Измерение чувствительности радиоприемников с магнитной антенной. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Радиоприем

 Комментарии к статье

Магнитные антенны широко применяются в радиоприемных устройствах для приема сигналов в ДВ, СВ и реже KB диапазонах. Для измерения чувствительности в точке расположения антенны радиоприемника с помощью известной методики создают электромагнитное поле известной напряженности. В статье проведен анализ этой методики и приведены рекомендации по ее усовершенствованию.

Чувствительность радиоприемника - такая величина входного сигнала, при которой на его выходе создается определенное отношение сигнал/шум. При измерении чувствительности по напряжению вход радиоприемника подключают к генератору сигналов через эквивалент антенны - электрическую цепь, имитирующую параметры внешней антенны. Для радиоприемников с магнитной антенной проводят измерения чувствительности по полю, но в технической литературе этому вопросу уделяется очень мало внимания. Обычно все сводится к ссылке на якобы хорошо известные методики [1-3], суть которых заключается в создании заданной напряженности магнитного поля с помощью рамки с током, подключенной к измерительному генератору. Изменяя сигнал генератора с учетом коэффициента преобразования рамки, находят напряженность поля, при которой выходной сигнал радиоприемника имеет требуемые параметры.

Ознакомление с источниками [1-3] показало, что имеется в виду одна и та же методика, в которой применена одновитковая рамка квадратной формы со стороной 380 мм, выполненная из медной трубки диаметром 3...5 мм. Ее через резистор сопротивлением 80 Ом подключают непосредственно к выходу генератора сигналов. Середину магнитной антенны радиоприемника располагают на расстоянии 1 м от центра рамки так, чтобы ось антенны была перпендикулярна плоскости рамки. При этом напряженность поля (мВ/м) в точке расположения магнитной антенны численно равна выходному напряжению генератора сигналов (мВ).

Применение этой методики при использовании современных генераторов ВЧ сигналов привело к удручающим результатам - измеренная чувствительность радиоприемников оказалась хуже ожидаемой примерно в десять раз. Более подробное изучение этой ситуации показало, что данная методика была разработана для случая использования генератора ГСС-6, в котором при отключении выносного аттенюатора выходной сигнал в десять раз больше показаний его аттенюатора (выносной аттенюатор имеет коэффициенты передачи 10, 1 и 0,1). Следовательно, напряжение на рамке оказывается в десять раз больше, а суммарный коэффициент преобразования сигнала генератора в электромагнитное поле равен 1 за счет того, что коэффициент преобразования измерительной рамки равен 0,1. Кроме того, выходное сопротивление генератора ГСС-6 в этом режиме равно 80 Ом, что и объясняет сопротивление добавочного резистора. Но современные генераторы ВЧ сигналов, как правило, имеют выходное сопротивление 50 Ом. Все это побудило заняться корректировкой известной методики проверки чувствительности приемников с магнитной антенной.

Начнем с самой магнитной рамки. Так называемая стандартная рамка состоит из одного витка квадратной формы со стороной 380 мм и применяется в диапазоне частот 0,15...1,6 МГц. Очевидно, что ее размеры много меньше длины волны Я., а расстояние от рамки до магнитной антенны больше ее размеров, поэтому в рабочем диапазоне частот она представляет собой элементарный магнитный излучатель.

Анализ поля элементарного магнитного излучателя [4] показывает, что на расстояниях r<λ,магнитное поле существует во всех направлениях от излучателя. Представляют интерес два направления (показаны на рисунке). Первое - перпендикулярное к плоскости рамки, при этом ось магнитной антенны должна быть направлена на центр рамки. Теоретически это направление в дальней зоне соответствует минимуму диаграммы направленности. Второе - в плоскости рамки, ось магнитной антенны при этом перпендикулярна ей. В дальней зоне это направление соответствует максимуму диаграммы направленности излучателя.

Используя выражения для напряженности магнитного поля по этим направлениям [4] и перейдя от магнитного момента вибратора к рамке с током [5], получим

где H1 Н2 - напряженность магнитной составляющей поля в точках 1 и 2 (см. рисунок) соответственно; S - площадь рамки, м2; I - ток в рамке, А; г - расстояние между центрами рамки и магнитной антенны, м; А,-длина волны сигнала, м.

Выражения (1), (2) позволяют рассчитать напряженность магнитного поля на любом расстоянии от рамки в двух направлениях. Можно показать, что при малых расстояниях {λ/2π) они совпадают с выражениями для магнитного поля рамки с постоянным током. Но напряженность электромагнитного поля принято измерять по напряженности его электрической составляющей. В сформировавшемся электромагнитном поле существует строгая зависимость между напряженностью электрической и магнитной составляющих. Чтобы найти напряженность электрической составляющей поля, которая соответствует известной магнитной составляющей, необходимо выражения (12) умножить на волновое сопротивление среды, для воздуха равное 120π . С учетом того, что на малых расстояниях 2πr<<λ эти выражения преобразуются:

где E1,E2 - напряженность электромагнитного поля в точках 1 и 2 (см. рисунок) соответственно.

Полученные выражения показывают, что напряженность электромагнитного поля вблизи рамки с током зависит от ее площади, значения тока, обратно пропорциональна кубу расстояния и не зависит от длины волны. При этом напряженность поля в первом направлении в два раза больше, чем во втором. Этим, в частности, объясняется тот факт, что в металлоискателях в большинстве случаев используется положение катушки, параллельное исследуемой поверхности.

Используя выражения (3), (4), можно рассчитать напряженность поля для рамки любых приемлемых размеров при известном токе и расстоянии. Однако удобнее связать напряженность поля с выходным сигналом генератора сигналов, к которому подключена рамка. Для задания тока последовательно с ней включают добавочный резистор. Обычно индуктивное сопротивление рамки пренебрежимо мало и его можно не учитывать. В этом случае ток в рамке без учета его индуктивного сопротивления равен

где U - выходное напряжение (по показаниям его аттенюатора) генератора, В; Rr - выходное сопротивление генератора, Ом; Rд- сопротивление добавочного резистора, Ом.

В итоге получены выражения

где К1 К2 - коэффициент преобразования напряжения сигнала генератора в напряженность электромагнитного поля при положении приемной антенны в точках 1 и 2 (см. рисунок) соответственно.

Выражения (5), (6) позволяют рассчитать коэффициент преобразования выходного сигнала генератора в значение напряженности электромагнитного поля либо определить площадь рамки или расстояние до нее для заданного значения коэффициента преобразования. В соответствии с ними в известной методике коэффициент преобразования для квадратной рамки со стороной 380 мм, генератора с выходным сопротивлением 80 Ом и добавочным резистором с таким же сопротивлением дает значение 0,108 при расстоянии 1 м. Очевидно, что в этой методике рамка была рассчитана на коэффициент преобразования 0,1. Небольшая погрешность, скорее всего, вызвана округлением размеров рамки в сторону увеличения и для измерения чувствительности не имеет существенного значения.

Для современных генераторов сигналов с выходным сопротивлением 50 Ом с такой рамкой при сопротивлении добавочного резистора 80 Ом коэффициент преобразования K1 = 0,133, а с добавочным резистором 51 Ом К1 = 0,172, что неудобно для практического использования.

Размеры рамки (ее площадь) при коэффициенте преобразования К, = 1 можно определить из выражения (5). Для r = 1 м, Rr = 50 Ом, Rд = 51 Ом площадь должна составлять 0,84 м2. Это соответствует квадратной рамке со стороной около 0,917 м или круглой диаметром 1,035 м. Но ее индуктивность, в зависимости от примененного диаметра провода, будет 4...4,5 мГн, что приведет к заметной зависимости тока в рамке от частоты сигнала на частотах свыше 1 МГц. Кроме того, такие размеры становятся соизмеримыми с расстоянием до антенны, из-за чего формулы, полученные для элементарного магнитного излучателя, становятся не применимыми.

Удобнее использовать коэффициент преобразования К1 =0,1, что позволит применить сравнительно небольшую рамку площадью 0,085 м2 - это соответствует квадратной рамке со стороной 291 мм или круглой диаметром 328 мм. При диаметре проводника 3 мм ее индуктивность - около 1 мГн. Для таких рамок при добавочном резисторе 51 Ом выходной сигнал генератора, равный 15 мВ, будет соответствовать напряженности поля 1,5 мВ/м на расстоянии 1 м.

Учет влияния индуктивности рамки показывает, что с ее помощью можно проводить измерение чувствительности радиоприемников с магнитной антенной до частоты 8 МГц, на которой напряженность поля уменьшится примерно на 9 %.

На более высоких частотах можно применить рамку площадью 84,17 см2 (что соответствует квадрату со стороной 92 мм или кругу диаметром 104 мм), выполненную из медной трубки или проволоки диаметром 3 мм С такой рамкой и добавочным резистором 51 Ом коэффициент преобразования составит К, = 0,01, поэтому для создания поля напряженностью 1,5 мВ/м на расстоянии 1 м потребуется выходной сигнал генератора 150 мВ. Измерение чувствительности можно проводить до частоты 30 МГц, на которой напряженность поля уменьшится примерно на 8 %. Эта же рамка обеспечит коэффициент преобразования К, =0,1 на расстоянии 465 мм, однако в таком случае потребуется высокая точность установки расстояния между рамкой и антенной.

Точность установки этого расстояния влияет на погрешность измерений. Так, при расстоянии 1 м погрешность ±3,33 см приводит к погрешности измерения ±10%. На расстоянии 465 мм такая же погрешность измерения будет при точности установки ±1,55 см.

Круглая и квадратная рамки эквивалентны, можно также применять рамки другой формы, например треугольной, важно, чтобы их площадь в точности равнялась требуемой. Поэтому с конструктивной точки зрения удобнее применить именно квадратную рамку, так как в этом случае проще получить заданную площадь.

Все приведенные примеры справедливы для случая, когда ось магнитной антенны расположена на перпендикуляре к плоскости рамки, проведенным через ее центр (положение 1, см. рисунок). Но для измерения чувствительности можно применить и другое направление (положение 2). В соответствии с выражением (6) в этом положении коэффициент преобразования уменьшится ровно в два раза. Поэтому для создания требуемой напряженности поля при прочих равных условиях необходимо в два раза увеличивать сигнал генератора либо уменьшить расстояние до центра рамки в раза. Но расстояние менее 0,5 м применять не рекомендуется, поскольку кубическая зависимость сильно увеличивает погрешность измерения от неточности установки расстояния до антенны. К тому же, когда расстояние до рамки становится соизмеримым с ее размерами, приведенные выражения дают завышенное значение напряженности электромагнитного поля, так как излучатель уже не может рассматриваться как точечный.

Однако второе положение может быть удобным с точки зрения компактности рабочего места, поскольку рамку можно расположить, например, над рабочим столом. Но во всех случаях важно, чтобы в зоне измерений не было крупных металлических предметов, способных заметно исказить поле.

Литература

1. Левитин Е. А., Левитин Л. Е. Радиовещательные приемники. Справочник. - М.: Энергия, 1967, с. 347.
2. Белов Н. Ф., Дрызго Е. В. Справочник по транзисторным радиоприемникам. - М.: Сов. Радио, 1973, ч. 2, с. 663-691.
3. Бродский М. А. Справочник радиомеханика. - Минск: Высш. школа, 1974, с. 115.
4. Айзенберг Г. 3., Ямпольский В. Г., Терешин О. Н. Антенны УКВ, ч. 1. - М.: Связь, 1977, с. 86.
5. Марков Г.Т., Сазонов Д.М. Антенны. - М.: Энергия, 1975, с. 34, формула (1-52).

Автор: Д. Алхимов, г. Смоленск; Публикация: radioradar.net

Смотрите другие статьи раздела Радиоприем.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Соседи формируют вашу микрофлору 27.04.2026

Ученые уже давно рассматривают человека не как изолированный организм, а как сложную экосистему, тесно связанную с микромиром внутри и вокруг него. Особенно активно исследуется кишечная микрофлора, от которой зависят пищеварение, иммунитет и даже некоторые аспекты поведения. Новая работа Университета Восточной Англии добавляет к этому пониманию еще один важный слой: оказывается, состав микробиоты может изменяться под влиянием людей, с которыми мы живем рядом. Чтобы проверить, как социальные контакты влияют на передачу микробов, исследователи обратились к природной модели - сейшельской камышовке (Acrocephalus sechellensis), небольшой певчей птице, обитающей на острове Кузен на Сейшельских островах. Этот вид оказался особенно удобным для наблюдений, поскольку птицы живут изолированно и не покидают остров, что позволяет отслеживать их биологические и социальные связи на протяжении всей жизни. В рамках многолетнего исследования ученые собирали сотни образцов птичьего помета, анализир ...>>

Лазерная печать микросхем как альтернатива кремнию 27.04.2026

Индустрия электроники постепенно уходит от исключительно кремниевых и пластиковых решений в сторону более гибких, дешевых и экологичных материалов. Одним из наиболее необычных направлений стала так называемая бумажная электроника, где привычный лист бумаги превращается в основу для работающих электронных схем. Именно в этой области исследователи из Лаборатории биоэлектроники и микросхем Бингемтонского университета предложили принципиально новый подход к созданию микросхем. Ученые разработали технологию, при которой электронные схемы формируются прямо на пергаментной бумаге с помощью стандартного углекислотного лазера. Особенность используемого материала заключается в тонком силиконовом покрытии, придающем бумаге гидрофобные свойства и защищающем ее от влаги. Лазер точечно удаляет это покрытие, создавая рисунок будущей схемы и обнажая целлюлозные волокна, способные впитывать жидкость. Далее в образованные лазером микроскопические каналы вводятся водные чернила, которые формируют ф ...>>

Психологическое состояние и старение 26.04.2026

Наука все чаще рассматривает старение не только как биологический процесс, но и как явление, тесно связанное с психологическим состоянием человека. Эмоциональное благополучие, уровень стресса и ощущение социальной включенности могут напрямую влиять на то, как быстро изнашивается организм на клеточном уровне. Китайские исследователи провели масштабный анализ данных людей старше 45 лет и обнаружили важную закономерность: такие факторы, как одиночество и субъективное ощущение несчастья, связаны с ускорением биологического старения примерно на 1,65 года. Иными словами, внутреннее эмоциональное состояние может "добавлять" организму лишний возраст даже при одинаковом паспортном возрасте. Чтобы получить более точную оценку биологического старения, ученые использовали комплексный подход. В их анализ вошли 16 биомаркеров крови, семь биометрических параметров, а также данные, связанные с биологическим полом участников. Такой набор позволил сформировать более многослойную картину состояния ...>>

Случайная новость из Архива Резина генерирует ток из тепла тела 05.09.2025 Ученые из Пекинского университета создали материал, который одновременно обладает эластичностью и способностью генерировать электричество за счет тепла человеческого тела. Это первая в мире термоэлектрическая резина, которая может непрерывно питать сенсоры, медицинские устройства и даже небольшие средства связи. Главная идея открытия основана на температурном контрасте. Организм поддерживает стабильные 37 °C, тогда как окружающая среда почти всегда холоднее. Именно эта разница превращается в источник энергии. "Мы первые предложили концепцию термоэлектрической резины", - подчеркивает автор исследования, материаловед Лей Тин. Ключом к успеху стало удачное объединение полупроводниковых полимеров с гибкой резиновой основой. Ученые разработали особую нановолоконную сеть, которая сохраняет высокую электропроводность даже тогда, когда материал подвергается сильному растяжению. Благодаря этому удалось соединить свойства, которые раньше казались несовместимыми: пластичность эластомеров и эффективность неорганических термоэлектриков. Результаты оказались впечатляющими. Резина способна растягиваться более чем на 850 процентов от своей начальной длины и при этом после деформации до 150 процентов восстанавливает свыше 90 процентов исходной формы. Добавленные примеси обеспечили высокую эффективность, сравнимую с характеристиками традиционных твердых термоэлектрических материалов. Особое значение это открытие имеет для эластомеров n-типа, которые проводят электроны. До настоящего момента совмещение высокой электропроводности и эластичности в подобных системах было нерешенной задачей. Работа китайской команды показала, что это возможно, если изменить сам подход к структуре материала. Практические применения выглядят многообещающе. В медицине новая технология способна заменить крупные аккумуляторы в кардиомониторах и сенсорах легкими модулями, питающимися от тепла тела. В сфере носимой электроники можно создавать смарт-часы и браслеты, которые никогда не требуют подзарядки. В условиях экстремальных ситуаций, например при пожарах, резина сможет служить источником питания для связи или датчиков, работающих от теплового излучения. Не менее интересна перспектива интеграции материала в одежду. Такая ткань не только будет регулировать температуру тела, но и обеспечит энергией мобильные устройства. Таким образом, человек превратится в полноценный "генератор", где каждая калория тепла будет находить полезное применение.

Другие интересные новости:

▪ Электромобиль Toyota ME.WE

▪ Яды в детских колясках

▪ Смертельная опасность обычной пыли

▪ Батарейка размером с крупицу соли

▪ Защита светодиодных фар от обмерзания

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Гирлянды. Подборка статей

▪ статья Избушка на курьих ножках. Крылатое выражение

▪ статья Как произошел английский язык? Подробный ответ

▪ статья Расчет трансформатора. Справочник

▪ статья Искусство освещения в интерьере квартиры. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья УКВ ЧМ приемник с объемным резонатором. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

[an error occurred while processing this directive] Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026