Средневолновый радиовещательный АМ радиопередатчик малой мощности (школьный)

Сергей Комаров, UA3ALW
Радиостанция «Зеленый глаз»¹

Часть 3. Первое включение, настройка, эксплуатация, проверка зоны вещания

Первое включение и настройка. Перед тем, как включать передатчик, следует изготовить эквивалент антенны и подключить его к выходным клеммам «Антенна» и «Земля». Идеально – это приобрести резистор ТВО 20 Вт номиналом 51, 75 или 150Ω. Если такой возможности нет, можно соединить параллельно 10 резисторов МЛТ-2, номиналом в 510 или 750Ω±5%. Для лучшего охлаждения резисторы надо расположить не ближе 10 мм друг от друга, спаяв из них «лесенку».

В дальнейшем описании настройки передатчика предполагается, что синтезатор С9-1449-1800 уже настроен по своей методике. Для первого включения передатчика переключатели синтезатора следует установить в положения «10» и «70». Ручку переменного конденсатора – в среднее положение (пластины конденсатора введены наполовину). Переключатель «Связь» - в соответствии с номиналом подключенного нагрузочного резистора. Переключатели «Антенна» в положение «1» (П₄) и «Длинная» (П₃). Переключатель индикации в положение «Ток антенны». Входы сигнала модуляции можно оставить неподключенными. «Уровень» чувствительности модуляционного входа – в любом положении. Желательно иметь под рукой неоновую лампочку МН-3. Для настройки передатчика необходим аналоговый авометр, например, Ц4315 или Ц4352, впрочем, подойдет и старенький Ц-20 или даже антикварный ТТ-1. Увы, но современные цифровые авометры для настройки передатчиков непригодны – при работе в мощных ВЧ полях у них сбивается процессор, и они показывают полную чушь.

Подключаем авометр для измерения анодного напряжения – к точке соединения дросселя Др₂ и блокировочного конденсатора КСО-7-3000 пФ. Шкала прибора – 500 или 600 вольт.

ВНИМАНИЕ!!! В схеме передатчика имеются высокие напряжения опасные для жизни. Поэтому при первом включении и настройке передатчика в комнате, где проводятся работы, должен быть второй взрослый человек, имеющий знания и навыки по электробезопасности и наблюдающий за процессом со стороны, на предмет оказания первой помощи пострадавшему от воздействия электрического тока высокого напряжения.

Включаем питание. Правильно собранный передатчик начинает работать сразу после прогрева радиоламп. При включении напряжение на холодных лампах может достигать 500 вольт. Через 30 – 40 секунд анодное напряжение на выходном каскаде должно установиться в пределах +200 … 220 вольт. Взявшись пальцами за металлический цоколь, подносим неоновую лампочку МН-3 баллоном к «горячему» концу катушки L₁ и подстраивая переменный конденсатор наблюдаем свечение. Выставляем максимальную яркость лампочки и наблюдаем по отклонению лепестков на экране 6Е1П соответствие яркости горения неона с шириной зеленого сектора.

Если все так, то первое включение прошло успешно. Если же неоновая лампочка не горит и лепесточки индикатора не расширяются при изменении емкости переменного конденсатора, - выключайте передатчик и проверяйте правильность монтажа по принципиальной схеме. Внимание! Оставлять на длительное время включенный передатчик с расстроенным контуром нежелательно, это приведет к перегреву ламп выходного каскада и выходных транзисторов синтезатора. Поэтому настройку контура надо выполнять сразу после прогрева радиоламп и по возможности точнее.

Далее проверьте значения напряжений указанные на схеме во всех точках. Отличие должно быть не более 5%, разумеется, при условии, что в сети точно 220 вольт. Поскольку допуск на напряжение сети составляет 10%, то есть, нормально, когда напряжение изменяется от 198 до 242 вольт, вести точные измерения, когда в сети неизвестное напряжение, бессмысленно. Поэтому крайне желательно при работе с ламповыми схемами иметь в сети постоянно включенный вольтметр. Лучше – честный, стрелочный, электромагнитной системы. Желательно также посмотреть и форму напряжения электросети, поскольку обилие вкюченных компьютерных импульсных блоков питания частенько до неузнаваемости искажает синусоиду, превращая ее в трапецию с плоской вершиной, серьезно изменяя ее коэффициент формы. При правильной форме напряжения электросети, его амплитуда должна быть равна 311 вольт (220 х √2). Ее можно замерить по экрану осциллографа. Соответственно, размах синусоиды, «пик-ту-пик», должен быть 622 вольта.

Анодное напряжение выходного каскада в режиме несущей, формируемое на выходе модулятора, желательно установить в пределах 210 … 220 вольт с помощью изменения номинала катодного резистора лампы 6Ж3П. Увеличение сопротивления ведет к увеличению анодного напряжения. Если в результате подбора номинал резистора оказался в пределах 150 – 200Ω, то это нормально.

Следующим шагом надо проверить перестраивается ли П-контур по всему диапазону частот синтезатора. Возможно, для этого потребуется уточнить число витков катушки L₁ в пределах ±1 виток и скорректировать дополнительную емкость входного конденсатора П-контура (КТ-3 - 220 и 330 пФ). Впрочем, поскольку Индивидуальное вещание ведется в вещательной части диапазона синтезатора, основной упор можно сделать на полосу частот 1449 – 1620 кГц.

Теперь подадим модулирующий сигнал. Его можно взять непосредственно с линейного выхода CD проигрывателя (имеющего стандартный уровень выходного сигнала 0,775 вольта), соединив напрямую любым аудиокабелем выходные «тюльпаны» проигрывателя с входными «тюльпанами» передатчика. Переключатель индикации ставим в положение «Модуляция». Контролировать модуляцию можно через радиоприемник с диапазоном средних волн или при помощи самодельного детекторного монитора с выходом на трансляционный динамик [10]. Установить оптимальный уровень сигнала можно на слух с помощью регулятора «Уровень», который имеет диапазон регулировки 8 дБ.

Для точной проверки качества модуляции потребуется осциллограф и звуковой генератор. Подавая на вход модуляции синусоидальный сигнал с частотой 1000 Гц, и амплитудой от 1,5 до 3 вольт следует соотнести уровень сигнала, при котором начинается ограничение, с уровнем при котором смыкаются лепестки светящегося сектора на экране 6Е1П. Для дальнейшей правильной эксплуатации эти уровни необходимо совместить, подбирая номинал резистора 10кΩ во входном делителе цепи индикации уровня модулирующего напряжения.

Далее надо снять модуляционную характеристику – зависимость глубины модуляции m% от входного напряжения модуляции. Характеристику снимаем на частоте 1000 Гц, взяв сигнал от звукового генератора, например, от Г3-102 или Г3-36. Уровень модуляции контролируем по осциллографу с большим экраном, например, С1-83. Сигнал на осциллограф снимаем с эквивалента антенны. Переключатель индикации ставим в положение «Ток антенны» и точно настраиваем П-контур на частоту синтезатора по максимальному светящемуся зеленому сектору индикатора или по экрану осциллографа. Переключаем индикатор в режим «Модуляция». Устанавливаем на входе модулятора напряжение, при котором лепесточки индикатора крепко сомкнулись, а на экране осциллографа наблюдается сильное ограничение (сигнал еще не превратился в трапецию, но огибающая модуляции уже имеет заметно приплюснутые верхушки). Принимаем это значение сигнала модуляции за максимальный уровень. Определяем в этой точке максимально возможную глубину модуляции по экрану осциллографа. Она должна быть около 80%. Для этого измеряем по делениям сетки экрана размах огибающей на пике модуляции «А» и в минимуме «B». Глубина модуляции составит: m% = (А – В) / (А + В) х 100%. Далее, уменьшая входной уровень сигнала модуляции ступенями 0,95; 0,9; 0,85; 0,8; и т. д. до 0, снимаем по точкам амплитудную характеристику передатчика. По модуляционной характеристике определяем максимальное значение входного сигнала, при котором характеристика еще линейна и фиксируем соответствующий ему уровень входного сигнала. Его желательно превышать только на самых громких пиках сигнала модуляции. При входном эффективном синусоидальном сигнале 0,775 вольта (амплитуда 1,1 вольта) глубина модуляции должна быть ровно 30%. Она выставляется подстроечным резистором «Уровень» или, при необходимости, изменением номинала суммирующих резисторов (3,9кΩ). Если же у Вас на радиостанции используется советское студийное радиовещательное оборудование, то 30% глубина модуляции должна соответствовать входному уровню 1,55 вольта эффективного значения (амплитуда 2,19 вольта).

Следующим шагом настройки необходимо по точкам снять зависимость глубины модуляции от частоты модулирующего сигнала. Для этого, установив на частоте 1000 Гц значение m = 30%, изменяют частоту генератора от 20 до 16000 Гц в соответствии с рядом: 20; 25; 31,5; 40; 50; 63; 80; 100; 125; 160; 200; 250; 315; 400; 500; 630; 800; 1000; 1250; 1600; 2000; 2500; 3150; 4000; 5000; 6300; 8000; 10000; 12500; 16000 Гц. В рабочей области частот 50 – 8000 Гц не должно быть завалов, превышающих 3 дБ. Изменением емкости конденсатора 0,01 мкФ на выходе сумматора стереоканалов можно регулировать завал в области верхних частот, а изменением емкости разделительного конденсатора 1,5 мкФ перед переменным резистором «Уровень», и номиналом электролитического конденсатора 47 мкФ в цепи катодного автосмещения лампы 6Ж3П, можно регулировать завал в области нижних частот.

Для приятного звучания Вашей радиостанции на частотах 80 – 125 Гц желателен подъем АЧХ на 3 дБ относительно уровня на частоте 300 Гц. От частоты 300 Гц и до 2600 - плавное нарастание затухания, а в районе частоты 2600 Гц желательно иметь провал до 6 - 8 дБ. Далее начинается подъем и для «прозрачности» и «легкости» звучания желателен максимум АЧХ (0 дБ) в районе частоты 6500 Гц, относительно того же уровня на частоте 300 Гц. От 6,5 до 7,5 кГц имеем полочку или размытый максимум на уровне 0 дБ. После 7,5 кГц должен начинаться резкий спад и на частоте 9 кГц затухание должно достигать не менее 46 дБ, а лучше - 60 дБ.

Основное формирование АЧХ и полосы эфирного сигнала, а также защита от перемодуляции должно осуществляться в предварительных цепях, включением на входе модулятора LC фильтра как минимум, шестого порядка и компрессора, а еще лучше, использованием в тракте модулирующего сигнала многополосного прибора спектродинамической обработки, так называемого «АМ-процессора».

Эксплуатация передатчика. Передатчик должен работать на проволочную открытую антенну, которая упомянута в начале этой статьи, желательно, длиной 45 – 50 метров, считая от гнезда «Антенна» и до ее дальнего конца (до изолятора), который желательно поднять как можно выше над землей. Поскольку на высокорасположенных протяженных проводах наводятся значительные статические потенциалы опасные для жизни, подключение антенны к передатчику необходимо выполнять так, как показано на рисунке 23. Антенный переключатель закрепляется на стене в непосредственной близости от антенного ввода в помещение. Длина антенного провода внутри здания должна быть минимальной – не более 1 метра (55 см – толщина внешней стены плюс 45 см – провод от отверстия в стене к антенному переключателю и от него к передатчику). В нерабочее время антенный переключатель должен всегда находиться в положении «Гроза».

Устанавливаем передатчик так, чтобы к нему снизу, со стороны подвала шасси, был бы свободный доступ прохладного воздуха, подальше от батарей отопления, нагревательных приборов и от горячих солнечных лучей. Идеально – на решетчатой полочке, закрепленной на стене комнаты, сбоку от окна (с противоположной стороны от труб отопления), рядом с антенным переключателем, приблизительно на высоте 120 см от пола, чтобы глазок индикатора передатчика оказался бы на уровне глаз вещателя сидящего на стуле за микшерным пультом.

Подключаем заземление и противовесы (Рис. 23). ВНИМАНИЕ!!! Без заземления подключать передатчик к антенне нельзя! Затем, подключаем антенну. Грозовой переключатель антенны ставим в положение «Работа». Переключатель «Антенна» ставим в положение, соответствующее длине провода Вашей антенны: если ее длина меньше λ/4 на рабочей частоте – в положение «Короткая», если больше, то «Длинная». Заземленный передатчик подключаем к источнику сигнала модуляции (микшерный пульт или выход звуковой карты компьютера). Устанавливаем на переключателях синтезатора рабочую частоту. Переключатель индикации – в положение «Ток антенны». Подключаем к передатчику сетевой кабель питания и включаем его в сеть. Включаем тумблер «Сеть». Ждем прогрева радиоламп. Через 30 – 40 секунд настраиваем «Контур» на рабочую частоту по индикатору. Изменяя положения переключателя «Настройка антенны» от «1» до «12» находим максимальное показание индикатора. После этого подстраиваем «Контур» на максимум по индикатору. После подстройки «Контура» повторяем поиск оптимального положения переключателя «Настройка антенны» еще раз и опять, как можно точнее, подстраиваем «Контур». Подаем сигнал модуляции стандартного уровня. Контролируем сигнал в эфире по радиоприемнику или по детекторному монитору [10], что предпочтительнее.

Проверка зоны вещания. Передатчик подключаем и настраиваем по методике описанной выше. Подаем на вход передатчика сигнал с частотой 1000 Гц и амплитудой, соответствующей 30% глубине модуляции. На карте местности наносим 4 – 8 радиальных линий, исходящих от точки расположения передающей антенны в направлениях удобных для пешего перемещения (в сельской местности без автомобиля и навигатора не обойтись). Берем приемник с диапазоном средних волн (MW), встроенной магнитной антенной и S-метром, например, DEGEN DE-1103 или TECSUN BCL-2000 или им подобный. Еще лучше, если у Вас в машине есть хороший приемник со средневолновым диапазоном и встроенным индикатором уровня принимаемого сигнала. Придерживаясь выбранных направлений на карте, отходим (отъезжаем) от передающей антенны по радиусам, фиксируя уровень сигнала по индикатору S-метра приемника и занося его в таблицу с привязкой уровней к точкам на карте. При таком методе возможна оценка трех зон по дальности. Первая зона – здесь S-метр дает четкие показания. Это зона уверенного приема. Вторая зона - S-метр показывает ноль, однако сигнал модуляции чистый, хоть и с небольшим шумочком, но вполне приемлем для не очень длительного прослушивания. Это зона неуверенного приема. Третья зона – зона помехи – сигнал обнаруживается, но слушать его сколько-нибудь длительно невозможно – шум и искажения утомляют слух. Граница третьей зоны – полное пропадание сигнала в шумах эфира. При помощи автомобиля и навигатора, определяющего координаты, на пару с другом-водителем, реально за один день построить на карте эти три границы, представляющие собой далеко не круги, как должно быть в теории. В городе, при пешем передвижении, вероятно, за день удастся пройти не более двух – трех направлений (будьте готовы к тому, что при хорошей передающей антенне сигнал передатчика по какому-либо направлению не захочет пропадать на дальности аж в 10 километров!, а в каком-то исчезнет через три-четыре).

Чтобы было веселее ездить, вместо тона 1000 Гц можно поставить с компьютера подборку любимых песен или попросить домашних регулярно менять диски на CD проигрывателе. При измерении зон вещания с музыкой, их границы могут оказаться немного шире, чем при измерении с тоном. Дело в том, что при среднем уровне модуляции на музыке в те же 30%, громкие пики будут излучаться с большей мощностью (и дальше слышны), а шумы в провалах между пиками будут маскироваться нашим мозгом (мы будем интуитивно додумывать – «дослышивать» пропадающие в шумах звуки музыки). На этом, кстати, построены многие алгоритмы цифрового сжатия звукового сигнала. В частности, так любимый молодежью mp3. Этим же объясняется, что при передаче в эфир записей в формате mp3 качество сигнала получается гораздо хуже, чем при трансляции несжатых записей, хотя по техническим параметрам сигнал mp3 превосходит качество АМ вещания. Двукратно додумывать «пропавший» сигнал, при сжатии, а теперь и в шумах эфира наш мозг уже не хочет, что субъективно воспринимается, как ухудшение качества звучания. Поэтому использование записей в формате mp3 в АМ радиовещании не рекомендуется.

В случае, если в местности вещания есть большие перепады высот, зон уверенного приема может оказаться несколько. Например, при проверке вещания этого передатчика из МТУСИ, зона уверенного приема распространяется на все Лефортово и аж до МКАДа. При направлении в центр, сигнал полностью пропадает в районе ближней стороны Бульварного кольца. Однако на всей площади вокруг главного здания МГУ на Ленинских горах прием столь же уверенный, как в Лефортово, хотя это в два раза дальше центра города, и он постепенно ухудшается при приближении приемника от МГУ к центру вдоль Нескучного сада. В Парке Горького приема уже нет, поскольку он расположен в низине.

Оснащение школьного радиотехнического кружка или индивидуальной радиостанции таким передатчиком может по-новому наполнить жизнь как учеников, так и преподавателей, увлекая их в интереснейший мир радиотехники, распространения радиоволн и конструирования радиоприемников через публичное самостоятельное радиовещание в настоящем эфире!

Далее, Часть 4

Назад, Часть 2

Литература:

1. С. Мишенков, С. Комаров, Рекомендации Круглого стола «Индивидуальное (любительское) радиовещание в России» от 18 ноября 2009 г, прошедшего при поддержке Федерального агентства по печати и массовым коммуникациям: http://www.cqf.su/stuff/confrec.html
2. С. Комаров, «Устройство заземления для средневолновой передающей антенны Индивидуального радиовещания»:http://www.cqf.su/technics8-1.html
3. С. Комаров, «Средневолновый радиовещательный синтезатор частоты», «Радио» 2012, № 9, 10.
4. С. Комаров, А. Морозова, «Исследование усилителя мощности радиочастотных колебаний с многофазным возбуждением», «T-Comm Телекоммуникации и транспорт» № 10-2014 (Том 8).
5. С. Комаров, «Индикатор настройки передатчика на базе «зеленого глаза», «Радио» № 7, 2015.
6. С. Комаров, «Зеленый глаз» - хорошо забытое старое», «Радио» № 8, 2010 г. Оригинал статьи размещен на сайте автора: http://www.radiostation.ru/home/greeneye.html
7. С. Комаров, «Самодельные ребристые каркасы для катушек передатчика», «Радио» № 5, 2015.
8. С. Комаров, «Правильный расчет силового трансформатора»: http://www.radiostation.ru/home/expexch1.html
9. С. Комаров, «Как изготовить дроссель фильтра выпрямителя», «Радио» 2011, № 5, стр. 32, 41 и справочные материалы по дросселям: http://www.radiostation.ru/tantnd/drossels-d.rtf
10. С. Комаров, «Детекторный монитор СВ радиовещательного передатчика», «Радио» № 8, 2015.
11. С. Комаров, «Передающий комплекс Индивидуального радиовещания», «Радио» № 9, 2015.

Статья в формате PDF