Виміряти параметри антени? Зовсім нескладно! Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки

Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки / Антени. Вимірювання, налаштування, узгодження

Коментарі до статті

Правильно визначені параметри антени у системі радіоприймання - основа можливості успішного прийому віддалених радіостанцій. Але не завжди у радіоаматора можуть опинитися під рукою необхідні засоби для подібних вимірів. У статті автор пропонує використовувати нескладний метод, у якому виходять цілком прийнятні результати.

Підвісивши зовнішню дротяну антену, любитель радіоприймання на довгих і середніх хвилях (ДВ і СВ) часто запитує: а які ж її параметри? Основних параметрів два – це опір втрат системи антена-заземлення rп та власна ємність антени щодо тієї ж землі СА. Від цих параметрів залежить ефективність роботи антеної системи, а отже, і можливість прийому далеких станцій, живлення приймального пристрою "вільною енергією" сигналів, прийнятих з ефіру, налаштування антени на різні частоти і т.д.

Антенні виміри - це "терра інкогніту" для більшості радіоаматорів, і не лише початківців. Всі відомі методи вимагають наявності потужного високочастотного генератора та вимірювального моста - апаратури, що рідко зустрічається у радіоаматорів. Часто ці два прилади об'єднують, утворюючи фідерний або антенний омметр (так їх називають), використовуваний, наприклад, при налаштуванні та регулюванні антен радіостанцій, що передають [1]. Потужний генератор ВЧ потрібен тому, що на відкритій "усім вітрам" антені велика напруга різних наведень, у тому числі і від сигналів інших радіостанцій, що заважають вимірюванням.

У запропонованому способі виміру генератор взагалі не потрібний. Ми вимірюватимемо параметри антени, користуючись сигналами з ефіру, благо їх там достатньо. Чи потрібно виготовляти спеціальний прилад чи стенд для вимірів? Це – за бажанням. Враховуючи, що антени змінюють не кожен день, не складе величезних труднощів зібрати простенькі вимірювальні ланцюги прямо на робочому столі або на підвіконні, не використовуючи навіть макетних плат.

Вимір опору втрат. Знадобляться феритовий стрижень від магнітної антени з парою котушок, бажано ДВ і СВ діапазонів, змінний резистор опором 0,47...1 кОм (обов'язково недротяний), будь-який германієвий малопотужний високочастотний діод і вольтметр постійного струму з високим 0,5 ,1 ... XNUMX МОм). Для ідентифікації радіостанцій "на слух" корисно мати і високоомні телефони.

Збираємо пристрій за схемою рис. 1 і, переміщуючи стрижень у котушці магнітної антени, налаштовуємося на частоту потужного сигналу місцевої радіостанції.

Рис. 1

Змінний резистор R1 при цьому треба встановити в положення нульового опору (перемістити двигун у верхнє за схемою положення). Момент точного настроювання контуру в резонанс із частотою радіостанції буде відзначений максимальним відхиленням стрілки вимірювача та найбільшою гучністю в телефонах. Включені послідовно з вольтметром телефони практично не впливають на його показання, водночас гучність не надто велика. Для її збільшення на час ідентифікації радіостанції вольтметр можна замкнути, переключити на нижчу межу вимірювання, де його опір менше, або включити паралельно вольтметру конденсатор ємністю близько 0,05...0,1 мкФ, щоб пропустити до телефонів звукові частоти (при включенні такого конденсатора звук може дещо спотворитися через нерівність навантаження детектора на звукових частотах і постійному струмі).

Відзначивши показання вольтметра (U1) і не змінюючи налаштування контуру, двигун змінного резистора R1 перемістити доти, доки показання вольтметра не зменшаться вдвічі (U2). При цьому опір резистора дорівнюватиме опору втрат антеної системи на даній частоті. Ті самі виміри можна провести і на інших частотах.

Опір резистора вимірюють омметром, відключивши його від вимірювального ланцюга. За відсутності омметра треба оснастити резистор ручкою з візиром та шкалою, яку проградуювати в омах за зразковим приладом.

Користуючись наведеною методикою, вдається вибрати, наприклад, найкращий варіант заземлення. У міських умовах можливі такі варіанти: труби водопроводу, труби опалення, арматура огородження балкона і т. д., а також їх поєднання. Орієнтуватися слід на максимальний сигнал і мінімальний опір втрат. У заміському будинку, крім "класичного" заземлення, рекомендується спробувати водозабірну свердловину або труби водопроводу, металеву сітку-городу, дах із оцинкованої жерсті або будь-який інший масивний металевий предмет, навіть якщо він і не має контакту із справжньою землею.

Вимірювання ємності антени. Замість змінного резистора тепер потрібно включити КПЕ (будь-якого типу) з максимальною ємністю 180...510 пФ. Бажано мати ще й вимірювач ємності з межею виміру десятки-сотні пикофарад. Автор користувався цифровим вимірником ємності "Майстер-С" [2], люб'язно наданим його конструктором.

Якщо вимірювача ємності немає, треба вчинити так само, як і з резистором – оснастити КПЕ шкалою та проградуювати її в пикофарадах. Це вдається зробити і без приладів, адже ємність пропорційна площі введеної частини пластин. Намалюйте форму роторної пластини на міліметровому папері (чим більше, тим точніше буде градуювання), розділіть креслення на сектори через 10 кутових градусів і порахуйте по клітинах площу кожного сектора та всієї пластини S0. На рис. 2 заштрихований перший сектор із площею S1. У відповідної першої ризики шкали треба поставити ємність С1=CmaxS1/S0 і т.д.

Рис. 2

Якщо роторні пластини мають напівкруглу форму (прямоємнісний конденсатор), шкала виходить лінійною і тоді не треба робити креслень і рахувати площі. Наприклад, КПЕ з твердим діелектриком із набору для дитячої творчості має максимальну ємність 180 пФ. Достатньо розбити шкалу на 18 секторів по 10 градусів, і поставити близько поділів 10, 20 пФ і т. д. Нехай точність буде і невисокою, для наших цілей її достатньо.

Відградувавши КПЕ, збираємо установку за схемою рис. 3.

Рис. 3

Підключивши антену до гнізда XS1 та відключивши КПЕ перемикачем SA1, налаштовуємо контур, утворений ємністю антени та котушкою L1 на частоту радіостанції. Не чіпаючи більше котушку, перемикаємо антену в гніздо XS2 і підключаємо до контуру конденсатор С2 (наш КПЕ) перемикачем SA1. Знову налаштовуємося на ту саму частоту, тепер уже за допомогою С2. Визначаємо його ємність Ск за шкалою або за допомогою вимірювача ємності, підключеного до гнізда XS3, XS4 (переключивши для цього SA1 в показане на схемі положення). Залишилося знайти ємність антени СА за формулою

СА = С2(1+sqrt(1+4С1/С2))/2.

Сенс наших маніпуляцій у наступному: коли ми підключили антену через конденсатор зв'язку С1, загальна ємність контуру поменшала, і щоб її відновити, довелося додати ємність С2. Ви самі можете вивести наведену формулу виходячи з рівності ємності антени СА (у першому випадку) і складної контурної ємності С2 + САС1/(СА + С1) у другому випадку. Для підвищення точності вимірювань ємність конденсатора зв'язку бажано вибирати якомога менше, в межах 15...50 пФ. Якщо ємність конденсатора зв'язку набагато менша за ємність антени, то і розрахункова формула спрощується:

СА = С2 + С1.

Експеримент та його обговорення. Автор вимірював параметри антени такого виду, що була на дачі: провід ПЕЛ 0,7 довжиною 15 м, який протягнутий до ковзана даху і в бік від будинку до сусіднього дерева. Найкращим "заземленням" (противагою) виявилася ізольована від землі водонагрівальна колонка з невеликою мережею труб та батарей місцевого опалення. Всі вимірювання проведені в СВ діапазоні з використанням стандартної СВ котушки магнітної антени транзисторного приймача. Якщо для налаштування на низькочастотному краю діапазону індуктивності не вистачало, поруч із магнітною антеною містився ще один феритовий стрижень, паралельно першому.

Результати вимірювань зведено до таблиці. Вони потребують невеликих коментарів. Насамперед, впадає у вічі, що у різних частотах і опір втрат і ємність антени різні. Це зовсім не помилки вимірів. Розглянемо спочатку частотну залежність ємності. Якби провід антени не мав ще й деякої індуктивності LА значення ємності були б однаковими. Індуктивність дроту включена послідовно з ємністю антени, як видно з еквівалентної схеми антенного ланцюга, показаної на рис. 4.

Рис. 4

Вплив індуктивності позначається сильніше на високих частотах, де індуктивний опір зростає та частково компенсує ємнісний опір. В результаті загальний реактивний опір антени зменшується, а виміряна ємність стає більшою. У антени є власна частота f0 - резонансна частота контуру LACA, на якій реактивний опір перетворюється на нуль, а виміряне значення ємності буде прагнути до нескінченності. Відповідна цій частоті власна довжина хвилі антени Lambda0 приблизно дорівнює вчетверо довжині проводу антени і зазвичай потрапляє в інтервал діапазону КВ.

Власну частоту можна розрахувати за даними вимірювань ємності на двох довільних частотах, але формули виходять дуже складними. Для своєї антени автор отримав СА = 85 пФ. LА = 25 мкГн та f0 - близько 3,5 МГц. Для наближених оцінок можна вважати, що кожен метр дроту антени (разом зі зниженням) вносить індуктивність близько 1...1,5 мкГн та ємність близько 6 пФ.

Опір втрат при досить добротній котушці L1 складається переважно з опору заземлення. Воно, своєю чергою, розраховується за емпіричною (отриманої виходячи з дослідних даних) формулі М. У. Шулейкина [3]: rп = А*Lambda/Lambda0. Тут А - постійний коефіцієнт, що залежить від якості заземлення, з розмірністю в омах. Для хороших заземлень А становить одиниці і навіть частки ом. Як бачимо, опір втрат зростає зі збільшенням довжини хвилі (зниженням частоти), що підтвердилося даними таблиці. Залежність опору втрат від частоти виявили ще на початку минулого століття, проте докладного пояснення цього ефекту у літературі автор не зустрічав.

У зв'язку з цим багато даних, отриманих радіоаматорами при вимірі параметрів своїх антен, можуть виявитися дуже корисними.

література

1. Фрадін А. 3., Рижков Є. В. Вимірювання параметрів антен. - М.: Зв'язоквидав, 1962.
2. Андрєєв В. Простий вимірювач ємності "Майстер-С". – Радіо, 2002. № 1, с. 50-52; №2, с. 51-53; №3, с. 52-54.
3. Білоцерківський Г. Б. Антени. - М: Оборонгіз, 1956.

Автор: В.Поляков, м.Москва

Дивіться інші статті розділу Антени. Вимірювання, налаштування, узгодження.

Читайте та пишіть корисні коментарі до цієї статті.

<< Назад

Останні новини науки та техніки, новинки електроніки:

Шум транспорту затримує зростання пташенят 06.05.2024

Звуки, що оточують нас у сучасних містах, стають дедалі пронизливішими. Однак мало хто замислюється про те, як цей шум впливає на тваринний світ, особливо на таких ніжних створінь, як пташенята, які ще не вилупилися з яєць. Недавні дослідження проливають світло на цю проблему, вказуючи на серйозні наслідки для їхнього розвитку та виживання. Вчені виявили, що вплив транспортного шуму на пташенят зебрового діамантника може призвести до серйозних порушень у розвитку. Експерименти показали, що шумова забрудненість може суттєво затримувати їх вилуплення, а ті пташенята, які все ж таки з'являються на світ, стикаються з низкою здоровотворних проблем. Дослідники також виявили, що негативні наслідки шумового забруднення сягають і дорослого віку птахів. Зменшення шансів на розмноження та зниження плодючості говорять про довгострокові наслідки, які транспортний шум чинить на тваринний світ. Результати дослідження наголошують на необхідності ...>>

Бездротова колонка Samsung Music Frame HW-LS60D 06.05.2024

У світі сучасної технології звуку виробники прагнуть не тільки бездоганної якості звучання, але й поєднання функціональності з естетикою. Одним із останніх інноваційних кроків у цьому напрямку є нова бездротова акустична система Samsung Music Frame HW-LS60D, представлена ​​на заході 2024 World of Samsung. Samsung HW-LS60D – це не просто акустична система, це мистецтво звуку у стилі рамки. Поєднання 6-динамічної системи з підтримкою Dolby Atmos та стильного дизайну у формі фоторамки робить цей продукт ідеальним доповненням до будь-якого інтер'єру. Нова колонка Samsung Music Frame оснащена сучасними технологіями, включаючи функцію адаптивного звуку, яка забезпечує чіткий діалог на будь-якому рівні гучності, а також автоматичну оптимізацію приміщення для насиченого звукового відтворення. За допомогою з'єднань Spotify, Tidal Hi-Fi і Bluetooth 5.2, а також інтеграцією з розумними помічниками, ця колонка готова задовольнити ...>>

Новий спосіб управління та маніпулювання оптичними сигналами 05.05.2024

Сучасний світ науки та технологій стрімко розвивається, і з кожним днем ​​з'являються нові методи та технології, які відкривають перед нами нові перспективи у різних галузях. Однією з таких інновацій є розробка німецькими вченими нового способу керування оптичними сигналами, що може призвести до значного прогресу фотоніки. Нещодавні дослідження дозволили німецьким ученим створити регульовану хвильову пластину всередині хвилеводу із плавленого кремнезему. Цей метод, заснований на використанні рідкокристалічного шару, дозволяє ефективно змінювати поляризацію світла через хвилевід. Цей технологічний прорив відкриває нові перспективи розробки компактних і ефективних фотонних пристроїв, здатних обробляти великі обсяги даних. Електрооптичний контроль поляризації, що надається новим методом, може стати основою створення нового класу інтегрованих фотонних пристроїв. Це відкриває широкі можливості для застосування. ...>>

Випадкова новина з Архіву Зовнішній RAID-накопичувач NewerTech Guardian MAXimusо 5 ТБ 31.05.2014 Компанія Newer Technology (NewerTech) випустила зовнішнє сховище даних Guardian MAXimus, побудоване на основі двох жорстких дисків місткістю до 5 ТБ кожен. У накопичувачі застосовані 3,5-дюймові вінчестери Toshiba MD04ACA500 зі швидкістю обертання шпинделя 7200 об/хв. Ці диски мають буфер ємністю 128 МБ. Вінчестери налаштовані на дзеркальний масив RAID 1. Це забезпечує високу надійність: накопичувач працює до тих пір, поки функціонує хоча б один диск у системі. Імовірність виходу з ладу відразу двох дисків дорівнює добутку ймовірностей відмови кожного диска, тобто значно нижча від ймовірності виходу з ладу окремого диска. Пристрій Guardian MAXimus має один порт USB 3.0, eSATA і FireWire 400, а також два інтерфейси FireWire 800. Накопичувач сумісний з комп'ютерами під керуванням операційних систем Windows і Mac OS X. Максимальна заявлена ​​швидкість читання та запису інформації становить близько 240 МБ/с. На передній панелі передбачена світлодіодна індикація статусу. Ціна Guardian MAXimus із двома 5-терабайтними вінчестерами становить близько $780. Також можна придбати пристрій без встановлених жорстких дисків: у цьому випадку доведеться заплатити $120. Крім того, пропонуються накопичувачі з двома вінчестерами на 1, 2, 3 та 4 ТБ: їхня ціна варіюється від $260 до $620.

Інші цікаві новини:

▪ Водневий автомобіль Toyota Mirai

▪ Надійні відеокамери для чорних ящиків

▪ Знищення мікросхем пам'яті за командою

▪ Пластикова шкіра відчуває силу торкання

▪ Турбіна з іншого кінця світу

Стрічка новин науки та техніки, новинок електроніки

Цікаві матеріали Безкоштовної технічної бібліотеки:

▪ розділ сайту Електробезпека, пожежна безпека. Добірка статей

▪ стаття Влаштування водостоку. Поради домашньому майстру

▪ стаття Наскільки небезпечною є побічна дія медикаментів? Детальна відповідь

▪ стаття Геллеборус. Легенди, вирощування, способи застосування

▪ стаття Склад системи телевізійного спостереження. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки

▪ стаття Чарівне коло. Секрет фокусу

Залишіть свій коментар до цієї статті:

All languages ​​of this page

Arabic	Hebrew	Polish
Bengali	Hindi	Portuguese
Chinese	Italian	Spanish
English	Japanese	Turkish
French	Korean	Ukrainian
German	Malay	Vietnamese

Головна сторінка | Бібліотека | Статті | Карта сайту | Відгуки про сайт

www.diagram.com.ua
2000-2024