Как защиить домашнюю радиоаппаратуру от помех

Данная статья не предлагает никаких чудодейственных лекарств, в ней описаны различные, хорошо известные методы защиты и способы их применения. Никакой электронный аппарат не может быть полностью нечувствительным к электромагнитным полям нежелательных частот. Речь может идти лишь об ослаблении или подавлении помех на определенную величину в данной полосе частот, но полностью их избежать нельзя.

Антенны радиостанций и трансиверов

Антенны вашей радиостанции должны быть единственным источником излучения, и в силу этого следует весьма внимательно отнестись к выбору их типа и размещения. Антенна должна быть установлена как можно выше и быть максимально удаленной как от вашего дома, так и от соседних. При наличии вариантов удалите ее от соседей, так как вам всегда будет легче устранять помехи в собственном доме.

Следует также отметить, что если антенна слишком замаскирована, то она не может хорошо работать (малая высота, влияние близлежащих предметов и т.д.), и рано или поздно она создает серьезные проблемы в ваших отношениях с соседями.

Лучше всего обеспечить свободную работу антенны, которая должна быть эстетичной и не загромождать проходы, не создавая неудобств соседям. Какой тип антенны выбрать?

Перечислим правила, которыми следует руководствоваться для уменьшения помех в случае ограниченного пространства. Вы должны:

• выбрать горизонтальную поляризацию. Совокупность кабелей (телевидения, УКВ-радиовещания, сети питания и телефона) действует как вертикальная антенна, которая легко может быть подвержена наводкам ВЧ-поля вертикальной поляризации;
• выбрать симметричную антенну (диполь, луч, квадрат, и т.п.), содержащую, в случае необходимости, симметрирующее устройство. Это делается для того, чтобы кабель снижения антенны излучал в окружающую среду как можно меньше, и это исключает применение асимметричных антенн (LW, Windom и др.), несмотря на их достоинства. В условиях ограниченного пространства асимметричные антенны пригодны только для излучения малых мощностей — порядка нескольких десятков ватт максимально. При возможности горизонтальную часть коаксиального кабеля следует закопать в землю (рис.1);
• выбрать, если это необходимо, компактную антенну, которая должна устанавливаться на разумном расстоянии от электроаппаратуры соседей. Некоторые электрически симметричные антенны (например типа W3DZZ или G5RV) требуют особого внимания в силу асимметрии их излучающей части на некоторых диапазонах.

В условиях ограниченного пространства на частотах выше 14 МГц легко может быть соблюдено следующее правило — расстояние от антенны до окружающих предметов должно быть больше половины длины волны (10 метров).

На низкочастотных диапазонах ситуация совсем другая. Здесь прибегают к антеннам, редко бывающим симметричными (наклонный диполь, однопроводная антенна бегущей волны, рамочная) или к вертикальным, чаще всего с режекторными фильтрами. На этих частотах телевизоры и FM-тюнеры менее чувствительны к помехам, но при этом остаются усилители НЧ, цепи аварийной сигнализации и т.д., особенно если излучается мощность порядка сотен ватт.

Известно, что при неизменной высоте коэффициент полезного действия согласованной антенны зависит прежде всего от ее размеров. Всякое компромиссное уменьшение размеров, с помощью например режекторных фильтров, сопровождается потерями высокочастотной энергии порядка 0,5...1 дБ на каждом фильтре, активном в рабочем диапазоне.

Антенны УКВ диапазона

В диапазоне УКВ основной причиной помех от радиостанции является высокая напряженность поля в направлении излучения антенны с большим усилением. Рассмотрим классический случай при работе на 144 МГц.

Сигнал мощностью 100 Вт, излучаемый 17-элементной антенной типа Yagi, усиление которой равно 15,3 дБ, создает такую же напряженность поля, как и изотропный излучатель при мощности более 3 кВт. На удаление порядка двадцати метров напряженность ВЧ-поля достигает еще нескольких десятков В/м. Рекомендация остается прежней — устанавливайте вашу антенну как можно дальше и как можно выше.

Безнадежные случаи

Что делать, если вам приходится довольствоваться простым проводом, подвешенным над землей, вертикальным штырем на балконе или диполем на уровне крыши? В этом случае, не падая духом, вы должны ограничивать мощность передатчика на уровне, достаточном для проведения радиосвязей, но не создающем помех соседям.

Следует отметить, что не все режимы передачи одинаково создают помехи:

• амплитудная модуляция (AM и SSB) создает наибольшее количество проблем как для радио, так и для телевизионного приема, так как передача видеосигнала производится амплитудной модуляцией;
• узкополосная частотная модуляция может рассматриваться как чистая несущая и проявляется в виде помехи лишь во время перехода с приема на передачу и наоборот;
• режим телеграфии, который не нравится всем из-за скучного процесса обучения, обладает двумя большими достоинствами — во-первых, излучается чистая непрерывная несущая, которая не создает помех аудио-аппаратам при условии, что времена нарастания и спада при манипуляции составляют не менее 10 мс, и во-вторых, необходимая мощность для проведения связи имеет значительно меньшую величину по сравнению с другими режимами — она меньше на 10 дБ (в десять раз), чем для SSB, и меньше на 20 дБ (в сто раз), чем для частотной модуляции;
• цифровые режимы работы (RTTY, пакет и т.д.), использующие манипуляцию FSK, подобны случаю частотной модуляции при условии, что смещение несущей происходит достаточно "мягко" — как в телеграфии, что, однако, ограничивает скорость передачи. Несмотря на простоту осуществления, модуляция при FSK должна быть строго синусоидальной и, следовательно, хорошо фильтроваться.

Заземление

Не следует совмещать заземление по высокой частоте с заземлением электрической сети. ВЧ-заземление должно иметь как можно меньший импеданс для высокочастотных токов, которые, в случае отсутствия заземления, будут проходить через близлежащую электронную аппаратуру.

Лучше всего максимально возможно симметрировать антенну с целью снизить величину этих токов до пренебрежимо малого уровня. Для изоляции системы антенна — ВЧ-земля от электросети можно также установить согласующее устройство. Некоторые из этих согласователей называются "искусственной землей". Можно увеличить импеданс сети, надевая ферритовые кольца на сетевые провода аппаратуры радиостанции.

Если вы применяете асимметричные антенны (например четвертьволновую GP), то следует учесть, что в этих антеннах токи высокочастотного заземления весьма велики.

В этом случае соединение их с землей должно быть максимально коротким, для чего наиболее часто прибегают к использованию противовесов, которые формируют плоскость искусственной ВЧ-земли. Антенны такого типа и их заземления или противовесы должны всегда размещаться на приличном расстоянии от жилья.

лассическое штыревое заземление не подходит для ВЧ-заземления, которое изготавливается из заглубленных в землю медных труб длиной как минимум 1,5 м и разнесенных друг от друга на 1 м.

Трубы соединяются между собой оплеткой или проводом большого сечения. Решетка из железа с гальваническим покрытием быстро корродирует из-за токов утечки, какими бы слабыми они ни были. Это заземление должно быть непосредственно подключено к оплетке коаксиального кабеля в точке ввода в дом проводом максимального сечения и минимальной длины (рис.1).

Рисунок 1.

При размещении радиостанции на высоком этаже длина соединения с ВЧ-заземлением оказывается слишком большой (импеданс соединителя увеличивается), что приводит к повышенному уровню излучаемых помех. В этом случае единственным действительно пригодным решением является применение симметричных антенн без использования ВЧ-заземления.

Помехи от гармоник

В настоящее время, вопреки тому что можно было бы предполагать, гармоники и другие интермодуляционные эффекты не являются главной причиной помех. Это справедливо при условии, что конструкция передатчика хорошо продумана, и он находится в хорошем состоянии.

Современные телевизоры являются более помехоустойчивыми по сравнению со своими предшественниками. Несмотря на это, следует предусмотреть все же возможность появления помех и установить ФНЧ на выходе трансивера или оконечного усилителя исходя из того, что:

• гармоники некоторых КВ-диапазонов попадают в полосу радиовещания FM, занимающую участок от 88 до 108 МГц. Аналогичная ситуация наблюдается со второй гармоникой 6-метрового диапазона;
• 4-я и 5-я гармоники 2-метрового диапазона лежат в частотном интервале некоторых каналов телевидения дециметрового диапазона;
• вторая гармоника диапазона 18 МГц совпадает с промежуточной частотой телевизоров;
• тем более не следует забывать, что во многих районах существуют сети кабельного вещания, ведущие передачи в широких интервалах метрового и дециметрового диапазонов.

Фильтры и ферриты

Несмотря на все усилия по подавлению помех на вашей радиостанции, всегда найдется хотя бы один музыкальный центр, телевизор или видеомагнитофон, работе которого мешает ваш передатчик.

В этом случае необходимо принять меры по защите именно этой аппаратуры, устанавливая фильтры или ферриты только на внешних разъемах и соединительных шнурах, без всякого вмешательства в схему и конструкцию аппарата, особенно, если он принадлежит другому.

Эти фильтры в основном являются фильтрами верхних частот для подавления частот, меньших чем 30 МГц, включая любительские диапазоны. Фильтры могут быть также режекторными — для подавления конкретных гармоник.

Телевизионная и видеоаппаратура

В большинстве случаев, особенно при помехах на промежуточной частоте, достаточно ввести фильтр в антенный фидер непосредственно у аппарата. Иногда необходимо установить фильтр на расстоянии от 0,5 до 2 м от телевизора. Фильтры обычно снабжаются вилочным и розеточным разъемами. Если помеха продолжает проявляться, необходимо ввести в шнур питания аппарата дроссель, который выполняется намоткой провода на ферритовое кольцо.

Для видеомагнитофона, сопряженного с телевизором по одному из дециметровых каналов, начинать борьбу с помехами следует установкой фильтра перед антенным входом видеомагнитофона, подобно тому как описано выше, и если это окажется недостаточным, следует ввести дополнительный фильтр в цепь коаксиального кабеля между выходом магнитофона и входом телевизора.

Место подключения фильтра на тот или другой конец кабеля подбирается экспериментально. Если и после установки второго фильтра помехи продолжают проявляться, придется ввести дроссели в оба провода сетевого питания (видеомагнитофона и телевизора).

При соединении телевизора с видеомагнитофоном видео- и аудио-шнурами или через разъемы типа SCART рекомендуется поступать в той же последовательности, но без второго фильтра. В этом случае шнуры должны сворачиваться в бухточки, как описано ниже.

Защита музыкального центра

Среди блоков центра только для УКВ-тюнера может потребоваться установка фильтра на антенный кабель, подобно тому как описано выше. Тем не менее, высокочастотные сигналы могут наводиться на низкочастотные шнуры, которые обычно довольно длинные. В этом случае необходима установка на эти шнуры ферритовых колец (рис.2).

Рис. 2. Защита музыкального центра от помех.

Чтобы не пришлось включать кольца в многочисленные аудиокабели, связывающие между собой аппараты, длина этих кабелей должна быть минимальной, или же они должны быть сложены или намотаны сами на себя в небольшие бухточки с креплением маленькими нейлоновыми хомутиками.

Как изготовить дроссель

Нужные дроссели изготавливаются намоткой на ферритовый сердечник определенного числа витков провода, в цепь которого необходимо включить индуктивность. Высокая магнитная проницаемость ферритов позволяет при намотке на них катушек получить значительную индуктивность при малом числе витков.

Если этот сердечник образует замкнутую магнитную цепь, то он не подвержен влиянию внешних магнитных полей. Для дросселей качество феррита имеет второстепенное значение, так как можно допустить даже значительные потери.

Из вышесказанного следует, что для изготовления дросселей пригодно большинство из встречающихся ферритов разнообразных форм. Достаточно, чтобы форма и размеры сердечника оказались совместимыми с диаметром провода.

В качестве сердечника можно использовать стержень магнитной антенны, сердечник от отклоняющей системы телевизора, сердечник малогабаритного трансформатора ТВС или обычное ферритовое кольцо. Рекомендуемая последовательность намотки на тороидальный сердечник показана на рис.3.

Рис. 3. Как намотать самодельный дроссель для защиты радиоаппаратуры от помех.

Количество витков — 12...25. Ослабление, даваемое такими дросселями, составляет 10...30 дБ в зависимости от частоты.

Если диаметр провода или его неразборная вилка не позволяют провести намотку на имеющийся в наличии тороидальный сердечник, рекомендуется изготовить дроссель, намотав его более тонким проводом, и установить на концах обмотки вилку и розетку — подобно обычному удлинителю.

A.TSOCAS (F3TA). Журнал "КВ и УКВ" №9 1998г.