Приёмник принимает. Но слышен шум, иногда прорывается что-то постороннее, чувствительность явно не та, что ожидалась. Сигнал из эфира есть, а качество приёма оставляет желать лучшего. В таких случаях взгляд опытного радиолюбителя первым делом обращается к входному контуру. Не к микросхеме, не к блоку питания, не к антенному кабелю. Именно к тому резонансному звену, которое стоит самым первым на пути сигнала от антенны к смесителю.
На частоте 144 МГц входной контур перестаёт быть просто фильтром. Он становится тем, что определяет характер всего приёма: насколько приёмник слышит слабые сигналы, насколько уверенно отсекает помехи с соседних частот и как ведёт себя при наличии мощных внеполосных излучателей поблизости.
Что на самом деле делает входной контур
В супергетеродинном приёмнике входной контур выполняет три задачи одновременно, и каждая из них напрямую влияет на то, что слышно в наушниках. Первая задача: согласовать сопротивление антенны с входом усилительного каскада, обеспечив максимальную передачу мощности принятого сигнала в схему. Вторая: ослабить сигналы зеркального канала, которые находятся на удвоенной промежуточной частоте выше или ниже полезного сигнала. Третья: подавить мощные широкополосные помехи, которые при попадании на вход смесителя или малошумящего усилителя порождают продукты интермодуляции, слышимые как хаотический шум или как ложные сигналы.
Зеркальный канал на 144 МГц при стандартной промежуточной частоте 10,7 МГц находится на 165,4 МГц. Это частота, которая живёт в диапазоне авиационной связи. В городских условиях, рядом с аэропортом или крупным авиационным транспортным узлом, сигналы оттуда легко пробиваются в приёмник с плохо настроенным входным контуром и создают фоновый шум, воспринимаемый как ухудшение чувствительности. Правильно настроенный контур с добротностью 80-120 даёт на частоте зеркального канала ослабление не менее 20-30 дБ, что в реальных условиях кардинально меняет картину.
Физика резонанса и почему настройка так критична на 144 МГц
На частоте 144 МГц длина волны составляет около 2,08 метра. Это означает, что даже несколько миллиметров монтажного провода вносят заметную паразитную индуктивность, а пикофарады паразитной ёмкости между проводниками уже значимы для контура. Контур, рассчитанный на бумаге, в реальном монтаже резонирует на частоте, смещённой на несколько мегагерц от расчётной. Именно поэтому на 144 МГц обязательно предусматривают подстройку: либо подстроечный конденсатор, либо возможность изменить число витков или геометрию катушки.
Типичный входной контур для 144 МГц содержит катушку индуктивностью около 30-50 нГн и конденсатор суммарной ёмкостью 20-30 пФ, включая паразитную ёмкость монтажа и ёмкость перехода транзистора. Расчёт по формуле резонансной частоты F = 1 / (2π √LC) даёт для L = 40 нГн и C = 25 пФ частоту примерно 159 МГц. Но реальный монтаж добавит 5-10 пФ ёмкости, и фактический резонанс окажется в районе 140-150 МГц, что уже близко к целевому значению. Именно этот диапазон перекрывается подстроечным конденсатором или полупеременным сердечником катушки.
Катушки входного контура на 144 МГц наматываются на бескаркасных формах или на тефлоновых основаниях. Феррит на этой частоте неуместен: потери в феррите резко растут выше нескольких десятков мегагерц, добротность катушки падает, и контур теряет свои избирательные свойства. Серебрение провода и серебрение внутренней поверхности экрана дают ощутимый прирост добротности за счёт снижения поверхностного сопротивления. На частоте 144 МГц скин-эффект загоняет ток в поверхностный слой толщиной около 5,5 мкм, и качество поверхности проводника становится определяющим для добротности катушки.
Связь с антенной и её влияние на шум
Один из самых часто упускаемых моментов при настройке входного контура это характер связи между антенным разъёмом и резонансным контуром. Если связь чрезмерно сильная, контур нагружается низким сопротивлением антенного кабеля и его добротность резко падает. Высокодобротный контур с Q = 100 в ненагруженном состоянии при неправильной связи превращается в расширокополосный фильтр с Q = 20-30. Избирательность падает, зеркальный канал продавливается сильнее, шум возрастает.
Оптимальная связь с 50-омной антенной реализуется через катушку связи, намотанную поверх основной, или через ёмкостный делитель на входе контура. Витков катушки связи берут в 2-4 раза меньше, чем у основной. Иногда применяют автотрансформаторную связь, делая отвод от части витков основной катушки. Точка отвода подбирается экспериментально: она определяет трансформированное сопротивление, которое предъявляется антенному кабелю, и при правильном выборе обеспечивает КСВ, близкий к единице, без заметной потери добротности контура.
Практическое правило, которое работает на 144 МГц: начинают с отвода от 15-20% витков, то есть от 1-2 витков при 7-8 витках основной катушки. Подключают антенный кабель и наблюдают за уровнем сигнала и за шумовым фоном. Если при увеличении числа витков связи сигнал растёт, а шум тоже растёт непропорционально, это сигнал о том, что контур начинает шунтироваться и добротность падает. Оптимальная точка та, при которой отношение сигнал-шум максимально, а не просто максимален сигнал.
Методика настройки без генератора
Ситуация, когда под рукой нет измерительного генератора, встречается чаще, чем хотелось бы. Тем не менее, настроить входной контур на 144 МГц вполне реально, если в диапазоне работает хотя бы одна известная станция или репитер.
Процедура настройки строится следующим образом. Приёмник подключается к антенне. Диапазон 144 МГц в плане фоновых сигналов никогда не бывает абсолютно пустым, особенно в черте города. Достаточно найти работающий репитер или маяк на известной частоте. Если приёмник снабжён S-метром, его показания становятся главным индикатором. Если S-метра нет, ориентируются на субъективный уровень шума и на чёткость сигнала.
Далее действуют следующим образом. Сердечником катушки или подстроечным конденсатором медленно изменяют резонансную частоту контура, наблюдая за показаниями S-метра или за качеством приёма. При приближении резонанса к 144 МГц сигнал из эфира начинает нарастать, шум в паузах снижается. В точке правильной настройки S-метр показывает максимум для слабых сигналов, а шумовой фон в отсутствие сигнала ощутимо тише, чем при расстроенном контуре. Это тонкое, но вполне различимое субъективное различие.
Для более точной оценки используют SDR-приёмник, подключённый параллельно выходу контура через разделительный конденсатор 1-3 пФ. SDR показывает панорамный спектр диапазона, и на нём отчётливо видна амплитудная характеристика контура: уровень сигналов в полосе 144-146 МГц возрастает, а уровень внеполосных сигналов снижается. Это визуальное подтверждение того, что контур настроен и работает как фильтр, а не просто как проводник.
Влияние экранирования и монтажных паразитов
На частоте 144 МГц экранирование входного контура обязательно. Без него катушка связана индуктивно с другими элементами схемы, прежде всего с катушкой гетеродина, который работает на частоте около 133 МГц при промежуточной частоте 10,7 МГц. Паразитная связь между контурами нарушает их независимость и приводит к нестабильности настройки: при перестройке гетеродина частота входного контура слегка тянется за ним.
Экран изготавливается из меди или латуни. Расстояние от катушки до стенок экрана должно быть не менее диаметра катушки, иначе экран начинает вносить значительные вихретоковые потери и снижать добротность. Если экран слишком мал, добротность нагруженного контура падает, полоса пропускания расширяется и избирательность ухудшается.
Расположение подстроечного конденсатора и его тип тоже влияют на стабильность настройки. Воздушные подстроечные конденсаторы с латунными или серебрёными пластинами обеспечивают минимальные потери и высокую механическую стабильность. Керамические подстроечники с диэлектриком вносят дополнительные потери и хуже удерживают настройку при изменении температуры. На 144 МГц прогрев схемы после включения приводит к тепловому расширению деталей и заметному уходу резонансной частоты, если конденсатор подобран неудачно.
Что происходит с коэффициентом шума при расстройке
Связь между настройкой входного контура и коэффициентом шума приёмника неочевидна, но принципиальна. Коэффициент шума малошумящего транзисторного каскада зависит от импеданса источника сигнала, который ему предъявляет контур. У полевых транзисторов типа NE32584C, 3П602 или BF998, применяемых на 144 МГц, существует оптимальное сопротивление источника, при котором коэффициент шума минимален. Оно отличается от 50 Ом и лежит в диапазоне 100-300 Ом в зависимости от типа транзистора и тока стока.
Входной контур при правильной связи с антенной трансформирует сопротивление 50-омного кабеля в то значение, которое оптимально для данного транзистора. Этим достигается одновременно хорошее согласование по мощности и минимальный коэффициент шума. На практике эти два условия не совпадают точно: минимальный шум достигается при несколько иной связи, чем идеальное согласование. Опытные конструкторы находят компромисс, жертвуя несколькими десятыми дБ мощности ради снижения коэффициента шума с 2,5 до 1,5 дБ. Разница в полтора децибела на входе приёмника слышна отчётливо при работе с дальними и слабыми сигналами.
Признаки правильно настроенного контура и типичные ошибки
Правильно настроенный входной контур проявляет себя через поведение приёмника в эфире. Шумовой фон в паузах становится ровным и не содержит хаотических всплесков. Слабые сигналы из шума поднимаются чище. Мощные сигналы соседних частот не продавливают шум во время молчания на рабочей частоте. S-метр стоит спокойно, не прыгает на единицу-две при переключении соседних каналов.
Типичные ошибки при настройке сводятся к следующему. Контур настраивают по максимуму громкого, хорошо слышимого сигнала, тогда как правильнее настраивать по максимуму отношения сигнал-шум на слабом сигнале. Громкая станция слышна хорошо даже при расстроенном контуре за счёт своего запаса мощности, и по ней оценить точность настройки нельзя. Ещё одна ошибка состоит в слишком сильной затяжке сердечника подстроечника: медный или латунный сердечник при перемещении внутрь катушки снижает её индуктивность, серебрёный немного иначе. Если сердечник выкручен полностью и резонанс всё ещё ниже 144 МГц, нужно убрать один виток катушки, а не подбирать конденсатор параллельно. Увеличение ёмкости снижает добротность за счёт уменьшения волнового сопротивления контура и делает фильтр более широкополосным.
Правильно настроенный входной контур не меняет характер приёмника. Он просто убирает то, что мешало. И именно эта незаметность лучше всего говорит о том, что работа сделана хорошо.
Канал сайта в Telegram
Канал сайта на YouTube