Экспериментальный приемник сигналов РБУ 66 кГц

Тема приема сигналов ГСВЧ постоянно обсуждается на страницах радиолюбительских журналов, в форумах сети Internet. Это само за себя говорит об актуальности данной проблемы. Промышленность выпускает широкий ассортимент специализированной приемной аппаратуры, но стоимость ее высока и пока она не имеет широкого распространения в радиолюбительской среде.

Предлагаю вариант приемника сигналов эталонных частот радиостанции РБУ на частоте 66,6 кГц или РТЗ на частоте 50 кГц. Декодер часовых сигналов и модуль синхронизации местного гетеродина пока не изготавливался.  Удобство приема сигналов данных радиостанций состоит в том, что излучаются они без перерывов и покрывают большую часть территории РФ. Однако большим недостатком является сложность приема сигналов данных радиостанций. Уверенный прием на простые радиоприемники возможен только в ближней зоне от радиопередатчика. Например на удалении 200 км от радиостанции РБУ в черте города сигнал на простой приемник не слышен и тонет в мощных шумах индустриальных помех. Заводской любительский трансивер при работе на внешнюю антенну также не принимает сигналов на частоте 66,6 кГц.

Все это привело к необходимости разработки специального приемника способного уверенно принимать сигналы радиостанций РБУ, РТЗ на встроенную антенну на большом удалении от передающей станции. Изготовленный вариант приемника обладает высокой чувствительностью и селективностью.

Особенность приемника:

1. Использование встроенной магнитной антенны;
2. Применение узкополосного электромеханического фильтра на частоту 500 кГц с полосой пропускания 500 Гц;
3. Усилитель ПЧ 500 кГц с АМ детектором на микросхеме К174ХА10;

Принципиальная схема приемника показана на рисунке 1. 

Работа приемника:

Сигнал радиостанции РБУ  выделенный колебательным контуром L1C1 на частоте 66,6 кГц поступает на входной усилительный каскад выполненный на полевом транзисторе T1. Такой каскад обладает высоким входным сопротивлением и позволяет применить входной контур с полным включением, добротность его практически не ухудшается. На микросхеме IC1 собран смеситель. Примененная микросхема К174ПС1 является двойным балансным смесителем радиочастот. На вход 13 микросхемы IC1 поступает сигнал радиочастоты, на вход  7 сигнал гетеродина. Разностный сигнал промежуточной частоты снимается с вывода 3. Далее сигнал ПЧ 500 кГц поступает на фильтр основной селекции в качестве которого применен электромеханический фильтр с полосой пропускания 500 Гц. Каскад на полевом транзисторе Т2 согласует входные сопротивления ЭМФ и усилителя ПЧ.

Усилитель ПЧ выполнен на микросхеме IC2. Микросхема К174ХА10 – многофункциональный прибор предназначенный для построения однокристальных радиовещательных приемников. В данной конструкции используется два ее узла – усилитель ПЧ и амплитудный детектор с АРУ. Сигнал ПЧ 500 кГц поступает на вход усилителя ПЧ (вывод 2). Усиленный сигнал по внутренним цепям поступает на АМ детектор и с его выхода (вывод 8). К выходу УПЧ подключен контур L2,C17 настроенный на частоту 500 кГц. Система АРУ микросхемы IC2 неотключаемая.

Для звукового контроля принимаемых сигналов служит узел собранный на микросхеме IC4 LM386. Микросхема LM386 удобный для использования усилитель мощности звуковых частот. В данном включении используется минимальное число внешних элементов, коэффициент усиления порядка 20. Сигнал ЗЧ  поступает на вход (вывод 3) микросхемы IC4, выходной сигнал с выхода (вывод 5) поступает на головные телефоны.

Гетеродин приемника собран на 3-х цифровых микросхемах и прост по конструкции. Задающий генератор на 13,6 МГц собран на логических элементах 2И-НЕ микросхемы К131ЛА3 (AND1 и AND2). Элементы AND3, AND4 – буферные. В небольших пределах частоту генератора можно изменять подстройкой емкости конденсатора С34. На микросхеме IC5 собран делитель частоты на 8. Функционально она является 12-разрядным двоичным счетчиком с достаточным быстродействием. Триггер DD1 на микросхеме К555ТМ2 включен как делитель на 3. Общий коэффициент деления всех счетчиков равен 24, что и дает выходную частоту гетеродина 566.6(6) кГц необходимую для преобразования в смесителе приемника. При использовании других кварцевых резонаторов необходимо изменить схему делителей частоты. Через малую емкость C9 сигнал гетеродина подается на смеситель приемника. Напряжение питания гетеродина стабилизировано на уровне 5 В.

Используемые компоненты:

Магнитная антенна (катушка L1) намотана виток к витку на ферритовом сердечнике с магнитной проницаемостью 400 длиной 200 мм и диаметром 10 мм, содержит 400 витков провода ПЭВ 0,5.

Дроссель L2 стандартный с индуктивностью 500 мкГн. Электромеханический фильтр на центральную частоту 500 кГц и полосой пропускания 500 Гц от приемника Р326М, но в принципе может быть использован дискретный фильтр на кварцевых резонаторах. Монтаж выполнен на печатной плате с односторонней металлизацией размерами 125х45 мм. Катушка L2 экранирована. Корпус ЭМФ также должен быть заземлен. Магнитная антенна должна быть отнесена от основной платы на расстояние 10 см, за исключением случая полного экранирования платы.

Настройка:

Сводится к настройке магнитной антенны на частоту 66,6 кГц. Контур L2,C17 настраивается на частоту 500 кГц путем подбора дополнительного конденсатора малой емкости (или подстроечного 4-20 пф) подключенного параллельно C17. Контур L2,C17 экранируется и зашунтирован резистором R10 для улучшения стабильности усилителя ПЧ.

Изменением емкости конденсатора С34 подстраивают частоту гетеродина до получения наилучшего приема тональных посылок секундных маркеров (двоично-десятичного кода часовых сигналов). При хороших условиях приема можно применить ЭМФ с более широкой полосой пропускания, например 1 кГц от вышеуказанного радиоприемника. Остальные узлы в настройке не нуждаются и при правильной сборке сразу работоспособны.

Помех от гетеродина не наблюдалось. Подобный приемник лучше всего питать от батарей или аккумуляторов с напряжением 9В так как сетевой блок питания не очень хорошего качества может полностью перекрыть полезный сигнал помехами из электросети. Так же сложно получить высокое соотношение сигнал-шум при приеме сигнала в помещении в городских условиях. В эксперименте получено значение порядка 10 дб при высоком уровне импульсных и прочих помех.       

 Внешний вид собранного модуля приемника показан на рисунке 2.

В качестве дополнительных блоков декодирования информационных сигналов можно использовать схемы детекторов с ФАПЧ, например на микросхеме 4046 или 561ГГ1

Демодулятор частоты 100 Гц

Демодулятор цифровых сигналов на поднесущей 312 Гц (Вариант 1)

Демодулятор цифровых сигналов на поднесущей 312 Гц (Вариант 2)

Нижеследующая блок-схема показывает возможное построение супергетеродинного приемника с синхронизацией местного гетеродина с сигналом станции ГСВЧ, причем частота гетеродина не равна и не кратна частоте станции ГСВЧ. Приемник по данной схеме не выполнялся, но должен иметь право на жизнь. Возможно он будет выполнен в "металле" при наличии достаточного количества откликов по важности конструирования в данном направлении. Ничего сложного в приемнике нет.

Используемая литература:

1. Документация производителя микросхем LM386, 4040, 4046, 561ГГ1, LM358, TL081, К174ХА10, К174ПС1
2. Справочник «Аналоговые интегральные микросхемы для бытовой аппаратуры» В.А. Болотников, Д.И. Атаев
3. В помощь радиолюбителю, вып. 76, 1982 год «Генераторы импульсов на цифровых микросхемах» С. Минделевич
4. Публикации в журналах Радио, КВ и УКВ, интернет источники по теме приема сигналов станций ГСВЧ.
5. «Делитель частоты на 3 с меандром на выходе» А. Шитов г. Иваново Радио 1996 г. №7

Дополнительные файлы:

1. звуковой файл РБУ 66 (для анализа сигналов)
2. звуковой файл РБУ 66 приемника (прием на широте г. Владимира за чертой города)
3. схемы в Rusplan, SprintLayout 

А. Анкудинов, 2008