Радиомикрофоны в общем случае представляют собой конструктивное объединение обыкновенного радиопередатчика, собственно микрофона, передающей антенны, вспомогательных устройств (необязательных), источника питания.
Обобщенная структурная схема радиомикрофона изображена ниже (рис.1).
Радиопередатчик состоит из усилителя МЧ (УНЧ) с АРУ (наличие её необязательно),
модулятора , задающего автогенератора (ЗГ), усилителя мощности (УМ) и согласующего
устройства (СУ). На выход согласующего устройства подключена передающая антенна
WA2, а ко входу УНЧ — микрофон (ВМ1). Поскольку без источника питания (ИП) схема
не работает, то вместе с источником питания мы имеем классическую структурную
схему радиопередатчика — радиомикрофона.
Наличие в структурной схеме приемной антенны WA 1
(можно использовать и передающую WA2), приемника и устройств управления (УУ)
характерно для управляемых, т.е. включаемых по управляющему сигналу (команде)
радиомикрофонов, которые являются мало распространенными из-за своей сложности
и высокой стоимости. Приемник может быть достаточно «тупым» по чувствительности,
так как команда на включение, во избежание ложного включения должна быть мощной
для гарантированного срабатывания. В частном случае устройство управления может
срабатывать по голосу человека. Но такие радиомикрофоны применяются в случаях,
когда ценность добываемой информации не меньше затрат на ее получение.
При реализации структурной схемы необходимо выбирать
транзисторы с минимальным напряжением насыщения Uнас, что позволяет эффективно
использовать низковольтные источники питания, повысить КПД устройства и выходную
мощность передатчика.
Для эффективной работы передатчика следует выбирать
транзисторы с граничной частотой fгр в соответствии с рабочей частотой fр
выбранного диапазона, например, при fp < 700 МГц должны быть выбраны транзисторы
с fгр > 3 ГГц типа КТ3101А2. КТ3132 и т.п.
Указанные транзисторы, кроме того, являются условно
бескорпуснымм, имеют хорошие технические характеристики и малые габариты,
что позволяет минимизировать габариты радиомикрофона.
Приведенную структурную схему можно реализовать и на
интегральных микросхемах, например, микрофонный усилитель на ИМС типа К548УН2,
имеющей очень высокий коэффициент усиления при напряжении питания всего 1,2 В
(разработан специально для слуховых аппаратов). Передатчик можно реализовать на
ИМС типа КФ174ПС4. Это позволит получить миниатюрный родиомикрофон с высокими
техническими характеристиками.
Частоту задающего автогенератора можно стабилизировать
соответствующим кварцем. Это позволяет повысить стабильность работы радиомикрофона
Если предусматривается его длительная работа, причём в разных климатических условиях,
то на сигналы кварцевого генератора легче произвести настройку.
Отсутствие кварца может вызвать уход рабочей частоты и затруднить настройку на
нее приемник. В простых РМ кварцевая стабилизация не используется поскольку
усложняет схему и увеличивает габариты устройства.
В радиомикрофонах, как правило исползуется задающие
генераторы с ЧМ (ФМ) несущей, генераторы AM несущей используются редко и в
основном в KB диапазоне (устройства типа «уоки-токи», описанные ниже),
когда необходимо быстро и с минимальными аппаратурными затратами
провести сёъем информации. Однако устройства с AM несущей имеют низкую помехозащищенность
и малую дальность действия. Применение генераторов с ЧМ несущей позволяет существенно
повысить помехозащищённость РМ и получить выигрыш по дальности действия примерно
вдвое.
Рассмотрим некоторые схемы радмомикрофонов, поскольку
фирмы профоссионально cпециализирующиеся на производстве
разведывательной аппаратуры, в том числе и РМ, электрических принципиальных схем,
как правило, не приводят.
Схема РМ обычно состоит из двух частей, одна ид которых
выполняет функции генератора ВЧ, а другая — функции микрофонного усилителя
звуковых частот. Колебаия генератора излучаются передающей антенной WA2 и
улавливаются соответствующим радиоприемником. ВЧ часть радиомикрофона обычно
выполнена на 1 — 2 транзисторах, микрофонный усилитель на 1 — 3 в зависимости
от необходимого усиления, т.е. от требуемого максимального расстояния до
источника звука, при котором обеспечивается нормальная разборчивость речи.
Вопросы микрофонных усилителей прекрасно отработаны в
современных слуховых аппаратах, где миниатюризация и техничоские характеристики
достигли своего предела. Поэтому многие технические решения системы микрофон —
усилитель можно позаимствовать из техники слуховых аппаратов.
Схема простейшего РМ всого но двух транзисторах
показана на рис.2 [1,2].
При указанных на схеме параметрах элемвнтов дальность ее
действия несколько метров, модуляция амплитудная, рабочий диапазон 25 м (11,9 МГц).
Схема микропередатчика МП-4, рекламируемая киевской частной
фирмой «РКФ», изображена на рис.3 [3].
При указанных на схеме номиналах элементов устройство
работает в диапазоне частот 6В — 74 МГц, при длине антенны 1,2 м обеспечивает
дальность действия до 200…300 м. Усилитель НЧ двухкаскадный.
Одна из самых простых схем РМ всего на одном транзисторе
(рис.4) опубликована в работе [4].
Радиомикрофон образуется путем совмещения обычного телефона
и микропоредатчика, роботающего в отечественном (64-74 МГц) УKB диапазоне.
Его особенность состоит в том, что он не нуждается в автономном питании,
поскольку для питания используется падение напряжения на резисторе R5,
которое возникает при снятии телефонной трубки и вызове абонента.
Радиус действия передатчика зависит от длины антенны и составляет несколько
метров. Устройство включается последовательно с телефоном в любом месте линии
от аппарата дo ATC.
Радиомикрофону, работающему в европейском диапазоне
частот 88 — 108 МГц (рис.5),
посвящены публикации в отечественной печати [5,6]. Для повышения выходной
мощности генератор выполнен на двух транзисторах. В устройстве применен
чувствительиый электретный микрофон МКЭ -3.
Более простая схема радиомикрофона на тот же диапазон
опубликована в работе [7]. Ее особенностью является наличие плавной перестройки
рабочей частоты в пределах диапазона с помощью миниатюрного конденсатора
переменной емкости, включенного в контур генератора (рис.6)
Дальность действия десятки метров.
По вполне понятным причинам к рассматриваемым устройствам
предявляются требования минимальных размеров платы и всего изделия.
Первостепенное значение в минимизации имеет принцип электрического решения
самой схемы. Для рассматриваемых схем из-за отсутствия задающего генератора,
кварцевого резонатора, АПЧ, АРУ многие параметры радиомикрофона могут быть
критичными. Нопример, повышенная чувствительностъ схемы при близких и достаточно
громких звуках может приводить к перемодуляции сигнала, что резко ухудшает
разборчивость речи.
Рассматриваемые РМ работают в радиовещательных
диапазонах КВ и УКВ, поэтому прием передаваемых ими сигналов осуществляется
на обычных радиоприемниках, имеюших эти диапазоны. Требуется так-же отработка
монтажа печатной платы, так как в связи с особенностями конструирования УКВ
аппаратуры от этого зависит стабильность работы устройства.
Многие из указанных недостатков отсутствуют при введении
указанных выше регулировок, что по-зволяет получить очень хорошие технические
характеристики, но увеличивает габариты и массу РМ, что вызывает необходимость
маскирования его под крупные предметы обихода. Примером является продукция
американской фирмы «LEA Inc.» шапочка-бейсболка, ремень и т.д. Следует также
отметить, что задача минимизации габаритов радиомикрофонов привела к использованию
для ее peшения достижений современной технологии, например, технологии производства
гибридных микросхем фото 4.(радиопередатчик со снятым герметиком).
Рассмотрим и другие компоненты радиомикрофона.
Основное требование к микрофонам, применяемым в РМ, — малые габариты.
На практике можно использовать телефонные капсюли ДЭМШ-1А, ТГ-2К, ТГ-7, ТОН-2,
динамические головки громкоговорителей мощностью 0,05…0,5 Вт, даже звуковые
пьезопреобразователи («пищалки») типа ЗП1, ЗП3, ЗП5, что позволяет существенно
снизить габариты устройств. Однако наилучшие результаты получаются при
использовании специальных миниатюрных микрофонов типа МКЭ-3, а также микрофонов
типа М-3 от слуховых аппаратов и элоктродинамических миниатюрных микрофонов ММ-5
[8], имеющих габариты 9,6х9,6х4 мм. Они предназначены для работы в составе
различной РЭА промышленного и бытового назначения и для организации связи в
студиях при проведении радио- и телевизионных передач в номинальном диапазоне
частот 500…5000 Гц.
Микроминиатюрне исполнение микрофонов М-3, MM-5,
имеющих высокие технические характеристики, позволяет использовать их в качестве
встроенных элементов РЭА, в тoм числе и в РМ. При жестких тробованиях к
миниатюризации в качестве микрофонов можно использовать конструктивные элементы
схемы радиомикрофона — катушки индуктивности, конденсаторы, поскольку на ВЧ
микрофонный эффект проявляется сильнее (например, в ЗУ, изображенном на фото 4,
как микрофон работают индуктивности генератора).
Нестабильность этого устройства выше, кроме того, это решение приводит к росту
нелинейных искажений, что в свою очередь требует более широкой полосы
пропускания приемника и может понизить дальность действия ЗУ.
Как уже упоминалось выше, передающая антенна является
неотъемлемой частью РМ и конструктивно чаще всего выполнена в виде отрезка
изолированного провода длиной от 10 — 30 до 120 см либо упругого штыря тех же
размеров. При этом один из основных электрических параметров антенн действующая
высота — отражает связь между размерами антенны и ее эффективностью.
Из теории антенн известно что четвертьволновой излучатель — это эффективный
излучатель однако на практике приходится делать антенну с длиной L << Lamda/4,
чтобы ее легко можно было замаскировать. Поэтому получается, что при прочих
равных условиях (например, на одной и той же частоте передатчика) у антенны,
имеющей большую длину, действующая высота больше, а значит, и больше дальность
действия РМ.
Для минимизации длинная антенна выполняется в виде спирали
[6,8] которая в несколько раз короче pастянутого отрезка. С той же целью для
повышения действующей высоты антенны к устройствам можно подключать так
называемые удлиняющие катушки (отрезок провода, намотанный в видо катушки-
спирали). Следует отметить, что выбор бoлее высокой рабочей частоты РМ
обусловливает меньшие габариты (длину) передающей антенны, что позволяет в целом
сделать ЗУ трудноразличимым визуально. Антенну также можно замаскировоть под
предметы быта (пояса. ремни, рамкм, стержни, в том числе телескопические,
сетки и тд.).
Источником питания радиомикрофонов, если они установлены
в электробытовые устройства, работающие от сети перемонного тока, служит обычно
сама сеть, в противном случае используются, как правило батареи и аккумуляторы
напряжением 1,5-12 В. в зависимости oт типа и задач данного ЗУ. К ним также
предявляются требование малогабаритности и иногда малой массы.
Требования к электрическим параметрам заключаются в том, что источники питания
должны иметь малое внутреннее сопротивление и большую емкость.
Наилучшими характеристиками обладают литиевые источники питания типа МЛ и
серебряно-цинковые типа СЦ имеющие пологую форму разрядной характеристики:
разность между начальным и конечным напряжениями источника за время его штатной
работы минимальная, а это обеспечивает стабильность электрических характеристик
РМ во времени. Большое напряжение источника питания позволяет использовать в РМ
транзисторы с более высоким напряжением насыщения, что при прочих ровных условиях
позволяет получить большую мощность радиопередатчика, а змачит, и дальность
действия. На практике можно использовать часовые (от наручных часов и микрокалькуляторов)
малогабаритные батареи и аккумуляторы напряжением 1,5 В типа CЦ, МЦ, РЦ, СР, 316,
332, ЦНК — 0,45; Д — 0.05; Д — 0,1; Д — 0,25; «Крона», плоские батареи типа
используемых в американских мгновенных фотоаппаратах «Поляроид» и «Кодак»
(«жучок» может работать в течение нескольких месяцев) (фото 5),
а также аккумуляторные батареи, из них составленные, для повышения продолжительности
ратботы.
Конструктивное исполнение РМ самое рознообразное, в том
числе может быть заказным. Чаще всего эти 3У выполнены как устройство одноразового
исполнония, т.е. не подлежат ремонту или переделке, поскольку залиты эпоксидной
смолой. Для восстанавливаемых радиомикрофонов наилучшим герметиком является
паста «Гермесил» поскольку она не нарушает электрических параметров радиоэлементов
и устройства, эластична, что позволяет при необходимости ее удалять.
Возможно также использование для заливки герметика типа «Виксинт», который также
подходит для герметизации и является к тому же прозрочным.
Это повышает ремонтопригодность устройства, поскольку можно вскрыть конкретный
элемент, определив его местоположение визуально.
Отечественная промышленность серийно выпускает
радиомикрофоны типа «уоки-токи» (переговорные устройства от детской игрушки —
комплект «Хвиля» АО завод «Нева», г. Хмельницкий — до бытового — комплект «ЛОРТА»,
ПО ЛОРТА, г.-Львов. Электрические схемы построены на описанных выше принципах,
однако разрешения на приобретение и их эксплуатацию оформлять не нужно,
поскольку мощность передатчиков не превышает 10 мВт, разрешенную законом
(Государственной инспекцией по электросвязи).
Список литературы:
1. Степанов Е. Куда идет «уокмен» и где топчемся мы. Радио, 1991, 10.
2. Гриднев А. Радиомикрофон. Радио, 1993, 7
3. МП-4 микропередатчик в качестве радиомикрофона, проспект фирмы РКФ. г Киев.
4. Екименко А. Телефон + уоки-токи. Радиолюбитель, 1992, 3.
5. Зарудный О.Т. радiомикрофон дiапазону 88-108 МГц. Радiоаматор, 1993, 8-10.
6. Зарудный А.Т. Упращенная схема радиомикрофона 88-108 МГц. Радиоаматор, 1994, 9.
7. Un emetter FM experemintal // Electronique Pratique/ 1990, N6.
8. Сидоров И.Н. Димитров A.A. Микрофоны и телефоны.-М: Радио и связь, 1993.
9. Средства персональной и коммерческой безопасности. Каталог фирмы «Knowlege Express», США, 1994.
10. Компания «Валтекс интернейшнл» предлогает: разведывательное оборудование, Каталог, 1994.
