以立体声方式产生）必须转换为单声道，对两个立体声通道进行求和。 加法器可以用电阻器或运算放大器制成。 我提请您注意，如果您想获得自然的“现场”声音，请添加模拟信号。 数字技术在这里是多余的。 通常，立体声通道加法器是 AM 处理器的一部分。 但如果该处理器是软件，则立体声通道添加器必须是发射机调制器的一部分。 在如图所示的框图上。 1、必须配备UMZCH输入。 调幅处理器 - 专门用于广播的非常复杂的设备。 它有几个任务： - 对发射机调制路径引入的频率失真进行预校正； - 降低音频信号的峰值系数，从而提高其在空气噪声中的清晰度，并增加发射机调制的平均深度； - 创建广播电台的个人语调肖像； - 为听众创造令人愉悦的广播节目音色； - 准备调制信号以将其频带限制为 50...8000 Hz。 AM 处理器最简单的实现是多频段压缩器（50 个或 8000 个频段，范围从 XNUMX 到 XNUMX Hz），每个频段具有不同的压缩设置。 频带的频率边界是通过具有相同 Q 因子的滤波器（在这种情况下，将有七个频带）严格设置的，或者通过 Q 因子随着中心频率的增加而线性增加的滤波器（在这种情况下） ，将有八个频段）。 后者具有单调的相位特性，可以更准确地构建输出信号的音色曲线。 七频段处理器滤波器的低、中、高频率如表所示。 2. 它们的含义是根据心理声学的规定选择的。 它们使得调节不同频率的声音振动的强度和饱和度成为可能，负责人对某些情绪和情绪的联想感知。 七个频段，每个频段的压缩程度不同，是能够突出男女声音和语调特征、使声音令人愉快或烦人、深情、温柔或冷漠、安抚或不安、信任的最小数量或对所听到的内容产生疑问。 表2
截止频率为 8 kHz 的 LPF。 所传输的声音信号50...8000 Hz的带宽是根据人耳感知声音的特性、心理声学的规定来选择的。 足以自然地再现大多数乐器和人声的声音。 在长波、中波、短波范围的广播电台中，是通过16K0A3EGN辐射来实现的。 在空中，这样的信号占用 16 kHz 的带宽。 出于同样的原因，在广播电台的长波和中波范围内，选择了步长为9 kHz的工作频率网格（当将电台放置在两个网格步长时，保护间隔为2 kHz，则为18 kHz）。 在低通滤波器的带宽之外，其频率响应的急剧下降应在 46 kHz 频率处提供至少 9 dB 的衰减，任何远处无线电台的载波都可能位于该频率处。 这可以通过至少六阶的 Cauer LC 滤波器来实现。 音频功率放大器（UMZCH） 必须提供发射机输出功率 15 ... 20% 的平均输出功率以及该功率峰值的大约 70%。 如果 UMZCH 是在灯上制作的 [7-10]，则必须选择其输出变压器的变压比，以便在调制峰值时 UMZCH 的输出电压可以在不失真的情况下增加 1,8 ... 2 倍。 在晶体管或集成电路上使用UMZCH的情况下，其功率应等于发射机输出功率的70%。 鉴于此特征，可以合理地考虑为调制器构建 UMZCH，该调制器在“当前”电视灯上具有推挽式变压器输出级，并且在集成运算放大器和晶体管上具有初级级。 对于功率高达 50 W 的发射器，6P14P (EL84) 灯非常合适，对于功率更大的发射器 - 6P3S（6L6GC、5881 和 KT66）。 电压加法器 将发射器输出级的灯的阳极和屏幕栅极的电源电压与调制电压相加。 有串行求和方案和并行求和方案。 串行变压器更简单，包含更少的元件，但同时，调制变压器在偏置下工作，其上产生的电压达到恒定阳极电压的两倍，在空闲时达到恒定阳极电压的三倍。 这种由无线电业余爱好者在家制作的调制变压器很容易发生故障，从而对发射机结构造成严重损坏，甚至引发火灾。 并行求和需要两倍数量的绕组产品，但没有列出的缺点。 此外，它允许使用统一的扼流圈和变压器，市售的和市售的。 文章[11]专门详细描述了这种调制器及其计算方法。 Источникпитания 发射器输出级的灯的阳极和屏栅可以是变压器或脉冲的。 其功率必须足以为发射机的输出级以及可能的 UMZCH 供电。 为了给低功率节点供电，应该使用另一种电源，因为这种电源在调制过程中会受到最强的负载变化，无法提供这些节点所需的电压稳定性。 对于100W或以上的调制器功率，建议将发射机输出级电源、UMZCH和电压加法器组合成输出电压根据调制规律变化的开关电源。 上图。 图 2 显示了此类源的可能框图。
经过截止频率为 8 kHz 的低通滤波器的调制信号被馈送到脉宽调制器。 从其推挽输出通过电流隔离单元，两个矩形脉冲序列移位半个重复周期，并根据调制定律调整占空比，从而在强大的场效应晶体管上产生推挽键。 使用脉冲变压器将取自按键输出的这些脉冲的幅度增加到获得阳极和屏幕电压所需的值。 然后这些冲动就会被纠正。 由于缺乏足够高的电压快速整流二极管，可能需要将脉冲变压器的次级绕组分成几个部分并为这些部分提供单独的整流器。 在这种情况下，通过将几个部分的整流电压相加来获得所需的阳极和屏幕电压。 输出低通滤波器的任务是抑制干扰，其频率位于转换频率及其谐波附近，而不使调制路径的频率响应失真。 因此，这些低通滤波器的截止频率应至少比最大调制频率高一倍半。 转换频率必须选择足够高，以便低通滤波器能够有效地将其抑制至少 70 dB。 为了降低组合噪声，转换器的主振荡器必须与发射机工作频率的合成器同步。 当使用[12]中描述的合成器时，转换频率可以是45或90 kHz。 尽管这样的调制器在今天看来过于复杂，但它的开发对于高素质的无线电业余爱好者来说是相当容易的，更不用说那些不反对在家拿起烙铁的无线电工程师了。 事实上，每台计算机中都有几乎相同的设备——功率为数百瓦的开关电源。 它们可靠且可批量生产。 只需用光耦将信号电路与大功率晶体管很好地去耦，并绕一个绕组间绝缘良好的脉冲升压变压器即可。 确实，这样的脉冲源调制器必须很好地筛选和过滤输入和输出电路。 工作频率合成器 应保证其相对稳定性不低于2 10-6，安装精度不低于5 Hz，在9 - 1449 kHz范围内以1602 kHz步进进行调谐。 [12]中描述的合成器是专门为此设计的。 它具有强大的两相输出（60 V、0,4 A），在载波模式下构建高达 100 W 的 AM 发射机时不需要初步信号放大级。 目前，作者正在开发一款具有强大四相输出（100 V、2 A）的合成器，专为功率高达 500 W 的广播发射机而设计。 它具有独立的高度稳定（5 10-7）一个示例性生成器，在[13]中进行了描述。 发射器输出级 可以使用并联阳极电源在“当前”束四极管 6P31S、6P36S、6P41S、6P43P、6P44S、6P45S 或陶瓷金属四极管 6P37N-V、GS-36B、GU-74B 上以 D 类和 Finv 脉冲模式进行供应和双 P 轮廓作为振荡系统。 发射器输出振荡系统中最复杂的节点是电感器。 文章 [14] 详细介绍了如何通过业余无线电爱好者常用的即兴方法来制作这样的线圈。 上述合成器的输出级设计用于通过阴极电路对列出的无线电管进行脉冲激励。 在第一种情况下，两个灯依次打开（阳极电路中功率的两相求和），在第二种情况下，四个灯依次打开（两相双周期求和）。 在广播发射机的输出级使用灯是因为需要在所有天气条件下长期运行，包括强风、雷暴期间以及天线和高电位处存在高电位静电的情况下。电压脉冲放电。 当使用晶体管时，需要非常复杂的系统来保护它们免受不利因素的影响，而使用灯时，发射器被大大简化。 通过改变阳极和屏蔽电压，在发射器的输出级中执行幅度调制。 这种方法简单且最有利。 [15] 详细考虑了具有阳极屏蔽调制的发射机输出级的操作物理原理和实际计算。 天线匹配电路。 它的第一个任务是借助与其串联的延伸电感器和电容器“花环”来补偿天线输入阻抗的无功分量，电容器连接点的抽头可以切换。 为了补偿电容成分，将延长线圈包含在电路中，并且为了补偿电感成分，将其从电路中排除。 在这两种情况下，补偿都是通过切换串电容器来执行的。 此处，阶跃匹配是完全可以接受的，因为天线电路的品质因数较低，其余的“小东西”由 P 电路选择。 第二个任务是将天线输入阻抗的有源分量变换为发射机输出级的最佳负载阻抗。 为此，请使用安装在 P 环路输出端的多位置电容分压器作为其输出电容器。 微调是通过 P 环路的可变输入电容器来执行的。 由于业余条件下中波使用的天线范围较小，因此不超过 18 个抽头的电容分压器将确保与输入阻抗为 30、50、75、150、300 和 XNUMX 欧姆的有源组件的天线一起运行。 发射器输出的这种结构有一个有趣的特性。 由于分压器的输出电容和负载电阻之间的电流重新分配，当连接到具有较低有源电阻（高达 18 欧姆）的负载分压器的“8,3 欧姆”端子时，输出功率几乎保持不变。 该设备可以根据负载进行自我调整。 该效果在匹配电路的计算中体现出来，然后通过计算机仿真得到证实，并在真实的发射机上进行测试。 天线调谐指示灯 需要控制发射机输出振荡系统调谐到工作频率，并将与天线的匹配电路调谐到最大输出功率。 它由天线射频电流互感器、检测器和指示器本身组成。 由于没有必要精确测量天线电流和发射机输出功率（如果不确切知道天线辐射电阻，则这是不可能的），因此使用测量仪器是没有意义的。 我们需要根据“多-少”的原则轻松观察迹象及其可见性。 电子调光指示器——无线电管6E5S、6E1P或国外同类产品EM11、EM84可以很好地完成这项任务。 专为个人广播发射机设计的测量变压器和指示器的设计在[16]中描述。 天线馈线系统。 在无线电广播的中波和长波范围内，使用垂直极化的无线电波。 在国内条件下实现纯垂直辐射极化天线是相当困难的。 很少有人能够将一根 50 m 长的电线严格垂直地拉离周围的物体和建筑物。 因此，大多数非专业中波天线都是混合极化，以水平极化为主。 使用直径为1至2,5毫米（最佳为4毫米）的钢铜线BSM-3作为天线及其配重的线布材料是非常方便的。 它结合了钢的抗拉强度和厚度为0,15 ... 0,25毫米的铜表层的高导电性。 由于集肤效应，高频电流流过导线的铜表面，其钢芯不会破坏天线的运行。 例如，以下是建议安装在城市或郊区的天线选项： - 平斜梁（角度小于40о) - 一根 35 ... 50 m 长的电线，扔到附近的一棵高树上。 接地——埋在地下的桶或铁桶、含水层的钢套管或工地周围的铁栅栏。 输入电阻的无功分量是电容性的。 有源 - 在 10 ... 20 Ohm 范围内； - 陡峭的斜梁（角度超过 60о) - 一根 50 甚至 70 m 长的电线，固定在邻近高层建筑的角落或当地锅炉房的高处管道上。 接地——度假村供水系统的钢管埋在地下。 输入电阻的无功分量是感性的。 有源 - 在 30 ... 60 欧姆范围内； - 相邻五层建筑屋顶之间长 45...50 m 的水平“三尾” - 从电源点以窄扇形发散的三线梁。 接地 - 接地至建筑物的接地回路或水管系统。 输入电阻的无功分量接近于零。 有源 - 约 20 ... 30 欧姆； - 从五层建筑的屋顶到 45-50 层建筑的屋顶的倾斜“三尾”长 40...50 m（角度 17...22°）。 邻近五层建筑的几个水平配重。 输入电阻的无功分量接近于零。 有源 - 约 30 ... 50 欧姆； - 一个 24 m 高的伸缩销，末端有一个由 3 个梁组成的电容“星号”，每个梁长 50 m。 接地 - 建筑物的接地轮廓和多个每个 3 m 的水平配重。 如果天线在地面上，则地面是四根10m长的10英寸钢管，在以天线为中心的12x18m正方形的顶部垂直挖入地面，并用宽铜带对角连接。 管道的深坑是用带有加长手柄的花园钻打成的。 输入电阻的无功分量是电容性的。 有源元件 - XNUMX...XNUMX 欧姆； - 一条水平、略微下垂的电线，长 85 ... 100 m，延伸到邻近的建筑物上。 悬挂高度 - 20 ... 25 m 接地 - 建筑物或水管系统的接地轮廓。 输入电阻的无功分量是感性的，不超过150欧姆。 有源元件 - 200...300 欧姆。 事实上，半波长振动器天线的输入阻抗的有源分量（从末端供电）在自由空间中应达到几千欧姆。 但由于位置低（小于λ/8）以及大地的影响，不会超过300欧姆。 这个清单还在继续。 但无论如何，效率或多或少的天线输入阻抗的有源和无功分量绝对值不会超过300欧姆，有源分量也不会低于12欧姆。 所有提到的天线的共同点是它们直接或通过短电线连接到发射器的“天线”端子。 他们没有喂食器。 当然，在这种情况下，发射机底盘必须接地或者必须连接平衡系统。 但是，应该可以使用特性阻抗为 50 或 75 欧姆的同轴馈线连接到负载发送器。 输出功率和杂散测量应在同轴路径中进行。 那些愿意的人可以使用 MMANA 程序模拟这些天线，将城市的土壤电导率设置为 4 mS/m，将俄罗斯中部地区的农村地区的土壤电导率设置为约 10 mS/m。 如果附近有沼泽或浅层地下水，您可以安全地采用 20 至 50 mSim/m。 配重系统和接地 - 中波传输综合体的一个组成部分。 首先，关于配重。 在中波，传统上习惯将其主动振动器天线称为天线，因为它们都非常延伸且有电线。 同时，人们常常忘记振动器本身不能辐射，电磁场在振动器和配重之间的附近区域展开。 再次回顾配重的重要性并不是多余的。 为了有效辐射，配重必须是谐振的（λ/4长），水平放置或从天线的馈电点以小角度向下倾斜。 例如，如果天线馈电点位于五层建筑的屋顶，则配重可以从屋顶向下以 10...30 的角度下降о。 在配重的两端，当发射机工作时，会产生很高的高频电压（旁边的氖灯会明亮地燃烧）。 因此，它们的末端必须有至少三个绝缘体的花环，并通过它们用支架固定在距天线底座 50 ... 80 m 半径范围内的低杆、树木或一两层建筑物的屋顶上。 严禁利用电力线路结构件作为安装天线、配重的支撑物。 这是有生命危险的。 配重越多，每个配重末端的高频电压越低，天线系统的损耗也越低。 理想情况下，有效的发射天线应有六到八个配重。 但有时两个就足够了。 现在关于接地。 它可以保护发射机及其操作员免受强风和闪电放电期间出现的高静电和脉冲电压（长线天线上高达 250000 V）的影响。 此外，接地还起到平衡作用，提高了辐射效率。 设备外壳接地可确保电源和其他高压电路的绝缘可能发生故障时的电气安全。 文章 [17] 详细讨论了一种可能的接地选项。 有四种方法可以实现ESD和大气放电保护功能： 1. 使用天线与发射机中振荡系统的电感耦合，耦合线圈的第二个输出必须连接到“地”端子。 2. 使用扼流圈将“天线”端子连接到“接地”端子，该扼流圈在工作频率下的电感电阻比天线的辐射电阻大 10 ... 15 倍。 电感器必须确保静电荷从天线中排出。 实际使用时，用PETV-0,5线缠绕就足够了。 3. 在发射器的“天线”和“接地”端子之间连接一个电阻为 2...20 kOhm 的分流电阻，例如 MLT-30。 该解决方案适用于功率高达 10...15 W、在低地天线上运行的发射机。 例如，如果天线安装在邻近高层建筑物的屋顶下方，它们就充当避雷针。 该电阻器可以很好地防止静电，但并不总是能有效防止近距离雷电放电中的脉冲拾取。 4. 在发射机“天线”和“接地”端子之间安装避雷器，避雷器的击穿电压低于输出隔离电容的额定电压。 考虑到空气介电强度3000V/mm，在电容器额定电压2500V时，避雷器内的间隙应不大于0,8mm。 最好使用具有大量平行火花隙的火花隙，例如，直到 60 世纪 3 年代中期在苏联铁路运输中使用的莫尔斯电报设备中所做的那样（图 XNUMX）。
监控您的发射机 - 调谐到广播工作频率的扬声器检测接收器。 它以发射天线场的能量为食，并在发射器打开时自动开始工作。 需要控制播出信号的质量。 《媒体法》要求将所有广播节目的副本记录并保存一个月，如果使用广播电台进行个别广播以在紧急情况消除时通知公众，则记录和保存一年。 所以显示器是必不可少的。 文章 [18] 中描述了它的一种变体。 还就其安装和用于无线电广播控制记录的使用提出了建议。 无线电控制记录仪 可以是独立的工业设备，也可以是计算机上的程序，用于通过第二个声卡并行录制和广播。 最主要的是，一个月内制作的广播节目全部都符合他的记忆。 在一个单声道中以 16 位数字化、量化频率为 22,05 kHz 记录广播 AM 信号是有意义的。 文学
作者：S.科马罗夫
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