Aktywna antena UKF FM

source: Fernando - Call sign PU2PLL
--------------------------------------------------------------------------------






Czesto odbiσr stacji UKF FM odbywa sie za pomoca prowizorycznych anten w postaci odcinka przewodu dolaczonego do wejscia antenowego. Niski poziom sygnalu zwlaszcza w ?ekranowanych" zelbetonowych budynkach mieszkalnych czy biurach obniza jakosc odbioru. Zaradzic temu powinna proponowana do wykonania antena aktywna. Mozna ja dolaczac do rσznego rodzaju ?wiez" jak i do kart radiowych montowanych w mikrokomputerach PC.


Opis konstrukcji i schematu
Proponowana konstrukcja sklada sie z anteny w formie jednego lub dwσch odcinkσw przewodu w izolacji oraz wzmacniacza o niskim poziomic szumσw wlasnych i duzym wzmocnieniu. Antena wraz ze wzmacniaczem przewidziane sa dla zakresu czestotliwosci 88-H08 A/lHz. Wzmocnienie wzmacniacza osiaga w tym zakresie poziom 25 dB. Przy czestotliwosci 65 MHz (dolna czestotliwosc zakresu 01RT) nie spada ponizej 20 dB.




W prostszej wersji mozna wykorzystac jeden odcinek przewodu o dlugosci 70^-80 cm spelniajacy role anteny pretowe] tzw. dipola niesymetrycznego. Dlugosc odcinka przewodu wynika z dlugosci fali dla srodkowej czestotliwosci zakresu odbieranych czestotliwosci. Dlugosc ta powinna byc rσwna 1/4 dlugosci fali. Dlugosc fali obliczyc mozna z podanego nizej wzoru:
300
l[m] = ------
f[MHz]


Jesli podstawi sie czestotliwosc w [MHzJ to dlugosc fali bedzie wyrazona w [m]. Dla czestotliwosci 100 MHz wyniesie ona 3 m. Dlugosc dipola bedzie wtedy wynosila 75 cm. Lepsze wyniki powinien zapewnic dipol symetryczny wykonany w formie dwσch odcinkσw przewodu takze o dlugosci 1/4 fali kazdy. O ile dipol niesymetryczny zazwyczaj bedzie znajdowal sie w pozycji pionowej tak odcinki dipola symetrycznego powinny znajdowac sie w pozycji poziomej co odpowiada poziomej polaryzacji sygnalu nadawanego na tym zakresie fal. Antene aktywna mozna rozwiesic na tylnej czesci mebloscianki lub w innym niewidocznym miejscu. Dobrym miejscem sa otwory okienne, o ile nie bedzie tam razic jej wyglad. Sygnal z anteny aktywnej do wejscia antenowego odbiornika nalezy doprowadzic przewodem koncentrycznym o im-pedancji falowej 75 Q. Oddalenie dipoli np. od mikrokomputera zmniejszy wplyw zaklσcen jakie on wytwarza, na odbierany sygnal.


Elementem wzmacniajacym opisywanej anteny aktywnej jest dwubramkowy tranzystor polowy MOSFET, wielkiej czestotliwosci typu BF 961. Charakteryzuje sie on duzym wzmocnieniem i niskim poziomem szumσw. W przeciwienstwie jednak do szerokopasmowych tranzystorσw bipolarnych umozliwia realizacje wzmacniaczy o stosunkowo waskich zakresach czestotliwosci. Wynika to z koniecznosci zapewnienia dopasowania zarσwno od strony wejsciowej jak i wyjsciowej. Od strony wejscia bedzie to dopasowanie do anteny (okolo 70 Q). Od strony wyjscia do przewodu koncentrycznego 75 Q. Dopasowanie to realizuje sie wykorzystujac uklady LC o ograniczonym pasmie.






Zmiana wartosci napiecia polaryzujacego bramke G2 wzgledem zrσdla umozliwia regulacje wzmocnienia. Czesto zmniejszenie wzmocnienia poprawia wlasciwosci wzmacniacza zwlaszcza w obecnosci silnego sygnalu lokalnej stacji radiowej UKF FM.
Parametry graniczne tranzystora BF 961 sa nastepujace: UDS =20V. 1D = 30 mA. Pmax=200mW.
Wzmocnienie mocy wynosi 20 dB przy czestotliwosci 200 Ml Iz. Wspσlczynnik szumσw przy czestotliwosci 200 MHz nie przekracza 2,5 dB (typowo 1,8 dB). Mozna zastosowac tranzystor BF 964 o jeszcze lepszych parametrach - wzmocnienie 25 dB i typowa wartosc wspσlczynnika szumσw wynoszaca 1 dB.


Sygnal z anteny podawany jest do kondensatora Cl, ktσry stanowi pierwszy element czlonu dopasowujacego skladajacego sie jeszcze z indukcyjnosci LI i L2 oraz kondensatora C2. Cl, LI stanowia filtr gσno-przepustowy a L2, C2 dolnoprzepustowy. Razem tworza pasmowy uklad dopasowujacy. Sygnal podawany jest do bramki G1. Dla skladowej stalej potencjal tej bramki wynosi O V. Zapewnione to jest dzieki zwarciu dla skladowej stalej przez indukcyjnosci LI i L2.
Typowe napiecie bramki G2 wynosi 4 V. Jest to maksymalna wartosc uzyskana za pomoca dzielnika rezystancyjnego R1, P1 (przy P2 ustawionym na maksymalna rezystancje). Zmniejszanie rezystancji P2 zmniejsza napiecie bramki G2 i w efekcie wzmocnienie tranzystora. Wzmocnienie to mozna zmniejszyc o co najmniej l O dB.


Wzmocniony sygnal z drenu tranzystora podawany jest przez uklad dopasowujacy typu F! (C4, L3, C5) i dalej kondensator sprzegajacy C7 do przewodu koncentrycznego a nastepnie wejscia antenowego odbiornika radiowego.
Przewidziano dwie mozliwosci zasilania wzmacniacza z zewnetrznego zrσdla napiecia stalego 12 V. Pierwsza to zasilanie dolaczone do zaciskσw +12V i masy. Druga mozliwosc to zasilanie przez przewσd koncentryczny z wykorzystaniem -tzw. rozdzielacza zasilajacego. Schemat odpowiada zasilaniu dolaczonemu do zaciskσw +12 V i masy. Przy zasilaniu przewodem koncentrycznym nalezy w miejsce kondensatora C7 zamontowac zwore i wykonac rozdzielacz zasilajacy zgodnie z podanym nizej schematem.
Zadaniem diody Zenera D1 jest zabezpieczenie tranzystora przed przepieciami jakie wystepuja przy zalaczaniu i wylaczaniu zasilania doprowadzonego za posrednictwem przewodu koncentrycznego. Elementem doprowadzajacym zasilanie do dzielnika R1. P1 lub drenu T1 jest dlawik Dll.


Rozdzielacz zasilajacy posiada taki sam dlawik Dl i dwa kondensatory 1 n F. Jeden z nich podaje sygnal do wejscia antenowego odbiornika a drugi filtruje zasilanie. Zadaniem dlawika jest odseparowanie malej rezystancji zrσdla zasilajacego od toru sygnalowego.
Prad zasilania wzmacniacza nie przekracza 20 mA. Jego typowa wartosc wynosi okolo 10 mA.
« Montaz i uruchomienie Przed montazem elementσw nalezy wykonac cewki i dlawik. Cewki L1, L2 i L3 nalezy nawinac na trzpieniu (wiertle) o srednicy 5 mm. Dlawiki na trzpieniu o srednicy 3 mm. Do nawijania wykorzystac drut nawojowy w emalii o srednicy 0,4-^0,5 mm. Ilosci zwojσw sa nastepujace: L1 - 5.5zw. L2 - 7,5 zw. L3 - 11,5 zw. Dl1 (DL) - 15,5 zw.
Zwrσcic uwage na kierunek nawiniecia umozliwiajacy montaz zgodnie z rys. 3.
Zamiast rezystora nastawnego P1 mozna zamontowac rezystor staly 47 -s-100 kQ. Trzeba rozwiazac sposσb dolaczenia zasilania. Zasilacz stabilizowany 12 V najprosciej kupic wraz z rozdzielaczem zasilajacym. Powinien to byc zasilacz stabilizowany o dopuszczalnym poborze pradu co najmniej 50 m A i wyposazony w znak bezpieczenstwa B. Zwrσcic uwage na wtyk rozdzielacza. Nowoczesne odbiorniki radiowe (amplitu-nery i tunery) wymagaja ?gniazda" jako wtyku. Ewentualnie niezbedne moze sie okazac wykonanie przedluzacza zakonczonego obustronnie gniazdem koncentrycznym, ktσry umozliwi dolaczenie sygnalu do wejscia antenowego odbiornika.




Wykonujac zasilacz we wlasnym zakresie zwrσcic uwage na zachowanie warunkσw bezpieczenstwa - odpowiednie odstepy (co najmniej 10 mm) miedzy obwodami sieciowymi i wtσrnym na plytce drukowanej. Przewody sieci powinny miec podwσjna izolacje.
Zasilanie anteny aktywnej przewidzianej do wspσlpracy z karta radiowa mikrokomputera mozna pobrac z wnetrza mikrokomputera. Zasilanie napedσw doprowadzane jest za pomoca zlacz 4-stykowych. Przewσd w kolorze zσltym doprowadza napiecie +12 V. Masa prowadzona jest przewodami w kolorze czarnym. Rozdzielacz mozna wykonac bezposrednio we wtyku antenowym lub w dodatkowym pudelku.


Po sprawdzeniu poprawnosci montazu przystepujemy do uruchomienia anteny. Do tego celu wystarczy muitimetr i wymieniany wczesniej zasilacz +12 V. W pierwszej kolejnosci nalezy sprawdzic wielkosc napiecia wyjsciowego zasilacza oraz prawidlowosc polaryzacji. Po podlaczeniu zasilania do wzmacniacza sprawdzic jego wartosc na drenie D tranzystora i bramce G2. Napiecie na drenie powinno wynosic +12 V. Napiecie na bramce nie powinno przekraczac 4 V.
Do punktσw A i B dolutowac przewody w izolacji o dlugosci 70-^80 cm (ewentual-nie tylko do punktu A). Przewody zakonczyc ?petelkami", co ulatwi ich rozwieszenie. Otwσr nad punktami A, B przewidziany jest do zawieszenia plytki wzmacniacza. Bardziej eleganckie bedzie umieszczenie wzmacniacza w malej obudowie z tworzywa sztucznego. Po prowizorycznym rozwieszeniu anteny sprawdzic jej dzialanie przez podlaczenie do odbiornika. Wlaczanie zasilania wzmacniacza powinno dawac wyrazne zwiekszenie sygnalu wejsciowego. Po uzyskaniu zadowalajacych wynikσw dokonac ostatecznego rozwieszenia i ?zamaskowania" anteny. Zycze 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 tekscie
Dll - patrz opis w tekscie