понедельник, 21 декабря 2015 г.

Выбор простой антенны для размещения типа "окно - дерево"

Рассмотрим три варианта размещения антенны (Горизонтальный диполь, вертикальный диполь, длинный провод). Рассмотрение задачи выбора простой проволочной антенны ведется для диапазона 14 МГц. (20 М), для низких этажей многоэтажных зданий.

1) Горизонтальный диполь, запитка в разрыв коаксиалом 50 Ом.


2) Вертикальный диполь, запитка в разрыв коаксиалом 50 Ом.

3)  Антенна длинный провод (LW), в частном случае еще и EFA ( end fed dipole) диполь, запитываемый с конца.
Антенна LW показана с примером согласующего устройства. 

4) Антенна типа Диполь, плечо которого есть оплетка коаксиального кабеля. Защита от ВЧ токов по оплетки с помощью защелки.

Схема простая, но этот вариант нельзя рассматривать для использования, т.к. магнитная защелка не сможет предотвратить утечку больших ВЧ токов по оплетке коаксиального кабеля в сторону передатчика.


Основные проблемы для всех этих антенн в данном размещении:
1) влияние земли
2) влияние здания
3) влияние дерева


Индивидуальные проблемы антенн:
Горизонтальный диполь (H Dipole):
1) Невозможность настройки после размещения этой антенны. 
2) однодиапазонность 
3) три провода на улице (два плеча и коаксиал)  И в глаза бросается, и в помещение  заводить
сложнее.

Вертикальный диполь (V Dipole):
1) Невозможность настройки после размещения этой антенны.
2) Поглощение деревом сигнала. 
3) однодиапазонность
4) три провода на улице (два плеча и коаксиал)   в отличие от горизонтального диполя менее заметен, в помещение всего один провод - коаксиал.

Длинный провод (Long Wire, LW): 
1) Меньший КПД, чем у диполя.
2) Требует согласующее устройство

По приоритетности установки я бы расставил их: LW, H Dipole, V Dipole.
Невозможность настройки - серьезный повод задуматься. Конечно, можно снять изменить размеры, заново повесить антенну, однако на настройку  могут еще влиять и атмосферные факторы. Следует заметить, что КПД плохорасположеного и ненастроенного диполя будет заведомо хуже чем настроенного LW. 

Рассмотрим теперь схемы согласования для данной LW антенны.
У согласования контуром (3) "антенна Фукса" имеет наихудший КПД. Следует отметить, что СУ по схеме (2) сбрасывает статику с полотна антенны.  Среди (1) и (2) варианта обычно СУ строят по (1), это так называемый Г - контур. 

Элементная база:
Катушка 2.5 мкГн намотана проводом (1 мм диаметр) на оправке 2 см в диаметре.
Катушку обязательно до намотки раcсчитать в Coil32!
Переменные конденсаторы бывают такие:
Лучше использовать с большой емкостью (485 пФ), на фото такого нет. На фото все КПЕ могут работать лишь при мощностях менее 5 Вт. Но для меня это достаточно.

Первый вариант СУ: 

Кабель до трансивера с магнитной защелкой, плата с компонентами, крокодилы заземления и подключения к полотну антенны. Провод заземления (0.5 м) можно оставить просто висеть неподключенным. Задача данного СУ, привести высокое сопротивление излучения (около 1000 Ом) к 50 Ом кабеля.   При настройке лучше стремиться к бОльшей индуктивности и меньшей емкости. Интересная особенность для согласования большого сопротивления излучения к меньшему (антенны с длиной полотна ламбда/2 и более), конденсатор настройки ставится со стороны полотна антенны, в обратном случае (укороченные антенны) со стороны трансивера. 

Небольшой эксперимент.
Эталонный генератор+СУ+осциллограф.
Настройка контура до получения максимальной амплитуды сигнала произошла при С = 50 + 1... 5 пФ
Тестовый сигнал Vpp = 2 В, f = 14.1 МГц.
Измерения:

Амплитуда на входе Vpp = 1.6 В. (зеленый)
Амплитуда на выходе Vpp = 4.8 В. (фиолетовый)
При отключенном LW от СУ, fр растет до 16 МГц.
При подключенном LW к СУ, fр = 14 МГц.
При свернутым в кольцо LW, fр снижается до 13 МГц.
LW вносит дополнительную емкость в контур и понижает частоту резонанса.
Осталось разобраться с добротностью. По определению добротность контура можно определить отношением напряжения на реактивном элементе Uc(Ul) к напряжению на активном сопротивлении (R) на частоте резонанса. Например я получил Uc pp = 2.25 В, а Ul pp = 1.2 В. Но при этом катушка является и реактивным и активным сопротивлением одновременно, и как это учитывать не ясно.

В конечном итоге получил следующий вариант:


Настраивать одной маленькой емкостью (КПЕ) оказалось непросто. Индуктивности тоже разные нужны. Поэтому в СУ добавлены два крокодила для подключения емкости, параллельно к КПЕ. А у катушки реализованы отводы (переключение крокодилом).

Практической настройкой подобраны следующие значения емкостей и индуктивностей:
Антенна LW 10 м.
Индуктивность:
0) 0 витков ~ 0.1 мкГн
1) 7 витков ~ 1.6 мкГн
2) 14 витков ~ 4.6 мкГн
3) 21 виток ~ 8.2 мкГн
===========================================
Подключаемая емкость "С1" разных номиналов.
===========================================
Переменная емкость "C" 6...80 пФ (нет данных, это оценка)
min= 6 пф, mid = 40 пФ, max = 80 пф
==========================================
Таблица согласования:
1.8 МГц (160 М)
SWR = Всегда плохо (10 делений из 10)
============================================
3.6 МГц (80 М)
L3 (5.4 мкГн) + С1 (470 пФ) + С (max)
SWR = Посредственный (4 деления из 10)
============================================
7.1 МГц (40 М)
L1 (1.8 мкГн) + С1 (470 пФ) + С (max)
SWR = Посредственный (4 деления из 10)
Область согласования по SWR = "1" лежит
от 6.000 МГц до 6.700 МГц dF = 700 кГц
============================================
10.1 МГц (30 М)
L3 (5.4 мкГн) + С1 (50 пФ) + С (max)
SWR = Отличный (0 делений из 10)
Область согласования по SWR = "1" лежит
от 10.000 МГц до 10.400 МГц dF = 400 кГц
============================================
14.2 МГц (20 М)  (максимальный КПД в этом диапазоне)
L3 (5.4 мкГн) + С1 (7.5 пФ) + С (max)
SWR = Отличный (0 делений из 10)
Область согласования по SWR = "1" лежит
от 13.900 МГц до 14.400 МГц dF = 500 кГц
============================================
18.1 МГц (17 М)
L1 (1.8 мкГн) + С1 (22 пФ) + С (max)
SWR = Отличный (0 делений из 10)
Область согласования по SWR = "1" лежит
от 17.300 МГц до 18.300 МГц dF = 1000 кГц
=============================================
21.2 МГц (15 М)
L1 (1.8 мкГн) + С1 (33 пФ) + С (max)
SWR = Отличный (0 делений из 10)
Область согласования по SWR = "1" лежит
от 20.700 МГц до 21.600 МГц dF = 900 кГц
=============================================
24.95 МГц (12 М)
L1 (1.8 мкГн) + С1 (22 пФ) + С (min)
SWR = Хороший (1 деление из 10)
Область согласования по SWR = "1" лежит
от 24.100 МГц до 24.700 МГц dF = 600 кГц
=============================================
28.5 МГц (10 М)
L1 (1.8 мкГн) + С1 (7.5 пФ) + С (mid)
SWR = Отличный (0 делений из 10)
Область согласования по SWR = "1" лежит
от 27.600 МГц до 28.800 МГц dF = 1200 кГц
=============================================
27.135 МГц (CB)
L1 (1.8 мкГн) + С1 (7.5 пФ) + С (max)
SWR = Отличный (0 делений из 10)
Область согласования по SWR = "1" лежит
от 26.800 МГц до 28.100 МГц dF = 1300 кГц

Итого: Есть все диапазоны от 10 МГц до 28 МГц.

Для диапазона 40М область согласования оказалась на частотах 6.000...6.700 МГц, что
эквивалентно более длинному полотну антенны, чем необходимо. Я попробовал реализовать укорочение
емкостью. Для диапазона 40М схема согласования:
КПД скорее всего невысокий.

Оценим теперь диаграммы направленности полученной антенны.
Для диапазонов: 40М...15М (7МГц...21 МГц)

Для диапазонов: 12М...10М (24МГц...28 МГц)
Видим, что антенна обладает зенитным излучением, для диапазонов 40М...15М (7МГц...21 МГц). И лишь при частотах выше 24 МГц, угол излучения снижается. Таким образом такую антенну можно использовать для ближних и односкачковых связей. 

Таблица импендансов, и углов излучения для разных частот этой антенны:



Ссылки:
[1] Расчет катушек индуктивности  [http://coil32.ru ]
[2] Анализ антенн в MMANA-GAL  [http://gal-ana.de/basicmm/ru/] 
[3] Борис СТЕПАНОВ, EFA — "запитываемая с конца антенна" [http://rfanat.ru/s13/an-r205.html ]
[4] «Неумирающая антенна Фукса» (Радио, 2007, № 5 стр.67,68)
[5] Евгений Кузнецов "Антенна Фукса",  [http://www.433175.ru/index.php?newsid=834] (CQ-QRP #32)
[6] Владимир Тимофеевич Поляков, "Об антенне HB9SL" CQ-QRP #16 (Весна 2007)
[7] "Согласование антенн случайной длины" [http://qrp.ru/media/kunena/attachments/1180/.pdf]
[8] Вариометр на трехпозиционных переключателях [http://qrp.ru/media/kunena/attachments/2110/Variometr_2015-11-21.pdf]
[9] Г.Члиянц, В.Гончарский "Универсальное согласующее устройство" [http://qrp.ru/media/kunena/attachments/2110/ATUuniversal.pdf]
[10] Николай Левочкин, "Простой антенный тюнер" [http://rfanat.ru/s15/su_ua3tcw.html]
[11] Иван (RA3WDK), "Дешевый тюнер для импортных (и не очень) трансиверов " [http://rfanat.ru/s14/ant41_06.html]
[12] Hendricks QRP Kits, BLTplus [http://qrpkits.com/files/BLTplusManualv21.pdf]
[13] Игорь Гончаренко, "Сравнение тюнеров"  О том, как узнать область импедансов, которые могут согласованы конкретным антенным тюнером и сравнение по этому параметру разных схем тюнеров. [http://dl2kq.de/ant/3-100.htm]


Успехов в проектирования антенн и согласующих устройств!
72/73! 
Лавриненков Игорь Сергеевич  / R2AJA
Для связи mail:  lis-soft /*at*/rambler   точка   ру








Правильная оценка RST(Q) для PSK31 (DIGI Mode)

В основном, в радиолюбительском эфире звучат оценки 59 и 599, что позволяет опустить использование оценки сигнала в принципе. При этом некоторые радиолюбители обижаются, когда получают низкий бал вроде 33, 245 и т.д. , что не совсем правильно, т.к. оценка относится как к приемной так и передающей аппаратуре участников QSO. (условия распространения радиоволн будем считать сходными в обе стороны)

Шкала RST задумывалась для оценки качества принимаемого телеграфного радиосигнала,
где
R — разборчивость (читаемость) (readability)
S — громкость (слышимость, сила) (strength)
T — тон (tone)
При этом для телеграфа используются все три компонента <RST>
для телефонии <RS>
для SSTV <RSV>, где V = качество видео от 1 до 5. Отличие "качества видео" от "читаемости" тоже тема для дискуссий.
для DIGI <RSQ>, где "тон" поменяли на "качество" (от 1 до 9)

Оценить разборчивость в DIGI можно по количеству ошибок в тексте. Например, если
в слове
"ГОРОД" 5 букв правильные R=5 (100%)
"Г_РОД" 4 буквы правильные R=4 (80%)
"Г_РО_" 3 буквы правильные R=3 (60%)
"Г__О_" 2 буквы правильные R=2 (40%)
"___О_" 1 буква правильная R=1 (20%)
т.е. R - эквивалент правильно принятого текста.
Читать информацию при R=1,2 можно лишь постоянно переспрашивая.

Оценить силу сигнала предполагается по S-метру, (значения от 1 до 9 ),
но спектр сигнала PSK31 настолько узкий, что может оказывать слабое влияние на
работу этого датчика. Другой случай - у вас в полосе приемника (2.5 КГц), может работать
несколько станций в PSK31 при этом S-метр покажет суммарное значение уровня всех станций.
Третий случай - уровень шумов показываемый S-метром = 9. т.е. оценивать в этом случае можно только
широкополосный сигнал типа телефонии, и давать абоненту S=9 и больше, иначе получится, что его сигнал звучит тише шумов.
В цифровых программах связи имеется измеритель S/N, когда программа показывает отношение уровня звукового сигнала относительно усредненного шума в полосе приема.

Возможно стоит использовать именно это значение для обозначения уровня S!?
S/N < 6 dB, S=1
S/N = 6..8 dB, S=2
S/N = 8..10 dB, S=3
S/N = 10..13 dB, S=4
S/N = 13..16 dB, S=5
S/N = 16..19 dB, S=6
S/N = 19..22 dB, S=7
S/N = 22..25 dB, S=8
S/N > 25 dB, S=9

практически текст начинает распознаваться c множеством ошибок, лишь при S/N > 6.

т.е в принципе между R и S имеется прямая зависимость, и можно предположить, что при

S=1..2, R=1
S=3..4, R=2
S=5..6, R=3
S=7..8, R=4
S=9, R=5

А как оценивать качество сигнала (Q) ? Изучать спектр на водопаде?
Именно так!

Оператор  [RA1CAC] считает, что
"Качество сигнала определяется по 9-балльной системе, причем используются только нечетные оценки.
9 - чистый сигнал, спектр излучения соответствует требованиям.
7 - есть две незначительные побочные полоски.
5 - есть более двух побочных полос.
3 - побочных полос много и их уровень значителен.
1 - грязный широкополосный сигнал, теряющийся в побочных излучениях."

Если оценить качество сигнала PSK31 сложно, лучше ставить Q=9.

Удачных QSO и грамотных оценок в цифровых видах связи!
72/73!


Лавриненков Игорь Сергеевич  / R2AJA
Для связи mail:  lis-soft /*at*/rambler   точка   ру


Простой измеритель ВЧ поля

Для оценки наличия ВЧ электромагнитного поля можно использовать такой простой пробник, который подключается к тестеру. Может использоваться для качественной оценки мощности раций, диаграммы направленности, поляризации.
Тестер установить в измерение напряжения DC (200m, 2000m). Антенна для 433...470 МГц  - штырь 16...17 см длиной. Диоды предпочтительно германиевые - больше сигнал на выходе измерителя.

Схема + разводка платы.
Внешний вид готового устройства


Комплект: мультиметр + измеритель поля + рация 


Источники:
[1] http://radiokot.ru/forum/viewtopic.php?p=1667702 
[2] http://ivan.bmstu.ru/avia_site/r_main/HWR/ADDS/VCHTST/vcht.html 

Лавриненков Игорь Сергеевич 
Для связи mail:  lis-soft /*at*/rambler   точка   ру




четверг, 3 декабря 2015 г.

Идея DSB модулятора VE3MKC на двух микросхемах .

Данная статья является переводом материала: http://rheslip.blogspot.ru/2012/05/novel-dsb-modulator-idea.html

       Высокочастотный смеситель по своей сути является умножителем. На мой взгляд более правильно было бы называть смесителем - сумматор. Аналоговый SPST (Ключ типа замкнут/разомкнут) переключатель является умножителем либо на "1", либо на "0". Если мы подадим меандр на контролирующий вывод умножителя с частотой F, то на выходном выводе получим перемножение сигнала на входе переключателя с основной частотой F меандра и всеми его гармониками.
Меандр обладает тем свойством, что все его гармоники нечетные - 3F, 5F, 7F и т.д., и мы можем отфильтровать эти продукты спектра  довольно легко  фильтром нижних частот на выходе модулятора.

           Моя идея заключается в использовании схемы АРУ TDA7052A  как микрофонного усилителя с автоматическим контролем уровня (ALC). ALC обеспечивает сжатие речи для увеличения средней выходной мощности и помогает избежать перемодуляции в усилителе мощности. К схеме подключаем электретный микрофон и резистор смещения. Регулировка смещения резистором немного изменяет усиление микрофона.
Я  получил сигнал c уровнем 2 Vpp на каждом из выходов TDA7052A спокойно говоря в микрофон.

            Микросхема 74LVC1G3157 является аналоговым ключом (SPDT) в корпусе типа SOT. Я выбрал его, потому что он имеет очень низкое сопротивление в открытом состоянии - около 6 Ом при 5В питания, а также он имеет маленькое время переключения  (0.5 нс). Мультиплексоры серии 74HC405x имеют   сопротивление около 100 Ом и большинство из них не достаточны быстры на ВЧ диапазонах КВ (14...28 МГц).
          Усиление звукового сигнала, используя TDA7052A, может достигать 1 Ватт на сопротивлении 8 Ом. Микросхема 74LVC1G3157 рассчитана на токи амплитудой не более +/- 50 мА, но возможно использовать  несколько таких микросхем, для увеличения коммутируемой мощности. Я предполагаю, что на выходе модулятора будет 50...100 мВт на нагрузке 50 Ом.
           На самом деле для реализации DSB модуляции достаточно использовать SPST переключатель, однако использование SPDT более изящно в паре с дифференциальным выходом TDA7052A, что приводит к удвоению выходной мощности модулятора.
           Если эта идея работает, можно построить на ее основе DSB трансивер. Вы можете сделать хороший приемник прямого преобразования с помощью другого 74LVC1G3157, демодулировать входящий ВЧ сигнал в аудиосигнал, и усиливать  на операционном усилителе в один или два этапа. Можно обеспечить переключение микросхемы TDA7052A, чтобы она могла быть повторно использована в качестве АРУ приемника и звукового усилителя мощности.  
            7 июня 2012 - я собрал эту схему за ночь и опробовал. Она  работает. Я подключил ВЧ-выход модулятора к моему Softrock RX на 20M через аттенюатор 20 дБ, и  услышал свой голос очень ясно, когда говорил в микрофон. 

Некоторые замечания по  прототипу:
             - Плохое подавление несущей из-за утечки частоты кварцевого резонатора. Требуется добавить экранирование и собирать макет более тщательно.
             - Требуется использовать аудио фильтр перед TDA7052A для ограничения полосы пропускания для практического использования ВЧ диапазона. Без фильтра боковые полосы вытянуты на 10 кГц или более.
             - На моем анализаторе (очень старый) спектра отмечаю искажения, на выходе ВЧ. В качестве модулирующего сигнала подаю 1 кГц синусоиду  на микрофонный вход. При этом сигнал на выходе TDA7052 выглядит довольно чистым. Возможно, нелинейность возникает в аналоговом переключателе?!
            - Мощность меньше, чем я ожидал - всего 10 мВт на  ВЧ-выходе при громкой речи. Возможно получить большую мощность, настраивая порог АРУ. С другой стороны, если аналоговый переключатель вносит искажения, сигнал может быть еще более некачественным.

Перевод подготовил:
Лавриненков Игорь Сергеевич 
Для связи mail:  lis-soft /*at*/rambler   точка   ру