www.diagram.com.ua
www.diagram.com.ua
Русский: Русская версия English: English version
Translate it!
Поиск по сайту

+ Поиск по журналам
+ Поиск по статьям сайта
+ Поиск по схемам СССР
+ Поиск по Библиотеке

Бесплатная техническая библиотека:
Все статьи А-Я
Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники
Новости науки и техники
Журналы, книги, сборники
Архив статей и поиск
Схемы, сервис-мануалы
Электронные справочники
Инструкции по эксплуатации
Голосования
Ваши истории из жизни
На досуге
Случайные статьи
Отзывы о сайте

Справочник:
Большая энциклопедия для детей и взрослых
Биографии великих ученых
Важнейшие научные открытия
Детская научная лаборатория
Должностные инструкции
Домашняя мастерская
Жизнь замечательных физиков
Заводские технологии на дому
Загадки, ребусы, вопросы с подвохом
Инструменты и механизмы для сельского хозяйства
Искусство аудио
Искусство видео
История техники, технологии, предметов вокруг нас
И тут появился изобретатель (ТРИЗ)
Конспекты лекций, шпаргалки
Крылатые слова, фразеологизмы
Личный транспорт: наземный, водный, воздушный
Любителям путешествовать - советы туристу
Моделирование
Нормативная документация по охране труда
Опыты по физике
Опыты по химии
Основы безопасной жизнедеятельности (ОБЖД)
Основы первой медицинской помощи (ОПМП)
Охрана труда
Радиоэлектроника и электротехника
Строителю, домашнему мастеру
Типовые инструкции по охране труда (ТОИ)
Чудеса природы
Шпионские штучки
Электрик в доме
Эффектные фокусы и их разгадки

Техническая документация:
Схемы и сервис-мануалы
Книги, журналы, сборники
Справочники
Параметры радиодеталей
Прошивки
Инструкции по эксплуатации
Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Бесплатный архив статей
(150000 статей в Архиве)

Алфавитный указатель статей в книгах и журналах

Бонусы:
Ваши истории
Загадки для взрослых и детей
Знаете ли Вы, что...
Зрительные иллюзии
Веселые задачки
Каталог Вивасан
Палиндромы
Сборка кубика Рубика
Форумы
Карта сайта

ДИАГРАММА
© 2000-2020

Дизайн и поддержка:
Александр Кузнецов

Техническое обеспечение:
Михаил Булах

Программирование:
Данил Мончукин

Маркетинг:
Татьяна Анастасьева

Перевод:
Наталья Кузнецова

Контакты

При использовании материалов сайта обязательна ссылка на http://www.diagram.com.ua

сделано в Украине
сделано в Украине

Диаграмма. Бесплатная техническая библиотека

Бесплатная техническая библиотека Бесплатная техническая библиотека, Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

О питании радиоприемников свободной энергией

Бесплатная техническая библиотека

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Радиоприем

Комментарии к статье Комментарии к статье

Возможно, из-за подорожания аккумуляторных элементов и батарей, а может быть, и по какой-то другой причине, но в последнее время сильно возрос интерес радиослушателей к проблеме питания радиоприемника "свободной энергией" излучения мощных передающих радиовещательных станций. В ряде периодических изданий появились сообщения о "громкоговорящих" детекторных устройствах, а также о приемниках, которые работают на телефоны и, питаясь от поля какой-либо мощной радиостанции, принимают программы других менее мощных станций. Поскольку причины такого явления а какой-то мере окутаны тайной, а в литературе предлагаются самые невероятные схемные решения, с помощью которых якобы можно получить еще более невероятные результаты.

Цель настоящей статьи - помочь радиолюбителям, интересующимся данной проблемой, разобраться в ней с объективной точки зрения и реально оценить возможности радиоприемных устройств, питающихся "свободной энергией" мощных радиостанций. Вопросы оптимального детектирования и построения самих приемников предполагается рассмотреть в одной из следующих статей.

Известно, что ЭДС, наводимая полем передающей радиостанции в антенне радиоприемнике, может быть определена по формуле: ε = Е*hд, где Е - напряженность поля радиостанции в точке приема, а hд - действующая высота антенны. Однако нам нужно максимизировать вовсе не ЭДС, а мощность принимаемого сигнала, подводимого к детектору, входное сопротивление которого Rвх зависит от его схемы, сопротивления нагрузки, в в некоторой степени и от величины наведенной в антенне ЭДС. Поскольку мощность поступающего на детектор сигнала Р = U*I (где U - подводимое к детектору напряжение, а I - протекающий через него ток), а входное сопротивление Rвх = U/I, то максимизировать мощность можно, изменяя входное сопротивление детектора, выбирая различные схемы согласования его с антенной, а также увеличивая напряжение на детекторе, уменьшая ток, и наоборот.

С другой стороны, известно, что источник (антенная цепь) отдает в нагрузку (детектор) максимальную мощность в том случае, когда его активное сопротивление равно входному сопротивлению нагрузки, т. е. RА = Rвх, а реактивное сопротивление скомпенсировано включением реактивного сопротивления другого знака. Это обычные условия согласования источника с нагрузкой Как их выполнить в реальной ситуации?

Наиболее мощные радиостанции работают в диапазонах длинных и средних волн. Влажная почва, пресная вода, а тем более морская, обладают на этих частотах свойствами проводника, в котором токи проводимости намного больше токов смещения. В результате волны с горизонтальной поляризацией оказываются у поверхности земли значительно ослабленными. По этой причине для радиовещания используют волны с вертикальной поляризацией, излучаемые вертикальными мачтами - антеннами с более или менее развитой горизонтальной частью и хорошим заземлением.

Вопросы проектирования длинноволновых и средневолновых антенн были решены еще в тридцатые годы и подробно освещены в учебниках сороковых - пятидесятых годов, этим объясняется и "древность" литературы, приведенной в конце статьи.

О питании радиоприемников свободной энергией
Рис. 1

Эскиз вертикальной антенны с заземлением показан на рис 1,а. Собственная (резонансная) длина волны, излучаемой такой антенной (напомним, что ею считается волна, на частоте которой сопротивление на разъеме ХТ1 активно и равно сопротивлению четвертьволнового несимметричного вибратора, т. е. ~37 Ом) λ0=4*IД, а действующая высота hд=2IА/π. В любительских условиях построить четвертьволновую вертикальную антенну практически невозможно, поскольку она оказывается слишком высокой, поэтому обычно используют Г-образные (рис. 1, б) и Т-образные (рис. 1,в) антенны, у которых параметр λ0= КIД, где IА = h + IГ, а К - коэффициент, значение которого можно определить по таблице:

Антенна К
Г-образная с IГ, < h 4,5...5
Г-образная с IГ, > h 5...6
Т-образная с IГ, > h 6...8
Зонтичная 6...10

Можно было бы порекомендовать зонтичную антенну, имеющую 3-4 горизонтальных луча, соединенных в одной точке с вертикальной частью, однако из-за сложности конструкции она применяется крайне редко.

В приеме радиоволн участвует лишь вертикальная часть антенны, горизонтальная же выполняет функции емкостной нагрузки, увеличивая собственную длину ее волны и действующую высоту. Чем более развита горизонтальная часть, тем точнее выполняется соотношение hд = h и эффективнее сама антенна.

В большинства случаев антенна принимает сигналы, длина волны которых больше собственной длины волны антенны λ >λ0, и ее сопротивление носит комплексный характер (Za) с активной (RΣ) и реактивной (Х) составляющими, определяемыми по формулам:

ZА=RА - jX;
RΣ = 1600(hд/λ)2;
X = W*ctg(πλ0/λ),

где W - волновое сопротивление провода антенны, равное примерно 450...560 Ом.

О питании радиоприемников свободной энергией
Рис. 2

Для компенсации емкостного сопротивления антенны в ее цепь включают индуктивность (удлиняющую катушку), и эквивалентная схема антенны приобретает вид, показанный на рис. 2. Теперь имеется возможность подсчитать мощность, передаваемую антенной в нагрузку (детектор), причем потери в ее цепи учитывать пока не будем. При равенстве входного сопротивления детектора и активной составляющей сопротивления антенны Rвх=RΣ мощность в нагрузке максимальна и равна

Р0= (ε/2)2/RΣ.

Подставляя в эту формулу выражения для ε и RΣ, получаем

P0= Е2 hд2 λ2 / (4*1600*hд2) = Е2 λ2 / 6400

Выведенная нами формула определяет максимальную мощность, которая может быть наведена полем радиостанции в идеальной антенне без потерь. Интересно отметить, что от размеров и конструкции конкретной антенны эта мощность не зависит. Из сказанного можно сделать следующие выводы.

- возможность питания приемников "свободной энергией" зависит только от напряженности поля радиостанции в месте приема;
- прием лучше вести на длинных и сверхдлинных волнах;
- для эффективного приема необходимо согласовать активные сопротивления детектора и антенны, а также скомпенсировать реактивное сопротивление антенны.

Для примера рассчитаем максимальную мощность, которая может навестись в антенне полем ДВ радиостанции, работающей на частоте 171 кГц (λ=1753 м) при его напряженности 20 мВ/м, которая имеет место во многих районах Московской области и даже за ее пределами:

Р0= E22/6400 =0,022 * 17532 /6400=0,19 Вт.

Такой мощности вполне достаточно для громкоговорящей работы большинства портативных приемников, поскольку она эквивалентна Uпит = 9 В при токе 20 мА.

К сожалению, реальная ситуация далека от идеальной. Дело в том, что в антенной цепи имеется сопротивление потерь Rп, складывающееся из сопротивления провода антенны, активного сопротивления согласующей катушки L (рис. 2) и сопротивления заземления. КПД такой антенны определяется выражением

η = RΣ/(RΣ+Rп).

а получаемая от нее мощность - формулой:

Р = Р0*η = E2 λ2*η / 6400

Вычисление КПД антенны задача вполне решаемая. Погонное сопротивление медного провода диаметром 1 мм постоянному току составляет 22,5 Ом/км и возрастает примерно в 2 раза на частоте 200 кГц [1]. Для провода диаметром 2 мм аналогичные значения будут 5,5 Ом/км и 3 раза. Таким образом, сопротивление провода антенны RПА длиной 20...50 м можно оценить в 0,3...3 Ом. Сопротивление заземления РПЗ больше. М. Б. Шулейкин в свое время предложил такую эмпирическую формулу для определения потерь в заземлении [2]:

RПЗ = Aλ/λ0,

где коэффициент А изменяется от 0,5...2 Ом для хорошего заземления и до 4...7 Ом - для плохого. Сопротивление согласующей катушки Rпк зависит от ее конструктивной добротности Q и может быть рассчитано по формуле:

Rпк = X/Q.

Используя данные приведенного выше примера рассчитаем КПД Г-образной антенны с высотой подвеса 10 м и длиной горизонтальной части 20 м, имеющей hд=10 м. По таблице определим коэффициент К = 6, тогда собственная длина волны антенны будет равна: λ0=6*(10+20) = 180 м, а λ/λ0 = 10. При диаметре провода 1 мм сопротивление RПА= 22,5*2*0,03 = 1,3 Ом, удовлетворительное заземление может быть получено при Rое= 3*10 = 30 Ом. При волновом сопротивлении провода антенны W = 500 Ом реактивное сопротивление антенны X = 500*ctg(π/10) = 500/0,31 = 1600 Ом. Задавшись конструктивной добротностью согласующей катушки Q = 250, найдем ее сопротивление Rпк = 1600/250 = 6,45 Ом. Общее сопротивление потерь антенны, равное сумме всех найденных, составит около 38 Ом, в то время как сопротивление излучения

RΣ = 1600(hД/λ)2=1600(10/1753)2 = 0,05 Ом,

а это значит,что КПД η =0,05/38 =0,14%!

Таким образом, мощность сигнала, отдаваемая в нагрузку рассмотренной антенной, составит всего 0,19*0,0014=0,26 мВт, что равнозначно, например, напряжению питания 1 В при токе 0,26 мА. Этого достаточно для работы приемника на телефоны, но маловато для питания громкоговорящего приемника.

Заметим, что основную долю в потери антенны вносит заземление. Чтобы сделать его хорошим, надо прокопать землю до водоносного слоя и поместить на этой глубине металлический предмет, возможно, большей площади, разумеется, закопав потом яму. Можно рекомендовать также изготовить систему проводов-противовесов, радиально расходящихся от точки заземления и закопанных на небольшой глубине. Если эксперименты проводятся на садовом участка, то в качестве заземления можно использовать трубы водозаборной скважины, водопровода, противовесом же может служить и металлическая ограда участка, если позаботиться о хорошем электрическом контакте отдельных ее частей.

Немаловажный вопрос: как обеспечить нужное согласование антенны с детектором? Введение лишних реактивных элементов только ухудшает КПД из-за присущих им дополнительных потерь, поэтому желательно обойтись только элементами, которые показаны на рис. 2. В этом случае рекомендуемая схема приемника примет вид, показанный на рис. 3.

О питании радиоприемников свободной энергией
Рис. 3

Катушка переменной индуктивности L1 вместе с емкостью антенны образует колебательный контур, настроенный на частоту мощной радиостанции. Реактивные сопротивления антенны и катушки при этом равны и компенсируются. Последовательное активное сопротивление антенной цепи RА = RΣ + Rппересчитывается в эквивалентное сопротивление Rое = X2/RА, подключенное параллельно катушке Если оно слишком велико для согласования со входным сопротивлением детектора, последний подключают к отводу катушки таким образом, чтобы выполнялось условие n2*Rое=Rвх, где n - отношение числа витков катушки от заземленного вывода до отвода к общему числу витков. Схема детектора, содержащая диод VD1, блокировочный конденсатор С1 и нагрузку, пояснений не требует.

В приведенном выше примере Rое=16002/38 = 67,4 кОм. Если детектор имеет входное сопротивление порядка 2 кОм, что справедливо при работе его на телефоны сопротивлением 4 кОм, n = (2/67)0,5 = 0,17, следовательно, отвод надо сделать примерно от 1/6 части витков всей катушки.

Важной проблемой в сельской местности всегда была и остается грозозащита антенн. Лучше всего антенну постоянно соединить с заземлением. Схема приемника, показанного на рис. 3, этому условию отвечает. Тем не менее даже и не особенно близкие удары молний наводят в больших антеннах импульсную ЭДС, измеряемую многими киловольтами, что отнюдь не безопасно. Защитить диод детектора поможет газонаполненный разрядник или даже простая неоновая лампочке HL1, включенная между антенной и заземлением. И все же при близкой грозе антенну следует заземлять специальным переключателем SA1.

Парадоксальный, на первый взгляд, результат, заключающийся в независимости мощности, снимаемой с антенны, от ее размеров при отсутствии потерь и при согласовании с нагрузкой, легко объясним. Хорошо известно, что передающая антенна, если в ней нет потерь и если она согласована с источником сигнала, излучает всю подводимую к ней мощность. Поэтому различные антенны с одинаковой диаграммой направленности при указанных выше условиях создают на одинаковом расстоянии одну и ту же напряженность электромагнитного поля. Остается добавить - независимо от размеров антенны. Конечно, как только речь заходит о реальных антеннах с потерями, указанное утверждение сразу теряет практическую ценность При уменьшении размеров антенн их сопротивление излучения становится крайне малым, реактивная составляющая сопротивления возрастает, что затрудняет согласование антенны с источником сигнала, потери увеличиваются, поэтому эффективность антенн резко падает

Из обратимости антенн следует, что при одинаковой напряженности поля, согласовании с нагрузкой и отсутствии потерь приемные антенны различных размеров обеспечат и в нагрузке одинаковую мощность. Конечно, и для приемных антенн потери и трудности согласования с нагрузкой оставляют за полученным результатом чисто теоретическое значение.

Отметим еще раз, что все приведенные в статье расчеты справедливы лишь в тем случае, когда размеры антенны значительно меньше длины волны.

Литература
  1. Г. Гинкин Справочник по радиотехнике. -М. - Л:ГЭИ, 1946.
  2. Г. Белоцерксвский. Антенны. - М.. Оборонгиз, 1956.
Автор: В.Поляков, г.Москва

Смотрите другие статьи раздела Радиоприем.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Рекомендуем скачать в нашей Бесплатной технической библиотеке:

раздел сайта Металлоискатели

журналы Левша (годовые архивы)

книга Драма идей в познании истории. Зельдович Я.Б., Хлопов М.Ю., 1988

книга Юный радиолюбитель. Борисов В.Г., 1979

статья Новые режимы в комбинированном измерительном приборе

статья Скандал в благородном семействе

справочник Зарубежные микросхемы и транзисторы. Серия G

Оставьте свой комментарий к этой статье:

Имя:


E-mail (не обязательно):


Комментарий:

[lol][;)][roll][oops][cry][up][down][!][?]




Бесплатная техническая библиотека Бесплатная техническая документация для любителей и профессионалов