|
Arabic
Bengali
Chinese
English
French
German
Hebrew
Hindi
Italian
Japanese
Korean
Malay
Polish
Portuguese
Spanish
Turkish
Ukrainian
Vietnamese
ЕНЦИКЛОПЕДІЯ РАДІОЕЛЕКТРОНІКИ ТА ЕЛЕКТРОТЕХНІКИ Містика коротких антен. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки
Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки / Антени. Теорія Коли хочуть похвалити високу чутливість приймача, часто кажуть, що він, мовляв, приймає сигнали радіостанцій навіть на "шматок дроту". У цій статті автор теоретично та експериментально доводить, що горезвісний "шматок дроту" - далеко не найгірша антена, а при належному узгодженні з входом приймача може забезпечити дуже велику напругу сигналу. Для радіомовного прийому на довгих і середніх хвилях раніше повсюдно застосовувалися, та й тепер, незважаючи на широке поширення феритових магнітних антен, часто використовуються електричні антени у вигляді відрізка звичайного проводу, розташованого вертикально. При роботі з такою антеною для хорошого прийому потрібно заземлення або противагу. У найпростішому випадку противагою служить корпус приймача, а якщо він живиться від мережі, то противагою будуть дроти мережевого шнура і електричної мережі. Горизонтальні дротяні антени застосовуються рідко, оскільки всі радіостанції ДВ і СВ діапазонів випромінюють хвилі виключно з вертикальною поляризацією, що пов'язано з властивостями Землі, близькими до властивостей провідника для цих діапазонів. Радіоаматорам, особливо тим, хто експериментував з найпростішими і недостатньо чутливими приймачами прямого посилення, відомо, що короткі дротяні антени дуже ефективні, зокрема, відрізок дроту довжиною 1...2 м часто розвиває значно більший сигнал, ніж феритова антена. У чому секрет? Адже довжина дротяної антени незмірно менша за довжину хвилі, і за всіма канонами вона не повинна бути ефективною. Спроби проаналізувати роботу короткої вертикальної радіоприймачної антени, а також бажання оптимізувати її, призвели до дуже цікавих і навіть дивовижних результатів, які автор пропонує допитливим читачам. Оптимізація, у сенсі отримання максимальної напруги на вході приймача (саме напруги, а не потужності!), звелася до виключення конденсатора вхідного контуру та заміни його ємністю самої антени, як показано на рис. 1. У цьому вхідний опір УРЧ передбачалося нескінченно великим, що з використанні польового транзистора на ДВ і СВ близько до істини. Вхідна ємність УРЧ та ємність котушки підсумовуються з ємністю антени. При аналізі їх не враховуватимемо.
На рис. 1 показано також розподіл струму в антені, що являє собою початкову ділянку синусоїди. З достатньою точністю його вважатимуться трикутним. Замінивши його прямокутником тієї ж площі, отримаємо діючу висоту антени h, що дорівнює половині її геометричної висоти. Індуктивність котушки підбирається такою, щоб спільно з ємністю антени отримати резонанс на частоті, що приймається. Еквівалентна схема ланцюга, що вийшов, показана на рис. 2.
При резонансі ємнісний опір антени - Хс дорівнює індуктивному Xt (за абсолютним значенням) і реактивні опори компенсують один одного, тому струм у ланцюгу максимальний і дорівнює e/R, де е - ЕРС сигналу, що розвивається в антені (е = Eh: Е - напруженість поля) і R - активний опір ланцюга. Оскільки напруга на вхід УРЧ (U) знімається з котушки, вона дорівнює струму в ланцюзі, помноженому на індуктивний опір котушки: U = EhXL/R. У нас вийшла проста формула розрахунку напруги, що розвивається описаною антеною. Абсолютне значення параметра XL = Xc визначається довжиною антени (ємність антени становить 7...15 пф на метр довжини) і частотою сигналу f, що приймається. Тому Хс = 1/2πfC. Відповідну індуктивність легко знайти: L = XL /2πf. Е повинно бути відомо, ah можна виміряти лінійкою. Але формулу можна і ще більше спростити, помітивши, що відношення XL / R є ні що інше, як добротність антенного ланцюга Q: U = EhQ. При короткій антені добротність всього ланцюга практично дорівнює добротності котушки. Як приклад порахуємо сигнал від не надто віддаленої ДВ або СВ радіостанції з напруженістю поля 10 мВ/м, яка приймається на відрізок дроту довжиною 2 м (h = 1 м). Добротність антенного контуру покладемо рівною 100. Зробивши нескладні перемноження чисел, приходимо до дуже дивовижного результату - U = 1! Цієї напруги цілком достатньо для детектування сигналу навіть без УРЧ. Але треба зробити деякі застереження. По-перше, котушка повинна мати досить велику індуктивність. У прикладі навіть у середині СВ діапазону на частоті 1 МГц реактивний опір XL становить близько 10 кОм. індуктивність близько 1.5 мГн, а резонансний опір антенного контуру, що дорівнює XLQ, близько 1 МОм. Вхідний опір УРЧ або детектора має бути ще більшим. Така плата за високу напругу, що розвивається антеною. Виникає питання, а чи не можна котушку великої індуктивності у схемі рис. 1 замінити звичайним коливальним контуром? Звичайно, можна, але напруга сигналу, що розвивається на контурі, при цьому буде менше. Позбавляючи читача досить трудомісткого математичного аналізу, скажімо тільки, що напруга сигналу зменшується (приблизно) пропорційно відношенню ємності антени до повної ємності контуру. Пояснюється це тим, що додаткові реактивні струми, протікаючи через опір котушки R, викликають додаткові втрати. Зрозуміло, що власна ємність котушки і вхідна ємність УРЧ також відіграють шкідливу роль, зменшуючи напругу, що розвивається. У наведеному прикладі, застосувавши стандартну середньохвильову котушку індуктивністю 200 мкГн з підключеним конденсатором паралельно їй ємністю близько 130 пФ для налаштування на частоту 1 МГц. ми отримаємо на контурі напруга сигналу близько 0,15 В. що загалом теж не мало! Заради інтересу припустимо, що котушка ідеальна і не має втрат. Тепер еквівалентна схема виглядатиме як на рис. 3. До речі, у цьому випадку можна безболісно зменшити індуктивність котушки та приєднати паралельно контурний конденсатор. Контур, що вийшов, доведеться налаштувати на дещо вищу частоту, ніж потрібна, на якій він матиме індуктивний характер опору, тим більший, чим менше розлад. Підбираючи розлад, отримуємо індуктивний опір контуру Xt, точно рівний ємнісному опору антени - Хс, і знову приходимо до еквівалентної схеми рис. 3. Практично налаштування проводиться як завжди, по максимуму напруги сигналу на контурі, і відповідає точному резонансу контуру на потрібній частоті з урахуванням ємності антени.
Що ж тепер є активним опором антенного ланцюга? Раніше воно складалося з опору втрат котушки та опору випромінювання антени, причому останнє було значно менше, і ми їх знехтували. Тепер опір втрат котушки дорівнює нулю, конденсатор, якщо він є, також практично втрат не вносить, і залишається лише опір випромінювання. Як відомо з теорії, для коротких антен Rізл = 1600h/λ2. Підставивши цей вираз в отриману нами формулу для напруги, що розвивається на котушці, отримуємо U = EXLλ2/1600h, тобто при укороченні антени напруга навіть зростає! Передбачаю заперечення; цей фантастичний результат отримано, мовляв. для нереальних умов, тобто коли втрати в котушці відсутні, а її добротність прагне нескінченності. Зрозуміло, ніхто не збирається поміщати котушку в рідкий гелій, щоб отримати надпровідність і домогтися відсутності втрат – хоча це можна зробити, але буде надто дорого та клопітно. Давним-давно відомий і широко використовується інший шлях - компенсація втрат у котушці за допомогою позитивного зворотного зв'язку або регенерація. При підході до порога самозбудження в регенераторі еквівалентна добротність контуру набагато зростає, а з нею збільшуються напруга сигналу і чутливість. Виходить, що легенди про незвичайні прийомні якості Q-множників, які використовують регенерацію у вхідному контурі, виникли зовсім не на порожньому місці! На довгих та середніх хвилях регенерацію у вхідному контурі використовують не часто, в основному тому, що при великій добротності звужується смуга пропускання (В) та послаблюються вищі частоти звукового спектру AM сигналів, адже В = f/Q. Але на коротких хвилях і необхідні смуги вже й частоти вище, тому там велику добротність вхідного контуру можна лише вітати. За вимірюваннями, проведеними автором, отримати досить стабільну добротність 10 000 у добре спроектованому Q-множнику цілком можливо. Порахуємо, яку напругу розвине досить слабкий сигнал з Е =10 мкВ/м у нашій антені довжиною 2 м, приєднаної до такого контуру: U = EhQ = 0,1 В. Коментарі, як кажуть, зайві. Для підтвердження сказаного автор зібрав пристрій, показаний на рис. 4. Це "і стоковий" детектор на польовому транзисторі (колись аналогічні за своїми властивостями детектори робилися на лампах і називалися катодними). Опір у ланцюзі витоку вибрано досить великим, транзистор працює поблизу відсічки, на нижньому згині характеристики і тому добре детектує сигнал AM. Велике замикання на затворі (щодо витоку) гарантує високий вхідний опір, а 100% ООС по звуковій частоті забезпечує малі спотворення. Конденсатор С2 та ланцюжок R3C4 відфільтровують високочастотні складові, а змінний резистор R4 служить регулятором гучності. З нього звуковий сигнал подавався на простий УМЗЧ (В. Поляков. "Універсальний підсилювач 3Ч". - Радіо. 1994. № 12. с. 34, 35). Конденсатор вхідного контуру замінює ємність антени, котушки та вхідну ємність транзистора. Антенною служить півтораметровий відрізок дроту, простягнутий від робочого стола на вікно, а заземлення служить труба центрального опалення під вікном. Котушку було взято готову, від магнітної антени промислового ДВ приймача. Вона містила близько 250 витків дроту ПЕЛ 0,2, намотаних в один шар виток до витка на каркасі діаметром 12 мм. Для налаштування служив магнітний стрижень тієї ж антени, що всувається в котушку. Зважаючи на малу ємність, налаштування контуру вийшло на частоти середньохвильового діапазону. Чотири московські радіостанції розвивали на затворі транзистора сигнал від 0,5 до 1,5 В. так що теорія повністю підтвердилася - регулятор гучності доводилося встановлювати на мінімум! Поміряти високочастотну напругу на затворі було непросто - осцилограф до затвора підключити не можна через шунтування сигналу. Щуп осцилографа підключався до початку, замість конденсатора С2. Детектування у своїй ставало гірше, зате транзистор передавав високочастотний сигнал як витокового повторювача. Зменшена ємність С2. можна спостерігати регенерацію і навіть самозбудження. Зворотний зв'язок при цьому виходить за схемою ємнісної триточки. утвореною ємністю затвор-витік та конденсатором С2. При достатній регенерації можна було ввечері слухати і далекі станції. Цікавий такий факт: коли під час експерименту провід антени відірвався від контуру, прийом московських станцій продовжувався (хоч і із значно меншою гучністю) на феритовий стрижень. Автор: В.Поляков, м.Москва
Шум транспорту затримує зростання пташенят
06.05.2024 Бездротова колонка Samsung Music Frame HW-LS60D
06.05.2024 Новий спосіб управління та маніпулювання оптичними сигналами
05.05.2024
▪ Циклони стали на 10% сильнішими ▪ Узгоджувальний трансформатор BALF-SPI2-02D3 ▪ Масове виробництво біопроцесорів ▪ Відеокарта ASUS ROG Matrix GeForce RTX 2080 Ti
▪ розділ сайту Гірлянди. Добірка статей ▪ стаття Джина Лоллобріджида. Знамениті афоризми ▪ стаття У яких тварин найнезвичайніша форма зіниць? Детальна відповідь ▪ стаття Основні рекомендації щодо надання першої допомоги постраждалим ▪ стаття Іскра без капризів. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки ▪ стаття УКХ надрегенератор з рамковою антеною. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки
Головна сторінка | Бібліотека | Статті | Карта сайту | Відгуки про сайт
www.diagram.com.ua |
Дивіться інші статті розділу 
Останні новини науки та техніки, новинки електроніки:
All languages of this page