Так получилось, что отдельные «диванные теоретики» не поверили, что приём на такой детектор существует. А может, и правда, всё уже поменялось?
Я, например, не могу проверить, что Земля стала плоской, но перепроверить, что детекторный приёмник принимает радиостанции, мне под силу. Соединить несколько деталей, не вставая с дивана, тоже вполне возможно.
Тем более, что за это время радио вышка в Балашихе — она находится в 6 километрах от меня — достигла высоты 442 метра (с 2014 года, пройдя старую отметку в 300 метров), а мощность некоторых радиостанций диапазона FM (87,5 — 108 МГц) достигла 20 кВт.
И не беда, что эта статья - ответ двум теоретикам.
Просто был у меня такой случай: я опоздал на урок английского языка и вбежал в пустую аудиторию. «А где все?» — услышал я за спиной голос преподавателя, который тоже, как и я, опоздал. Вы просто не видели счастливое лицо учителя, когда, оставшись один на один, я уже с пятого раза, без единой ошибки и с отличным произношением, читал технический английский текст.
Итак, чтобы подтвердить приём радиостанций с частотной модуляцией на амплитудный детектор, я решил заново собрать простой приёмник и, если получится, сделать аудио-видеозапись.
Здесь аудио-видеозапись:
Антенну для этого приёмника я сделал из металлопласта. Кстати, если три метра металлопласта скрутить в круг, получится неплохой бюджетный обруч (хулахуп) для улучшения осанки и снижения веса.
Можно также сделать ограждения для кустов.
Да, почему круг? Для радиоволн это лучшая фигура, если его сравнить с полуволновым разрезным и неразрезным вибраторами. Круг в приоритете по отношению к этим антеннам по параметрам.
У меня получилась петлевая антенна, у которой длина петли равна длине волны. Для средней частоты 98 МГц диапазона FM (87,5–108 МГц) длина петли рассчитывается так:
длина = 300 / 98 МГц = 3 м.
Не забудем про коэффициент укорочения для трубки толщиной 16 мм (я взял этот коэффициент равным 0,9). Реальная длина получилась 2,7 м, что соответствует диаметру кольца (или петли) 0,86 м.
Подключаю к петле, не используя заземления, германиевый диод, фильтр нижних частот с усилителем для низкоомных наушников.
Практика — основа познания: слышен рой радиостанций на фоне которых выделяется «Авторадио», заглушая остальные. Плоскость петли должна быть направолена в сторону радио вышки, что соответствует максимальному усилению.
Ну, правильно: мощность этой радиостанции — 20 кВт, а диапазон мощностей других колеблется в пределах 5 - 10- 15 кВт, а из 50 радиопередатчиков Москвы и Подмосковья с этой вышки вещают 26 радиостанций.
Таким образом, селективность этого детекторного приёмника определяется параметром его антенны, мощностью передатчика и удаленностью от него.
Петлевая антенна, имеющая резонанс на этой частоте, преобразует частотно-модулированный сигнал в амплитудно-частотно-модулированный, а амплитудный детектор, реагирующий на изменение амплитуды сигнала, выделяет звуковую частоту.
На всякий случай, не слезая с дивана, решил проверить, а попал ли я в резонанс и воспользовался онлайн расчётом, задавшись частотой 98 МГц и ёмкостью монтажа от 1 до 5 пФ. Получилось, что индуктивность лежит в пределах 0,53 - 2,6 мкГн. Геометрические параметры образца: диаметр витка — 860 мм, диаметр провода — 16 мм. Полученное значение индуктивности образца (1,8 мкГн) соответствует расчётным данным и находится в требуемом диапазоне.
На этом, казалось уже можно поставить точку, но любители радио, как правило, на этом не останавливаются. Мне ещё надо доказать, что это работает, и я занялся увеличением громкости детекторного приёмника, чтобы записать видео, точнее стал готовить сценарий.
Колебательный контур с высокой добротностью увеличит коэффициент передачи детектора, а крутой склон его резонансной характеристики увеличит уровень сопутствующей амплитудной модуляции, необходимой для лучшей работы амплитудного детектора.
Колебательный контур - 3 витка проводом 1 мм намотал на оправке 25 мм.
Уровень громкости заметно возрос, и мелкий шум от 50 радиостанций убавился, когда я подключил колебательный контур. Однако, селективность контура оставляла желать лучшего. Его полоса пропускания на этих частотах около 5 МГц и склон (на котором частотно-модулированное колебание превращается в амплитудно-частотно-модулированное) достаточно пологий, что приводит к приёму нескольких радиостанций одновременно, где самая мощная радиостанция будет доминировать.
Отдыхал в пригороде города Чехов, что в 50 км от Москвы, обнаружил, что на цифровой китайский приёмник 50 радиостанций из Москвы принимались с шумами, и только местная «Радиостанция Комета» прослушивалась без помех. Вот где пригодился бы детекторный приёмник! Но надо учесть, что мощность региональных радиовещательных передатчиков на порядок меньше московских. Выход есть - сделать направленную антенну, обладающую усилением. Если аналогичный замкнутый обруч (кольцо) расположить параллельно петлевой антенне на расстоянии 0,1 - 0,2 длины волны, он будет работать отражателем, что даст прирост усиления (подобие антенны «двойной квадрат»).
Итак, цель достигнута. Детекторный приёмник с амплитудным детектором принимает станции FM диапазона с частотной модуляцией, а чем закончатся мои опыты я заранее уже знаю. Совершенствуя этот приёмник, я построю регенеративный, потом сверхрегенеративный, приёмник с прямым преобразованием частоты, супергетеродин, цифровой радиоприёмник...
P.S.
Я не ожидал, что статья, посвящённая видеосюжету, вызовет такой резонанс. В результате у меня появилось желание продолжить тему — в том числе отвечая на комментарии читателей.
Начну с вопроса о резонансе: «А будет ли лучше с двумя контурами?»
Да, будет. Чтобы это проверить, я не стал включать паяльник — вместо этого обратился к программному моделированию.
Из теории (и практически подтверждённых данных) известно: преобразование частотной модуляции (ЧМ) в амплитудную модуляцию (АМ) происходит на склоне колебательного контура. Чем круче этот склон, тем выше коэффициент передачи амплитудно-частотно модулированного колебания, необходимого для работы амплитудного детектора. Достичь крутого склона позволяет высокодобротный контур.
Почему же я не стал изготавливать резонатор, полировать его внутреннюю поверхность или покрывать катушку серебром?
Такие усложнения не были нужны. Первоначальная задача формулировалась иначе: может ли амплитудный детектор принимать ЧМ-сигнал? Для доказательства я выбрал максимально простую схему приёмника — такую, которую сможет повторить начинающий радиолюбитель.
Вернёмся к двум контурам
Программное моделирование дало три графика:
1. Одиночный колебательный контур. Длина пологого ската 69 МГц. Характерен очень пологий склон. Избирательность крайне низкая.
2. Два связанных контура (критическая связь). Скат стал круче; его длина — 46 МГц. При критической связи система достигает баланса. Энергия эффективно передаётся от первого контура ко второму, но из-за взаимной связи амплитуда колебаний в каждом контуре становится меньше, чем в изолированном контуре с той же добротностью. Программа не учитывает взаимную связь между контурами, поэтому я рассматриваю двухконтурный полосовой фильтр. Реальный коэффициент передачи будет на 6 дБ меньше, чем у одиночного контура.
3. Два контура с разгрузкой от антенны (изменена автотрансформаторная связь). Связь между контурами меньше критической. Добротность первого контура повысилась. Полоса стала уже. Длина ската уменьшилась до 16 МГц.
Всё легко и просто в программе, однако, паяльником махать придётся долго, чтобы добиться приемлемых результатов. Стоит ли идти дальше, усложняя схему? Вряд ли удастся достичь должной избирательности в условиях, например, Москвы, где расстояние между спектрами радиовещательных станций составляет 400 кГц. Однако в регионах, где работают лишь один-два ЧМ-передатчика, такой детекторный приёмник может быть вполне актуален.
Почему в схеме только один диод?
Теоретически диодная схема удвоения сигнала даёт выигрыш в усилении на 6 дБ (то есть в два раза). Но на этой частоте, даже после тщательной регулировки, мне удалось получить лишь 4 дБ.
Причина в том, что пара диодов сильнее нагружает контур, снижая его добротность. Это требует тонкой настройки связи с контуром (ёмкостной или автотрансформаторной), что в свою очередь ведёт к падению коэффициента передачи.
Зашла речь о самом диоде. Из советских германиевых диодов лучше по параметрам Д2 и Д18. Можно использовать р-п переход высокочастотных германиевых транзисторов. Близкими по параметрам к германиевым диодам являются переключающие PIN диоды: HSMP: 3880, 3802, 3810, 3812 и т.д., или диоды Шоттки HSMS2810, или диодные сборки HSMS 2812 -2815, HSMS2850, HSMS2852 - 2855
Об элементах питания и микросхемах
В детекторном приёмнике их быть не должно. Это не проблема: достаточно использовать высокоомные наушники либо подключить обычные через понижающий трансформатор — и звук появится.
Но как снять видеосюжет? Если подключить детекторный каскад к компьютеру или ноутбуку, придётся ли детально изображать всю схему включения?