Усилитель приёмной антенны

Как известно, для приёмных рамоч­ных антенн («флагов») желательно применять антенный усилитель. При его изготовлении с уровнем шума и усилением проблем нет. Это сделать легко. Но такие антенны требуют от уси­лителя очень высокого коэффициента ослабления синфазной составляющей (КОСС или, по-английски, CMRR — от Common-Mode Rejection Ratio). Иначе такие помехи могут полностью «испор­тить» параметры антенны, что часто на практике и случается и служит основа­нием для мнения — работают такие антенны «так себе».

Проще всего достичь цели, сделав усилитель дифференциальным с боль­шим КОСС. Причём нужен именно та­кой усилитель. Применение симметри­рующего трансформатора с несиммет­ричным усилителем хорошего результата не даст. Даже у лучших таких трансформаторов (речь идёт о высоко­омных трансформаторах) коэффици­ент подавления синфазной составляю­щей на частотах 1,8 и 3,5 МГц (а при­ёмные антенны нужны в основном на любительских НЧ-диапазонах) редко превышает 40 дБ. А этого мало — в ре­альных условиях, по мнению автора, требуется минимум 50…60 дБ ослабле­ния синфазной составляющей.

Такое подавление могут обеспечить дифференциальные усилители. Проще всего их собрать на интегральных мик­росхемах. Идея сделать дифференци­альный усилитель на дискретных эле­ментах разбивается о практическую невозможность подобрать компоненты с точностью 0,1…0,3 %.

Обычное выполнение дифференци­ального каскада на операционном уси­лителе такое подавление даёт, но имеет недостаток, что входные импедансы его входов получаются разными. От этого антенна теряет симметрию.

Решением, полностью устраиваю­щим, является применение специали­зированного дифференциального уси­лителя AD8129. На частотах ниже 4 МГц он имеет КОСС 80(!) дБ, кроме того, у этой микросхемы два дифференциаль­ных входа с равным и очень высоким (более 4 МОм) импедансом. Отдельным плюсом является то, что дифференци­альные входы не используются для установки усиления, т. е. их не надо нагружать чем-либо дополнительно.

Принципиальная схема усилителя показана на рис. 1. При использовании усилителя с рамочной антенной не устанавливают варикапы VD1—VD4 и элементы цепи управления ими (R1, С1, R5, С9), а при использовании ферритовой магнитной антенны не устанавли­вают резистор R2.

Рис. 1

Коэффициент усиления по напряже­нию (в данном случае он примерно равен 30) задаётся отношением сопро­тивления резисторов R7/R6. Эти резис­торы никак не влияют на входной импеданс по рабочим входам (выводы 1 и 8 микросхемы DA1).

Для этой микросхемы необходим двухполярный источник питания. Обра­тите внимание, что в устройстве две разные «земли», и они не соединены на­прямую между собой. Одна из них — это общий провод усилителя, а другая — оплётка коаксиального кабеля, соеди­няющего усилитель с приёмником (трансивером). Цепи L1C2C4 и L2C3C5 дополнительно фильтруют питание. Напряжение в средней точке («землю усилителя») задаёт стабилизатор DA2. Питание на усилитель поступает по коаксиальному кабелю. Для дополни­тельной защиты от «грязи», которая мо­жет наводиться на оплётку кабеля, уста­новлен развязывающий трансформа­тор Т2. Он намотан в два провода на ферритовом НЧ-магнитопроводе так, чтобы индуктивность его обмоток была не меньше 1 мГн.

Выход усилителя через резистор R8 подключён к разделительному ВЧ-трансформатору Т1, с малой межвитковой ёмкостью и отношением чисел вит­ков обмоток 1:1. Этот трансформатор нужен для развязки по синфазному сигналу между общим проводом усилителя и оплёткой коаксиального кабеля. Резистор R8 задаёт выходное сопротив­ление усилителя (у самой микросхемы DA1 выходное сопротивление низкое).

Диоды VD7 и VD8 (любые кремние­вые высокочастотные) защищают вход­ные цепи приёмника. Дело в том, что микросхема DA1 может выдать выход­ной сигнал амплитудой до 5 В, что не для всех приёмников приемлемо. Конденсатор С7 — разделительный.

Элементы L3, С10 разделяют в «шеке» питание усилителя и вход при­ёмника.

Как уже упоминалось, выводы 1 и 8 микросхемы DA1 — это высокоомные дифференциальные входы. С ними надо решить три проблемы.

Во-первых, «привязать» их по посто­янному току к общему проводу усилите­ля. Это делают резисторы R3, R4. Их со­противление не очень важно (кроме как в случае работы с ферритовой магнит­ной антенной, см. ниже) — от 100 кОм до 1 МОм, но очень важна их идентич­ность. Эти резисторы надо подобрать с помощью цифрового мультиметра с отличием не более 0,1 % (лучше ещё меньше). Иначе они «перекосят» вход усилителя с соответствующим сниже­нием КОСС.

Во-вторых, необходимо защитить входы при работе передатчика. Пара ВЧ-диодов VD5, VD6 с этим справляется.

В-третьих, подключить антенну и нужные ей элементы. Это зависит от то­го, какая антенна будет использоваться.

Если это рамка, например «флаг», она подключается прямо к входам. Дополнительно устанавливают резис­тор R2 с сопротивлением, равным вы­ходному сопротивлению рамки (обычно несколько сотен ом).

Если это ферритовая магнитная ан­тенна, R2 не нужен, но устанавливают варикапы перестройки VD1—VD4 и цепь управления ими из «шека” (R1R5C1C9). Кроме того, при работе с ферритовой магнитной антенной (МА) надо поду­мать над сопротивлением резисторов R3 и R4. Они определяют добротность контура антенны (конечно, помимо доб­ротности самой катушки антенны). В зависимости от индуктивности, доброт­ности МА и желаемой полосы пропускания (без перестройки) следует выбрать номиналы резисторов R3, R4.

На рис. 2 показан спектр в полосе 100 кГц на выходе описываемого усили­теля при сопротивлении этих резисто­ров 390 кОм и подключённой ферритовой магнитной антенной, намотанной на стержне диаметром 8 мм и длиной 100 мм с магнитной проницаемостью 400. Приём происходит на диапазоне 160 метров. Антенна находится внутри помещения, поэтому, кроме полезных сигналов, видно ещё и множество по­мех.

Рис. 2

На выходе уровень эфирного шума на частоте резонанса МА — -93 дБм (вертикальная шкала на рисунке — в дБм), т. е. 5 мкВ, что примерно соот­ветствует уровню шума полноразмер­ной антенны. Если надо изменить уси­ление, это выполняют подбором резис­торов R7/R6. Микросхема AD8129 может обеспечить на низкочастотных KB-диапазонах усиление до 100 раз.

Применение усилителя позволяет разместить антенну вдали от местных источников помех и тем самым улуч­шить качество приёма.

Автор: Игорь ГОНЧАРЕНКО (DL2KQ), г. Бонн, Германия
Источник: журнал Радио №1, 2015