Низкое усиление (–20… –40 dBi) приемных антенн создает две проблемы.
Требуется малошумящий усилитель высокой частоты (УВЧ). Коэффициент его шума должен быть настолько мал, чтобы даже после 20 … 40 дБ ослабления в антенне, принятые сигналы были бы больше собственного шума УВЧ. С другой стороны требуется максимальный динамический диапазон УВ, т.к. имеются большие мешающие сигналы в широкой полосе. Если антенна работает лишь в отдельных узких участках (например, любительских диапазонах), то на входе УВЧ желательно установить полосовой фильтр (или несколько переключаемых).
Очень высокая чувствительность к паразитным синфазным токам внешней стороны оплетки питающего кабеля.
Последнее надо пояснить. Допустим, в качестве приемной мы используем большую передающую антенну с Ga > 0 dBi и устройством подавляющим паразитный ток оплетки на 30 дБ (это хорошая цифра). Тогда полезные сигналы, принятые антенной на 30 дБ больше, чем прием с оплетки за счет её синфазных токов. При такой разнице паразитные сигналы с оплетки не окажут сколь-нибудь заметного влияния ни на диаграмму направленности антенны, ни на полезные сигналы.
А теперь на тот же кабель, с тем же (по-прежнему хорошим) устройством подавления токов внешней стороны оплетки подключим маленькую антенну с кардиоидной ДН и Ga = –30 dBi. В этом случае полезные сигналы с антенны и паразитные с оплетки кабеля (даже после их ослабления на 30 дБ в устройстве подавления синфазного тока) окажутся равны. Это полностью исказит диаграмму направленности антенны и приведет к появлению на входе приемника множества мешающих сигналов от местных источников (например, импульсных блоков питания, линк), около которых проходит кабель. Поэтому на маленьких приемных антеннах с низким Ga требуются драконовские меры по подавлению токов, принятых внешней стороной оплетки питающего кабеля. Обычного подавления на 20 … 30 дБ (достаточного для антенн с положительным Ga) в данном случае не хватает.
Обе проблемы упрощаются размещением УВЧ прямо на приемной антенну. Тогда длинный кабель до приемника передает уже усиленный сигнал. Но паразитные токи с оплетки этого кабеля, а также с линий питания усилителя, не должны проникать на вход УВЧ и антенну. Иначе прием будет полностью испорчен. Поэтому необходимо:
применять стандартные меры подавления синфазного тока кабелей от приемника до усилителя. Стандартные по способам (см. ниже), но значительно усиленные по глубине подавления.
использовать УВЧ, который сам по себе обеспечивает глубокую развязку входа усилителя (точек подключения антенны) от выходного кабеля и шин питания.
Стандартные меры подавления синфазного тока (в данном случае требуется одновременное применение нескольких их них):
согласующий трансформатор с малой межобмоточной емкостью (например, с двумя отдельными обмотками в разных частях кольца);
развязывающий дроссель кабелем в точке питания;
ферритовые дроссели, распределенные вдоль кабеля;
закапывание кабеля под землю и\или заключение внутрь заземленной металлической трубы.
Теперь о схемотехнике усилителя, обеспечивающей развязку его входа (точек подключения антенны) от выхода и шин питания. Она зависит от типа приемной антенны.
Для антенн, один из выводов которых подключен к земле (антенна Бевереджа и K9AY) усилитель может быть любым, но между его входом и антенной обязательно включается трансформатор с малой межобмоточной емкостью. Дополнительно этот трансформатор может служить для согласования. Конструктивно он может быть выполнен двумя способами:
На ферритовом кольце, способном работать на частоте приема с двумя обмотками в разных частях кольца. Связь между обмотками идет только через магнитный поток сердечника (потому и надо смотреть описание сердечника, способен ли он передавать магнитный поток на нашей частоте). Поэтому межобмоточная емкость мала.
На двух отдельных ферритовых кольцах (первичная и вторичная обмотки каждая на своем кольце), связанных между собой объемным витком-экраном. Он выполнен в виде цилиндрического экрана с горизонтальной перегородкой посередине и вертикальной металлической осью. Токи по этому витку обеспечивают магнитную связь между кольцами и обмотками на них. А, т.к. этот виток цельнометаллический, он снаружи заземляется, сводя емкостную связь до очень малой величины.
Для симметричных рамочных антенн не связанных с землей (флаг, магнитная рамка) оптимальным является применение специализированных дифференциальных усилителей. Поскольку антенна симметрична, то для развязки усилитель должен иметь высокий коэффициента ослабления синфазной составляющей (КОСС) и одинаковый импеданс по обоим входам.
Например, специализированный дифференциальный усилитель AD8129 ниже 4 МГц имеет КОСС выше 80 dB и дифференциальные входы с равным и очень высоким (> 4 МОм) импедансом. Невозможно достичь столь высокого КОСС симметрирующим трансформатором (лучшие из них имеют 40 дБ на 4 МГц). Пример удачной схемы приемного усилителя на AD8129 описан в [12].