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PA3FWM的MiniWhip天线的简单且更好的电路 [复制链接]

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离线咸康然
 
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只看楼主 倒序阅读 0楼 发表于: 01-06
PA3FWM,是大名鼎鼎 http://websdr.ewi.utwente.nl:8901/ 的制造者,最近看到他个人网站,上面有很多好东西,特此转载,以供学习!  
https://www.pa3fwm.nl/projects/miniwhip/



MiniWhip 天线的简单且更好的电路

Pieter-Tjerk de Boer,PA3FWM pa3fwm@amsat.org
在本页中,我提出了一个用于 MiniWhip 和类似电场探针天线的简单电路。自 2017 年 12 月起,该电路的一个版本已在Twente WebSDR接收器中使用 。

电路


原始的 PA0RDT MiniWhip 是一种非常简单且有效的有源接收天线,适用于长波、中波和短波范围。它由一块小金属板和一个缓冲放大器组成。该放大器具有非常高的输入阻抗(使用 JFET 作为源极跟随器实现)来感测金属板和接地之间的电压,并具有低输出阻抗(使用 NPN 晶体管作为射极跟随器实现)来驱动 50 欧姆同轴电缆。我已经在这里这里写了更多关于它如何工作的内容。PA0RDT 的电路可以在互联网上轻松找到,还有各种更复杂的电路,可以提供更好的互调性能。
在本页中,我介绍了该应用的替代电路,该电路更简单,但具有良好(可能更好)的互调性能。电路见图。


新电路在输入和输出之间仅具有 JFET 源极跟随器。与通常的电路相比,这避免了射极跟随器对互调的影响。JFET 本身的输出阻抗不足以驱动 50 欧姆负载(没有大量失真)。在新电路中,这个问题通过 PNP 晶体管来解决:当 FET 需要向负载提供一些电流时,该电流也会流过 PNP 晶体管的基极,从而导致成比例的更大(例如,50 倍大,如果晶体管的 h FE为 50) 提供给负载的电流。实际上,FET 的负载阻抗高出 50 倍。
对于 FET,我更喜欢 BF862,因为它的输入噪声极低。不幸的是,它仅提供 SMD 形式。非 SMD J310(用于大多数有源电场天线设计)可能在大多数情况下都能正常工作,但我还没有尝试过。
[2018 年 1 月更新:我在同一电路中尝试了 J310,发现它提供了更多的互调:IP2 +60 dBm,IP3 +37 dBm。]
既能处理一定功率又能在高频下工作的 PNP 晶体管并不多。BFQ149 是一种合适的晶体管,f T为 5 GHz,但遗憾的是仅提供 SMD 形式。另一种替代方案是非 SMD 2N5583,f T为 1.3 GHz。对于短波使用来说,这些 f T值可能看起来高得离谱,但在 f T处,晶体管的电流增益已降至 1;电路在低得多的频率下无法正常工作。可能普通的 2N2905 或 2N2907 (f T =200 MHz) 在某些情况下也可以很好地工作,但我还没有尝试过。
对该电路的各种实现进行测量,使用 BF862 作为 FET,使用 BFQ149 或 2N5583 作为 PNP 晶体管,得出 OIP3 值在 +40 到 +43 dBm 之间,OIP2 值在 +70 dBm 左右(使用 7 和 8 兆赫的信号进行测试)
JFET/PNP 原理并不是我自己发明的。我在一些有源天线设计中见过这样的电路,但从来没有达到互调性能的规格,而且通常具有似乎远非低互调最佳的直流偏置。

新型WebSDR天线

上述电路构成了 Twente WebSDR 新天线的基础,该天线于 2017 年 12 月 18 日安装在那里。参见图片。与基本电路相比,有一些显着差异:




  • 一些无源元件被放置在收集器和源之间。这样做可以使电路具有一定的增益(它有效地充当带反馈的放大器),甚至使该增益取决于频率。在WebSDR天线中,我们在低频时将其设为0 dB,并在几MHz以上增加至10 dB,并在26.95 MHz附近回落至0 dB,在该处我们有一个非常强大的本地寻呼机发射机。我们需要增益,因为我们的 SDR 板有些不敏感,而且电缆很长。
  • 有两个继电器(灰色块)可以远程控制(通过左侧的 IC)。通过这些,我们可以切换输入线圈和反馈电路,这对于测试很有用。
  • 有相当多的屏蔽,采用铜箔的形式(图中向下弯曲,但通常覆盖电路板)。这是为了防止振荡。基本的无增益电路可能不需要这样做。一个实际问题是,PNP 晶体管的集电极连接到其散热器,因此整个散热器在电学上“很热”,并且很容易电容耦合到天线元件。
  • 实际的天线元件不是 MiniWhip 天线中常见的金属板,而是弯曲的粗铜线。由于金属板上的大部分电荷位于边缘(请参见此处),因此如果只有边缘以金属线的形式存在,它仍然可以正常工作。电线看起来像一个两匝的线圈,但事实并非如此:在底部,所有电线都已连接。
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