|
Arabic
Bengali
Chinese
English
French
German
Hebrew
Hindi
Italian
Japanese
Korean
Malay
Polish
Portuguese
Spanish
Turkish
Ukrainian
Vietnamese
ENCYKLOPEDIA RADIOELEKTRONIKI I INŻYNIERII ELEKTRYCZNEJ Tajemnica krótkich anten. Encyklopedia elektroniki radiowej i elektrotechniki
Encyklopedia radioelektroniki i elektrotechniki / Anteny. Teoria Chcąc pochwalić wysoką czułość odbiornika, często mówią, że odbiera on, jak mówią, sygnały z rozgłośni radiowych nawet na „kawałku drutu”. W tym artykule autor teoretycznie i eksperymentalnie udowadnia, że osławiony „kawałek drutu” jest daleki od najgorszej anteny, a przy odpowiedniej koordynacji z wejściem odbiornika może dostarczyć bardzo duże napięcie sygnału. Do nadawania odbioru na falach długich i średnich były szeroko stosowane, a nawet teraz, pomimo powszechnego stosowania ferrytowych anten magnetycznych, nadal często stosuje się anteny elektryczne w postaci kawałka zwykłego drutu umieszczonego pionowo. Podczas pracy z taką anteną do dobrego odbioru wymagane jest uziemienie lub przeciwwaga. W najprostszym przypadku korpus odbiornika służy jako przeciwwaga, a jeśli jest zasilany z sieci, wówczas przeciwwagą będą przewody przewodu zasilającego i sama sieć elektryczna. Poziome anteny drutowe są rzadko stosowane, ponieważ wszystkie stacje radiowe w pasmach LW i MW emitują fale wyłącznie o polaryzacji pionowej, co wiąże się z właściwościami powierzchni Ziemi zbliżonymi do przewodnika dla tych zakresów. Radioamatorzy, zwłaszcza ci, którzy eksperymentowali z najprostszymi i niewystarczająco czułymi odbiornikami z bezpośrednim wzmocnieniem, wiedzą, że anteny z krótkim drutem są bardzo skuteczne, w szczególności kawałek drutu o długości 1 ... 2 m często wytwarza znacznie większy sygnał niż ferryt antena. Jaki jest sekret? W końcu długość anteny drutowej jest niepomiernie mniejsza niż długość fali i zgodnie ze wszystkimi kanonami nie powinna być skuteczna. Próby analizy działania krótkiej pionowej radiowej anteny odbiorczej, a także chęć jej optymalizacji doprowadziły do bardzo ciekawych, a nawet zaskakujących wyników, które autor proponuje dociekliwym czytelnikom. Optymalizacja, w sensie uzyskania maksymalnego napięcia na wejściu odbiornika (czyli napięcia, a nie mocy!), została zredukowana do wyeliminowania kondensatora obwodu wejściowego i zastąpienia go pojemnością samej anteny, jak pokazano na rys. 1. Jednocześnie założono, że impedancja wejściowa URF jest nieskończenie duża, co jest bliskie prawdy w przypadku zastosowania tranzystora polowego na DV i SV. Pojemność wejściowa URF i pojemność cewki są dodawane do pojemności anteny. Nie będziemy ich brać pod uwagę w naszej analizie.
na ryc. 1 pokazuje również rozkład prądu w antenie, który jest początkowym odcinkiem sinusoidy. Przy wystarczającej dokładności można go uznać za trójkątny. Zastępując go prostokątem o tym samym polu, otrzymujemy efektywną wysokość anteny h, równą połowie jej wysokości geometrycznej. Indukcyjność cewki dobiera się tak, aby wraz z pojemnością anteny uzyskać rezonans przy odbieranej częstotliwości. Równoważny obwód wynikowego obwodu pokazano na ryc. 2.
W rezonansie rezystancja pojemnościowa anteny - Xc jest równa rezystancji indukcyjnej Xt (w wartości bezwzględnej) i reaktancje kompensują się wzajemnie, dlatego prąd w obwodzie jest maksymalny i równy e / R, gdzie e jest polem elektromagnetycznym sygnał rozwinięty w antenie (e \uXNUMXd Eh: E to pola intensywności), a R to rezystancja czynna obwodu. Ponieważ napięcie na wejściu URC (U) jest usuwane z cewki, jest równe prądowi w obwodzie pomnożonemu przez rezystancję indukcyjną cewki: U = EhXL / R. Mamy prosty wzór na obliczenie napięcia wytwarzanego przez opisaną antenę. Wartość bezwzględna parametru XL =Xc jest określona przez długość anteny (pojemność anteny wynosi 7...15 pF na metr długości) oraz częstotliwość odbieranego sygnału f. Zatem Xc = 1/2πfC. Odpowiednia indukcyjność jest również łatwa do znalezienia: L = XL /2πf. E musi być znane, ah można zmierzyć linijką. Ale wzór można jeszcze bardziej uprościć, zauważając, że stosunek XL/R to nic innego jak współczynnik jakości Q obwodu anteny: U = EhQ. Przy krótkiej antenie współczynnik jakości całego obwodu jest prawie równy współczynnikowi jakości cewki. Jako przykład obliczmy sygnał z niezbyt odległej stacji radiowej LW lub MW o natężeniu pola 10 mV/m, odebrany na kawałku drutu o długości 2 m (h = 1 m). Ustaliliśmy współczynnik jakości obwodu anteny równy 100. Po wykonaniu prostych mnożeń liczb dochodzimy do bardzo zaskakującego wyniku - U = 1 V! To napięcie jest wystarczające do wykrycia sygnału nawet bez URF. Ale trzeba zrobić pewne zastrzeżenia. Po pierwsze, cewka musi mieć dość dużą indukcyjność. W naszym przykładzie nawet w środku pasma MW przy częstotliwości 1 MHz reaktancja XL wynosi około 10 kOhm. indukcyjność wynosi około 1.5 mH, a impedancja rezonansowa obwodu anteny, równa XLQ, jest bliska 1 MΩ. Impedancja wejściowa wzmacniacza lub detektora RF powinna być jeszcze wyższa. Jest to opłata za wysokie napięcie wytwarzane przez antenę. Powstaje pytanie, czy możliwe jest, aby cewka o dużej indukcyjności w obwodzie z ryc. 1 zastąpić konwencjonalnym obwodem oscylacyjnym? Oczywiście jest to możliwe, ale napięcie sygnału wytworzone w obwodzie będzie mniejsze. Aby oszczędzić czytelnikowi dość pracochłonnej analizy matematycznej, powiemy tylko, że napięcie sygnału maleje (w przybliżeniu) proporcjonalnie do stosunku pojemności anteny do całkowitej pojemności pętli. Wyjaśnia to fakt, że dodatkowe prądy bierne, płynące przez rezystancję cewki R, powodują dodatkowe straty. Oczywiste jest, że pojemność własna cewki i pojemność wejściowa RF również odgrywają szkodliwą rolę, zmniejszając wytwarzane napięcie. W pokazanym przykładzie przy użyciu standardowego induktora fali średniej 200 uH z kondensatorem około 130 pF połączonym równolegle w celu dostrojenia do 1 MHz. otrzymamy w obwodzie napięcie sygnału około 0,15 V. Co generalnie też nie jest małe! Ponadto dla ciekawostki załóżmy, że cewka jest idealna i nie ma strat. Teraz równoważny obwód będzie wyglądał jak na ryc. 3. Nawiasem mówiąc, w tym przypadku można bezboleśnie zmniejszyć indukcyjność cewki i podłączyć równolegle kondensator pętli. Powstały obwód będzie musiał być dostrojony do nieco wyższej częstotliwości niż pożądana, przy której będzie miał indukcyjny charakter rezystancji, im większa, tym mniejsze rozstrojenie. Wybierając przestrojenie, uzyskujemy rezystancję indukcyjną obwodu Xt, która jest dokładnie równa pojemności anteny - Xc, i ponownie dochodzimy do obwodu zastępczego na rys. 3. W praktyce strojenie odbywa się w zwykły sposób, zgodnie z maksymalnym napięciem sygnału w obwodzie i odpowiada dokładnemu rezonansowi obwodu przy żądanej częstotliwości, biorąc pod uwagę pojemność anteny.
Jaka jest teraz rezystancja czynna obwodu anteny? Wcześniej składała się ona z rezystancji stratnej cewki i rezystancji promieniowania anteny, która była znacznie mniejsza i ją zaniedbaliśmy. Teraz rezystancja stratna cewki wynosi zero, kondensator, jeśli występuje, również praktycznie nie wprowadza żadnych strat, pozostaje tylko rezystancja promieniowania. Jak wiadomo z teorii, dla krótkich anten Rid = 1600h/λ2. Podstawiając to wyrażenie do otrzymanego wzoru na napięcie rozwijane na cewce, otrzymujemy U = EXLλ2 / 1600h, czyli przy skracaniu anteny napięcie nawet wzrasta! Przewiduję obiekcje; mówią, że uzyskano ten fantastyczny wynik. dla warunków nierealnych, tj. gdy w cewce nie ma strat, a jej współczynnik jakości dąży do nieskończoności. Oczywiście nikt nie zamierza wkładać cewki do ciekłego helu, aby uzyskać nadprzewodnictwo i zero strat – choć da się to zrobić, będzie to zbyt kosztowne i kłopotliwe. Od dawna znany i szeroko stosowany jest inny sposób - kompensacja strat w cewce za pomocą dodatniego sprzężenia zwrotnego, czyli regeneracja. Zbliżając się do progu samowzbudzenia w regeneratorze, równoważny współczynnik jakości obwodu znacznie wzrasta, a wraz z nim rośnie zarówno napięcie sygnału, jak i czułość. Okazuje się, że legendy o niezwykłych właściwościach odbiorczych Q-mnożników wykorzystujących regenerację w układzie wejściowym wcale nie powstały od zera! Przy długich i średnich długościach fal regeneracja w obwodzie wejściowym nie jest często stosowana, głównie dlatego, że przy wysokim współczynniku jakości szerokość pasma (B) zawęża się, a wyższe częstotliwości widma audio AM są tłumione, ponieważ B \u10d f / Q. Ale przy krótkich długościach fal wymagane pasma są węższe, a częstotliwości wyższe, więc duży współczynnik jakości obwodu wejściowego może być tylko mile widziany. Według pomiarów wykonanych przez autora, całkiem możliwe jest uzyskanie w miarę stabilnego współczynnika jakości 000 10 w dobrze zaprojektowanym mnożniku Q. Obliczmy, jakie napięcie powstanie raczej słaby sygnał o E = 2 μV / m w naszej antenie o długości 0,1 m podłączonej do takiego obwodu: U = EhQ = XNUMX V. Komentarze, jak mówią, są zbędne. Aby potwierdzić to, co zostało powiedziane, autor zmontował urządzenie pokazane na ryc. 4. Jest to „źródłowy” detektor tranzystora polowego (w przeszłości detektory o podobnych właściwościach były wykonywane na lampach i nazywano je detektorami katodowymi). Rezystancja w obwodzie źródłowym jest dość duża, tranzystor pracuje w pobliżu punktu odcięcia, na dolnym zakręcie charakterystyki, dzięki czemu dobrze wykrywa sygnał AM. Duże odchylenie bramki (w stosunku do źródła) gwarantuje wysoką impedancję wejściową, a 100% sprzężenia zwrotnego audio zapewnia niskie zniekształcenia. Kondensator C2 i obwód R3C4 odfiltrowują składowe o wysokiej częstotliwości, a rezystor zmienny R4 służy jako regulacja głośności. Z niego sygnał audio został doprowadzony do prostego UMZCH (V. Polyakov. „Wzmacniacz uniwersalny 3Ch”. - Radio. 1994. Nr 12. s. 34, 35). Kondensator obwodu wejściowego zastępuje pojemność anteny, cewki i pojemność wejściową tranzystora. Antena to półtorametrowy kawałek drutu rozciągnięty od pulpitu do okna, a rura centralnego ogrzewania służy jako uziemienie pod oknem. Cewka została pobrana jako gotowa, z anteny magnetycznej przemysłowego odbiornika DV. Zawierał około 250 zwojów drutu PEL 0,2, nawiniętych w jednym zwoju na ramę o średnicy 12 mm. W celu strojenia do cewki włożono pręt magnetyczny tej samej anteny. Ze względu na niską pojemność okazało się, że strojenie obwodu odbywa się na częstotliwościach zakresu fal średnich. Cztery moskiewskie stacje radiowe wytworzyły na bramce tranzystora sygnał od 0,5 do 1,5 V. Teoria została więc całkowicie potwierdzona - regulacja głośności musiała być ustawiona na minimum! Wcale nie było łatwo zmierzyć napięcie o wysokiej częstotliwości na bramce - oscyloskop nie może być podłączony do bramki z powodu bocznikowania sygnału. Sonda oscyloskopowa została podłączona do źródła zamiast kondensatora C2. W tym przypadku wykrywanie uległo pogorszeniu, ale tranzystor transmitował sygnał o wysokiej częstotliwości w trybie podążania za źródłem. Zmniejszanie pojemności C2. można zaobserwować regenerację, a nawet samowzbudzenie. Sprzężenie zwrotne w tym przypadku uzyskuje się zgodnie z trzypunktowym schematem pojemnościowym. utworzony przez pojemność bramka-źródło i kondensator C2. Przy wystarczającej regeneracji można było wieczorem słuchać odległych stacji. Ciekawostką jest to, że gdy podczas eksperymentu przewód antenowy wypadł z obwodu, odbiór stacji moskiewskich był kontynuowany (choć ze znacznie mniejszą głośnością) na pręcie ferrytowym. Autor: V.Polyakov, Moskwa
Nowy sposób kontrolowania i manipulowania sygnałami optycznymi
05.05.2024 Klawiatura Primium Seneca
05.05.2024 Otwarto najwyższe obserwatorium astronomiczne na świecie
04.05.2024
▪ Dyski twarde ADATA HD700 i HV620S ▪ Stymulowany mózg działa wydajniej ▪ Śledzenie reakcji odwiedzających muzeum na eksponaty ▪ Do 2015 roku ultracienkie laptopy zajmą jedną czwartą rynku komputerów przenośnych ▪ Telewizor SONY KDP57WS550 o przekątnej 57 cali
▪ część witryny Materiały referencyjne. Wybór artykułu ▪ artykuł Skryabin Aleksander Nikołajewicz. Słynne aforyzmy ▪ artykuł Czy echo może podróżować przez wodę? Szczegółowa odpowiedź ▪ artykuł Kulturowe orzeszki ziemne. Legendy, uprawa, metody aplikacji ▪ artykuł Teoria silników elektrycznych. Encyklopedia elektroniki radiowej i elektrotechniki
Strona główna | biblioteka | Artykuły | Mapa stony | Recenzje witryn
www.diagram.com.ua |
Zobacz inne artykuły Sekcja 
Najnowsze wiadomości o nauce i technologii, nowa elektronika:
Wszystkie języki tej strony