За информацию спасибо Luk


Советы по настройке радиомикрофонов


Возможно ничего нового и потрясающе важного я не привнесу этой статьей, но может кто нибудь для себя найдёт в ней что-то полезное.
Эту статью я выкладывал уже в сеть, но на том сайте, где это было сделано, увы не нашлось людей интересующихся радиомикрофонами...

Советы по настройке радиомикрофонов


Подавляющее большинство радиомикрофонов, описанных в десятках изданий настолько просты по своей конструкции, что при условии их изготовления из исправных деталей, они просто обязаны быть работоспособными. В то же время автору этой статьи неоднократно приходилось встречаться с радиолюбителями не сумевшими «запустить» ту или иную конструкцию радиомикрофона Более того, однажды довелось встретить просто уникального собеседника, утверждавшего, что он лично собрал все схемы радиомикрофонов помещенных в петроградском сборнике «Схемотехника» №2 («Спецтехника») и что ни одна из этих схем не работает.
Такое категоричное утверждение, конечно, не соответствует действительности. В схемах радиомикрофонов могут встречаться ошибки, но не так же часто. Просто человек, всегда занимавшийся конструированием цифровой техники, привык, что безошибочно собранная из заведомо исправных деталей конструкция запускается сразу после включения и дает 100-процентно ожидавшийся результат.
Иное дело - радиомикрофон, этот крохотный представитель аналоговой техники.. Сказанное выше подтолкнуло к мысли, что все-таки следует уделить внимание некоторым характерным моментам настройки радиомикрофонов
Автор сделал попытку расположить информацию в последовательности, позволяющей читателю дочитать ее до «своего» уровня, т.е. уровня достаточного для понимания конкретным лицом с конкретной радиотехнической подготовкой.
В то же время материал изложен просто, без формул и при небольшом усилии может быть усвоен любым радиолюбителем.

Советы по настройке радиомикрофонов.
Основная операция, которую необходимо осуществить после сборки радиомикрофона (РМ), это обнаружение его рабочей частоты, которая может оказаться выше или ниже ожидаемой из-за неточного повторения диаметра и шага намотки контурной катушки, разброса емкостей
Поэтому после окончания сборки и монтажа РМ, его необходимо «довести» (настроить) для получения работающей конструкции. Действуют следующим образом. Включают УКВ приемник в непосредственной близости от РМ (1—2 метра), затем включают РM. В момент включения РМ обращают внимание на увеличение шума в радиоприемнике, пропадание или появление работающей радиостанции, т е. обращают внимание на признаки появления в эфире сигнала включаемого радиомикрофона
Затем, разговаривая рядом с микрофоном собранного PМ медленно вращают ручку настройки частоты радиоприемника от одного конца шкалы до другого ее конца (сканируют диапазон) и находят частоту работающего РМ. Прием работы микрофона может сопровождаться характерным свистом возникающей акустической связи между микрофоном и громкоговорителем радиоприемника. Избавляются от акустической связи увеличением расстояния между РМ и приемником, уменьшением усиления последнего, применением вместо динамика головных телефонов.
Часто из-за непосредственной близости от РМ, вход приемника перегружается сигналом радиомикрофона, и работа РМ прослушивается в нескольких местах шкалы. Нужно удалить приемник от РМ на 15-25 метров. Количество ложных настроек резко уменьшится или они исчезнут полностью - слышной останется только основная частота работы радиомикрофона.
Естественно, если первоначальный прием РМ велся на ложной настройке, то при удалении от РМ на указанное расстояние прием его сигнала прекратится. Процесс сканирования диапазона следует повторить, но уже на новом расстоянии и отыскать основную частоту РМ.
Запомнив положение основной частоты РМ на шкале приемника, выключают радиомикрофон и убеждаются, что на этой частоте нет сигналов других радиостанций., которые в дальнейшем могут создавать помехи приему сигнала РМ или даже полностью подавлять сигнал радиомикрофона Если оказалось, что мешающая станция действительно присутствует, необходимо очень осторожно (буквально чуть-чуть) paздвинуть (частота РМ уйдет выше) или сжать (частота РМ переместится ниже) витки контурной катушки. Затем настроиться приемником на новую частоту РМ и убедиться, что приему сигнала РМ другие станции не мешают. При наличии помех и на новой частоте, выбор частоты следует повторять до тех пор, пока частота РМ не будет установлена на свободный участок.
Многим конструкторам сразу же хочется проверить дальность действия РМ. Это можно сделать, не забывая по мере удаления от радиомикрофона прибавлять усиление приемника.
При перемещениях и районе предельных расстояний, прием сигнала РМ будет то убывать, то нарастать, затем прекратится. Хотя приближение радиоприемника к металлическим трубам, ограждениям, проводам может снова возобновить прием за счет переизлучения сигнала РМ этими предметами. В дальнейшем попытаться добиться большей дальности можно экспериментами с антеннами радиомикрофона и приемника (см. ниже), по возможности следует попробовать другой приемник с более высокой чувствительностью.
Может случиться, что после сборки и включения РМ на расположенный в непосредственной близости радиоприемник слышны «продувания» или постукивания по микрофону, однако на удалении 2-5 метров все это пропадает и частоту работы радиомикрофона обнаружить не удается. Это значит, что радиомикрофон работает, но вследствие значительной «промашки» при изготовлении элементов колебательного контура, главным из которых представляется катушка индуктивности, рабочая частота РМ оказалась выше или ниже частот, принимаемых имеющимся радиоприемником.
В этом случае вначале существенно сжимают витки контурной катушки (см. рис. 1) и пытаются принять частоту работающего РМ, а при неудаче - растягивают витки и снова сканируют диапазон с целью обнаружения частоты. Иногда, при грубых просчетах, может потребоваться снятие или добавление 1-2 витков.
Ниже, на рисунке показано как можно легко и удобно растягивать или сжимать витки катушки УКВ контура. Один конец катушки впаивается в плату, а второй отгибается горизонтально, хорошо облуживается и паяется к стойке. При необходимости растягивания витков катушки место пайки прогревается и пинцетом отпаянный конец катушки протягивается в необходимом направлении, после чего снова припаивается к стойке. После окончательной подгонки индуктивности катушки оставшийся ее конец удаляется кусачками.
Радиолюбителям давно известен способ, позволяющий определить свои действия в отношении катушки индуктивности. Способ основан на том, что приближение к катушке маленького кусочка феррита (100НН, 50ВЧ и т.п.) увеличивает индуктивность катушки (рабочая частота РМ снижается), а приближение кусочка латуни - уменьшает индуктивность катушки (рабочая частота РМ повышается) Знание этого явления позволяет при включенном радиомикрофоне и приемнике, поднося поочередно к катушке указанные материалы, определять в какую сторону нужно изменять индуктивность катушки (сматывать или доматывать витки), чтобы «выгнать» рабочую частоту РМ на шкалу приемника. После обнаружения частоты РМ действуют, как описано выше.

Впрочем, эта проблема может возникнуть у тех, кто для приема использует приемник либо с «советским» (66...74 МГц) УКВ диапазоном, либо с Европейским (88.. 108 МГц) FM диапазоном. Взявшие на вооружение китайский УКВ приемник, имеющий диапазон от 64 до 110 МГц вряд ли с этим столкнутся, т.к. не попасть в такой широченный (почти 50 МГц!) частотный участок - нужно иметь талант.
Наконец самый неприятный случай. После включения РМ по приемнику расположенному в непосредственной близости от РМ не слышно ни «продуваний» в микрофон, ни увеличения шума, ни иных каких-нибудь признаков жизни собранного радиомикрофона.
Это значит, что при сборке РМ была допущена ошибка в монтаже. Ее необходимо обнаружить тщательным осмотром деталей и дорожек печатной платы, проводников. Проверить напряжение на источнике питания и его способность отдавать необходимый ток в нагрузку без существенного падения напряжения. Особое внимание следует уделить проверке правильности распайки выводов транзисторов. В малоопытных конструкторов случается перегрев транзисторов при их впаивании, вследствие того, что они применили мощный паяльник или достаточно долго нагревали место пайки.
Впаивание в плату плохо облуженных ножек транзисторов также приводит к увеличению времени пайки и, как следствие, перегреву полупроводникового прибора. О правильных способах пайки электронных приборов (диоды, транзисторы, микросхемы) неоднократно рассказывалось в соответствующих брошюрках по радиолюбительским технологиям.
При первом включении РМ иногда случается; что сигнал на приемнике имеется, однако, он не промодулирован низкой частотой Следует проверить исправность самого микрофона. Вообще, в исправности выбранного микрофона очень желательно убедиться еще до его установки в радиомикрофон. Часто именно неисправный микрофон не позволяет обнаружить наличие сигнала РМ в эфире. (Все-таки следовало бы мне спросить в «уникального собеседника», о котором я упомянул в предисловии, не ставил ли он один и тот же микрофон во все собираемые им схемы?
Если именно так и было, то при неисправном микрофонном капсюле конечно у него ни одна схема не запустилась бы)
И так, все позади. Радиомикрофон работает. Но редко какой конструктор остановится на достигнутом. Хочется чего-то большего. Можем поговорить и об этом.
Основное неудобство, от которого хотелось бы избавиться при пользовании радиомикрофоном — неуверенность приема его сигнала. К этому явлению причастны два основных фактора: первый - пропадание сигнала вследствие маломощности РМ и связанных с этим явлениями интерференции электромагнитных волн возникающими даже на небольших расстояниях от радиомикрофона и второй - пропадание сигнала РМ вследствие нестабильности генерируемой им частоты.
В первом случае пропавший сигнал от РМ можно обнаружить небольшим перемещением радиоприемника в пространстве, во втором - пропавший сигнал от РМ обнаруживается перестройкой приемника на соседнюю частоту.
Оба эти явления неприятны, однако, увы... приходится мириться и приспосабливаться к недостаткам игрушечных по своей сути устройств, по глубокому убеждению автора ничего не имеющих общего со средствами спецтехники, работающими на специальных частотах (как правило, не ниже 450 МГц), имеющими достаточную мощность высокую стабильность частоты и, не менее высокую, стоимость.
Но вернемся к разговору о дальности действия РМ и надежности приема его сигнала. Часто дальности в 15-20 метров оказывается вполне достаточно, чтобы папа, находящийся на кухне мог контролировать сон своего ребенка находящегося в спальне. Но, по каким-то причинам папа хотел бы это дело осуществлять и находясь во дворе дома.
Как отмечено выше, множество факторов способны влиять на дальность действия радиомикрофона Еще раз, назовем основные: мощность, способ подключения, длина и положение антенны РМ в пространстве, наличие инженерных сооружений на пути радиосигнала от РМ, которые могут оказывать на сигнал как экранирующее, так и переизлучающее воздействие Также важное, часто решающее значение имеет чувствительность приемника, используемого для приема сигнала от РМ, пространственное его положение, проводимость подстилающей поверхности (в простейшем случае - почвы)
Сигналы подавляющего большинстве РМ, в которых используется один высокочастотный каскад (генератор), могут быть приняты с расстояния 100 - 150 метров при использования для приема УКВ приемников простейшего класса, например китайского производства, или собранных на основе отечественных KI74XA34.
Если использовать приемник хорошей фирмы («Panasonic», «Sony», «Grundic» и т.п.) расстояние может быть доведено до 300 - 500 метров. И, наконец, при использовании специального приемника, к примеру, AR-8000, расстояние может достигать 1,5 - 2 километра. Поэтому на такой часто задаваемый вопрос о дальности действия конкретного радиомикрофона, наиболее правильно отвечать встречным вопросом «А
Мощность РМ определяется мощностью высокочастотного генератора. А она, в свою очередь, зависит от величины питающего напряжения и потребляемого этим генератором тока (произведение этих величин). Следовательно, чем большее напряжение питания подводится к генератору (оно не может превышать допускаемое для данного типа транзистора), тем больший ток будет потребляться генератором и, естественно, генератор будет потреблять большую мощность.
Однако не вся потребляемая генератором мощность будет излучаться в эфир. Значительная ее часть теряется в самом генераторе ввиду примитивности согласования его колебательного контура с антенной. Практически при напряжении питания 9-12 Вольт и потребляемом генератором (только генератором) токе порядка 7-8 mА, излучаемая мощность с учетом коэффициента полезного действия, едва достигает единиц милливатт.
Как правило, почти у каждого хозяина радиомикрофона возникает желание хоть чуть-чуть увеличить эти несчастные милливатты. Доступный для этого арсенал перечислен выше. Повышение напряжения питания большинство применяемых в РМ транзисторов могут выдержать до 20 - 25 Вольт. Затем пробиваются.
Также в борьбе за милливатты можно при помощи соответствующих резисторов более тщательно подобрать режим транзистора генератора по постоянному току базы. Можно выбрать экземпляр транзистора с более высоким коэффициентом усиления по току. Наконец, можно тщательнее подобрать элементы генератора создающие в нем положительную обратную связь, благодаря наличию которой и возникает генерация. Как правило, это емкость, обозначенная на схемах «звездочкой». Радикально мощность генератора может быть повышена применением в генераторе более мощного транзистора.
Однако часть перечисленных выше мер имеет недостатки. Первый, транзистор «загнанный» в предельный режим генерирует неустойчиво, второй: повышение напряжения и потребляемого тока неизменно усложняет вопрос обеспечения электропитанием радиомикрофона, что очень часто весьма существенно и актуально. Третье и, пожалуй, главное - повышение мощности однокаскадного генератора радиомикрофона, в том числе путем применения более мощных транзисторов, существенно дальность действия не увеличивает, точнее, увеличивает, но далеко не прямопропорционально увеличению мощности.
Однако попытка увеличения мощности однокаскадного РМ практически во всех случаях приносит новую более существенную неприятность, заключающуюся в создании помех рядом расположенной бытовой аппаратуре. Проще говоря, сигнал вашего РМ может быть абсолютно случайно подслушан вашим соседом при помощи... своего телевизора. Становится это возможным благодаря именно умощнению РМ, что влечет к перегрузке входных цепей телевизора вашего соседа (и вашего тоже) подобно тому, как это было по отношению к радиоприемнику находящемуся в непосредственной близости от включенного РМ. Разумеется, что такое несанкционированное прослушивание на не основной частоте РМ нельзя назвать желательным для вас,
И вообще, чтобы подсуммировать разговор о мощности радиомикрофонов, думаю, что достаточно заметить, что те, кто занимаются делами профессионально, никогда не решают проблему дальности при помощи мощности Они это решают при помощи чувствительности приемных устройств. И, как говорил уже упоминавшийся, классик, «это правильно». Правильно потому, что большая излучаемая мощность требует достаточных и, естественно, громоздких источников питания, усложненных антенн и самое главное - повышенная мощность очень быстро обнаруживается. Так что не засоряйте эфир помехами понапрасну, а имейте хорошие приемники.
Слегка улучшить излучение РМ на основной частоте, не увеличивая подводимую мощность можно более тщательным согласованием его антенны. Само понятие согласования подразумевает установление соответствия линейных размеров антенны (длины) длине волны рабочей частоты радиомикрофона, находящейся, как известно, в обратно пропорциональном соотношении с рабочей частотой а, также, согласование входного сопротивления антенны с выходным сопротивлением колебательного контура. Высказанные в этом абзаце понятия могут оказаться немножко сложноватыми для понимания теми, кто еще не очень хорошо осведомлен в них. Читайте литературу, учитесь.
В простом варианте достаточно знать, что наиболее эффективная длина антенны от 210 (на УКВ диапазоне) до 150 (на FM диапазоне) сантиметров, при условии, что антенна подключается либо непосредственно в контур, либо через разделительный конденсатор. Откуда размер? Это примерно половина длины волны рабочей частоты радиомикрофона. Именно такой, как его еще нередко называют полуволновый отрезок провода, имеет высокое входное сопротивление, которое лучше согласуется с контуром при непосредственном его подключении.
Часто, и это хоть и сложнее, но лучше, антенну к контуру подключают через виток связи или применяют т.н. неполное включение, т.е. антенна подключается к части витков катушки колебательного контура. В этом случае отрезок антенного провода должен быть четвертьволновым, т.е. от 105 (УКВ) до 75 (FM) сантиметров. Такой отрезок имеет низкое входное сопротивление, что является более подходящим для данного варианта. Конечно любой отрезок полученный расчетным путем не обеспечит полного согласования антенны с контуром, но этим пренебрегают, т.к. согласующее устройство (конденсаторы, вариометр) существенно усложняют конструкцию.
Антенна из трубки или прутка соответствующей длины диаметром 6...8 мм работает эффективнее, чем такой же длины кусок тонкого провода. Существуют также так называемые рамочные и спиральные антенны. Рамочные очень хорошо могут быть согласованы с выходным контуром РМ, а преимущество спиральных -небольшая длина, что иногда тоже важно. Длину провода в спиральной антенне также необходимо подбирать.
Еще один хорошо известный недостаток простых радиомикрофонов заключается в существенном влиянии расположенных возле антенны объектов на рабочую частоту РМ. Это явление встречает любого, кто собрал и «запустил» радиомикрофон т.к. просто нельзя не обратить внимание на то, что любое приближение руки или иного токопроводящего предмета к элементам монтажа РМ и, в особенности, к элементам его колебательного контура изменяет рабочую частоту. А это в свою очередь вызывает необходимость подстройки частоты приемника.
Уменьшить влияние предметов на элементы колебательного контура можно, заключив радиомикрофон в металлическую коробку (экранировав) и электрически соединив эту коробку с общим проводом радиомикрофона. Для подключения антенны на коробке устанавливают соответствующее гнездо. К сожалению, с антенной дело сложнее, Можно лишь рекомендовать подключать ее к контуру через конденсатор возможно меньшей емкости (от 3 до 15 пФ) Чем меньше емкость этого конденсатора, тем меньше влияние антенны на частоту РМ и ... меньше дальность действия радиомикрофона.
Приходится довольствоваться золотой серединкой, которую • каждый пользователь РМ должен установить для себя самостоятельно. А при прямом подключении антенны к радиомикрофону стараться устанавливать ее так, чтобы максимально исключалась возможность перемещений объектов в непосредственной близости
Радикальным образом проблема частотной нестабильности РМ может быть решена путем усложнения конструкции. Классическое решение - увеличение количества высокочастотных каскадов радиомикрофона. Это позволяет генерирование частоты осуществлять одним каскадом, а ее усиление и излучение в эфир - другим. Причем усилителей частоты может быть несколько. В одном из каскадов (или нескольких) может быть осуществлено умножение частоты. Но об этом чуть позже.
Так вот даже в 2-каскадном радиомикрофоне состоящем из отдельного генератора и отдельного усилителя мощности стабильность частоты получается практически достаточной, чтоб о ней уже не говорить. Генератор в этом случае часто называют задающим генератором, (он задает частоту), а усилитель называют выходным (частота, заданная генератором при помощи усилителя выделяется, усиливается и выходит в эфир). При таком построении каскадов радиомикрофона приближение предметов к излучающей антенне вносит расстройку в контур усилителя, но он не принимает участие в генерировании частоты и, следовательно, антенна оказывает слабое влияние на стабильность частоты генерируемой в задающем генераторе.
Еще лучшую стабильность частоты можно получить, если ее генерировать на частоте в три, пять или даже семь раз ниже рабочей. В этом случае стабильность генерируемой в задающем генераторе частоты легко достигается параметрическими путями.
Практически для получения рабочей частоты, к примеру, 90 МГц процесс умножение частоты происходит таким образом: задающий генератор работает на частоте 15 МГц, затем каскад-утроитель утраивает частоту до 45 МГц, а каскад-удвоитель доводит ее до значения 90 МГц. Эта частота усиливается выходным каскадом и излучается в эфир. Выходной каскад также может работать одновременно и в качестве удвоителя или утроителя, такие схемы РМ встречаются. Однако энергетически такой выходной каскад нежелателен.
Конструирование и в особенности настройка умножителей частоты требуют определенных навыков от конструктора. Зато результаты работы РМ получаются весьма и весьма способствующими хорошему настроению.
Сам процесс умножения частоты прост: ко входу каскада подводится радиочастота надлежащая умножению Каскад-умножитель (внешне очень похож на обычный усилительный каскад) за счет специально установленного режима его работы рождает целый спектр частот-гармоник, нужную из которых и предстоит выделить при помощи настройки на нее выходного контура умножителя.
Основная трудность, встречающаяся при настройке умножителя частоты, заключается в умении настроить выходной его контур на необходимую гармонику (вторую, третью, пятую - более высокие выделить очень трудно из-за того, что с повышением частоты амплитуда гармоник уменьшается). Даже опытные радиолюбители на такую работу иногда тратят немало времени. Вот почему создание хорошего радиомикрофона считается довольно сложной и дорогостоящей задачей.
Наконец рассмотрим принцип стабилизации рабочей частоты радиомикрофона при помощи кварцевого резонатора (в народе — кварца). Это второй, радикальный метод стабилизации частоты РМ. И здесь имеют место определенные трудности, главная из которых слабая подверженность кварца частотной модуляции. А именно частотная (а не амплитудная, как это часто бывает) модуляция необходима для качественной работы частотного детектора УКВ приемника. Да оно и понятно, кварц на то и кварц, чтобы «держать» частоту, на которую он изготовлен, а не «трепать» ее в соответствии с колебаниями чьих бы то ни было голосовых связок.
Поэтому те, кто уже «пробовали» радиомикрофоны с кварцем, не могли не обратить внимание на «бубнящий» звук, который возникает из-за недостаточной промодулированности сигнала. Некоторые схемные ухищрения позволяют получить модуляцию достаточную для речевых сигналов, однако полноценная полоса звуковых частот необходимая для качественной работы радиомикрофона достигается, как правило, при помощи рассмотренного нами выше умножения частоты.
Как пример можно рассмотреть работу задающего генератора радиомикрофона с выходной частотой 108 МГц. Он работает на основной частоте кварца Z1. Модуляция осуществляется варикапом VI, на который подано напряжение смещения с делителя R3R4 и звуковой сигнал с регулятора девиации R1.

При изменении напряжения на варикапе (в соответствии со звуковыми колебаниями от микрофонного усилителя) изменяется его емкость. Это изменяет в небольших пределах частоту параллельного резонанса кварца, которая определяет частоту генерации. В коллекторную цепь транзистора V2 включен контур L1C6, настроенный на вторую гармонику частоты генерации (катушка L1 содержит 10 витков провода ПЭЛ-0,5 на каркасе диаметром 8 мм, отвод - от 3-го витка снизу) Выделенная этим контуром частота 36 МГц в дальнейшем будет подана на утроитель, выходной контур которого в свою очередь выделит частоту 108 МГц. Ее останется усилить в выходном каскаде и при помощи антенны «отправить» в эфир
Кроме указанного кварца, в генераторе можно применить резонаторы для получения других частот. Основное, что следует помнить, это то, что чем больше раз умножается частота модулируемого кварцевого генератора, тем в большей степени будет промодулирован выходной сигнал, т.к. в каскадах умножения частоты величина девиации также умножается. Поэтому необходимой ширины модуляции звуковой частоты (девиации) в кварцевых генераторах добиваются количеством умножений частоты. Это сложно, зато профессионально.
В заключение, наверное, будет уместным сообщить, что существуют и иные принципы формирования сигналов радиомикрофонов, среди которых выделяется смесительный принцип. Согласно ему, сравнительно невысокая частота (до 10 МГц), стабильность которой легко обеспечивается параметрическими способами, подвергается звуковой модуляции. Затем эта промодулированная частота при помощи смесительного каскада примешивается к другой частоте (порядка 90-100 МГц) полученной от кварцевого резонатора. Выделенная суммарная (или разностная) частота является рабочей частотой радиомикрофона. Она отфильтровывается от других продуктов смешивания, усиливается и излучается в эфир.
Конечно, все явления, которые могут встретить конструктора РМ трудно предусмотреть на все 100 процентов, однако автор попытался это осуществить, и он будет рад, если творческие поиски приведут в мир радиолюбительства новые имена. В 50-е годы радиолюбители свой путь начинали с детекторных приемников. Сегодня нет необходимости в конструировании таковых -, кого сейчас удивишь приемником... Тогда может игрушечный «радиомикрофончик» станет первой ступенькой в мир радиолюбительства?

В.Кияница 1999