Расширение динамического диапазона (ДД) смесителя с использованием простых схемотехнических методов — очень привлекательный путь для радиолюбителя. Как на верхнюю, так и на нижнюю границу ДД пассивных смесителей (далее СМ) довольно сильно влияют два фактора — во-первых, характер нагрузки СМ, и, во-вторых, постоянство этой нагрузки в широком диапазоне частот.

Применение диплексора позволяет в какой-то мере управлять первым фактором, а также обеспечить выполнение условия второго. В этой связи особого внимания заслуживают регулируемые диплексоры [1]. В работе [2] обсуждались некоторые аспекты применения низкочастотных диплексоров с целью повышения ДД пассивных СМ. Такие диплексоры расширяют ДД смесителей "вверх", поскольку они не увеличивают предельную чувствительность пассивных СМ.

Рис.1.

Подтверждая выводы о нецелесообразности установки одного из конденсаторов в схеме диплексора [2], Г. Аглодин на основе выполненных расчетов предложил в [3] простую модифицированную схему НЧ-диплексора (рис.1).

Такой НЧ-диплексор одновременно обеспечивает и согласование НЧ-порта СМ с чисто активной нагрузкой сопротивлением 50 Ом во всем диапазоне частот (включая постоянный ток), и реализацию ФНЧ первого порядка с частотой среза около 3,4 кГц.

Заметим, что для сохранения высокого ДД СМ, дроссель L1 обязательно должен быть намотан на диэлектрическом каркасе. Разумеется, число витков дросселя L1 получается очень большим. Однако, как известно, дроссели с большим числом витков, намотанные обычными способами ("универсаль", "внавал" и т.д.) обладают значительной собственной емкостью, доходящей до десятков и даже сотен пикофарад. Допустим, мы имеем дроссель с необходимой индуктивностью 2,4 мГн и паразитной (межвитковой) емкостью 100 пФ.

Рис.2.

Если учесть, что обычно УНЧ для повышения стабильности работы шунтируется по входу конденсатором емкостью около 0,01 мкФ, схему диплексора, показанную на рис.1, можно заменить эквивалентной (рис.2). В этой схеме на достаточно высоких частотах (например, 28 МГц) емкостное сопротивление конденсаторов С1 и СЗ практически равно нулю, индуктивное сопротивление дросселя L1 практически бесконечно, а емкостное сопротивление конденсатора С2 (т.е. паразитная емкость дросселя) соизмеримо (по модулю) с активным сопротивлением 50 Ом.

Поэтому анализ схемы на достаточно высоких частотах упрощается — вместо имеющейся эквивалентной схемы достаточно рассмотреть более простую схему (рис.3) и найти импеданс нагрузки, на которую будет нагружен НЧ-порт СМ на частоте, например, 28 МГц. Этот импеданс (согласно расчетам автора) равен 28-J25 Ом.

Как показали проведенные исследования, импеданс нагрузки НЧ-порта СМ уменьшается (по модулю) по мере роста частоты за счет наличия в реальной схеме паразитных емкостей, приобретая комплексный (емкостной) характер. Значительное отличие нагрузки СМ от 50 Ом ухудшает его согласование, что приводит к ухудшению параметров самого СМ (в основном, заметно уменьшается ДД по интермодуляции третьего порядка). Таким образом, по мере роста частоты мы имеем ухудшение согласования, а на более высоких частотах (например, выше 28 МГц) НЧ-порт СМ оказывается практически "закороченным" на "землю" через паразитную емкость дросселя L1 (рис.2).

Рис.3.

Исходя из проведенного анализа работы НЧ-диплексоров на высоких частотах, можно сделать некоторые общие выводы. Во-первых, в конструкциях НЧ-диплексоров следует использовать дроссель (дроссели) с минимальной паразитной емкостью; и во-вторых, чем больше паразитная емкость дросселя (дросселей), тем сильнее на более низких частотах начинает проявляться (в виде снижения качества работы СМ) ухудшение согласования СМ с нагрузкой, активное сопротивление которой равно 50 Ом. Поданным автора, влияние паразитной емкости дросселя диплексора начинает проявляться обычно на частотах несколько выше 10 МГц.

Как указывалось в [4], для высококачественной работы смеситель должен быть нагружен на постоянное и чисто активное сопротивление в как можно более широкой полосе частот. При применении схемы диплексора с использованием обычных дросселей это условие не выполняется, поэтому в конструкции НЧ-диплексора необходимо использовать дроссель (дроссели) с минимальной паразитной емкостью.

Рис.4.

Метод намотки дросселей, снижающий паразитную емкость, широко известен. От начала ("горячего" вывода) дросселя ведут намотку с большим принудительным шагом, а затем шаг намотки уменьшают. Далее намотку дросселя производят "виток к витку" и, наконец, последнюю секцию к "холодному" концу наматывают "внавал" или способом "универсаль" (рис.4).

В схеме диплексора, показанной на рис.1, "горячий" конец дросселя подключают к НЧ-порту СМ, а "холодный" — к УНЧ. Если имеется готовый дроссель с требуемой индуктивностью (намотанный на диэлектрическом каркасе), но с большой паразитной емкостью, поступают следующим образом. Изготавливают дроссель с небольшой индуктивностью (намотка ведется согласно рис.4) с минимальной паразитной (межвитковой) емкостью, а затем включают эти дроссели последовательно таким образом, чтобы "горячий" конец дросселя с небольшой индуктивностью, (и небольшой паразитной емкостью) непосредственно подключался к НЧ-порту СМ.

Такое решение значительно уменьшает паразитную емкость имеющегося дросселя и позволяет применять в схемах НЧ-дип-лексоров практически любые конструкции дросселей. Важно, чтобы дроссель имел индуктивность, близкую по величине к указанной на схеме (рис.1), а в его конструкции не применялись ферромагнитные или магнитные материалы.

Рис.5.

Далее рассмотрим некоторые аспекты практического использования модифицированной схемы НЧ-дип-лексоров. В схему приемника с таким диплексором можно ввести телеграфный режим и превратить приемник в CW-трансивер.

Фрагмент схемы, позволяющий вводить CW-режим в конструкцию приемника с рассматриваемым НЧ-диплексором, показан на рис.5. При подаче постоянного напряжения на НЧ-порт СМ через делитель R4*, R3* и R2 при замыкании CW-ключа, на сигнальном ВЧ-порте СМ появляется напряжение немодулированной несущей (такое поведение характерно для большинства практически используемых схем пассивных СМ). Именно таким образом легче всего будет осуществить CW-манипуляцию в трансиверах прямого преобразования.

Сопротивление резисторов R3* и R4* легко подобрать опытным путем. При напряжении 9...12В их сопротивление — около 5...10 кОм. Емкость конденсатора СЗ* также можно подобрать опытным путем (начать можно с конденсаторов 0,01...0,1 мкФ), чтобы обеспечить наиболее приемлемую манипуляцию без каких-либо значительных дефектов.

Поскольку анализировать работу системы "диплексор — СМ" в режиме манипуляции в общем случае достаточно сложно, предлагается более простой путь. Подбирая сопротивления резисторов R3*, R4* и емкость конденсатора СЗ*, добиваемся отсутствия дефектов манипуляции в CW-трансивере, прослушивая излучаемый сигнал, например, на расположенный рядом контрольный приемник. При этом не должны наблюдаться резкие щелчки при CW-манипуляции.

В данном случае уместно рассмотреть один из простых методов, разработанных автором для определения буферирующих свойств усилительного каскада, расположенного между ГПД и СМ. Используя промышленный ГСС, принимаем его сигналы исследуемым приемником. При этом уровень выходного сигнала ГСС устанавливаем около 5...50 мкВ (подбирают опытным путем). Затем, согласно схеме (рис.5), осуществляют CW-манипуляцию. Если буфер-усилитель обладает хорошими буферирующими свойствами, тон принимаемых сигналов не должен сколько-нибудь заметно (на слух) изменяться при нажатии ключа. При недостаточной развязке ГПД и СМ, при "нажатии-отжатии" ключа НЧ-сигнал будет "плакать".

Заметим, что значительный прирост ДД наблюдается при использовании рассмотренного НЧ-диплексора на УКВ.

Проблема совершенствования конструкций диплексоров и до настоящего времени остается весьма актуальной. Как показывает практика, в большинстве схем диплексоров разработчиками допускаются серьезные ошибки, которые в дальнейшем приводят к тому, что диплексор вообще перестает выполнять свою роль.

В.Артеменко (UT5UDJ)

Литература:

1. Артеменко В. Регулируемый диплексер. — Радиохобби, 1999, N4, С.З0.

2. Артеменко В. О повышении динамического диапазона приемников прямого преобразования. — Радиомир. KB и УКВ, 2001, N11,0.31.

3. Аглодин Г. Полосовой и НЧ-диплексер. — Радиомир. KB и УКВ, 2002, NN11-12.

4. Ред Э. Схемотехника радиоприемников. — М.: Мир, 1989.

Материал подготовил А. Кищин (UA9XJK).