Локатор для грибника-автомобилиста
Отправляясь на «третью охоту», не грех запастись компасом и подробной картой лесных далей (естественно, если вы не местный житель). Однако сколь-нибудь подробных карт (вероятно, из-за пресловутой «секретности») у нас в стране традиционно нет, а один компас вам вряд ли чем поможет, тем более в малознакомой местности. А для автотуристов ситуация осложняется еще и проблемой поиска в лесу своей собственной автомашины.
Допустим, приезжаешь в лес на автомобиле за грибами или ягодами. Автомобиль остается где-нибудь на обочине лесной дороги, а ты отправляешься в лес на поиски даров природы. В большом лесу легко заплутать, а то и вовсе заблудиться. И подчас приходится отыскивать не столько грибы и ягоды, сколько свою машину, бесцельно блуждая по лесной чаще. Вот тут и поможет простейший радиолокатор, способный безошибочно привести хозяина к своей машине.
Строил я его не на пустом месте. Для начала проработал массу радиотехнической литературы. Скажу прямо, полезного нашлось крайне мало. Наиболее отвечали моим запросам передатчик и приемник, которые давным-давно используют радиолюбители для «охоты на лис», то есть в соревнованиях по радиоориентированию на местности. Но, как правило, по схемотехнике они достаточно сложны для того, чтобы реализовать их в домашних условиях. И лишь в детском журнале «Юный техник» №5 за 1996 год мне попалась любопытная статья Ю. Прокопцева, в которой он описывает простейший прибор для осуществления радиопеленгации небольшого передатчика, оставляемого грибником скрытно (на дереве) на опушке леса.
Поскольку сам я страстный грибник, незатейливая любительская конструкция Ю. Прокопцева мне понравилась, я повторил ее, а после и модернизировал применительно к автомобилю и более современным техническим решениям. И вот что у меня получилось.
Маломощный радиопередатчик (охотники на «лис» называют его еще «радиофонарем») системы пеленгации собран мною почти по той же схеме, что предложил Ю. Прокопцев. Однако питание передатчика осуществляется не от Л,5-вольто-вой батарейки, а от 12-вольтовой аккумуляторной батареи автомобиля через защитные диоды VD1 и VD2 (рис. 1). Они предохраняют передатчик от выхода из строя, если его вдруг подключат к бортовой сети в ошибочной полярности. А фильтрующие конденсаторы С5 и С7 сглаживают напряжение питания передатчика как по радиочастотам (РЧ), так и по звуковым частотам (ЗЧ). Кроме того, звукоформирующая часть передатчика построена не на одном транзисторном мультивибраторе, вырабатывающем безликий постоянный тон, а на трех микросхемных. Впрочем, собрать их едва ли не проще, чем исходный мультивибратор. Благодаря этому передатчик излучает не обычный монотонно воющий сигнал, а прерывистый, напоминающий по звучанию как бы своеобразную «морзянку». Вполне естественно, различить на слух столь замысловатый сигнал существенно проще, чем непрерывный (как у Ю. Прокопцева).
Рис. 1. Схема передатчика локатора на микросхеме с 4 логическими инверторами
Схема передатчика (см. рис. 1) содержит всего два транзистора. (VT1 и VT2) и одну цифровую микросхему (DD1). На ее логических элементах DD1.1-DD1.4, режимном резисторе R1 и конденсаторах С1...С3 собрано, как уже упомянуто, целых три мультивибратора. Показанный здесь способ соединения перечисленных элементов составляет моё собственное «ноу-хау», которым я решил поделиться с читателями альманаха «Сделай сам». Если бы здесь не использовалась определенная «хитрость», то число микросхем и число резисторов пришлось бы увеличить, по меньшей мере, удвоить.
Мой «строенный» мультивибратор генерирует три частоты: одну звуковую и две инфразвуковых. При указанных на схеме номиналах деталей звуковая частота (задается конденсатором С3) составляет приблизительно 500 Гц (как и у Ю. Прокопцева), что соответствует ноте «до» второй октавы. Если же ее нужно увеличить (для лучшей слышимости) до 1000 Гц (нота «до» третьей октавы) или даже до 2000 Гц (нота «до» четвертой октавы), емкость конденсатора С3 соответственно уменьшают до 510 или до 270 пФ. Одна инфразвуковая частота равна примерно 1 Гц (зависит от конденсатора С1), а другая - около 2 Гц (определяется конденсатором С2). Легко сдвигать одновременно все три частоты вверх (или вниз) удается простым уменьшением (или увеличением) сопротивления режимного резистора R1.
Инфразвуковые частоты 1 и 2 Гц напрямую модулируют звуковую частоту 500 Гц (либо 1000, 2000 Гц или какую-нибудь другую, определяемую главным образом емкостью конденсатора С3) непосредственно в самом генераторе.
Микросхему К561ЛА7 (четыре логических элемента 2И-НЕ) допустимо заменить на КР1561ЛА7, 564ЛА7 или К176ЛА7. Кстати, здесь вместо нее легко применить и микросхему К561ЛЕ5 (четыре логических элемента 2ИЛИ-НЕ) либо КР1561ЛЕ5, 564ЛЕ5, К176ЛЕ5. Все замены проводятся без какого-либо изменения цоколевки микросхемы.
Рис. 2. Подключение микросхемы с 6 логическими инверторами
Если же у вас найдутся несколько другие микросхемы, например, К561ЛН2 (шесть логических инверторов), КР1561ЛН2 или 564ЛН2, то лучше всего собрать генератор посложнее (рис. 2). В результате у вас получится как бы «упятеренный» генератор, содержащий (кроме звукового мультивибратора) еще четыре инфразвуковых генератора, частота которых равна приблизительно 0,7 Гц (зависит от С1), 1,5 Гц (С2), 3,2 Гц (С3) и 4,8 Гц (С14). Звуковая же частота здесь та же - 500 Гц (С15). «Морзянка» с таким сложным генератором получается столь своеобразной и причудливой, что на слух ее уж ни за что не спутаешь ни с какой-то другой.
Выходной сигнал и того и другого генератора через разделительную цепь, содержащую конденсатор С4 и резистор R2 (см. рис. 1), подается на базу транзистора VT1, выполняющего тут роль амплитудного модулятора радиочастоты звуковой. Оптимальная рабочая точка модулятора устанавливается подбором сопротивления резистора R3. И хотя Ю. Прокопцев рекомендует выбирать номинал резистора R3 так, чтобы напряжение относительно корпуса (в моем случае - относительно «массы» автомобиля) на коллекторе транзистора VT1 составляло бы примерно половину питающего напряжения, я выбирал его приблизительно равным 8 В (при отключенном резисторе R2).
Генератор РЧ собран на транзисторе VT2, конденсаторах С9...С13, резисторах R5...R7, катушках индуктивности L3 и L4 и дросселе L5. А вот дроссели L1 и L2, а также конденсаторы С6 и С8 служат тут фильтрами, разделяющими каскады РЧ относительно узлов ЗЧ.
У прототипа моего генератора антенной WA1 служил «кусок изолированного провода, заброшенного на ветви дерева». Я же использовал изолированный провод длиной 1...2 м, свободно лежащий на панели приборов («торпеде») возле лобового стекла автомобиля. Еще лучше выполнит обязанности антенны багажник автомашины, разумеется, хорошо изолированный от металлического кузова («массы»). Доставать же штатную телескопическую автомобильную антенну для подключения этого передатчика я бы не рекомендовал из-за возможной ее поломки в лесу. Противовесом антенны является сам металлический кузов машины. Для лучшего распространения радиоволн передатчик на привале желательно заземлять, воткнув во влажную (или специально политую любым рассолом) лесную почву зачищенный до блеска металлический штырь, электрически соединенный с кузовом автомобиля.
Передатчик радиолокатора работает в любительском 80-метровом диапазоне, что соответствует несущей частоте РЧ-генератора около 3,75 МГц. Подстроечные конденсаторы С11 и С12 передатчика настраивают по максимуму сигнала, принимаемого радиоприемником, речь о котором пойдет ниже.
Контурные катушки L3 и L4 наматывают на жестком бумажном каркасе, диаметр которого 12 мм, а длина 23...25 мм. Катушка L3 имеет 32 витка провода марки ПЭВ-1 диаметром (по меди) 0,22 мм, a L4 - 30 витков такого же провода. Укладка витков - рядовая, виток к витку. Зазор между катушками L3 и L4 должен составлять около 3 мм. Высокочастотные дроссели L1, L2 и L5 - готовые марки Д-04 с индуктивностью около 100 мкГн. Но подойдут и самодельные дроссели. Для этого на полваттный резистор МЛТ-0,5 (или ОМЛТ-0,5) сопротивлением не менее 1 МОм наматывают 300 витков изолированного обмоточного провода марки ПЭВ или ПЭЛ диаметром примерно 0,1 мм.
Все резисторы (R1...R7) - типа МЛТ-0,125 (или ОМЛТ-0,125, или ВС-0,125). Электролитический конденсатор С7 - любой оксидный, подстроечные конденсаторы С11 и С12 - керамические, типа КПК-МП, остальные конденсаторы - любые керамические. Монтаж деталей на плате выполняется печатным или навесным способом.
Приемник (рис. 3) мной применен почти тот же, что используется в системе пеленгации Ю. Прокопцева, поскольку схема его предельно проста, а чувствительность довольно высока. Радиоприемник выполнен по схеме прямого усиления с регулируемой положительной обратной связью. Радиочастотный сигнал принимается как штыревой (скажем, телескопической) антенной WA1, так и магнитной антенной WA2. Штыревую антенну WA1 удается легко коммутировать (отключать и подключать) с помощью переключателя SA1.
Рис. 3. Схема приемника локатора
Как известно, с магнитной антенной WA2 диаграмма направленности имеет вид лежащей на боку цифры «8». Лепестки «восьмерки» соответствуют максимуму, а участки между ними - минимуму громкости приема. Антенна с такой диаграммой направленности имеет два симметричных минимума (вдоль ферритового стержня магнитной антенны) и два, тоже симметричных, максимума (поперек стержня).
Определять направление на передатчик системы пеленгации, как и при «охоте на лис», лучше всего по минимуму громкости. Делают это так. Приемник, настроенный на частоту передатчика, поворачивают вокруг своей вертикальной оси (стержень магнитной антенны в приемнике расположен строго горизонтально) до получения четко выраженного минимума громкости (когда «морзянка» почти что «замирает»). При этом прямая, проходящая через ось магнитной антенны, укажет направление на радиопередатчик. Но чтобы грибник знал, с какой именно стороны от него находится передатчик радиолокатора, антенна приемника должна иметь одностороннюю диаграмму направленности.
Как раз такую диаграмму удается получить, если применить комбинацию из двух антенн - магнитной и штыревой. Штыревая антенна WA1 имеет круговую диаграмму направленности, и если ее нужным образом подключают (переключателем SA1) к магнитной антенне WA2, то результирующая диаграмма направленности обеих антенн будет иметь по одному резко выраженному максимуму и минимуму. Диаграмму направленности, имеющую такой вид, обычно называют кардиоидой, так как она напоминает по форме сердце в его стилизованном изображении (наподобие червонного туза). Во время поиска автомашины (точнее, радиопередатчика, установленного на ней) грибник, как и при поиске радиолюбительских «лис», пользуется обеими антеннами. По максимуму кардиоиды, когда действуют обе антенны, он находит сторону, где находится передатчик. Точное же направление на передатчик он находит по минимуму только магнитной антенны.
Но вернемся к работе приемника. Радиочастотный сигнал передатчика, принятый штыревой WA1 и магнитной WA2 антеннами, поступает в резонансный контур L3-C1, настраиваемый конденсатором переменной емкости С1 на частоту, строго согласованную с передатчиком. (Точная величина частоты особого значения, естественно, не имеет.) Ступень усиления РЧ, собранная на транзисторе VT1, работает в регенеративном режиме, возвращая посредством катушки обратной связи L2 часть усиленного сигнала обратно во входной контур. Благодаря этому чувствительность приема улучшается во много раз! Нужную глубину положительной обратной, связи (то есть фактически усиление приемника по РЧ) легко регулировать переменным резистором R1. Коллекторной нагрузкой первой ступени усиления РЧ (на транзисторе VT1) служит резонансный контур L4-C3, с которого уже предварительно усиленный сигнал РЧ через еще одну катушку связи L5 поступает для дальнейшего усиления на апериодическую ступень на транзисторе VT2. Диодный детектор выполнен по схеме удвоения напряжения на диодах VD1 и VD2. Нагрузкой детектора служит резистор R5, на котором и выделяется сигнал ЗЧ. Радиочастота же свободно проходит через фильтрующий конденсатор С8. Конденсаторы С5 и С9 - разделительные, разобщающие детектор относительно как ступеней РЧ, так и усиления ЗЧ.
Выделенная детектором звуковая составляющая амплитудно-модулированного сигнала РЧ получает предварительное усиление в первой ступени усиления ЗЧ, выполненной на транзисторе VT3. С коллектора этого транзистора через разделительный конденсатор С10 предварительно усиленная ЗЧ подана на вторую ступень усиления ЗЧ, собранную на транзисторе VT4. Его коллекторной нагрузкой являются головные телефоны (наушники) НА1. Тембр их звучания приятно смягчен блокировочным конденсатором С11. Оксидный конденсатор С12, диод VD3 и резисторы R8 и R9 обеспечивают работу второй ступени усиления в экономичном режиме с так называемой «плавающей рабочей точкой». Дело в том, что коллекторный ток транзистора VT4 автоматически увеличивается по мере нарастания входного сигнала ЗЧ. Именно поэтому при приеме слабых сигналов энергопотребление от батареи GB1 минимально, а при приеме сильных сигналов - максимально. Полученное на диоде VD3 отпирающее смещение транзистора VT4 подается на его базу, образуя еще одну положительную обратную связь (на этот раз в ступени усиления ЗЧ) по постоянному напряжению. Постоянная времени цепи обратной связи выбрана таким образом, чтобы смещение успевало следить за огибающей сигнала ЗЧ.
Радиоприемник локатора собран в основном из доступных готовых деталей. Постоянные резисторы - МЛТ-0,125; (или ОМЛТ-0,125; или ВС-0,125), переменный резистор R1 - типа СП-0,4. Подстроечный конденсатор С1 с воздушным диэлектриком, скажем, типа КПВ, электролитические конденсаторы могут быть произвольного типа, например, оксидные, остальные конденсаторы - любые керамические. Звукоизлучатель НА1 составлен из пары ушных телефонов того типа, что используется в переносной радиоаппаратуре (оба телефона соединяют последовательно). Штыревая антенна WA1 - от портативного радиоприемника или телевизора. Но она не обязательно должна быть телескопической. Вполне качественная антенна получится из медной, латунной или дюралюминиевой трубки диаметром 5...7 мм и длиной 600...800 мм. В крайнем случае в качестве антенны подойдет велосипедная или мотоциклетная спица. Чтобы легче было подбирать оптимальную форму упомянутой кардиоиды, антенну WA1 желательно подключить не напрямую, а через последовательно соединенные переменный резистор сопротивлением порядка 10... 15 кОм и дополнительный высокочастотный дроссель. Его следует намотать на унифицированном каркасе с ферритовыми кольцами внешним диаметром 8 мм. Он содержит 70...80 витков провода ПЭВ-1 диаметром 0,1 мм. Переменный резистор - типа СПО-0,5 или СП-0,4.
Для магнитной антенны WA2 подбирают стержень из феррита 600НН диаметром 8 мм и длиной 120 мм. Катушка L1 состоит из двух витков провода ПЭЛШО диаметром 0,2 мм, a L2 - из одного витка такого же провода. Для контурной катушки L3 лучше всего взять многожильный провод марки ЛЭШО (литцендрат) 20 х 0,07 мм и намотать им 15 витков. Катушки L4 и L5 размещают на броневом ферритовом сердечнике с наружным диаметром 8 мм и такой же высотой. Намотку выполняют проводом ПЭВ-1 диаметром 0,1 мм. Катушка L4 содержит 40 витков, а L5 - 10 витков. Питается приемник от 9-вольтовой батарейки «Крона», «Корунд», «Ореол» и т.п. или от аккумуляторной батареи Д-0,115. Выключатели - антенный SA1 и питания SA2 - любые малогабаритные, лучше всего микротумблеры МТ-1.
Подстроечный конденсатор С1 желательно заключить в экран, вырезанный из латунной фольги, и гальванически соединить его с «минусом» питания.
Приемник заключают в подходящий по размерам пластмассовый футляр, скажем, в мыльницу, из которой выступают только концы ферритового стержня. Разъемные части мыльницы следует обмазать пластилиновой оконной замазкой, чтобы дождевая вода не могла проникнуть внутрь приемника. На лицевую стенку футляра, то есть крышку мыльницы, выводят ручку управления настройкой на волну и ручку настройки обратной связи, а если нужно, то и ручку связи со штыревой антенной, а также гнездо для ее подключения и два тумблера - антенный переключатель и выключатель питания. Здесь же обычно располагают гнездо для подключения головных телефонов. Антенное гнездо лучше всего снабдить резьбой, в которую завинчивают нижний конец штыря телескопической или трубчатой антенны. Кроме того, корпус приемника целесообразно снабдить ремешком, чтобы приемник можно было носить в лесу на груди или плече, словно фотоаппарат.
Ток покоя выходного транзистора VT4 устанавливают равным 2...3 мА, подбирая сопротивление резистора R8. Рабочие токи транзисторов VT1; VT2 и VT3 устанавливают соответственно подбором резисторов R2; R3 и R6, ориентируясь на максимум принимаемого сигнала. Когда приемник и передатчик уже настроены в резонанс, вращением подстроечного сердечника катушек L4 и L5 добиваются резонанса контура L4-СЗ (опять же по максимуму громкости). По мере настройки приемник относят все дальше от передатчика. В густом лесу дальность связи приемника с передатчиком обычно не превышает 200...250 м. Как видим, дальность связи небольшая. Впрочем, в лесу отходить дальше от своего автомобиля вряд ли целесообразно. А вот в редколесье и на открытых пространствах дальность связи заметно возрастает.
И последнее. Прежде, чем отправиться в густую чащу, советуем потренироваться в радиопеленгации на хорошо знакомой местности, в том числе и в дождливую погоду. Когда нужные навыки поиска «радиомаяка» уже выработаны, смело пускайтесь на «третью охоту», время от времени засекая пеленг своей машины.
