Самодельные УКВ диапазонные антенные усилители. Продолжение.

     Цифровое эфирное телевидение в 100 километровой зоне от Москвы.

 Когда, наконец, пошёл снег, и наступила настоящая зима, я вспомнил про снег на экране дачного  телевизора при просмотре дециметровых каналов. Наступило время подготовки к лету.

             Пора внедрять цифровое телевидение на даче.

  С этого года цифровое вещание идёт двумя мультиплексными пакетами на частотах 498 МГц  и 546 МГц.  Свободно (бесплатно, без абонентской платы) вещают 20 телевизионных программ в стандарте DVB – T2. Остаётся купить приставку (стоимостью от 1200 руб.) к старому телевизору или новый  телевизор с таким новым стандартом.

 Приставку – ресивер  DVB – T2 я себе уже купил. Советую вам тоже поторопиться. Знающие люди просто сметают их по несколько штук с прилавков. Мне тоже для сына ещё одну надо прикупить, для его Дома Белки.  Проверил  работу приёмника (ресивера) в городской квартире. Всё супер классно! В условиях плотной городской застройки, в отсутствии прямой видимости, (которая составляет 15 км, Москва,  Восток), в отдалении от окон – отличное качество приёма на обычную  2-х усиковую сложенную антенну.  Все 20 каналов проходят как с диска, без многоконтурной картинки и шумов. Это:  1 канал,  Россия - 1, Россия – 2, НТВ, 5канал, Культура, Россия – 24, Карусель, ОТР, ТВЦ, РЕН ТВ, Спас, СТС, Домашний, ТВ – 3, Спорт +, Звезда, Мир, ТНТ, Муз ТВ.

Фото 1. Так было.

Фото 2. Так стало.

  Мне же остаётся сделать антенный усилитель и антенну, ведь должен я, что-то сделать сам. И хотя старая широкополосная антенна вполне справится с цифровым приёмом, есть желание сделать самодельную  мобильную активную антенну, ведь на этот диапазон она получится не больше книжки, и тогда телевизор можно будет смотреть в беседке. Думаю, что конструкция самой антенны упростится, ведь теперь она будет узкополосной, и согласовать её без потери усиления на фиксированной частоте проще.

 Пока же только остаётся гордиться собой, что в силу своей нерасторопности  я не успел превратить дачный домик в межпланетный космический корабль, усыпав крышу  многодиапазонными  з-х этажными антеннами и спутниковыми тарелками.

                             Антенный усилитель цифрового приёма телевидения.

  С начала я просто хотел сделать  самодельный усилитель на дециметровый диапазон вещания 470 – 870 МГц, для приёма аналогово телевизионного сигнала, чтобы смести снег с экрана и повысить помехоустойчивость.  Представить себе не можете, как сложно подавить сотовую связь, полосками разрывающую экран телевизора, так как по частотам она расположена вплотную к границам дециметрового диапазона телевизионных каналов. При приёме цифрового сигнала, такие полоски будут преобразовываться в квадратную мозаику. Но теперь задача упростилась и вместо широкой полосы  400 МГц (именно такая полоса пропускания заложена в усилителях активных дециметровых антенн), предстоит усилить только 50 - 80 МГц, а в этом случае легко удастся подавить помехи вне диапазона.  Да и сам усилитель, имея меньшую полосу усиления, будет обладать меньшими шумами, а значит, увеличится дальность уверенного приёма.   Для меня это особенно важно, так как когда передают погоду по области, мне приходится дополнительно отнимать 5 градусов, вследствие того, что регион с дачными участками находится в низине, следовательно, вероятность качественного радиоприёма под вопросом, поскольку приёмная антенна ниже уровня этого приёма.  Решения два: высокоподнятая антенна или антенный усилитель, возможно, то и другое вместе. Последний симбиоз необходим на предельных границах приёма, которые составляют около 100 километров от телецентра.

 Но в любом случае усилитель необходим, так как на этой частоте  существенные потери в кабеле.

Рис. 1. Антенный усилитель.

 Сам усилитель состоит из одного активного элемента – транзистора и двух фильтров, ограничивающих полосу усиления и подавляющих помехи. Индуктивности L 1 – L 5 – составляющие фильтра ФВЧ (верхних частот), c дополнительной режекцией вблизи полосы пропускания, а L 8 – L 9 – звенья фильтра ФНЧ (нижних частот). Индуктивности L 6 – L 7 – корректирующие  звенья, выравнивающие частотную характеристику.

 Питание усилителя осуществляется от отдельного стабилизатора с выходным напряжением 3 – 3,3 вольта. Само питание усилителя обеспечивается по кабелю. Известные мне приставки, программой  (с пульта) подают питание на антенный вход 5 или 12 вольт. При необходимости усилитель можно запитать от отдельного сетевого блока питания.

                                                            Параметры усилителя.

Полоса пропускания  490 – 600 МГц.

Коэффициент усиления 15 дБ.

Подавление на 900 МГц более 25 дБ.

Ток потребления 13 мА.

 Проверил усилитель по шумам на средней частоте усиления, подсоединив его к входу измерительного приёмника, предварительно измерив его соотношение сигнал / шум на уровне его чувствительности в режиме широкой полосы WFN.   После подключения усилителя соотношение на выходе приёмника возросло в 2 раза, то есть совместно с усилителем почти в 2 раза выросла его чувствительность.

 Пока проверил усилитель в городских условиях, в месте отсутствия приёма второго мультиплексного пакета. При его подключении приём восстановился. Питание с напряжением  5 вольт осуществлял от обычной телефонной зарядки.

                                                          Конструкция усилителя.

 В учебном заведении мне бы поставили двойку за то, что я использую в качестве печатной платы двухсторонний  фольгированный стеклотекстолит толщиной 1,2 -1,5 мм. На СВЧ данный материал обладает потерями, поэтому параметры активных элементов будут отличаться от табличных данных. Однако, современные транзисторы имеют большой коэффициент усиления на этой частоте, поэтому потери в несколько децибел не сильно скажутся на работе усилителя. Проводящие дорожки на плате вырезал с помощью штихеля (полукруглая стамеска, сделанная из швейной иглы), подстраиваясь под габариты ЧИПовских конденсаторов и резисторов, по возможности уменьшая площади проводящих дорожек и увеличивая расстояние между ними. Края платы пропаяны луженой медной лентой, соединяющей верхнюю сторону с нижней. Рядом с транзистором просверлил два отверстия, в которых распаивается провод, соединяющий две стороны платы и обеспечивающий двухстороннюю металлизацию.

Фото 3. Плата усилителя. 

 Фотографии получаются плохие.  Попробую нарисовать эскиз печатного монтажа.

 Все катушки наматываются медным эмалированным проводом диаметром 0,5 мм на сверле  диаметром 2 мм. L 1 – L 7 – четыре витка, L 8 – L 9 –два витка. Катушки бескаркасные, намотка шаговая. Дроссели L 10 – L 11 с индуктивностью 220 мкгн, используются готовые или делаются самодельные путём намоткой 15 витков провода диаметром 0,1 мм на малогабаритном  резисторе 50 -100 кОм.

Фото 4. Усилитель с блоком питания.

      Антенный усилитель цифрового приёма телевидения на полевом транзисторе ATF54143 (аналог SAV-541+).

 Прищуриваясь к показанию приборов можно сказать, что усилитель на полевом транзисторе ATF54143 (аналог SAV-541+) лучше. На этих частотах его коэффициент шума составляет от 0,2 до 0,3 дБ, а усиление получилось на 5 дБ больше, но на практике особой разницы не заметите (речь идёт об усилителе на одном полевом транзисторе).

Рис. 3. Антенный усилитель на двух  полевых транзисторах ATF54143 (аналог SAV-541+).

*(L6, L7 - 150 нГн).

. Его схема питания несколько сложнее. В конкретном случае опробована одна из простых схем включения данного транзистора.  Уровень шума, линейность и усиление будут зависеть от выбранного режима питания. В приведённой схеме, найден компромисс между перечисленными характеристиками. В остальном, по назначению элементов и по конструкции, схема не отличается от предыдущей.

 Фото 5. Усилитель на полевом транзисторе ATF54143.

Параметры усилителя.

Полоса пропускания 490 – 600 МГц.

Коэффициент усиления 35 дБ.

Ток потребления 30 мА.

Поскольку схема обладает достаточно высоким коэффициентом усиления (до 35 дБ), в неё добавлены дополнительные детали, повышающие устойчивость к самовозбуждению.

На фото 5 фрагмент макета преселектора приёмника кибернетического устройства, работающего в условиях сильных помех.

 На аналогичной монтажной плате я смонтировал усилитель, используя ЧИП компоненты, заменив промышленный узкополосный фильтр дискретными катушками и конденсаторами.

 Этот усилитель с простенькой самодельной антенной справился с поставленной задачей.

 На рис. 5 приведена ещё одна схема фильтра нижних частот антенного усилителя для эфирного цифрового вещания других регионов, где граничная полоса пропускания составляет 722 МГц. Этот фильтр ставится по выходам одного или двух транзисторов. Его можно использовать отдельно на выходе купленного усилителя. Задача этого фильтра подавить помехи  ретрансляторов сотовой связи и мобильных телефонов.

Рис. 5 Фильтр нижних частот.

В случае нижней граничной частоты 650 МГц рекомендую уменьшить значения емкостей конденсаторов фильтра верхних частот (ФВЧ, который стоит по входу усилителя) с 9,1 до 6,2 пФ. Эти конденсаторы, стоящие параллельно катушкам L4, L5, в совокупности с ними, образуют фильтры пробки, гасящие помехи от ретрансляторов сотовой связи на частотах около 470 МГц.

              Дополнением этого поста послужил первый комментарий.

 Мне принесли две готовые покупные платы антенных усилителей, просто посмотреть какое усиление, к примеру, они имеют на цифровых частотах приёма. У хозяина этих изделий были проблемы при приёме эфирного цифрового телевидения в городской квартире, а коллективная антенна работала крайне плохо.

Фото 7. Покупная плата антенного усилителя.
SWA - 777/LUX.

 Плата на фото 7  обеспечивала коэффициент усиления во всём диапазоне частот от 50 - 800 МГц равный чуть более 20 дБ, но имела провал в 10 дБ исключительно в цифровом диапазоне 500 – 600 МГц.  Чтобы избавиться от провала пришлось ввести дополнительную коррекцию частотной характеристики. Это спиральная катушка в коллекторе первого транзистора и П- фильтр нижних частот, включённый последовательно по сигналу между транзисторами. Таким образом, удалось выделить по усилению исключительно участок эфирного цифрового приёма, что улучшило сигнал / шум на этом  диапазоне. Уровень сигнала после такой модернизации возрос на 20 процентов.

Фото 8. Антенный усилитель. SWA - 8.
Его лучше не использовать!

                                              

 Плату на фото 8 лучше положить в контейнер для отходов, в противном случае «махать паяльником» придётся долго. Коэффициент усиления платы до цифрового диапазона (450 МГц) равен 20 дБ, далее составляет 12 – 15 дБ. Но опасность заключается в неустойчивом усилении, что проявляется в дополнительных (некратных) гармониках по диапазону, а соотношение сигнал / шум с этой платы хуже, чем без неё. Всё дело в конструкции печати. Тонкие земляные площадки, вход первого транзистора расположен рядом с выходом второго транзистора – все эти перечисленные недостатки недопустимы для СВЧ монтажа и могут вызвать паразитную обратную связь, которая приведёт к самовозбуждению усилителя.

Фото 10.

Фото 9. 

 

Хозяин платы на рис. 7 остался доволен, наградив меня картинкой со своего телевизора.  Теперь его усилитель усиливает сигнал с антенной решётки

(4-е вибратора дециметрового диапазона), стоящей на подоконнике.

                                         Судя по картинке фото 10 вполне неплохо.

 Потом принесли ещё один усилитель (фото 11).

Фото 11.

  Замечаний нет. В указанной полосе усиление не менее 20 дБ. На частоте 500 МГц (усреднённая частота цифрового эфирного вещания) в  два раза улучшает соотношение сигнал / шум на выходе измерительного приёмника, что увеличит дальность приёма.  Остаётся жалеть, что широкая полоса усиления снижает помехоустойчивость приёмного тракта, зато открыта возможность для радиолюбительского творчества, например,  добавления полосового фильтра.

 Потом принесли ещё один усилитель.

Фото 12.Антенный усилитель. SWA -2000/4.
Его лучше не использовать

 Плату на фото 12 я не рекомендую использовать, поскольку она имеет склонность к самовозбуждению. Это связано с  конструктивной особенностью печатной платы, где земляные проводники выполнены тонкими дорожками, что неприемлемо для СВЧ монтажа