100kHz-30MHz有源天线

住在城市的业余无线电爱好者常常受天线的限制而不能满意的接收远方中,短波电台发射的信号.这是因为性能好,效率高的中波和短波接收天线不仅很长,而且要求架的很高,而市区建筑物林立,可供利用控件很小,还要考虑不影响市容美观和预防雷击等诸多不利因素所以,要在市区内架设理想的室外中,短波接收天线几乎是不可能的.无线电爱好者都知道,即使是性能优越的专业级通信接收机,也会被性能低劣的天线拉后腿.因此,改进天线就成为无线电爱好者们经常关注的热门话题.

本文介绍的100kHz-30MHz有源天线有助于解决上诉问题.它具有体积小,性能好,制作简单,成本低廉等特点,最适合用于中波和短波电台的远距离接收.

1.电路 2.制作 3.使用

一.电路

如图1所示.高频结型场效应管Q1(MPF102)接成源极跟随器,鞭状天线ANT1拾取的射频信号经C1耦合到它的栅极.对于低频信号而言,C1具有很高的阻抗,可以抑制电力网的50Hz和100Hz交流声干扰.氖灯NE1将天线感应的静电电荷泄放掉,以保护Q1不致因栅极积累过多的静电电荷而被击穿.这是因为本天线装在聚氯乙稀导管内,在处理时容易因摩擦而产生很高的静电电位,使天线感应到过多的静电电荷,从而击穿C1损坏Q1.偏压电阻R1-R3将Q1栅极偏置到2.5V.Q1源极输出的射频信号经Q2(UHF晶体管MPS3866)放大后为负载提供100mW的输出功率.Q2的静态电流约为30-40mA,能在处理大信号时保持良好的线性.

接在Q2发射极电路中的电位器R5用来调解本天线的增益,与其滑动端并联到C3起交流旁路的作用.当R5调解到不被C3旁路的位置时,Q2的电压增益最小,其值约为6倍,此时天线到电缆的总增益的2倍.当把阻抗考虑在内时,本电路的输出增益约为36dB.R5应调解到弱信号接收效果最佳和最低有用增益位置,以保持最佳动态范围.

T1是绕在环形铁氧体磁芯上的宽带变压器,它决定本天线放大器的带宽并起到阻抗匹配的作用,其整个绕组与三分之一抽头部分的阻抗比是9:1.从Q2集电极看过去.天线输入端的50-70欧姆阻抗被Q1,Q2转换成450-680欧姆,T1将此阻抗再次转换成50-75欧姆,以便于接在输出插座J1的接收机输入阻抗实现匹配.电阻R6抑制Q2可能出现的寄生振荡.直流电源电压通过T1冷端的交流接地电容器.

本放大器的-3dB带宽约为10MHz,其频率高端的增益较低,而低端的增益较高.这正好符合要求.因为在较高频率下天线的频率较高,所需增益较低.尤其是12MHz和15Mhz短波电台有时信号很强,会引起互调,天线放大器的增益不宜过高.在1MHz一下,天线拾取的信号较弱,此时要求放大器提供较高的增益.本放大器的低端频率主要取决于T1,约在80Hz附近,因此能够覆盖调幅广播的140-425长波波段.

图1中虚线框内的电路装在屏蔽盒里,它们是天线放大器的幻象供电电路.J1输出的射频信号通过一端同轴电缆送到J2,再经C4耦合到接在J3的接收机.加在J2的13V直流电源电压则通过同一段同轴电缆和J1为天线放大器供电,C4隔断此直流电压使其不能进入接收机天线输入电路.小型墙上电源变压器次级输出的12-14V交流电压加到插座PL1,经二极管D1半波整流和R7,R8,C5,C6滤波后得到13V直流电源电压.C7起旁路作用.

二.制作

本项目的制作分为天线放大器和直流电源盒两个部分.天线放大器的电路安装在图2所示的印制电路板上,该电路板的尺寸是79.5*19mm,图3是其元件装配图.

变压器T1采用三线并绕法绕在直径为12.7mm的铁氧体磁环上,具体绕法如图4所示.先将￠0.2mm漆包线绞在一起,为了防止接错,可事先在每根线的两端涂上颜色标记.如图4A所示,将绞在一起的三根线绕在磁环上绕508毫米长(指所绕导线的长度),每根导线的两端各留38.1mm长作为引线.然后,按图4B所示,将绕组首尾的6根引线连接起来,即1号线的尾端接2号线的首端,其接点悬空;2号线的尾端接3号线的首端,其接点用作抽头;1号线的首端和3号线的尾端则分别用作变压器的热端和接地端.如果三根线未做颜色标记,则绕好后用万用表进行测试,找出它们各自的首端和尾端,然后按图4B连接.

将绕好的变压器连同其它元件按图3所示焊在电路板上.为了保证性能,对Q1,Q2,NE1最好不要使用代用品,也不要修改T1的绕制数据.电路板焊好后,即可参照图5进行天线放大器的结构组装.

如图5 所示,将具有法兰盘的F型同轴电缆连接器J1用两只螺丝和垫片固定在内径19mm聚氯乙稀导管接头内部的挡板上,在将电路板的信号输出端焊到J1的芯线,该端的电路板地线铜箔则焊到J1的法兰盘,使电路板牢牢固定在J1上.

本天线的信号拾取线使用直径0.8或1.8的裸钢丝或漆包线,其一端焊在天线放大器板的输入端,另一端固定在天线顶部的盒子里.信号拾取线的长度由大家根据具体情况自己决定,一般可取为0.4-0.6mm.如果住所附近有发射机,则可适当缩短其长度,但长度不宜短于0.3m,否则接收弱信号时性能变差.在弱信号地区使用本天线1.23m,再长则不仅不能改善性能,还会在R5调到增益最小位置时仍可听到较大的干扰声或噪声,则可试着改变天线的安装位置,使干扰和噪声打到最小.

信号拾取线的长度确定以后,参照图5用一段长度适当,外径19mm的聚氯乙稀管罩在电路板外面,其一端拧入装有J1的聚氯乙稀导管接头,另一端装在一只相同的导管接头,并使信号拾取线从后者穿出.然后给该接头顶部拧入一只12.7mm至19mm的转接接头,以便给信号拾取线安装外径12.7mm的聚氯乙稀套管.该套管的长度视信号拾取线的长度而定.最后,将信号拾取线顶端用螺帽紧固在套管的上盖上并拧上顶盖.整个天线部分即制作成功.注意,所有导管,接头和它们的紧固件都要使用白色或灰色的聚氯乙稀制品而不要黑色的PVC或ABS塑料,因为后者可能因为含有碳素颜料而产生高频损耗.当然,更不能用金属件来代替它们.另外,要注意保持接缝密封,防止雨水进入天线内部,必要时可在接头处使用PVC密封胶.

直流电源盒不使用电路板,而是使用硬线连接方式装在一个金属小盒里,如图6所示.由于这里的天线电路需要屏蔽,故不得使用非金属的小盒.直流电源的安装位置并不重要,可以放在任何方便之处,但最好距离市电电路0.6m以上,以免交流干扰.

三.使用

图7是有源天线,直流电源盒与接收机的连接图.三者用同轴电缆连接起来,可视环境的具体条件将长达152m的电缆接在有源天线与直流电源盒之间或者是直流电源盒与接收机之间,墙上电源变压器次级输出的12-14V交流电源则加在插座PL1.有源天线可用聚氯乙稀管支撑在阳台上.

当本天线用于城市地区或容易引起过载盒产生假响应的接收机时,最好是将R5跳到增益最低位置以免信号过强.如果是在远离强力调幅广播电台的山区农村使用,则将R5调到最大增益的1/2至2/3即可.
注意:本天线不得用于底板带电的老式电子管接收机,否则有触电危险;也不得用户发射机,否则会损坏天线放大器和发射机.

如果你有几台接收机,则可参照图8制作一个天线分配器,把它装在金属屏蔽盒里,再用同轴电缆接在直流电源盒与各接收机天线输入端之间,使几台接收机共用本天线.图8中的附表给出了各分配电阻的数值盒计算公式.同轴电缆的特性阻抗在这里并不重要,50或者75欧姆的均可使用,但是如果长度超过30m,则最好使用优质的损耗小的同轴电缆