Высокочастотный амперметр для коротковолновиков. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Измерительная техника

 Комментарии к статье

У коротковолновиков при настройке или испытаниях аппаратуры нередко возникает необходимость измерять ток высокой частоты. Стандартных приборов для подобных измерений обычно у радиолюбителя нет. Вот высокочастотное напряжение измерить легко (диод, конденсатор, индикатор). В приборах проблем с измерением напряжения не возникает. Там есть корпус, относительно которого меряют все напряжения. И провода, идущие от точек измерения до ВЧ-вольтметра, обычно столь коротки (в значениях длины волны измеряемого напряжения λ), что почти не влияют на проверяемое устройство.

А вот в антенной технике сложнее. Во-первых, в антеннах часто вообще не бывает "земли" (например, симметричные антенны). Во-вторых, даже если "земля" и есть (скажем, GPили диполь с Y-согласованием), измерительные провода получаются недопустимо длинными. Представьте себе, как будет выглядеть попытка измерить напряжение в середине GP: ведь от этой точки до основания штыря придется тянуть провод! Они фактически становятся частью антенны, изменяют ее работу и распределение напряжения настолько, что точность и ценность таких измерений очень низки.

Для изучения и измерения того, что происходит в антенных проводниках, нужен ВЧ-амперметр. Он, в отличие от вольтметра, подключается в одной точке, а значит, не имеет длинных измерительных проводов, искажающих измерение.

Основой ВЧ-амперметра является датчик тока. Это специальный ВЧ-транс-форматор на ферритовом кольцевом магнитопроводе. Первичной обмоткой этого трансформатора является провод, в котором мы измеряем ток. Вторичная обмотка состоит из нескольких десятков витков, нагруженных на низкоомный резистор.

Показанный на рис. 1 токовый трансформатор работает так. Ток в измеряемом проводе через магнитопровод наводит ток во вторичной обмотке, который будет меньше тока в первичной цепи в отношение числа витков обмоток. Например, при отношении числа витков обмоток 20 (как в нашем приборе) он будет меньше в 20 раз. Этот ток, протекая через нагрузочный резистор, создаст на нем падение ВЧ-напряжения. Последнее уже можно измерить любым ВЧ-вольтметром (тут есть две точки для измерения - выводы вторичной обмотки): от детекторного диода до анализатора спектра или приемника.

Рис. 1. Схема токового трансформатора

Если сопротивление нагрузочного резистора R выбрать, например, 50 Ом, при токе I_вх в первичной обмотке трансформатора напряжение U_вых (на его вторичной обмотке будет U_выx=( I_вх/20)*50=2,5I_вx. Сопротивление 50 Ом в качестве нагрузки выбрано неслучайно, а для того, чтобы имелась возможность в качестве измерителя ВЧ-напряжения использовать приемник или анализатор спектра (измерение очень маленьких ВЧ-токов).

Отношение N числа витков обмоток, т. е. число витков вторичной обмотки (первичная всегда имеет один виток), выбрано из компромиссных соображений. С одной стороны, чем меньше витков во вторичной обмотке, тем широкополоснее будет трансформатор. А с другой стороны, чем больше N, тем меньше вносимое в измеряемый провод сопротивление и меньше влияния нашего трансформатора на измеряемый провод. Вносимое сопротивление равно R/N², т. е. в нашем случае 50/20²=0,125 Ом. Таким образом, активное входное сопротивление нашего ВЧ-амперметра - 0,125 Ом, что допустимо для большинства измерений.

Нам требуется измерительный прибор, а не "показометр". Для этого надо, чтобы магнитопровод мог работать в заданной полосе (т. е. феррит не должен быть слишком низкочастотным) и не насыщаться при значительных токах в измеряемом проводе (т. е. размеры магнитопровода должны быть достаточно большими).

Кроме того, магнитопровод должен быть распадающимся на две половинки, а его каркас - защелкивающимся. Без этого пользоваться прибором будет почти невозможно: вы же не будете всякий раз продевать начало измеряемого провода сквозь магнитопровод и двигать последний до точки измерения.

И последнее (по упоминанию, но не по значению) требование к магнитопро-воду токового трансформатора: отверстие должно быть большим, чтобы иметь возможность измерять ток в оплетках толстых кабелей.

Исходя из вышеизложенного, был выбран магнитопровод 28A3851-0A2 размерами 30x30x33 мм и с отверстием диаметром 13 мм. Это помехоподавляющий защелкивающийся магнитопровод из феррита с начальной магнитной проницаемостью около 300 на частоте 25 МГц. Скорее всего, подойдут и многие другие, аналогичные по назначению магнитопроводы.

Наматываем на магнитопроводе 20 витков тонкого монтажного провода (рис. 2) и защищаем вторичную обмотку термоусаживаемой трубкой (рис. 3).

Рис. 2. Магнитопровод с тонким монтажным проводом

Рис. 3. Магнитопровод с термоусаживаемой трубкой

Прикрепляем его к небольшой (20...30 см) диэлектрической штанге с коаксиальным приборным разъемом на нижнем конце. От разъема до вторичной обмотки в штанге проводим тонкий коаксиальный кабель с волновым сопротивлением 50 Ом.

Теперь можно проверить качество изготовленного токового трансформатора. Для этого проведем измерения по схеме, показанной на рис. 4.

Рис. 4. Схема для измерений

Оценим ожидаемый коэффициент передачи. Ток через R1 равен U_вх/R1. Подставляя это вместо I_вх в предыдущую формулу, получим U_вых=U_вх/20.

То есть коэффициент передачи такой цепи будет 1/20 или -26 дБ. Это при идеальной работе трансформатора. Сравним это расчетное значение с практикой. Результаты измерений в полосе 0,3...30 МГц показаны на рис. 5.

Рис. 5. Результаты измерений в полосе 0,3...30 МГц

Видно, что отличие коэффициента передачи от расчетного составляет менее 0,9 дБ, т. е. трансформатор получился весьма точным измерительным датчиком. И нельзя поручиться за то, что завал АЧХ на ВЧ-краю связан со свойствами феррита, а не с реальным падением тока через трансформатор. Дело в том, что провод, проходящий через трансформатор, имеет ненулевую индуктивность, которая повышает импеданс нагрузки, отчего немного растет результирующий КСВ (достигая 1,1 на частоте 30 МГц) и падает ток нагрузки. И очень похоже на то, что падение графика на АЧХ просто показывает правду: ток в нагрузке на ВЧ падает.

В любом случае видно, что точность измерения весьма высока (погрешность менее 1 дБ) в полосе частот от 0,3 до 30 МГц.

Описанный выше трансформатор тока используется в двух вариантах.

Во-первых, для автономной работы (например, на крыше для измерений тока в антеннах и изучения его распределения или для поиска по каким кабелям радиостанции растекается синфазный ток от передатчика) к трансформатору подключается диодный детектор с входным сопротивлением 50 Ом с переключателем пределов измерений и стрелочным прибором. Например, такой, как показан на рис. 6.

Рис. 6. Схема подключения

Резисторы R3-R6 подбираются исходя из чувствительности стрелочного прибора по следующей методике. При положении переключателя SA1 "10 А" на вход прибора подаем от источника питания постоянное напряжение 25 В и, подбирая резистор R6, устанавливаем полное отклонение шкалы. Делать это надо быстро, резисторы R1 и R2 сильно греются. На пределе "3 А" то же самое делаем при напряжении 7,5 В подбором резистора R5, на пределе "1 А" - при напряжении 2,5 В подбираем резистор R4, на пределе "0,3 А" - при напряжении 0,75 В подбираем резистор R3.

Получается удобный автономный ВЧ-амперметр, с помощью которого можно исследовать почти любые антенны. Почти потому, что сопротивление любого амперметра должно быть во много раз меньше сопротивления измеряемой цепи. Поэтому применять этот ВЧ-амперметр в тех местах, где сопротивление меньше нескольких ом (КЗ шлейфы, магнитные рамки, укороченные антенны), не то чтобы нельзя, но неразумно. Включение амперметра в такие места вызовет заметное изменение тока, и истинное его значение вы не узнаете.

Для измерения малых токов (например, паразитных синфазных токов помех в различных шнурах и кабелях) к трансформатору подключают 50-омный вход приемника или анализатора спектра.

Например, на рис. 7 показано, какие сигналы присутствуют в сетевом шнуре удлинителя, к которому подключены компьютер, монитор и цифровой осциллограф (тоже, в принципе, компьютер). Изучается полоса любительского диапазона 160 метров от 1,8 до 2 МГц.

Рис. 7. График, иллюстрирующий присутствие сигналов в сетевом шнуре удлинителя, к которому подключены компьютер, монитор и цифровой осциллограф

Такую нерадостную картину дают всего три импульсных блока питания. Причем это еще хорошие блоки питания, отвечающие нормам на паразитное излучение. Это, однако, не исключает того факта, что приему DX они вполне могут мешать. Описанный ВЧ-датчик тока поможет найти наиболее проблемные, в смысле излучения помех, кабели и приборы.

Автор: И.Гончаренко

Смотрите другие статьи раздела Измерительная техника.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Мизофония может иметь выраженную генетическую основу 15.10.2026

Для большинства людей звук жевания, дыхания или сопения остается практически незаметной частью повседневной жизни. Однако у людей с мизофонией такие совершенно обычные звуки способны вызывать мгновенную и крайне сильную негативную реакцию. Причины этого состояния до сих пор изучены недостаточно, однако новое исследование указывает на важную роль наследственности. Полученные данные свидетельствуют о том, что предрасположенность к мизофонии может иметь глубокую генетическую основу. Исследованием занималась команда Медицинской школы Йельского университета, сосредоточившая внимание на семейной истории людей с этим расстройством. В отличие от ряда предыдущих работ, проводившихся преимущественно с помощью дистанционных опросов, на этот раз специалисты непосредственно обследовали 101 человека с мизофонией и членов их семей. Такой подход позволил исследователям оценить не только распространенность состояния среди родственников, но и возможные связи с другими особенностями психического здоро ...>>

Запись магнитных данных с помощью сверхбыстрых лазерных импульсов 15.10.2026

Системы хранения данных постоянно сталкиваются с необходимостью одновременно увеличивать скорость записи, плотность информации и энергоэффективность. Один из возможных путей решения этой задачи связан с использованием света для управления магнитными состояниями материала. Инженеры Калифорнийского университета в Сан-Диего разработали метод, в котором специально сформированные лазерные импульсы позволяют изменять направление намагниченности, открывая перспективу создания более быстрых и компактных магнитных устройств памяти. Главное отличие нового подхода заключается в том, что исследователи управляют не составом магнитного материала, а характеристиками самого лазерного излучения. Ультрабыстрый лазер концентрирует энергию на микроскопическом участке поверхности. Когда диаметр светового пятна становится меньше 1,36 мкм, специалистам удается переключать направление намагниченности независимо от спиральности света, то есть направления вращения его поляризации. Это позволяет отказаться от ...>>

Биокаталитический способ получения хиральных оксазолидинонов 14.10.2026

Химия все чаще обращается к биологическим молекулам, чтобы сделать синтез сложных веществ более точным и эффективным. Особенно важны такие технологии при создании соединений, у которых одинаковый химический состав может сопровождаться разным пространственным расположением атомов и, следовательно, различными свойствами. Исследователи из Калифорнийского технологического института и Университета Питтсбурга предложили новый биокаталитический подход, позволяющий получать хиральные оксазолидиноны непосредственно из простых неактивированных алкенов. В основе предложенного метода лежит последовательность из двух реакций - азиридинирования и последующего расширения цикла. Этот каскад запускается с помощью гемопротеина, который выполняет функцию катализатора и позволяет направлять химическое превращение в нужную сторону. В результате из относительно простого исходного соединения формируется более сложная циклическая структура с заданной пространственной конфигурацией. Особенно существенным ...>>

Случайная новость из Архива Грузовик для перевозки антиматерии 08.11.2024 Антиматерия, о которой многие слышали в контексте научной фантастики, уже стала реальностью в лабораториях. В ЦЕРН, крупнейшей в мире лаборатории физики частиц, ежедневно производятся антипротоны в антипротонном замедлителе. Однако содержание и транспортировка антиматерии - сложная задача, ведь при встрече материи и антиматерии происходит аннигиляция, в результате которой они взаимно уничтожаются, выделяя энергию. Считается, что после Большого взрыва во Вселенной было создано равное количество материи и антиматерии, которые должны были аннигилировать и оставить пустую Вселенную. Однако, как мы видим, материя сохранилась, а антиматерия почти исчезла. Чтобы разобраться в причинах этого феномена, ученые ЦЕРН проводят эксперимент по барион-антибарионной симметрии под названием BASE. Этот эксперимент предполагает создание антипротонов, которые затем должны быть перемещены для дальнейшего исследования. Для перемещения антипротонов необходима специальная установка - ловушка для свободных элементарных частиц. Эта установка представляет собой сложную систему, включающую вакуумную камеру, сверхпроводящий магнит с криогенным охлаждением и резервные источники питания. Ловушка весит почти 1000 килограммов, что делает ее достаточно тяжелой и громоздкой, но она все же более компактна по сравнению с аналогичными устройствами. Для ее транспортировки используется грузовик, на который установка помещается с помощью двух подъемных кранов. Прежде чем приступить к транспортировке антипротонов, ученые провели тесты с обычными протонами. Они переместили облако из 70 протонов через главную площадку ЦЕРН, проверяя, насколько эффективно установка справляется с задачей удержания частиц. На первый взгляд это может показаться простым, но любое небольшое возмущение может привести к тому, что протоны вернутся в атомное ядро, сорвав эксперимент. Тем не менее, транспортировка протонов прошла успешно, что дало ученым уверенность в том, что методика сработает и для антипротонов. "Если это сработало с протонами, то с антипротонами тоже все получится", - утверждает Кристиан Сморра из Дюссельдорфского университета имени Генриха Гейне. Он отметил, что основное отличие заключается в необходимости более продвинутой вакуумной камеры для антипротонов, чтобы предотвратить их аннигиляцию при контакте с окружающей материей. Однако в процессе транспортировки антиматерии возникают определенные сложности. Во-первых, необходимо минимизировать вибрации, поскольку малейшие колебания могут повлиять на стабильность удержания частиц. Во-вторых, важно поддерживать температуру ловушки ниже 8,2 Кельвина с помощью жидкого гелия, что требует больших затрат энергии. Если охлаждение прекратится, антипротоны исчезнут из-за аннигиляции. В ближайшем будущем ученые планируют переместить антипротоны на расстояние 600 метров в другую лабораторию ЦЕРН. В долгосрочной перспективе их цель - научиться транспортировать антиматерию и другие экзотические частицы, такие как сверхзаряженные ионы, в различные исследовательские центры Европы, включая Университет Генриха Гейне. Успешная транспортировка антипротонов станет важным шагом в изучении антиматерии и поможет ученым разгадать одну из главных загадок Вселенной - почему материя преобладает над антиматерией. Это исследование не только продвигает границы науки, но и открывает новые возможности для будущих экспериментов в физике элементарных частиц.

Другие интересные новости:

▪ Асфальт с нанотрубками

▪ Полимер восстанавливает свою структуру

▪ Молекулу скрестили со светом при комнатной температуре

▪ INTEL распространяет поддержку технологии Hyper-Threading

▪ 8-ядерный мобильный процессор от Samsung

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта ВЧ усилители мощности. Подборка статей

▪ статья Я о прошлом теперь не мечтаю. Крылатое выражение

▪ статья Каждый ли год у овцы вырастает шерсть? Подробный ответ

▪ статья Портье. Должностная инструкция

▪ статья Электронные аксессуары на микроконтроллере для игры S.T.A.L.K.E.R.. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Электронно-оптические преобразователи. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026