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ENCICLOPEDIA DELLA RADIOELETTRONICA ED ELETTRICA Misurazione della sensibilità dei ricevitori radio con antenna magnetica. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica
Enciclopedia della radioelettronica e dell'elettrotecnica / ricezione radiofonica Le antenne magnetiche sono ampiamente utilizzate nei ricevitori radio per la ricezione di segnali nelle bande LW, MW e, meno comunemente, KB. Per misurare la sensibilità nella posizione dell'antenna della radio utilizzando una tecnica nota creare un campo elettromagnetico di intensità nota. L'articolo analizza questa tecnica e fornisce raccomandazioni per il suo miglioramento. La sensibilità di un ricevitore radio è un tale valore del segnale di ingresso al quale viene creato un certo rapporto segnale-rumore alla sua uscita. Quando si misura la sensibilità alla tensione, l'ingresso del ricevitore radio è collegato al generatore di segnali attraverso l'equivalente dell'antenna, un circuito elettrico che simula i parametri di un'antenna esterna. Per i ricevitori radio con antenna magnetica, vengono eseguite misurazioni della sensibilità di campo, ma nella letteratura tecnica viene prestata pochissima attenzione a questo problema. Di solito, tutto si riduce a un riferimento a metodi presumibilmente ben noti [1-3], la cui essenza è creare una determinata intensità di campo magnetico utilizzando un circuito di trasporto di corrente collegato a un generatore di misura. Modificando il segnale del generatore, tenendo conto del fattore di conversione del frame, si trova l'intensità del campo a cui il segnale di uscita del ricevitore radio ha i parametri richiesti. La conoscenza delle fonti [1-3] ha mostrato che si intende la stessa tecnica, in cui un telaio quadrato a giro singolo con lato di 380 mm, costituito da un tubo di rame del diametro di 3...5 mm, viene usato. È collegato direttamente all'uscita del generatore di segnale tramite una resistenza da 80 ohm. Il centro dell'antenna magnetica del ricevitore radio è posizionato a una distanza di 1 m dal centro del telaio in modo che l'asse dell'antenna sia perpendicolare al piano del telaio. In questo caso, l'intensità del campo (mV/m) nella posizione dell'antenna magnetica è numericamente uguale alla tensione di uscita del generatore di segnale (mV). L'applicazione di questa tecnica con l'uso di moderni generatori di segnali RF ha portato a risultati deprimenti: la sensibilità misurata dei ricevitori radio si è rivelata circa dieci volte peggiore del previsto. Uno studio più dettagliato di questa situazione ha mostrato che questa tecnica è stata sviluppata per il caso di utilizzo del generatore GSS-6, in cui, quando l'attenuatore esterno è spento, il segnale in uscita è dieci volte maggiore delle letture del suo attenuatore (il l'attenuatore esterno ha coefficienti di trasmissione di 10, 1 e 0,1). Di conseguenza, la tensione sul telaio è dieci volte maggiore e il fattore di conversione totale del segnale del generatore nel campo elettromagnetico è pari a 1 per il fatto che il fattore di conversione del telaio di misura è 0,1. Inoltre, l'impedenza di uscita del generatore GSS-6 in questa modalità è di 80 ohm, il che spiega la resistenza del resistore aggiuntivo. Ma i moderni generatori di segnali RF hanno in genere un'impedenza di uscita di 50 ohm. Tutto ciò ci ha spinto ad adattare il noto metodo per testare la sensibilità dei ricevitori con antenna magnetica.
Cominciamo con il telaio magnetico stesso. Il cosiddetto frame standard è costituito da una bobina di forma quadrata con un lato di 380 mm e viene utilizzato nella gamma di frequenza di 0,15 ... 1,6 MHz. Ovviamente, le sue dimensioni sono molto più piccole della lunghezza d'onda della radiazione, e la distanza dal telaio all'antenna magnetica è maggiore delle sue dimensioni, quindi, nella gamma di frequenza operativa, è un radiatore magnetico elementare. Un'analisi del campo di un emettitore magnetico elementare [4] mostra che a distanze r<λ, il campo magnetico esiste in tutte le direzioni dall'emettitore. Sono di interesse due direzioni (mostrate nella figura). Il primo è perpendicolare al piano del telaio, mentre l'asse dell'antenna magnetica deve essere diretto al centro del telaio. Teoricamente, questa direzione nella zona lontana corrisponde al minimo del diagramma di radiazione. Il secondo è nel piano del telaio, mentre l'asse dell'antenna magnetica è perpendicolare ad esso. Nella zona lontana, questa direzione corrisponde al diagramma di radiazione massimo dell'emettitore. Usando le espressioni per l'intensità del campo magnetico in queste direzioni [4] e passando dal momento magnetico del vibratore al telaio con corrente [5], otteniamo
dove H1 H2 è l'intensità della componente magnetica del campo rispettivamente ai punti 1 e 2 (vedi figura); S - area del telaio, m2; I - corrente nel frame, A; d è la distanza tra i centri del telaio e l'antenna magnetica, m; A, - lunghezza d'onda del segnale, m. Le espressioni (1), (2) consentono di calcolare l'intensità del campo magnetico a qualsiasi distanza dal telaio in due direzioni. Si può dimostrare che a piccole distanze {λ/2π) coincidono con le espressioni per il campo magnetico dell'anello con corrente continua. Ma l'intensità del campo elettromagnetico è solitamente misurata dall'intensità della sua componente elettrica. Nel campo elettromagnetico formato, esiste una stretta relazione tra l'intensità delle componenti elettriche e magnetiche. Per trovare l'intensità della componente elettrica del campo, che corrisponde alla componente magnetica nota, è necessario moltiplicare le espressioni (12) per la resistenza d'onda del mezzo, che è pari a 120π per l'aria. Tenendo conto del fatto che a piccole distanze 2πr<<λ queste espressioni si trasformano:
dove E1,E2 sono l'intensità del campo elettromagnetico rispettivamente nei punti 1 e 2 (vedi figura). Le espressioni ottenute mostrano che l'intensità del campo elettromagnetico vicino all'anello con corrente dipende dalla sua area, il valore della corrente, è inversamente proporzionale al cubo della distanza e non dipende dalla lunghezza d'onda. In questo caso, l'intensità del campo nella prima direzione è due volte maggiore rispetto alla seconda. Questo, in particolare, spiega il fatto che nei metal detector, nella maggior parte dei casi, viene utilizzata la posizione della bobina, che è parallela alla superficie in esame. Usando le espressioni (3), (4), si può calcolare l'intensità del campo per un telaio di qualsiasi dimensione accettabile con una corrente e una distanza note. Tuttavia, è più conveniente mettere in relazione l'intensità del campo con il segnale di uscita del generatore di segnali a cui è collegato il circuito. Per impostare la corrente, un resistore aggiuntivo è collegato in serie con esso. Di solito, la reattanza induttiva del loop è trascurabile e può essere ignorata. In questo caso, la corrente nel circuito senza tener conto della sua resistenza induttiva è uguale a
dove U è la tensione di uscita (secondo le letture del suo attenuatore) del generatore, V; Rr - resistenza di uscita del generatore, Ohm; Rd è la resistenza del resistore aggiuntivo, Ohm. Di conseguenza, le espressioni
dove K1 K2 è il fattore di conversione della tensione del segnale del generatore nell'intensità del campo elettromagnetico nella posizione dell'antenna ricevente rispettivamente nei punti 1 e 2 (vedi figura). Le espressioni (5), (6) consentono di calcolare il fattore di conversione del segnale di uscita del generatore nel valore dell'intensità del campo elettromagnetico, o di determinare l'area del telaio o la distanza ad esso per un dato valore di il fattore di conversione In accordo con loro, in una tecnica ben nota, il fattore di conversione per un telaio quadrato con un lato di 380 mm, un generatore con una resistenza di uscita di 80 Ohm e un resistore aggiuntivo con la stessa resistenza fornisce un valore di 0,108 a un distanza di 1 m Ovviamente, in questa tecnica, il frame è stato calcolato per il fattore di conversione 0,1. Un piccolo errore, molto probabilmente, è causato dall'arrotondamento delle dimensioni del frame verso l'alto e non è significativo per misurare la sensibilità. Per i moderni generatori di segnali con un'impedenza di uscita di 50 ohm con un tale telaio con un resistore aggiuntivo di 80 ohm, il coefficiente di conversione K1 = 0,133 e con un resistore aggiuntivo di 51 ohm K1 = 0,172, il che è scomodo per l'uso pratico. Le dimensioni della cornice (la sua area) con un fattore di conversione K, = 1 possono essere determinate dall'espressione (5). Per r \u1d 50 m, Rr \u51d 0,84 Ohm, Rd \u2d 0,917 Ohm, l'area dovrebbe essere 1,035 m4. Ciò corrisponde a una cornice quadrata con un lato di circa 4,5 m o una cornice rotonda con un diametro di 1 m, ma la sua induttanza, a seconda del diametro del filo utilizzato, sarà di XNUMX ... XNUMX mH, il che porterà a un notevole dipendenza della corrente nel frame dalla frequenza del segnale a frequenze superiori a XNUMX MHz. Inoltre, tali dimensioni diventano commisurate alla distanza dall'antenna, per cui le formule ottenute per un radiatore magnetico elementare diventano inapplicabili. È più conveniente utilizzare il fattore di conversione K1 = 0,1, che consentirà di utilizzare un telaio relativamente piccolo con un'area di 0,085 m2: ciò corrisponde a un telaio quadrato con un lato di 291 mm o un telaio rotondo con un diametro di 328 mm. Con un diametro del conduttore di 3 mm, la sua induttanza è di circa 1 mH. Per tali frame, con un resistore aggiuntivo di 51 ohm, il segnale di uscita del generatore, pari a 15 mV, corrisponderà a un'intensità di campo di 1,5 mV / m a una distanza di 1 m. Tenendo conto dell'influenza dell'induttanza del loop, si dimostra che può essere utilizzata per misurare la sensibilità dei ricevitori radio con un'antenna magnetica fino a una frequenza di 8 MHz, alla quale l'intensità del campo diminuirà di circa il 9%. Alle frequenze più alte si può utilizzare un telaio con una superficie di 84,17 cm2 (che corrisponde a un quadrato con un lato di 92 mm o un cerchio con un diametro di 104 mm), costituito da un tubo di rame o filo di diametro di 3 mm Con un tale frame e un resistore aggiuntivo da 51 Ohm, il coefficiente di conversione sarà K, = 0,01, quindi generare un campo di 1,5 mV/m a una distanza di 1 m richiederebbe un'uscita del generatore di 150 mV. Le misurazioni della sensibilità possono essere effettuate fino a una frequenza di 30 MHz, alla quale l'intensità del campo diminuirà di circa l'8%. La stessa cornice fornirà un fattore di conversione K, = 0,1 ad una distanza di 465 mm, tuttavia, in questo caso, sarà richiesta un'elevata precisione nell'impostazione della distanza tra la cornice e l'antenna. La precisione dell'impostazione di questa distanza influisce sull'errore di misurazione. Quindi, a una distanza di 1 m, un errore di ±3,33 cm porta a un errore di misura di ±10%. A una distanza di 465 mm, lo stesso errore di misurazione sarà con una precisione di installazione di ± 1,55 cm. Cornici rotonde e quadrate sono equivalenti, puoi anche usare cornici di forma diversa, ad esempio triangolare, è importante che la loro area sia esattamente uguale a quella richiesta. Pertanto, da un punto di vista costruttivo, è più conveniente utilizzare una cornice quadrata, poiché in questo caso è più facile ottenere una determinata area. Tutti gli esempi precedenti sono validi nel caso in cui l'asse dell'antenna magnetica si trovi perpendicolare al piano del telaio, disegnato per il suo centro (posizione 1, vedi figura). Ma un'altra direzione può essere utilizzata per misurare la sensibilità (posizione 2). Secondo l'espressione (6), in questa posizione, il coefficiente di conversione diminuirà esattamente di un fattore due. Pertanto, per creare l'intensità di campo richiesta, ceteris paribus, è necessario raddoppiare il segnale del generatore o ridurre la distanza dal centro del telaio in Tuttavia, la seconda posizione può essere comoda dal punto di vista della compattezza del posto di lavoro, poiché il telaio può essere posizionato, ad esempio, sopra il desktop. Ma in tutti i casi, è importante che non ci siano oggetti metallici di grandi dimensioni nella zona di misurazione che possono distorcere notevolmente il campo. Letteratura
Autore: D. Alkhimov, Smolensk; Pubblicazione: radioradar.net
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volte. Ma una distanza inferiore a 0,5 m non è consigliata, poiché la dipendenza cubica aumenta notevolmente l'errore di misurazione dovuto all'imprecisione dell'impostazione della distanza dall'antenna. Inoltre, quando la distanza dal telaio diventa commisurata alle sue dimensioni, le espressioni di cui sopra danno un valore sovrastimato dell'intensità del campo elettromagnetico, poiché l'emettitore non può più essere considerato come un punto.
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