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ENCICLOPEDIA DELLA RADIOELETTRONICA ED ELETTRICA Misurare i parametri dell'antenna? Per niente difficile! Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica
Enciclopedia della radioelettronica e dell'elettrotecnica / Antenne. Misure, regolazione, coordinamento I parametri dell'antenna correttamente definiti in un sistema di ricezione radio sono la base per la possibilità di ricevere con successo stazioni radio remote. Ma non sempre un radioamatore può avere a portata di mano gli strumenti necessari per tali misurazioni. In questo articolo, l'autore propone di utilizzare un metodo semplice che produce risultati abbastanza accettabili. Avendo sospeso un'antenna filare da esterno, un appassionato di ricezione radio su onde lunghe e medie (LW e MW) si pone spesso la domanda: quali sono i suoi parametri? Esistono due parametri principali: questa è la resistenza alla perdita del sistema di messa a terra dell'antenna rn e la capacità dell'antenna rispetto alla stessa terra CA. Da questi parametri dipende l'efficienza del sistema di antenne e, di conseguenza, la possibilità di ricevere stazioni lontane, alimentare il dispositivo ricevente con "energia libera" di segnali ricevuti dall'aria, sintonizzare il sistema di antenne su frequenze diverse, ecc. Le misurazioni dell'antenna sono "terra incognita" per la maggior parte dei radioamatori, e non solo per i principianti. Tutti i metodi noti richiedono un potente generatore ad alta frequenza e un ponte di misurazione, apparecchiature che raramente si trovano nei radioamatori. Spesso questi due dispositivi sono combinati per formare un alimentatore o un ohmmetro d'antenna (come vengono chiamati), utilizzato, ad esempio, durante la sintonizzazione e la regolazione delle antenne dei centri radio trasmittenti [1]. È necessario un potente generatore RF perché l'antenna, aperta a tutti i venti, ha un'alta tensione di vari pickup, anche da segnali di altre stazioni radio che interferiscono con le misurazioni. Nel metodo di misurazione proposto, il generatore non è affatto necessario. Misureremo i parametri dell'antenna usando i segnali dall'aria, poiché ce ne sono molti lì. Devo realizzare un dispositivo speciale o un supporto per le misurazioni? Questo è facoltativo. Considerando che le antenne non vengono cambiate tutti i giorni, non sarà difficile assemblare semplici circuiti di misura direttamente sulla scrivania o sul davanzale della finestra, senza nemmeno utilizzare schede di prototipazione. Misura della resistenza alla perdita. Avrai bisogno di un'asta di ferrite da un'antenna magnetica con una coppia di bobine, preferibilmente gamme LV e MW, un resistore variabile con una resistenza di 0,47 ... 1 kOhm (necessariamente senza filo), qualsiasi germanio a bassa potenza ad alta frequenza diodo e un voltmetro CC con un'elevata resistenza di ingresso interna (almeno 0,5 ... 1 MΩ). Per identificare "a orecchio" le stazioni radio ricevute è utile disporre di telefoni ad alta impedenza
Montiamo il dispositivo secondo lo schema di Fig. 1 e, muovendo l'asta nella bobina dell'antenna magnetica, ci sintonizziamo sulla frequenza del segnale di una potente stazione radio locale. In questo caso, il resistore variabile R1 deve essere impostato sulla posizione di resistenza zero (spostare il cursore nella posizione superiore secondo lo schema). Il momento della messa a punto del circuito in risonanza con la frequenza della stazione radio sarà contrassegnato dalla massima deviazione dell'ago del misuratore e dal volume più alto nei telefoni. I telefoni collegati in serie con il voltmetro non hanno praticamente alcun effetto sulle sue letture, allo stesso tempo il volume non è troppo alto. Per aumentarlo per il tempo di identificazione della stazione radio, il voltmetro può essere chiuso, portato al limite di misurazione più basso, dove la sua resistenza è inferiore, o un condensatore con una capacità dell'ordine di 0,05 ... condensatore, il suono potrebbe essere alquanto distorto a causa della disuguaglianza del carico del rivelatore alle frequenze audio e alla corrente continua). Notando le letture del voltmetro (U1) e senza modificare le impostazioni del circuito, spostare il cursore del resistore variabile R1 finché le letture del voltmetro non vengono dimezzate (U2). In questo caso, la resistenza del resistore sarà uguale alla resistenza di perdita del sistema dell'antenna a una data frequenza. Le stesse misure possono essere effettuate ad altre frequenze. La resistenza del resistore viene misurata con un ohmmetro, scollegandolo dal circuito di misurazione. In mancanza di un ohmmetro è necessario dotare la resistenza di una penna con mirino e scala graduata, che va tarata in ohm con uno strumento standard. Utilizzando la suddetta metodologia, è possibile scegliere, ad esempio, la migliore opzione di messa a terra. In condizioni urbane sono possibili le seguenti opzioni: tubi dell'acqua, tubi del riscaldamento, raccordi per ringhiere per balconi, ecc., nonché varie combinazioni di essi. Dovresti concentrarti sul massimo segnale ricevuto e sulla minima resistenza alla perdita. In una casa di campagna, oltre alla "classica" messa a terra, si consiglia di provare un pozzo o tubi dell'acqua, una recinzione in rete metallica, un tetto in lamiera zincata o qualsiasi altro oggetto metallico massiccio, anche se non è a contatto con vera terra. Misura della capacità dell'antenna. Invece di un resistore variabile, ora devi accendere il KPI (di qualsiasi tipo) con una capacità massima di 180 ... 510 pF. È anche desiderabile avere un misuratore di capacità con un limite di misurazione da decine a centinaia di picofarad. L'autore ha utilizzato un capacitametro digitale Master-S [2] gentilmente fornito dal suo progettista.
Se non è presente un misuratore di capacità, devi fare come con un resistore: dotare il KPI di una scala e calibrarlo in picofarad. Questo può essere fatto senza dispositivi, poiché la capacità è proporzionale all'area della parte introdotta delle piastre. Disegna la forma della piastra del rotore su carta millimetrata (più grande è, più precisa è la graduazione), dividi il disegno in settori a 10 gradi angolari e calcola l'area di ciascun settore e l'intera piastra S0 in celle. Sulla fig. 2, il primo settore con un'area è ombreggiato, al primo rischio della scala corrispondente, è necessario mettere la capacità C1 = Cmax S1 / S0, ecc. Se le piastre del rotore hanno una forma semicircolare (un condensatore a capacità diretta), la scala risulta essere lineare e quindi non è necessario fare disegni e contare le aree. Ad esempio, un KPI con un dielettrico solido di un kit per la creatività dei bambini ha una capacità massima di 180 pF. È sufficiente dividere la scala in 18 settori di 10 gradi ciascuno e inserire circa divisioni di 10, 20 pF, ecc. Lascia che la precisione sia bassa, per i nostri scopi è sufficiente.
Dopo aver calibrato il KPI, montiamo l'impianto secondo lo schema di fig. 3. Collegando l'antenna al jack XS1 e spegnendo il KPI con l'interruttore SA1, regoliamo il circuito formato dalla capacità dell'antenna e dalla bobina L1 alla frequenza della stazione radio. Senza più toccare la bobina, colleghiamo l'antenna alla presa XS2 e colleghiamo il condensatore C2 (il nostro KPI) al circuito con l'interruttore SA1. Ci sintonizziamo di nuovo sulla stessa frequenza, ora con l'aiuto di C2. Determiniamo la sua capacità Sk su una scala o utilizzando un misuratore di capacità collegato alle prese XS3, XS4 (commutando SA1 nella posizione mostrata nel diagramma per questo). Resta da trovare la capacità dell'antenna SA secondo la formula SA =C2(1 + √1+4С1/С2) / 2. Il significato delle nostre manipolazioni è il seguente: quando abbiamo collegato l'antenna attraverso il condensatore di accoppiamento C1, la capacità totale del circuito si è ridotta e per ripristinarla abbiamo dovuto aggiungere la capacità C2. Tu stesso puoi derivare la formula di cui sopra basata sull'uguaglianza della capacità dell'antenna CA (nel primo caso) e della complessa capacità di contorno C2 + CA C1 / (CA + C1) nel secondo caso. Per migliorare l'accuratezza delle misurazioni, è preferibile scegliere una capacità inferiore del condensatore di accoppiamento, compresa tra 15 e 50 pF. Se la capacità del condensatore di accoppiamento è molto inferiore alla capacità dell'antenna, la formula di calcolo è semplificata: SA = C2 + C1. Esperimento e sua discussione. L'autore ha misurato i parametri di un'antenna di questo tipo disponibile alla dacia: un filo PEL 0,7 lungo 15 m, che viene teso fino al colmo del tetto e lontano dalla casa fino a un albero vicino. La migliore "messa a terra" (contrappeso) era uno scaldabagno isolato da terra con una piccola rete di tubi e batterie di riscaldamento locali. Tutte le misurazioni sono state effettuate nella gamma MW utilizzando una bobina MW standard di un'antenna magnetica da un ricevitore a transistor. Se non c'era abbastanza induttanza per sintonizzarsi al limite delle basse frequenze della gamma, un'altra barra di ferrite veniva posizionata accanto all'antenna magnetica, parallela alla prima. I risultati della misurazione sono riassunti nella tabella. Hanno bisogno di un piccolo commento. Innanzitutto, è sorprendente che a frequenze diverse sia la resistenza alla perdita che la capacità dell'antenna siano diverse.
Questi non sono affatto errori di misurazione. Considera prima la dipendenza dalla frequenza della capacità. Se il filo dell'antenna non avesse anche qualche induttanza LA, i valori di capacità sarebbero gli stessi. L'induttanza del filo è in serie con la capacità dell'antenna, come visto dal circuito equivalente del circuito dell'antenna mostrato in Fig. 4.
L'influenza dell'induttanza è più forte alle alte frequenze, dove la reattanza induttiva aumenta e compensa parzialmente la reattanza capacitiva. Di conseguenza, la reattanza totale dell'antenna diminuisce e la capacità misurata aumenta. L'antenna ha una frequenza naturale fo - la frequenza di risonanza del circuito LA CA, alla quale la reattanza si annulla e il valore di capacità misurato tende all'infinito. La lunghezza d'onda naturale dell'antenna λ0 corrispondente a questa frequenza è approssimativamente pari a quattro volte la lunghezza del filo dell'antenna e rientra solitamente nel range della banda HF. La frequenza naturale può essere calcolata dalle misure di capacità a due frequenze arbitrarie, ma le formule sono troppo complicate. Per la sua antenna, l'autore ha ricevuto CA = 85 pF, LA = 25 μH e fo - circa 3,5 MHz. Per stime approssimative, possiamo ipotizzare che ogni metro di filo d'antenna (unitamente alla riduzione) introduca un'induttanza di circa 1...1,5 μH e una capacità di circa 6 pF. La resistenza di perdita con una bobina L1 di qualità sufficientemente buona è costituita principalmente dalla resistenza di terra. A sua volta, è calcolato secondo la formula empirica (ottenuta sulla base di dati sperimentali) di M. V. Shuleikin [3]: rn = AV/λ0. Qui A è un coefficiente costante dipendente dalla qualità della messa a terra, con una variazione in ohm. Per buoni motivi, A è unità e persino frazioni di ohm. Come puoi vedere, la resistenza alla perdita aumenta con l'aumentare della lunghezza d'onda (abbassando la frequenza), il che è stato confermato dai dati nella tabella. La dipendenza dalla frequenza della resistenza alla perdita è stata scoperta all'inizio del secolo scorso, ma l'autore non ha trovato in letteratura una spiegazione dettagliata di questo effetto. A questo proposito, molti dei dati ottenuti dai radioamatori durante la misurazione dei parametri delle loro antenne possono essere molto utili. Letteratura
Autore: V.Polyakov, Mosca
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