Elektronika - baza wiedzy

Aktywna antena UKF FM


Często odbiór stacji UKF FM odbywa się za pomocą prowizorycznych anten w postaci odcinka przewodu dołączonego do wejścia antenowego. Niski poziom sygnału zwłaszcza w "ekranowanych" żelbetonowych budynkach mieszkalnych czy biurach obniża jakość odbioru. Zaradzić temu powinna proponowana do wykonania antena aktywna. Można ją dołączać do różnego rodzaju "wież" jak i do kart radiowych montowanych w mikrokomputerach PC.
Opis konstrukcji i schematu
Proponowana konstrukcja składa się z anteny w formie jednego lub dwóch odcinków przewodu w izolacji oraz wzmacniacza o niskim poziomic szumów własnych i dużym wzmocnieniu. Antena wraz ze wzmacniaczem przewidziane są dla zakresu częstotliwości 88-H08 A/lHz. Wzmocnienie wzmacniacza osiąga w tym zakresie poziom 25 dB. Przy częstotliwości 65 MHz (dolna częstotliwość zakresu 01RT) nie spada poniżej 20 dB.
W prostszej wersji można wykorzystać jeden odcinek przewodu o długości 70^-80 cm spełniający rolę anteny prętowe] tzw. dipola niesymetrycznego. Długość odcinka przewodu wynika z długości fali dla środkowej częstotliwości zakresu odbieranych częstotliwości. Długość ta powinna być równa 1/4 długości fali. Długość fali obliczyć można z podanego niżej wzoru:
300
l[m] = ------
f[MHz]
Jeśli podstawi się częstotliwość w [MHzJ to długość fali będzie wyrażona w [m]. Dla częstotliwości 100 MHz wyniesie ona 3 m. Długość dipola będzie wtedy wynosiła 75 cm.
Lepsze wyniki powinien zapewnić dipol symetryczny wykonany w formie dwóch odcinków przewodu także o długości 1/4 fali każdy. O ile dipol niesymetryczny zazwyczaj
będzie znajdował się w pozycji pionowej tak odcinki dipola symetrycznego powinny znajdować się w pozycji poziomej co odpowiada poziomej polaryzacji sygnału nadawanego na tym zakresie fal.
Antenę aktywną można rozwiesić na tylnej części meblościanki lub w innym niewidocznym miejscu. Dobrym miejscem są otwory okienne, o ile nie będzie tam razić jej wygląd. Sygnał z anteny aktywnej do wejścia antenowego odbiornika należy doprowadzić przewodem koncentrycznym o im-pedancji falowej 75 Q. Oddalenie dipoli np. od mikrokomputera zmniejszy wpływ zakłóceń jakie on wytwarza, na odbierany sygnał.
Elementem wzmacniającym opisywanej anteny aktywnej jest dwubramkowy tranzystor polowy MOSFET, wielkiej częstotliwości typu BF 961. Charakteryzuje się on dużym wzmocnieniem i niskim poziomem szumów. W przeciwieństwie jednak do szerokopasmowych tranzystorów bipolarnych umożliwia realizację wzmacniaczy o stosunkowo wąskich zakresach częstotliwości. Wynika to z konieczności zapewnienia dopasowania zarówno od strony wejściowej jak i wyjściowej. Od strony wejścia będzie to dopasowanie do anteny (około 70 Q). Od strony wyjścia do przewodu koncentrycznego 75 Q. Dopasowanie to realizuje się wykorzystując układy LC o ograniczonym paśmie.
Zmiana wartości napięcia polaryzującego bramkę G2 względem źródła umożliwia
regulację wzmocnienia. Często zmniejszenie wzmocnienia poprawia właściwości wzmacniacza zwłaszcza w obecności silnego sygnału lokalnej stacji radiowej UKF FM.
Parametry graniczne tranzystora BF 961 są następujące: UDS =20V. 1D = 30 mA. Pmax=200mW.
Wzmocnienie mocy wynosi 20 dB przy częstotliwości 200 Ml Iz. Współczynnik szumów przy częstotliwości 200 MHz nie przekracza 2,5 dB (typowo 1,8 dB). Można zastosować tranzystor BF 964 o jeszcze lepszych parametrach - wzmocnienie 25 dB i typowa wartość współczynnika szumów wynosząca 1 dB.
Sygnał z anteny podawany jest do kondensatora Cl, który stanowi pierwszy element członu dopasowującego składającego się jeszcze z indukcyjności LI i L2 oraz kondensatora C2. Cl, LI stanowią filtr góno-przepustowy a L2, C2 dolnoprzepustowy. Razem tworzą pasmowy układ dopasowujący. Sygnał podawany jest do bramki G1. Dla składowej stałej potencjał tej bramki wynosi O V. Zapewnione to jest dzięki zwarciu dla składowej stałej przez indukcyjności LI i L2.
Typowe napięcie bramki G2 wynosi 4 V. Jest to maksymalna wartość uzyskana za pomocą dzielnika rezystancyjnego R1, P1 (przy P2 ustawionym na maksymalną rezystancję). Zmniejszanie rezystancji P2 zmniejsza napięcie bramki G2 i w efekcie wzmocnienie tranzystora. Wzmocnienie to można zmniejszyć o co najmniej l O dB.
Wzmocniony sygnał z drenu tranzystora podawany jest przez układ dopasowujący typu F! (C4, L3, C5) i dalej kondensator sprzęgający C7 do przewodu koncentrycznego a następnie wejścia antenowego odbiornika radiowego.
Przewidziano dwie możliwości zasilania wzmacniacza z zewnętrznego źródła napięcia stałego 12 V. Pierwsza to zasilanie dołączone do zacisków +12V i masy. Druga możliwość to zasilanie przez przewód końcentryczny z wykorzystaniem -tzw. rozdzielacza zasilającego. Schemat odpowiada zasilaniu dołączonemu do zacisków +12 V i masy. Przy zasilaniu przewodem koncentrycznym należy w miejsce kondensatora C7 zamontować zworę i wykonać rozdzielacz zasilający zgodnie z podanym niżej schematem.
Zadaniem diody Zenera D1 jest zabezpieczenie tranzystora przed przepięciami jakie występują przy załączaniu i wyłączaniu zasilania doprowadzonego za pośrednictwem przewodu koncentrycznego. Elementem doprowadzającym zasilanie do dzielnika R1. P1 lub drenu T1 jest dławik Dłl.
Rozdzielacz zasilający posiada taki sam dławik Dł i dwa kondensatory 1 n F. Jeden z nich podaje sygnał do wejścia antenowego odbiornika a drugi filtruje zasilanie. Zadaniem dławika jest odseparowanie małej rezystancji źródła zasilającego od toru sygnałowego.
Prąd zasilania wzmacniacza nie przekracza 20 mA. Jego typowa wartość wynosi około 10 mA.
<< Montaż i uruchomienie
Przed montażem elementów należy wykonać cewki i dławik. Cewki L1, L2 i L3 należy nawinąć na trzpieniu (wiertle) o średnicy 5 mm. Dławiki na trzpieniu o średnicy 3 mm. Do nawijania wykorzystać drut nawojowy w emalii o średnicy 0,4-^0,5 mm. Ilości zwojów są następujące: L1 -5.5zw. L2 - 7,5 zw. L3 - 11,5 zw. Dł1 (DŁ) - 15,5 zw.
Zwrócić uwagę na kierunek nawinięcia umożliwiający montaż zgodnie z rys. 3.
Zamiast rezystora nastawnego P1 można zamontować rezystor stały 47 -s-100 kQ. Trzeba rozwiązać sposób dołączenia zasilania. Zasilacz stabilizowany 12 V najprościej kupić wraz z rozdzielaczem zasilającym. Powinien to być zasilacz stabilizowany o dopuszczalnym poborze prądu co najmniej
50 m A i wyposażony w znak bezpieczeństwa B. Zwrócić uwagę na wtyk rozdzielacza. Nowoczesne odbiorniki radiowe (amplitu-nery i tunery) wymagają "gniazda" jako wtyku. Ewentualnie niezbędne może się okazać wykonanie przedłużacza zakończonego obustronnie gniazdem koncentrycznym, który umożliwi dołączenie sygnału do wejścia antenowego odbiornika.
Wykonując zasilacz we własnym zakresie zwrócić uwagę na zachowanie warunków bezpieczeństwa - odpowiednie odstępy (co najmniej 10 mm) między obwodami sieciowymi i wtórnym na płytce drukowanej. Przewody sieci powinny mieć podwójną izolację.
Zasilanie anteny aktywnej przewidzianej do współpracy z kartą radiową mikrokomputera można pobrać z wnętrza mikrokomputera. Zasilanie napędów doprowadzane jest za pomocą złącz 4-stykowych. Przewód w kolorze żółtym doprowadza napięcie +12 V. Masa prowadzona jest przewodami w kolorze czarnym. Rozdzielacz można wykonać bezpośrednio we wtyku antenowym lub w dodatkowym pudełku.
Po sprawdzeniu poprawności montażu przystępujemy do uruchomienia anteny. Do tego celu wystarczy muitimetr i wymieniany wcześniej zasilacz +12 V. W pierwszej kolejności należy sprawdzić wielkość napięcia wyjściowego zasilacza oraz prawidłowość polaryzacji. Po podłączeniu zasilania do wzmacniacza sprawdzić jego wartość na drenie D tranzystora i bramce G2. Napięcie na drenie powinno wynosić +12 V. Napięcie na bramce nie powinno przekraczać 4 V.
Do punktów A i B dolutować przewody w izolacji o długości 70-^80 cm (ewentual-
nie tylko do punktu A). Przewody zakończyć "pętelkami", co ułatwi ich rozwieszenie. Otwór nad punktami A, B przewidziany jest do zawieszenia płytki wzmacniacza. Bardziej eleganckie będzie umieszczenie wzmacniacza w małej obudowie z tworzywa sztucznego. Po prowizorycznym rozwieszeniu anteny sprawdzić jej działanie przez podłączenie do odbiornika. Włączanie zasilania wzmacniacza powinno dawać wyraźne zwiększenie sygnału wejściowego. Po uzyskaniu zadowalających wyników dokonać ostatecznego rozwieszenia i "zamaskowania" anteny. Życzę dobrego odbioru.

Tl -BF961,BF964
Dl -BZP683C15
R1 -220 k/0,125 W
P1 -100k nast.
C4 - 3,9 pF/50 V ceramiczny
C2 - 4,7 pF/50 V ceramiczny
Cl, C5 - 22 pF/50 V ceramiczny
C3, C6, C7 - l nF/50 V ceramiczny
LI , L2, L3 - patrz opis w tekście
Dłl - patrz opis w tekście