|
Arabic
Bengali
Chinese
English
French
German
Hebrew
Hindi
Italian
Japanese
Korean
Malay
Polish
Portuguese
Spanish
Turkish
Ukrainian
Vietnamese
ЕНЦИКЛОПЕДІЯ РАДІОЕЛЕКТРОНІКИ ТА ЕЛЕКТРОТЕХНІКИ Про харчування радіоприймачів вільною енергією. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки
Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки / Радіоприйом Можливо, через подорожчання акумуляторних елементів і батарей, а можливо, і з якоїсь іншої причини, але останнім часом сильно зріс інтерес радіослухачів до проблеми живлення радіоприймача "вільною енергією" випромінювання потужних радіостанцій, що передають. У ряді періодичних видань з'явилися повідомлення про "голосні" детекторні пристрої, а також про приймачі, які працюють на телефони і, живлячись від поля будь-якої потужної радіостанції, приймають програми інших менш потужних станцій. Оскільки причини такого явища певною мірою огорнуті таємницею, а в літературі пропонуються найнеймовірніші схемні рішення, за допомогою яких нібито можна отримати ще більш неймовірні результати. Мета цієї статті - допомогти радіоаматорам, які цікавляться даною проблемою, розібратися в ній з об'єктивної точки зору та реально оцінити можливості радіоприймальних пристроїв, що живляться "вільною енергією" потужних радіостанцій. Питання оптимального детектування та побудови самих приймачів передбачається розглянути в одній із наступних статей. Відомо, що ЕРС, що наводиться полем радіостанції, що передає, в антені радіоприймачі, може бути визначена за формулою: ε = Е*hдде Е - напруженість поля радіостанції в точці прийому, а hд - Висота антени, що діє. Однак нам потрібно максимізувати зовсім не ЕРС, а потужність сигналу, що підводиться до детектора, вхідний опір якого Rвх залежить від його схеми, опору навантаження, в деякій мірі і від величини наведеної в антені ЕРС. Оскільки потужність надходить на детектор сигналу Р = U * I (де U - напруга, що підводиться до детектора, а I - струм, що протікає через нього), а вхідний опір Rвх = U/I, то максимізувати потужність можна, змінюючи вхідний опір детектора, вибираючи різні схеми узгодження його з антеною, а також збільшуючи напругу на детекторі, зменшуючи струм і навпаки. З іншого боку, відомо, що джерело (антенна ланцюг) віддає в навантаження (детектор) максимальну потужність у тому випадку, коли його активний опір дорівнює вхідному опору навантаження, тобто RА = Rвх, а реактивний опір компенсовано включенням реактивного опору іншого знака. Це звичайні умови узгодження джерела із навантаженням Як їх виконати у реальній ситуації? Найбільш потужні радіостанції працюють у діапазонах довгих та середніх хвиль. Вологий грунт, прісна вода, а тим більше морська, мають на цих частотах властивості провідника, в якому струми провідності набагато більші за струми зміщення. В результаті хвилі з горизонтальною поляризацією виявляються біля землі значно ослабленими. З цієї причини для радіомовлення використовують хвилі з вертикальною поляризацією, що випромінюються вертикальними щоглами - антенами з більш менш розвиненою горизонтальною частиною і хорошим заземленням. Питання проектування довгохвильових та середньохвильових антен були вирішені ще в тридцяті роки і докладно висвітлені у підручниках сорокових - п'ятдесятих років, цим пояснюється і "давність" літератури, наведеної наприкінці статті.
Ескіз вертикальної антени із заземленням показаний на рис 1,а. Власна (резонансна) довжина хвилі, що випромінюється такою антеною (нагадаємо, що нею вважається хвиля, на частоті якої опір на роз'ємі ХТ1 активно і дорівнює опору чвертьхвильового несиметричного вібратора, тобто ~37 Ом) λ0=4 * IД, А діюча висота hд=2IА/π. У аматорських умовах побудувати чвертьхвильову вертикальну антену практично неможливо, оскільки вона виявляється занадто високою, тому зазвичай використовують Г-подібні (рис. 1, б) та Т-подібні (рис. 1, в) антени, у яких параметр λ0= КIД, де IА = h + IГ, а К - коефіцієнт, значення якого можна визначити за таблицею:
Можна було б порекомендувати зонтичну антену, що має 3-4 горизонтальні промені, з'єднаних в одній точці з вертикальною частиною, проте через складність конструкції вона застосовується вкрай рідко. У прийомі радіохвиль бере участь лише вертикальна частина антени, горизонтальна виконує функції ємнісного навантаження, збільшуючи власну довжину її хвилі і діючу висоту. Чим розвиненіша горизонтальна частина, тим точніше виконується співвідношення hд = h і ефективніша сама антена. У більшості випадків антена приймає сигнали, довжина хвилі яких більша за власну довжину хвилі антени λ >λ0, та її опір носить комплексний характер (Za) з активною (RΣ) та реактивною (Х) складовими, що визначаються за формулами: ZА=RА - jX;
де W - хвильовий опір проводу антени, що дорівнює приблизно 450 ... 560 Ом.
Для компенсації ємнісного опору антени в її ланцюг включають індуктивність (котушку, що подовжує), і еквівалентна схема антени набуває вигляду, показаного на рис. 2. Тепер є можливість підрахувати потужність, що передається антеною в навантаження (детектор), причому втрати в її ланцюгу враховувати доки не будемо. При рівності вхідного опору детектора та активної складової опору антени Rвх=RΣ потужність у навантаженні максимальна і дорівнює Р0= (ε/2)2/RΣ. Підставляючи цю формулу вирази для ε і RΣ, отримуємо P0= Е2 hд2 λ2 / (4 * 1600 * hд2) = Е2 λ2 / 6400 Виведена формула визначає максимальну потужність, яка може бути наведена полем радіостанції в ідеальній антені без втрат. Цікаво відзначити, що від розмірів та конструкції конкретної антени ця потужність не залежить. Зі сказаного можна зробити такі висновки. - Можливість живлення приймачів "вільною енергією" залежить тільки від напруженості поля радіостанції у місці прийому;
Для прикладу розрахуємо максимальну потужність, яка може навестися в антені полем ДВ радіостанції, що працює на частоті 171 кГц (λ=1753 м) за його напруженості 20 мВ/м, яка має місце в багатьох районах Московської області і навіть за її межами: Р0= E2*λ2/ 6400 = 0,022 * 17532 / 6400 = 0,19 Вт. Такої потужності цілком достатньо для гучномовної роботи більшості портативних приймачів, оскільки вона еквівалентна Uпіт = 9 В при струмі 20 мА. На жаль, реальна ситуація далека від ідеальної. Справа в тому, що в антеному ланцюгу є опір втрат Rп, Що складається з опору проводу антени, активного опору котушки L (рис. 2) і опору заземлення. ККД такої антени визначається виразом η = RΣ/ (RΣ+Rп). а отримувана від неї потужність - формулою: Р = Р0*η = E2 λ2*η / 6400 Обчислення ККД антени завдання цілком вирішуване. Погонний опір мідного дроту діаметром 1 мм постійному струму становить 22,5 Ом/км і зростає приблизно 2 рази на частоті 200 кГц [1]. Для проведення діаметром 2 мм аналогічні значення будуть 5,5 Ом/км і 3 рази. Таким чином, опір дроту антени RПА довжиною 20...50 м можна оцінити 0,3...3 Ом. Опір заземлення РПО більше. М. Б. Шулейкін свого часу запропонував таку емпіричну формулу для визначення втрат у заземленні [2]: RПО = Aλ/λ0, де коефіцієнт А змінюється від 0,5...2 Ом для хорошого заземлення та до 4...7 Ом – для поганого. Опір узгоджувальної котушки Rпк залежить від її конструктивної добротності Q і може бути розраховано за такою формулою: Rпк = X / Q. Використовуючи дані наведеного вище прикладу, розрахуємо ККД Г-подібної антени з висотою підвісу 10 м і довжиною горизонтальної частини 20 м, що має hд=10 м. По таблиці визначимо коефіцієнт К = 6, тоді власна довжина хвилі антени дорівнюватиме: λ0=6*(10+20) = 180 м, а λ/λ0 = 10. При діаметрі дроту 1 мм опір RПА= 22,5 * 2 * 0,03 = 1,3 Ом, задовільний заземлення може бути отримано при Rое = 3 * 10 = 30 Ом. При хвильовому опорі дроти антени W = 500 Ом реактивний опір антени X = 500*ctg(π/10) = 500/0,31 = 1600 Ом. Задавшись конструктивною добротністю узгоджувальної котушки Q = 250, знайдемо її опір Rпк = 1600/250 = 6,45 Ом. Загальний опір втрат антени, що дорівнює сумі всіх знайдених, складе близько 38 Ом, тоді як опір випромінювання RΣ = 1600 (hД/λ)2=1600 (10/1753)2 = 0,05 Ом, а це означає, що ККД η = 0,05/38 = 0,14%! Таким чином, потужність сигналу, що віддається в навантаження розглянутої антеною, складе всього 0,19 * 0,0014 = 0,26 мВт, що рівнозначно, наприклад, напруги живлення 1 при струмі 0,26 мА. Цього достатньо для роботи приймача на телефони, але обмаль живлення гучномовного приймача. Зауважимо, що основну частку втрати антени вносить заземлення. Щоб зробити його добрим, треба прокопати землю до водоносного шару і помістити на цій глибині металевий предмет, можливо, більшої площі, зрозуміло, закопавши потім яму. Можна також рекомендувати виготовити систему проводів-противаг, що радіально розходяться від точки заземлення і закопаних на невеликій глибині. Якщо експерименти проводяться на садовій ділянці, то як заземлення можна використовувати труби водозабірної свердловини, водопроводу, противагою може служити і металева огорожа ділянки, якщо подбати про хороший електричний контакт окремих її частин. Важливе питання: як забезпечити необхідне узгодження антени із детектором? Введення зайвих реактивних елементів лише погіршує ККД через властиві їм додаткові втрати, тому бажано обійтися лише елементами, які показані на рис. 2. У цьому випадку рекомендована схема приймача набуде вигляду, показаного на рис. 3.
Котушка змінної індуктивності L1 разом із ємністю антени утворює коливальний контур, налаштований на частоту потужної радіостанції. Реактивні опори антени та котушки при цьому рівні та компенсуються. Послідовний активний опір антенного ланцюга RА = RΣ + Rпперераховується в еквівалентний опір Rе = X2/RА, підключене паралельно котушці Якщо воно занадто велике для узгодження з вхідним опором детектора, останній підключають до відведення котушки таким чином, щоб виконувалася умова n2*Rе=Rвхде n - відношення числа витків котушки від заземленого виведення до відведення до загального числа витків. Схема детектора, що містить діод VD1, блокувальний конденсатор С1 та навантаження, пояснень не вимагає. У наведеному вище прикладі Rе= 16002/ 38 = 67,4 кОм. Якщо детектор має вхідний опір порядку 2 кім, що справедливо при роботі його на телефони опором 4 кім, n = (2/67)0,5 = 0,17, отже, відведення треба зробити приблизно від 1/6 частини витків всієї котушки. Важливою проблемою у сільській місцевості завжди був і залишається грозозахист антен. Найкраще антену постійно з'єднати із заземленням. Схема приймача, показаного на рис. 3, цій умові відповідає. Проте навіть не дуже близькі удари блискавок наводять у великих антенах імпульсну ЕРС, що вимірюється багатьма кіловольтами, що аж ніяк не безпечно. Захистити діод детектора допоможе газонаповнений розрядник або навіть проста неонова лампочка HL1, включена між антеною та заземленням. І все ж таки при близькій грозі антену слід заземлювати спеціальним перемикачем SA1. Парадоксальний, на перший погляд, результат, що полягає в незалежності потужності, що знімається з антени, від її розмірів за відсутності втрат і при узгодженні з навантаженням, легко пояснити. Добре відомо, що передавальна антена, якщо в ній немає втрат і якщо вона узгоджена з джерелом сигналу, випромінює всю потужність, що підводиться до неї. Тому різні антени з однаковою діаграмою спрямованості за вказаних вище умов створюють на однаковій відстані одну й ту саму напруженість електромагнітного поля. Залишається додати – незалежно від розмірів антени. Звичайно, як тільки мова заходить про реальні антени з втратами, вказане твердження відразу втрачає практичну цінність. При зменшенні розмірів антен їх опір випромінювання стає вкрай малим, реактивна складова опору зростає, що ускладнює узгодження антени з джерелом сигналу, втрати збільшуються, тому ефективність антен різко падає З оборотності антен слід, що з однакової напруженості поля, відповідність до навантаженням і відсутності втрат приймальні антени різних розмірів забезпечать й у навантаженні однакову потужність. Звичайно, і для прийомних антен втрати і труднощі узгодження з навантаженням залишають за отриманим результатом суто теоретичне значення. Зазначимо вкотре, що це наведені у статті розрахунки справедливі лише тому випадку, коли розміри антени значно менше довжини хвилі. література
Автор: В.Поляков, м.Москва
Машина для проріджування квітів у садах
02.05.2024 Удосконалений мікроскоп інфрачервоного діапазону
02.05.2024 Пастка для комах
01.05.2024
▪ Карти пам'яті підвищеної надійності від Silicon Power ▪ Датчик у ліжку стежить за людиною похилого віку ▪ Модульний DC/DC перетворювач B0505ST16-W5 ▪ Безповітряні шини майбутнього від Michelin ▪ Доставка ліків за призначенням
▪ розділ сайту Комп'ютерні пристрої. Добірка статей ▪ стаття Який годинник найточніший? Детальна відповідь ▪ стаття Бізнес-тренер. Посадова інструкція ▪ стаття Електромузичний дзвінок. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки ▪ стаття Сторож напруги. 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