При создании индикаторов напряженности поля возникает проблема динамического диапазона - трудно изготовить прибор, который позволял бы контролировать и сильные, и слабые сигналы. Задача упрощается, если применить логарифмический усилитель, как и поступил автор предлагаемой статьи.
Для поиска источников радиоизлучений или помех, а также при настройке и проверке антенной техники применяют индикаторы напряженности поля. Обычные требования, предъявляемые к этим устройствам, - большие диапазоны рабочих частот и индицируемого уровня сигнала, экономичность и малые габариты. Все эти требования можно реализовать, если применить специализированные микросхемы. Примером могут служить микросхемы логарифмических усилителей-детекторов фирмы ANALOG DEVICES - AD606, AD8306, AD8307 и др.
Ниже приводится краткое описание микросхемы AD8307 и конструкции на ее основе. В состав этой микросхемы входит шестикаскадный (по 14,3 дБ усиления на каскад) усилитель-ограничитель с детектирующими цепями и другими вспомогательными узлами.
Основные параметры
- Диапазон рабочих частот, МГц......0...500
- Диапазон изменения напряжения входного сигнала, дБ......92
- Крутизна выходного напряжения (при нелинейности не более 1 дБ), мВ/дБ......25
- Напряжение питания (одно-полярное), В......2,7...5,5
- Потребляемый ток, мА......7...8
- Спектральная плотность мощности шумов, нВ/vГц......1,5
- Входное сопротивление, кОм......1,1
- Входная емкость, пф......1,4
Схема индикатора напряженности поля на этой микросхеме показана на рис. 1.
Выводы 1 и 8 DA1 - это дифференциальный вход, при использовании только одного из них второй через конденсатор необходимо соединить с общим проводом. Вывод 4 - это выход, при отсутствии входного сигнала на этом выходе присутствует напряжение примерно 0,2...0,25 В, а выходное сопротивление составляет около 12 кОм. При подаче входного сигнала выходное напряжение увеличивается на 25 мВ при увеличении входного сигнала на 1 дБ.
Диапазон рабочих частот снизу ограничен емкостями конденсаторов С1 и С2, сверху - частотными свойствами микросхемы DA1 и составляет примерно 500 МГц, а при снижении чувствительности на 20 дБ - примерно 900 МГц. В качестве индикатора применен стрелочный прибор - микроамперметр РА1. На входе установлены диоды VD1-VD4, которые защищают микросхему от мощных сигналов и наводок. К выходу микросхемы через подстроечный резистор R1 подключен плюсовой вывод стрелочного прибора, а на минусовой подается напряжение с подстроечного резистора R3. Это сделано для того, чтобы при отсутствии сигнала стрелка прибора была установлена на ноль.
Микросхема DA1 питается от интегрального стабилизатора напряжения на микросхеме DA2. Включение устройства осуществляют выключателем SA1. Потребляемый ток составляет 11 ...12 мА.
В качестве антенны удобно использовать телескопическую антенну длиной несколько десятков сантиметров. Входное сопротивление устройства составляет несколько сотен ом, поэтому для согласования индикатора с 50- или 75-омными линиями или антеннами на входе надо установить резистор сопротивлением 51 или 82 Ом соответственно.
Конденсатор С1 подбирают в зависимости от требуемой чувствительности и диапазона рабочих частот. Его емкость может составлять от единиц до нескольких сотен пикофарад.
Большинство деталей размещены на печатной плате из двусторонне фольгированного стеклотекстолита толщиной 1... 1,5 мм, эскиз которой показан на рис. 2.
Вторая металлизированная сторона используется в качестве экрана и соединена с общим проводом первой стороны в нескольких местах. Плата вместе с микроамперметром размещена в металлическом корпусе с крышкой. В верхней части установлены коаксиальное гнездо XW1 и печатная плата, которую надо припаять по краю к корпусу. Микроамперметр РА1 установлен на боковой стенке.
Если устройство планируется питать от аккумуляторной батареи, то для ее зарядки нужно предусмотреть любое малогабаритное гнездо. При этом зарядное устройство должно иметь гальваническую развязку от сети.
В устройстве можно применить детали: микросхему DA2 - КР1157ЕН502А, КР1157ЕН502Б, микроамперметр РА1 - М4247 с током полного отклонения 100 мкА. Гнездо XW1 - высокочастотное малогабаритное любого типа, например, SMA. Подстроенные резисторы - СПЗ-19, постоянные - МЛТ, С2-33, Р1-4. Конденсаторы С2- С6 - К10-17, С1 желательно применить с рабочим напряжением 300 В и более (К73), это позволит повысить безопасность пользования индикатором. Дело в том, что при поиске источников радиоизлучений существует вероятность касания антенной проводников, соединенных с сетью.
Налаживание устройства несложное. Резистором R3 устанавливают стрелку микроамперметра на нулевую отметку при отсутствии сигнала. Затем подают на вход ВЧ сигнал частотой около 100 МГц и напряжением 1 В. Подстроечным резистором R1 устанавливают стрелку микроамперметра на отметку "100".
Экспериментально снятые характеристики индикатора приведены на рис. 3. Они показывают, что на частотах менее 100 МГц индикатор начинает реагировать на сигналы с напряжением 20...30 мкВ, а динамический диапазон индицируемого напряжения составляет 92...95 дБ. На частоте 500 МГц чувствительность падает до 80...100 мкВ, а на частоте 900 МГц она уменьшается до 500...600 мкВ. После проведения регулировки необходимо снять такую зависимость, построить ее в виде графика и разместить его на корпусе индикатора.
Если это устройство использовать совместно со сменными полосовыми фильтрами, то его можно применить для настройки или ориентации телевизионных антенн по максимуму принимаемого сигнала.
Автор: И.Нечаев (UA3WIA), г.Курск