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無線電子工学および電気工学の百科事典 VHF 検波器受信機。 無線エレクトロニクスと電気工学の百科事典
「検波受信機」という概念は、巨大なアンテナや長波・中波のラジオ放送と強く結びついていますが、この論文の中で著者は、VHF FM 局の送信を聞くために設計された VHF 検波受信機の実験的にテストされた回路を提供しています。 VHF での探知機受信の可能性自体は完全に偶然に発見されました。 ある日、テレツキー公園 (モスクワ、ノヴォギレボ) を散歩していたとき、私はその放送を聞くことにしました。幸運なことに、単純なループレス検出器受信機を持っていったのです。 受信機には長さ約1,4mの伸縮アンテナがついていましたが、こんな短いアンテナでも受信できるのでしょうか？ かすかに、２つの局の同時運用音が聞こえた。 しかし驚いたことに、受信音量は 5 ～ 7 メートルごとに周期的に増加したり、ほぼゼロになったりしており、その様子は局ごとに異なっていました。 波長が数百メートルに達する極東や北東部でさえ、これは不可能であることが知られています。 ある局の受信音量が最大になったところで立ち止まって、注意深く耳を傾けなければなりませんでした。 それは近くのバラシハから放送している100,5 FMの「ラジオ・ノスタルジー」であることが判明した。 無線センターアンテナは直接見えませんでした。 FM 送信を振幅検出器で受信するにはどうすればよいでしょうか? その後の計算と実験により、これが非常に可能であり、受信機自体から完全に独立していることが示されています。 最も単純なポータブル VHF 検出器受信機は、フィールドインジケーターとまったく同じ方法で作られていますが、測定装置の代わりに高インピーダンスのヘッドフォンをオンにする必要があるだけです。 受信の最大音量と品質に応じて選択するために、検出器と回路の間の接続を調整することは理にかなっています。 最も単純な検出器 これらの要件を満たす受信回路を図1に示します。 XNUMX。
このデバイスには、L1C1 回路に直接接続され、信号周波数に同調された伸縮式ホイップ アンテナ WA1 が含まれています。 ここでのアンテナも回路の要素であるため、最大の信号電力を抽出するには、アンテナの長さと回路の同調周波数の両方を調整する必要があります。 場合によっては、特にアンテナの長さが波長の XNUMX 分の XNUMX に近い場合は、ループ コイルのタップに接続し、最大音量に応じてタップの位置を選択することをお勧めします。 検出器との通信は、コンデンサ C2 のトリミングによって調整されます。 検出器自体は、1 つの高周波ゲルマニウム ダイオード VD2 および VD2 で作られています。 回路は倍電圧整流回路と全く同じですが、カップリングコンデンサCXNUMXの容量を十分に大きくするだけで検出電圧はXNUMX倍になりますが、回路への負荷が過大となり品質係数が低くなります。 その結果、回路内の信号電圧が低下し、音量が低下します。 この場合、カップリングコンデンサ C2 の容量が小さいため、電圧の XNUMX 倍化は発生しません。 検出器と回路の最適なマッチングを実現するには、結合コンデンサの容量が検出器の入力インピーダンスと回路の共振抵抗の間の幾何平均に等しくなければなりません。 この条件下では、最大音量に対応する高周波信号の最大パワーが検出器に供給されます。 コンデンサ C3 はブロッキング コンデンサで、検出器出力の電流の高周波成分を遮断します。 後者の負荷は、少なくとも 4 kΩ の DC 抵抗を持つ電話機によって提供されます。 受信機全体は小さな金属またはプラスチックのケースに組み込まれています。 ケースの上部には長さ 1 m 以上の伸縮アンテナが固定されており、下部には電話を接続するためのコネクタまたはソケットがあります。 電話コードは受信ダイポールの後半、つまりカウンターウェイトとして機能することに注意してください。 コイル L1 はフレームレスで、直径 5 ～ 0,6 mm のマンドレルに巻かれた直径 1 ～ 7 mm の PEL または PEV ワイヤが 8 回巻かれています。 チューニング中にターンを伸縮することで、必要なインダクタンスを選択できます。 可変コンデンサ (VCA) C1 は、空気誘電体 (たとえば、1 つまたは 7 つの可動プレートと 15 つまたは 1 つの固定プレートを備えたタイプ XNUMXKPVM) で使用するのが最適です。 最大容量は小さく、XNUMX ～ XNUMX pF です。 プレートの数が多い (したがって静電容量が大きい) 場合は、プレートの一部を削除するか、永久コンデンサまたは調整コンデンサを KPI と直列に接続して、最大静電容量を減らすことをお勧めします。 KB 範囲のトランジスタ受信機の小型「スムーズチューニング」コンデンサも CXNUMX として適しています。 コンデンサ C2 は、容量 1 ～ 2 pF のセラミック同調コンデンサ、タイプ KPK-7 または KPK-M です。 他の同調コンデンサを使用したり、C1 と同様の KPI を取り付けて、そのハンドルを受信機パネルに配置したりすることは許容されます。 これにより、その場で接続を調整し、受信を最適化することができます。 ダイオード VD1 および VD2 は、図に示されているものに加えて、タイプ GD507B、D18、D20 にすることができます。 ブロッキング コンデンサ C3 はセラミックであり、その静電容量は重要ではなく、100 ～ 4700 pF の範囲で使用できます。 受信機のセットアップは難しくなく、最終的にはコンデンサ C1 を使用して回路を放送局の周波数に同調し、最大音量が得られるまでコンデンサ C2 との接続を調整するだけです。 回路の構成は必然的に変更されるため、受信に最適な場所を選択しながら、すべての操作を複数回連続して実行する必要があります。 ちなみに、電界強度が最大となる場所と必ずしも一致する必要はありません（一致しない可能性が最も高いです）。 これについてはさらに詳しく説明し、最後になぜこの受信機が FM 信号を受信できるのかを説明する必要があります。 干渉とFMからAMへの変換 FM 信号搬送波が共振曲線の傾きに収まるように受信機の L1C1 回路を調整すると、FM が AM に変換されます。 この場合、回路の品質係数がどのくらいであるべきかを見てみましょう。 回路帯域幅が周波数偏差の 2 倍に等しいと仮定すると、VHF 帯域の上部と下部の両方で Q = fo/Δ700f = XNUMX が得られます。 検波受信機の回路の実際の品質係数は、固有の品質係数が低い (約 150 ～ 200) ことと、アンテナと検波器の入力インピーダンスの両方による回路の分路により、おそらくこれよりも低くなります。 ただし、弱い FM から AM への変換は可能であるため、回路の周波数がわずかに上下にずれると、受信機はほとんど機能しません。 ただし、FM から AM への変換に寄与する、より強力な要因、つまり干渉があります。 受信機がラジオ局のアンテナの視線内にあることは非常にまれで、建物、丘、木、その他の反射物体によって隠されることがよくあります。 これらの物体によって散乱されたいくつかの光線が受信アンテナに到達します。 見通し内であっても、直接ビームに加えて、いくつかの反射ビームがアンテナに到達します。 信号全体は、加算成分の振幅と位相の両方に依存します。 0 つの信号は、位相が一致している場合、つまりパスの差が波長の整数の倍数である場合に加算され、位相がずれていて、パスの差が波長の数と同じである場合には減算されます。さらにもう半波長を加えます。 しかし、周波数と同様に、FM 中には波長も変化します。 光線の経路差と相対的な位相シフトの両方が変化します。 経路差が大きい場合、周波数の小さな変化でも大きな位相シフトが発生します。 基本的な幾何学的計算により、次の関係が得られます。 Δf/f4 = λ/0ΔC、または ΔС = f4/λ/2Δf、ここで ΔС は、± π/4 の位相シフトに必要な光路差、つまり合計を求めるために必要な光線経路差です。 AM 合計信号。 C Δf - 周波数偏差。 ここでの合計 AM とは、XNUMX つの信号の振幅の合計から差までの合計信号の振幅の変化を意味します。 周波数と波長の積 foλ が光速 c に等しいと考えると、式はさらに簡略化できます: ΔС = c/XNUMX Δf。 現在では、完全な AM XNUMX ビーム FM 信号を取得するには、約 XNUMX キロメートルのビーム経路差があれば十分であると計算するのは簡単です。 ストロークの差が小さい場合、AM 深度は比例して減少します。 さて、それ以上だったらどうなるでしょうか？ 次に、音響振動を変調する XNUMX 周期の間に、干渉信号の総振幅は最大値と最小値を数回通過し、FM から AM への変換中の歪みは非常に強くなり、音声信号が完全に判読できなくなるまでになります。 AM検波器で受信しました。 ワールドカップ中の妨害は非常に有害な現象です。 これにより、先ほど見たように付随するスプリアス AM 信号だけでなく、スプリアス位相変調も発生し、良好な FM 受信機で受信した場合でも歪みが生じます。 このため、空間内の XNUMX つの信号が優勢な場所にアンテナを配置することが重要です。 指向性アンテナを使用すると、直接信号が増加し、他の方向からの反射信号が減少するため、常に使用することをお勧めします。 最も単純な検出器受信機の場合のみ、干渉が有益な役割を果たし、送信を聞くことが可能になりましたが、送信は弱く聞こえるか、大きな歪みを伴ってどこでも聞こえる可能性があり、どこでも聞こえるわけではなく、特定の場所でのみ聞こえます。 これはテレツキー公園の受信量の周期的な変化を説明しています。 周波数検出器付き検出器 受信を改善する根本的な方法は、振幅検出器の代わりに周波数検出器を使用することです。 図では、 図 2 は、単一の高周波ゲルマニウム トランジスタ VT1 で作られた単純な周波数検出器を備えたポータブル検出器受信機の図を示しています。 ゲルマニウム トランジスタの使用は、その接合が約 0,15 V のしきい値電圧で開くため、かなり弱い信号の検出が可能になります。 シリコン トランジスタの接合は約 0,5 V の電圧で開き、シリコン トランジスタを使用した受信機の感度ははるかに低くなります。
以前の設計と同様に、アンテナは入力回路 L1C1 に接続され、KPI C1 を使用して信号周波数に同調されます。 入力回路からの信号はトランジスタのベースに供給されます。 もう 2 つは入力回路 L2C90 に誘導結合されており、これも信号周波数に同調されています。 誘導結合により、その発振は入力回路の発振に対して位相が 2° シフトします。 コイルL3の出力からトランジスタのエミッタに信号が供給されます。 トランジスタのコレクタ回路には、ブロッキング コンデンサ C1 と高抵抗フォン BFXNUMX が含まれています。 信号の正の半波がベースとエミッタに作用するとトランジスタが開き、エミッタの瞬間電圧が大きくなります。 同時に、検出され平滑化された電流がコレクタ回路内の電話機を通過します。 しかし、回路内の発振位相が90°ずれた場合、正の半波は部分的にしか重なり合わないため、検出電流は信号レベルで決まる最大値に達しません。 FM では、周波数偏差に応じて、L2C2 回路の位相周波数応答 (PFC) に従って位相シフトも変化します。 周波数が片側に偏ると、位相シフトが減少し、ベースとアミッタでの信号の半波の重なりが大きくなり、その結果、検出電流が増加します。 周波数が他の方向にずれると、半波の重なりが減少し、電流が低下します。 これが信号の周波数検出が行われる仕組みです。 検出器の透過係数は、L2C2 回路の品質係数に直接依存します。できるだけ高くする必要があります (計算した制限内では、最大 700)。そのため、トランジスタのエミッタ回路との接続が重要になります。弱いほうに選ばれた。 もちろん、このような単純な検出器は受信信号の AM を抑制しません; さらに、その検出電流は入力の信号レベルに比例しますが、これは明らかな欠点です。 唯一の正当な理由は、検出器が非常にシンプルであることです。 前のものと同様に、受信機は小さなケースに組み込まれており、そこから伸縮式アンテナが上向きに伸びており、電話ソケットが底部にあります。 両方のコントロールユニットのハンドルはフロントパネルにあります。 これらのコンデンサを XNUMX つのブロックに結合しないでください。別々に設定することで、より大きな音量とより良い受信品質を得ることができるからです。 受信コイルはフレームレスで、直径 0,7 mm のマンドレルに 8 PEL ワイヤで巻かれています。 L1 は 5 ターン、L2 は接地端子から数えて 7 ターン目からタッピングで 2 ターンとなります。 可能であれば、品質係数を高めるためにコイル L2 に銀メッキのワイヤを巻くことをお勧めしますが、ワイヤの直径は重要ではありません。 コイルのインダクタンスは、はっきりと聞こえる VHF 局が対応する KPI の同調範囲の中央に位置するように、巻線を圧縮および伸長することによって選択されます。 15 ～ 20 mm 以内のコイル間の距離 (コイルの軸は平行) は、KPI にはんだ付けされたリード線を曲げることによって選択されます。 説明した受信機を使用すると、VHF での検出器受信の可能性、都市部での波の通過の特殊性などを調査する、多くの興味深い実験を行うことができます。受信機のさらなる改善に関する実験は除外されません。 ただし、錫膜を備えた高インピーダンスのヘッドフォンで受信した場合の音質には、まだ改善の余地があります。 上記に関連して、より優れた音質を提供し、給電線によって受信機に接続されたさまざまな屋外アンテナの使用を可能にする、より高度な受信機が開発されました。 フィールドパワードレシーバー 単純な検出器受信機を実験して、検出された信号の電力が非常に高く (数十、数百マイクロワット)、電話機のかなり大きな動作を保証できることを繰り返し確認する必要がありました。 ただし、周波数検出器 (FD) がないため、受信状態は悪くなります。 2 番目の受信機 (図 XNUMX) はこの問題をある程度解決しますが、高周波信号を含むトランジスタの直交電源により、その信号電力も非効率的に使用されます。 したがって、受信機に XNUMX つの検出器を使用することが決定されました。振幅 - トランジスタに電力を供給するためです。 周波数 - 信号検出を改善します。 開発した受信機のスキームを図3に示します。 XNUMX。
外部アンテナ (ループ ダイポール) は、特性インピーダンス 240 ～ 300 オームの VHF リボン ケーブルで作られた 1 線式ラインによって受信機に接続されています。 アンテナとケーブルの整合は自動的に得られ、入力回路L1CXNUMXとの整合はタップとコイルの接続位置を選択することで実現されます。 一般的に言えば、入力回路へのフィーダの非対称接続はアンテナフィーダシステムのノイズ耐性を低下させますが、受信機の感度が低いことを考慮すると、これはここでは特に重要ではありません。 給電線を対称に接続するには、結合コイルやバラントランスを使用する方法がよく知られています。 著者の条件では、ループ ダイポールは通常の絶縁された設置用ワイヤーで作成され、電界強度が最大の場所のバルコニーに設置されました。 フィーダの長さは 5 m を超えず、このような短い長さであればフィーダでの損失は無視できるため、電話線を問題なく使用できます。 入力回路 L1C1 は信号周波数に同調され、そこに放出された高周波電圧は、高周波ダイオード VD1 で作られた振幅検出器によって整流されます。 FM では発振の振幅が変化しないため、整流された DC 電圧を平滑化する必要は事実上ありません。 ただし、マルチパス伝播中に発生する可能性のあるスプリアス AM 信号を除去するために (干渉に関する上記の話を参照)、平滑コンデンサ C4 の静電容量が重要になるように選択されました。 整流された電圧はトランジスタ VT1 に電力を供給するために使用され、ダイヤル インジケータ PA1 は消費電流を制御すると同時に信号レベルを示すために使用されます。 直交ブラックホール受信機は、トランジスタ VT1 と移相回路 L2C2 に組み込まれています。 高周波信号は入力回路コイルのタップからカップリングコンデンサC3を介してトランジスタのベースに供給され、移相回路コイルのタップからエミッタに供給されます。 検出器は以前の設計とまったく同じように動作します。 ブラックホールの透過係数を高め、トランジスタの増幅特性をより十分に活用するには、抵抗R1を介してベースにバイアスが印加されるため、デカップリングコンデンサC3を取り付ける必要がありました。 その大きな静電容量に注意してください。これは、低周波電流をエミッタに短絡する、つまり可聴周波数でベースを「接地」するためにこのように選択されました。 これにより、トランジスタのゲインが増加し、受信音量が増加します。 トランジスタのコレクタ回路には、出力トランス T1 の一次巻線が含まれており、トランジスタの高い出力抵抗と電話機の低い抵抗を一致させる働きをします。 レシーバーでは高品質ステレオ電話機 TDS-1 または TDS-6 を使用できます。 両方の電話機 (左チャンネルと右チャンネル) が並列接続されています。 コンデンサ C5 はブロッキング コンデンサで、コレクタ回路を通過する高周波電流を遮断する働きをします。 SB1 ボタンは、入力回路の設定時や信号のサーチ時にコレクタ回路を閉じるために使用します。 電話の音は消えますが、インジケーターの感度は大幅に増加します。 受信機の設計は大きく異なる場合がありますが、KPI C1 と C2 がインストールされたフロント パネル (個別のチューニング ノブが装備されています) と SB1 ボタンが必要です。 手の動きが輪郭の調整に影響を与えないように、パネルを金属または箔素材にすることをお勧めします。 受信機の共通線としても機能します。 KPI ローターはパネルと良好な電気接触を持っている必要があります。 アンテナおよび電話コネクタ X1 および X2 は、同じフロント パネルに取り付けることも、受信機ハウジングの側壁または後壁に取り付けることもできます。 その寸法は利用可能な部品に完全に依存します。 それらについて少しお話しましょう。 コンデンサ C1 および C2 は KPV タイプで、最大容量は 15 ～ 25 pF です。 コンデンサC3～C5は小型のセラミックコンデンサです。 コイル L1 と L2 はフレームレスで、直径 8 mm のマンドレルに巻かれており、それぞれ 5 回と 7 回巻かれています。 巻き取り長さ 10 ～ 15 mm (セットアップ時に調整可能)。 PEL ワイヤ 0,6 ～ 0,8 mm ですが、特にコイル L2 には銀メッキのものを使用することをお勧めします。 タップはトランジスタの電極まで 1 ターン、アンテナまで 1,5 ターンで作成されます。 コイルは互いに同軸または平行に配置できます。 コイル間の距離 (10 ～ 20 mm) は取り付け時に選択されます。 受信機はコイル間に誘導結合がない場合でも動作します。トランジスタの電極間容量による容量結合で十分です。 トランス T1 は放送用スピーカーから既製のものを使用しました。 少なくとも 1 MHz のカットオフ周波数を持つゲルマニウム トランジスタが VT400 として適しています。 GT313AなどのPNPトランジスタを使用する場合は、ダイヤルインジケータとダイオードの極性を逆にしてください。 ダイオードは、高周波の任意のゲルマニウムを使用できます。 合計偏差電流が 50 ～ 150 µA のインジケータであれば、テープ レコーダーの録音レベルを示すダイヤル インジケータなど、受信機に適しています。 受信機のセットアップは、最終的には、はっきりと聞こえるラジオ局の周波数に回路を調整し、最大の音量と受信品質を得るためのコイルタップの位置を選択し、コイル間の接続を選択することになります。 同様に最大ボリュームに基づいて抵抗 R1 を選択することも役立ちます。 記載のアンテナをバルコニーに設置すると、受信機は、ラジオセンターから少なくとも 4 km の距離で、直接視界がない (家々に遮られている) 場合でも、最も強力な信号で 30 局の高品質受信を実現しました。 トランジスタのコレクタ電流は 50 ～ XNUMX μA でした。 もちろん、ＶＨＦ検出器受信機の可能な設計は、記載されたものに限定されない。 それどころか、これらはこの興味深い方向性の最初の実験としてのみ考慮されるべきです。 屋根上に設置された有効なアンテナを使用して目的の無線局に向ければ、無線局からかなり離れた場所でも十分な信号電力を得ることができます。 これにより、ヘッドフォンでの高品質受信の非常に魅力的な可能性が開かれ、場合によっては、ラウドスピーカーでの受信が可能になる可能性があります。 受信機自体の改善は、より効率的な検出回路と、高品質の体積測定、特に発振回路としてスパイラル共振器を使用することによって可能です。 著者: V.Polyakov、モスクワ
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