Odbiornik składowej elektrycznej

Odbiornik na składową elektryczą powstał za namową Jacka SQ5BPF, któremu dziękuję za cierpliwość i pomoc :-)

Wymyślenie schematu i budowa układu z części znalezionych w szufladzie zajęła mi jedno sobotnie popołudnie.

Idea układu była następująca: na wejściu wysokoomowy wtórnik na tranzystorze FET, potem filtr odcinający sieciowe śmieci poniżej 1kHz i na końcu wzmacniacz conajmniej 40dB.

Odbiornik pozytywnie mnie zaskoczył siłą sygnału przy prostej budowie oraz bezproblemową pracą. Pierwszy egzemplarz zgodnie z umową powędrował do Andrzeja SQ9MUP, ale błyskawiczne zrobiony następny obecnie pracuje u mnie.

Sygnał z anteny (początkowo dipol otwarty 2 x 2,5m, obecnie rurka aluminiowa 2m) jest filtrowany w prostym układzie rezystora szeregowego 47k i kondensatora 33p (plus pojemność FETa) - obcinane są częstotliwości radiowe. Rezystor 10M rozładowuje ładunki gromadzące się na bramce FETa. Świadomie nie zastosowałem żadnych innych zabezpieczeń tranzystora (jak np. neonówka czy przeciwsobnie połączone diody), ponieważ chcę sprawdzić, w jakich warunkach atmosferycznych zostanie uszkodzony tranzystor. Prawdopodobnie na wiosnę będę miał pierwsze doświadczenia :-) o których napiszę i wtedy będę próbował zabezpieczyć wejście odbiornika.

Tranzystor FET transformuje sygnał z wysokiej rezystancji wejściowej anteny i podaje na rezystor 1,5k ze stratą 2dB w zakresie 0..20kHz (dla 800kHz tłumienie wynosi już 20dB). Napięcie stałe na tym rezystorze przy zastosowaniu BF245C wynosi około 3,5V (można oczywiście zastosować inne tranzystory FET dobierając oporność obcążenia tak, aby napięcie miało podobną wartość). Przy antenie prętowej umieszczonej w pokoju (obecność dużego pola elektrycznego od sieci) na obciążeniu FETa zmierzyłem napięcie zmienne (głównie 50Hz z harmonicznymi) o wartości ok. 2Vpp. Oznacza to, że wtórnik nawet w takich warunkach nie będzie przesterowany.

Za wtórnikiem umieściłem filtr górnoprzepustowy, aby do wzmacniacza nie dostał się sygnał sieci energetycznej, który z pewnością by go przesterował. Ten prosty filtr na częstotliwości 50Hz ma tłumienie 34dB (dla 5kHz tylko 3dB).

Jako wzmacniacz zastosowałem popularny i tani układ TL071. Bardzo ważne jest, aby kondensator 2,2uF (może być oczywiście inna wartość) w dzielniku napięcia (nóżka 3) był tantalem - zwykły elektrolit wnosi tu bardzo duże szumy. Wzmocnienie całego układu dla różnych częstotliwości jest podane pod schematem. Jak widać, odbiornik wzmacnia sygnał z anteny o częstotliwości powyżej 110Hz, maksymalne wzmocnienie osiągając w okolicach 7kHz. Powyżej 15kHz wzmocnienie powoli spada. Podczas normalnej pracy odbiornika na jego wyjściu mam sygnał o amplitudzie ok. 100mVpp.

Cały układ zmontowałem na płytce uniwersalnej. Początkowo z powodzeniem jako antenę wykorzystywałem dipol otwarty 2 x 2,5m doprowadzając sygnał do odbiornika kablem koncentrycznym RG58 (stąd na płytce gniazdo UC1). Później zrobiłem antenę prętową (zdjęcia poniżej) przy której umieściłem wtórnik na FET, dlatego tranzystor na płytce jest obecnie odłączony, a sygnał z anteny kablem ekranowanym bezpośrednio podawany na filtr górnoprzepustowy i wzmacniacz. Do nasłuchu częstotliwości 0..300Hz sygnał z wtórnika anteny podaję bezpośrednio do karty dzwiękowej.

Układ zasilany jest z prostego zasilacza sieciowego 12V od wzmacniacza antenowego TV. Podłączenie zasilania bateryjnego nie zmniejsza zauważalnie rejestrowanych zakłóceń. Prąd zasilania przy 12V to około 4,5mA.

Jako uziemienie używam kaloryfera (metalowa instalacja w domku jednorodzinnym). Ze względu na warunki atmosferyczne, antena na zewnątrz nie jest jeszcze uziemiona.

Początkowo odbiornik był bezpośrednio podłączony do karty dzwiękowej, lecz zastosowanie do separacji małego transformatora telefonicznego znacznie obniżyło poziom zakłóceń. Musiałem tylko dla polepszenia sygnału uziemienie przepiąć z odbiornika na kartę dzwiękową (komputer), tak więc obecnie odbiornik i antena nie są uziemione.

Rurka (pręt) anteny musi być zaokrąglona na końcach, aby na ostrych krawędziach nie gromadziły się ładunki elektrostatyczne. Korzystnie jest na wierzchołku umieścić metalową kulkę - ja jeszcze nie próbowałem takiego rozwiązania. Dół rurki jest zamocowany w kawałku plastykowego krućca z instalacji sanitarnej, w którym znajduje się wtórnik na tranzystorze FET. Króciec jest dobrze zabezpieczony silikonem od góry, natomias dół jest otwarty dla odpływu skroplonej wody. Układ elektroniczny jest cały zalany silikonem (tzn. znajduje się w uformowanej jeszcze przed włożeniem do rury "kuli" silikonu). Do anteny doprowadzam zasilanie (dwa przewody) oraz pobieram sygnał przewodem ekranowanym, przy czym ekran podłączony jest z masą TYLKO przy odbiorniku. Jestem ciekaw, jak długo taka prowizorka będzie działać :-)

Poniżej jeszcze kilka zrzutów ze SpectrumLaba: odbiór na antenie umieszczonej w pokoju, odbiór na antenie zewnętrznej, nasłuch częstotliwości 0..300Hz (sygnał bezpośrednio z wtórnika).

W dniu 24.12.2010 roku postanowiłem na tym odbiorniku nasłuchiwać SAQ. Sygnał był dużo bardziej zakłócony niż z odbiornika do anteny magnetycznej, używanego wcześniej. W ostateczności udało się odczytać komunikat i zaliczyć nasłuch. Dopiero później przepięcie uziemienia z odbiornika na komputer pokazało, że można pozbyć się większości zakłóceń, widocznych na poniższym zrzucie.

Kolejna transmisja SAQ w dniu 03.01.2011 roku pokaże, na ile odbiornik jest skuteczny w moich warunkach terenowych (antena w ogródku ok. 15 metrów od najbliższego budynku).

W dalszej kolejności chciałbym zbudować jeszcze dwa dodatkowe przełączane filtry, dla odbioru częstotliwości 70..90Hz (łodzie podwodne) oraz 0..30Hz (rezonans Schumanna). Filtry bedą wpięte w miejsce aktualnego górnoprzepustowego tak, aby wymienione pasma były wzmacniane przez TL071. Planuję też budowę wersji przenośnej odbiornika z anteną teleskopową 1,2m do nasłuchów wyjazdowych.