Детекторный приемник с ферритовой антенной

А возможно ли это? Давайте разберемся. Магнитные ферритовые антенны хороши своими небольшими размерами и хорошо выраженной направленностью. Стержень антенны должен располагаться горизонтально и перпендикулярно направлению на радиостанцию.

Другими словами, антенна не принимает сигналов со стороны торцов стержня. Кроме того, они малочувствительны к электрическим помехам, что особенно ценно в условиях больших городов, где уровень таких помех велик.

Основными элементами магнитной антенны, обозначаемой на схемах буквами МА или WA, являются (рис. 1): катушка индуктивности 1, намотанная на каркасе 2 из изоляционного материала, и сердечник 3 из высокочастотного ферромагнитного материала (феррита) с большой магнитной проницаемостью.

Простейшая магнитная антенна — рамочная — состоит из одного или нескольких витков провода, имеющих форму круглой или прямоугольной рамки. Магнитное поле, пронизывающее плоскость такой антенны, наводит в ней электрические колебания — переменную электродвижущую силу (ЭДС). Таким образом, в магнитной антенне происходит преобразование энергии поля волны в электрическую энергию тока, текущего в приемник.

Ферритовая магнитная антенна — та же рамочная, по весьма малых размеров. Зато она содержит много витков (их ЭДС складываются) и ферритовый сердечник, концентрирующий (как бы втягивающий в себя) силовые линии магнитного поля Н приходящей волны. Коэффициент усиления (концентрации) поля сердечником называется эффективной магнитной проницаемостью Мэфф. Она меньше исходной магнитной проницаемости феррита М и зависит от отношения диаметра сердечника к его длине.

Так, например, для одного из лучших ферритовых стержней для МА, выпускаемых отечественной промышленностью из феррита 400НН диаметром 10 и длиной 200 мм Мэфф = 150, тогда как М = 400. К сожалению, равенство М и Мэфф достигается только для замкнутых магнитопроводов, таких как кольцо или Ш-образный сердечник, или для бесконечно длинного стержня. Первые (ввиду замкнутости) не работают как антенны, а очень длинный стержень неудобен конструктивно, хрупок, да и довольно тяжел.

Приемные качества любой антенны принято характеризовать ее действующей высотой hд. ЭДС, наводимая приходящей волной в антенне, равна: ЭДС = Е • hд, где Е — напряженность поля радиоволны, измеряемая в В/м.

Если для вертикального провода длиной h действующая высота hд = h/2, для Г-образной проволочной антенны hд примерно равна высоте подвеса горизонтальной части, то есть измеряется метрами, то для типовой магнитной антенны hд составляет от силы единицы сантиметров.

Напряженность поля мощных ДВ- и СВ-радиостанций при не слишком большом удалении от них составляет десятки, а то и сотни милливольт на метр. Так, например, станция мощностью 75 кВт на расстоянии 30 км дает напряженность поля 100 мВ/м, или 0,1 В/м. Наружная проволочная антенна разовьет в этих условиях ЭДС близкую к 1 В, а ферритовая — вряд ли более 10 мВ. Малую эффективность ферритовых антенн компенсируют большим усилением современных транзисторов и микросхем в радиоприемниках.

В детекторном приемнике компенсировать недостаток сигнала, казалось бы, нечем, поскольку никаких усилителей в нем нет. Но одна возможность все-таки имеется. Схема приемника показана на рисунке 2. Она самая обычная и наверняка вам знакома. Но заметьте, что катушка магнитной антенны L1 настраивается в резонанс на частоту принимаемой радиостанции с помощью конденсатора переменной емкости (КПЕ) С1. Если бы его не было, то те несколько милливольт радиочастотного (РЧ) сигнала, приложенные к детектору, вряд ли могли быть продетектированы, ведь порог открывания даже чувствительного германиевого диода (Д18, Д20, ГД507 и т.д.) лежит где-то около 0,1…0,15 В. У кремниевых диодов (КД503, КД520…522) порог еще выше — 0,5…0,6 В.

Настройка контура L1C1 в резонанс повышает РЧ-напряжение на нем в Q раз. Коэффициент Q называется добротностью контура, и он тем выше, чем меньше потери энергии в контуре. Потери же, в свою очередь, зависят от активных сопротивлений, входящих в контур или подключенных к нему. Одно из таких сопротивлений составляет сопротивление провода катушки r. Оно включено в контур последовательно и должно быть как можно меньше. При этом добротность Q = Х/r — равна отношению реактивного (индуктивного) сопротивления катушки к ее активному сопротивлению. Потери в феррите также снижают добротность, и их можно учесть соответствующим увеличением r.

Описанные потери невосполнимы и бесполезны, поэтому надо стараться использовать провод с низким сопротивлением РЧ току (литцендрат) и феррит по возможности лучшего качества. Собственная (конструктивная) добротность контура может достигать 250…350, и она выше, тем в конечном итоге громче будет работать приемник.

Есть и полезные потери — это входное сопротивление детектора, нагружающее контур. Оно зависит от типа диода (при самых слабых сигналах) и от его нагрузки (при более сильных). Нагруженная добротность контура значительно меньше, порядка 20…50. Здесь важно найти оптимум — слишком сильная нагрузка контура детектором приводит к уменьшению сигнала и слишком слабая — тоже. Общее правило — чем выше сопротивление нагрузки, тем лучше работает детектор. Поэтому важно использовать высокоомные телефоны с сопротивлением 3,2… 4,4 кОм. Лучше бы еще выше, но таких телефонов не выпускают. Замена же телефонов цифровым вольтметром со входным сопротивлением 1 Мом позволяет обнаруживать радиостанции, которые в телефонах вообще не слышно.

Испытания макета приемника в описанных выше условиях (радиостанция «Маяк», 549 кГц, 75 кВт, 30 км) с ферритовой антенной на стержне 400НН диаметром 10 и длиной 200 мм, 60 витков ЛЭШО 21 x 0,07 показали уверенный прием с вольтметром (20…25 мВ продетектированного сигнала) и еле слышный прием на телефоны. Напряжение на них при этом не достигало и 1 мВ.

Дальнейшие соображения по повышению эффективности ферритовых антенн удалось найти в старинной (60-х годов) книжке для радиолюбителей. Автору понравилась конструкция антенны из четырех стержней, хотя кажется, что стержни расположены слишком близко (рис. 3). Осуществить идею помогла квадратная пластмассовая коробочка, по углам которой были просверлены 4 отверстия диаметром 10 мм. В них с трением вставлялись концы стержней.

На крышке были размещены КПЕ и разъем для вольтметра или телефонов. КПЕ взят от сломанного транзисторного радиоприемника, обе его секции соединены параллельно.

Все четыре катушки намотаны на бумажных пропарафинированных гильзах литцендратом ЛЭШО 10 x 0,07 и содержат по 50 витков. Намотка ведется в одну сторону, а катушки соединяются последовательно, то есть конец одной — с началом другой. Чтобы уменьшить число паек литцендрата всего до двух, автор надел все гильзы на один стержень и намотал все катушки подряд, не обрывая провода, но оставляя петли провода между катушками, чтобы потом свободно разместить их по другим стержням (не переворачивая!).

Разумеется, сначала был измерен уровень сигнала с антенной на одном стержне — 3,4 мВ при приеме станции РТВ «Подмосковье» на частоте 846 кГц, и уж затем с четырьмя стержнями — 14,2 мВ. Эффект, как говорят, налицо. Впрочем, замечу, что рост продетектированного напряжения примерно вчетверо означает рост входной мощности на детекторе в 4 раза, а РЧ-напряжение при этом возросло только вдвое. Объясняется это квадратичностью характеристики детектора при слабых сигналах: его выходное напряжение пропорционально квадрату входного, то есть входной мощности РЧ-сигнала.

В заключение несколько практических советов. Изготовление каркаса для катушки магнитной антенны (МА) может вылиться в проблему, особенно для начинающего радиолюбителя. В то же время, разбирая блок развертки старого телевизора, легко найти в нем катушки, изготовленные так: на стандартный цилиндрический каркас с подстроечником надет еще один, двухсекционный, со щечками и продольной прорезью. Его надо снять, и он как нельзя лучше подойдет для магнитной антенны с тонкими, 8-миллиметровыми стержнями. Автор использовал каркас катушки СК-90ЛЦ-2. Имеющийся на нем провод надо удалить.

На ферритовый стержень диаметром 8 мм каркас надевается с трудом, поэтому его надо разогреть над пламенем газовой горелки кухонной плиты или над электроплиткой, следя, чтобы края щечек каркаса не оплавились, надеть на стержень и дать остыть. В дальнейшем каркас будет перемещаться по стержню с небольшим трением, что позволит дополнительно не фиксировать катушку после настройки МА.

Витки катушки магнитной антенны укладывают внавал, поровну в каждую секцию каркаса. Наматывают провод безо всякого натяжения, со вставленным в каркас ферритовым стержнем. Для средневолновой катушки достаточно намотать 2×40 витков, для длинноволновой — 2×150 витков. Лучше использовать провод ПЭЛШО диаметром 0,15… 0,3 мм, у него толще изоляция и намотка получается «рыхлее», что уменьшает междувитковую емкость и повышает добротность. Еще лучше литцендрат, например, ЛЭШО 21×0,07. После намотки катушку заливают парафином (можно от свечки) с помощью
слегка разогретого паяльника, закрепляя, таким образом, витки и защищая провод от сырости.

Зачистка выводов литцендрата требует некоторого навыка. Рекомендую следующую технологию: вывод катушки обжигают в пламени спички или зажигалки на длине 1…2 см. Обжигать следует так, чтобы шелковая наружная изоляция сгорела, а тонкие проводники не раскалились добела и тем более не расплавились. Затем отрезают полоску наждачной бумаги шириной 5…7 мм, складывают ее пополам наждачным покрытием внутрь и берут пальцами правой руки.

Держа вывод левой рукой, закладывают обожженный участок провода в наждачную полоску и, слегка сжав ее, протягивают вывод. Обгоревшая эмаль снимается с проводников гораздо легче. Зачистив вывод, распушившиеся жилки скручивают вместе и облуживают.

Обрыв одного-двух проводников уменьшает добротность катушки на 5… 7% и практически не изменяет ее индуктивности.