Антенный переключатель
Сакевич Н.Э. г.Красноярск
Опубликовано в журнале "РАДИО" №11 2005г.
В городе появились частные телевизионные компании, вещающие как в диапазоне метровых, так и дециметровых волн. В точке приема прием осуществляется с разных азимутов. Для получения качественного приема сигналы с антенн необходимо как суммировать, так и переключать антенны. Для этой цели был разработан предлагаемый антенный переключатель с управлением дистанционно - пультом телевизора или пультом другой аппаратуры, имеющей инфракрасное управление, или кнопкой со схемы управления.
Блок-схема антенного переключателя приведена на рис.1.
К дуплексору поз.1 подключены антенны метрового и дециметрового, принимающие сигнал с разных направлений. Дуплексор расположен вблизи антенн. Два переключателя поз.2 выбирают одно из направлений в зависимости от управляющего сигнала и подает сигнал с приемных антенн на антенный вход телевизора. Управление переключателем осуществляется схемой управления поз.3. Питание схемы управления осуществляется от модуля питания конструктивно выполненном в одном корпусе со схемой управления.
Схема дуплексора рис.2 выполнена по фильтровой схеме.
Расчет фильтров выполнен с частотой среза 300МГц, обеспечивая прием с 1-го по 12-й телевизионный канал по входу "Вх МВ" и с 21-го по 60-й телевизионный канал по входу "Вх ДМВ". Т-образная схема фильтров обеспечивает согласование в выбранном диапазоне частот. Конденсаторы С1 и С2 типа КД-1 . Конденсатор С3 типа КМ-5 или КД подобрав, требуемый номинал с разбросом в 10% включая конденсаторы параллельно или последовательно. При параллельном включении конденсаторов суммарная емкость равна сумме соединенных емкостей, а при последовательном включении суммарная емкость равна произведению емкостей деленному на сумму емкостей. Катушка индуктивности L1 - 17,1 нГн воздушная, намотанная проводом ПЭВ2 диаметром 0,35мм на оправке диаметров 4 мм, длина намотки 2мм, количество витков -2. Катушки индуктивности L2 и L3 - 47,7 нГн также воздушные и имеют 4 витка намотанные на оправке диаметром 4мм и растянуты на длину катушки в 4мм.
Конструктивно дуплексор выполнен на печатной плате из двухстороннего стеклотекстолита толщиной в 2мм размерами 15х50мм. Рисунок печатной платы в натуральную величину приведен на рис.8. На лицевой стороне, где располагаются детали, вырезаны дорожки шириной в 1,5мм. Другие контакты не ближе 2мм от данной дорожки. Такого размера дорожка согласована на волновое сопротивление 75 Ом, особенно важно это выполнить в сторону ДМВ, т.е. к элементам С1, С2, L1. Обратная сторона - экран. Катушка L1 и конденсатор С3 соединяются с экраном (обратной стороной платы) через отверстие в плате. Подпайка кабелей к дуплексору осуществляется центральными жилами к соответствующим контактам "Вх ДМВ", "Вх МВ" и "Выход" а оплетки кабелей припаиваются к экранной стороне платы. Длина освобожденной от оплетки центральной жилы кабеля, особенно от антенны ДМВ и в сторону "Выход" должна быть как можно короче и не должна превышать 8мм. Фотография собранного дуплексора на фото 1.
фото 1.
Возможна замена элементов: конденсаторы С1…С3 можно заменить на К10-9, К10-17 или современные планарного типа иностранного производства.
После сборки, поскольку дуплексор как правило располагается на улице вблизи антенн, для защиты от влаги плату вместе с подпаянными кабелями защищают монтажной пеной.
Схема переключателя выполнена на p-i-n диодах и приведена на рис.3
Диоды со структурой p-i-n на высоких частотах не детектируют а представляют собой активное сопротивление, величина которого зависит от протекающего через диод тока. Схема работает следующим образом. При подаче сигнала управления на вывод "1" +9В а на вывод "2" 0В протекает ток от +9В - резистор R1 - диод VD1 - дроссель L1 - корпус. Через диод VD1 течет ток 10мА и его сопротивление меньше 1 Ом. В это же время, поскольку потенциалы анода и катода диода VD2 равны 0В, ток через диод не течет и его сопротивление несколько килоом. Высокочастотный сигнал со "Вх1" проходит на "Вых", а со "Вх2" не проходит. При подаче +9В на вывод "2" и 0В на вывод "1" ток потечет через диод VD2, а через VD1 не потечет. При этом прием высокочастотного сигнала произойдет со "Вх2" на "Вых". Резисторы R2, R2 типа ОМЛТ-0,125. Конденсаторы С1…С3 типа КМ-5. Номинал конденсаторов можно изменить от 560 пФ до 0,1 мкФ. Дроссель L1 типа ДМ-0,1-50 мкГн, но можно намотать на ферритовом кольце Ф600 К5х3х1 проводом ПЭВ2-0,14 до полного заполнения.
Возможна замена элементов: диоды КД507А можно заменить на КД509 или КД512 с любой буквой. Конденсаторы КМ-5 можно заменить на К10-17.
Конструкция переключателя выполнена на двухстороннем стеклотекстолите размерами 60х35мм, толщиной 2мм. Рисунок печатной платы в натуральную величину приведен на рис.9. На лицевой стороне, где располагаются детали, вырезаны дорожки шириной в 1,5мм. Другие контакты не ближе 2мм от данной дорожки. Такого размера дорожка на стеклотекстолите с диэлектрической проницаемостью равной 6 согласована на волновое сопротивление 75 Ом. Обратная сторона - экран. На высокочастотной дорожке шириной 1,5мм планарно распаиваются элементы: С1…С3 и VD1, VD2. Фотография собранного переключателя на фото 2.
Фото 2.
Напряжения управления переключателем формируются схемой управления. Схема электрическая принципиальная схемы управления приведена на рис.4. (для увеличения рисунка - кликни по нему)
Схема работает следующим образом. При использовании для управления пульта с инфракрасным излучением импульсы инфракрасного излучения принимаются инфракрасным приемником на VD1, усиливаются операционным усилителем DA1 и детектируются амплитудным детектором на VD2, VD3, С5, R6. Постоянная времени амплитудного детектора T=C5*R6= 1Е-6*10*10Е3 = 1 мс выбрана так, чтобы пачки импульсов управления ифракрасного излучения пульта объединялись в единый импульс который открывает транзисторный ключ VT1. На выходе ключа, коллектор VT1, получается логический 0, которым запускает одновибратор на микросхеме DD1. Длительность выходного импульса определяется постоянной времени T=R8*C7=1,5*10Е6 * 1*10Е-6=1,5 сек. Большая постоянная времени выбрана для исключения ложного срабатывания от нескольких импульсов управления. Импульс с одновибратора подается на двоичный счетчик, выполненный на D-триггере DD2 на выходах которого формируются четыре сигнала управления двумя переключателями.
Для ручного управления, при отсутствии или выходе из строя пульта с инфракрасным управлением, существует кнопка SB1, формирующая импульс управления на одновибратор. Транзисторы VT2 … VT5 включены по схеме с общим коллектором и преобразуют напряжение на базе в ток эмиттера. Светодиоды VD4…VD7 индицируют включение соответствующего направления электронных переключателей антенн.
Конструктивно схема управления собрана на макетной печатной плате. Резисторы типа ОМЛТ-0,125. Конденсаторы типа КМ-5. На фото 3 видна собранная схема управления.
Фото 3.
Возможна замена элементов: VD1 - любой инфракрасный приемник, например ФД263, ФД320, DA1 - любой операционный усилитель в соответствующем паспорту включении, транзисторы VT1…VT5 любые n-p-n типа с допустимым током коллектора не менее 30 мА и напряжением база-коллектор не менее 30В, диоды VD2, VD3 - типа Д9, Д2, Д220 с любой буквой, светодиоды VD4… VD7 - любые светодиоды, желательно разноцветные, излучающие в видимом спектре при токе в 10мА, кнопка SB1 любая кнопка без фиксации, возможно от компьютерной "Мышки".
Питание антенного переключателя осуществляется от модуля питания, схема которого приведена на рис.5. (для увеличения рисунка - кликни по нему)
Модуль питания выполнен по бестрансформаторной схеме. Модуль питания работает когда включен телевизор. Схема работает следующим образом. На элементах VD1, VD2, VD3, С1 и телевизоре собрана схема однополупериодного выпрямителя и параметрического линейного стабилизатора на 27 вольт, причем телевизор работает как балластное сопротивление параметрического стабилизатора. Из одной полуволны переменного напряжения сети 220В, подаваемого на телевизор, вырезается 27В, вторая полуволна другой полярности через VD1 полностью подается на телевизор. Такое включение не мешает нормальной работе телевизора и при выключении телевизора цепь выпрямителя-стабилизатора разрывается, отключая питание модуля. На транзисторе VT1 собран однотактный преобразователь напряжения с частотой преобразования 60 кГц, преобразующий входное напряжение 27В в переменное 12В на выходе wIII обмотки трансформатора Т1. На диоде VD4 и конденсаторе С4 выполнен выпрямитель выходного напряжения. Микросхема DA1 параметрический линейный стабилизатор с выходным напряжением 9 вольт.
Детали и конструкция. Электролитические конденсаторы С1, С2 и С4 типа К50-35. С1 с напряжением 50В. С2 и С4 с напряжением 16В. Конденсатор С3 типа КМ-5. Резисторы R1 и R2 ОМЛТ-0,125. Трансформатор Т1 намотан на кольце М2000НМ К18х8х6. Обмотка wI - 18 витков провода МГТФ-0,14. Обмотка wII - 8 витков провода ПЭВ-2 - 0,43. Обмотка wIII - 2 витка провода МГТФ-0,14. Электрическая развязка первичной и вторичной цепи за счет изоляции провода МГТФ. При монтаже трансформатора необходимо учитывать подключение начала и конца обмоток. Точкой указаны начало обмотки. При неверном включении преобразователь не запустится. Конструктивно модуль питания выполнен на макетной печатной плате навесным монтажом. На фото 3 видна собранная схема модуля питания.
Возможна замена элементов. Диоды VD1 и VD3 можно заменить на любые, обеспечивающие прямой ток не менее 300мА и обратное напряжение не ниже 50В. Транзистор VT1 можно заменить на КТ805А, КТ807с любой буквой или КТ819Б, В, Г. Микросхему DA1 можно заменить на любой трехвыводной стабилизатор с выходным напряжением 9В и током не менее 50мА.
При отсутствии мощного стабилитрона возможно изменение схемы как показано на рис. 6 заменой его на транзистор VT1.1, который можно заменить на КТ805А, КТ807с любой буквой или КТ819Б, В, Г , три стабилитрона VD2.1…VD2.3 малой мощности, которые возможно заменить на Д814, Д818 так чтобы суммарное напряжение стабилизации было 27В, и балансный резистор R1.1 типа ОМЛТ-0,125. Схема точками "а", "б", "в" и "г" подключается к соответствующим точкам схемы рис.5.
Схема соединения комплекса антенного переключателя приведена на рис.7.
Коаксиальные кабели межмодульные и антенные припаиваются к дуплексору и переключателям следующим образом: оплетка кабеля к экранной стороне печатной платы, а центральная жила, освобожденная от оплетки не более 8мм, к соответствующему входу/выходу соответствующего модуля. Сигналы управления переключателями подаются двойным проводом в экране. Внешний вид блока управления с модулем питания приведены на фото 3 и фото 4.
Фото 4.
Печатные платы:
