Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Радиоприем

 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*h_д, где Е - напряженность поля радиостанции в точке приема, а h_д - 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 R_вх = 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. R_А = R_вх, 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.

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*I_Д, а действующая высота h_д=2I_А/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= КI_Д, где I_А = h + I_Г, а К - коэффициент, значение которого можно определить по таблице:

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 h_д = 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 (R_Σ) и реактивной (Х) составляющими, определяемыми по формулам:

Z_А=R_А - jX;
R_Σ = 1600(h_д/λ)²;
X = W*ctg(πλ₀/λ),

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

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 R_вх=R_Σ мощность в нагрузке максимальна и равна

Р₀= (ε/2)²/R_Σ.

Подставляя в эту формулу выражения для ε и R_Σ, получаем

P₀= Е² h_д² λ² / (4*1600*h_д²) = 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= E²*λ²/6400 =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 R_п, складывающееся из сопротивления провода антенны, активного сопротивления согласующей катушки L (рис. 2) и сопротивления заземления. КПД такой антенны определяется выражением

η = R_Σ/(R_Σ+R_п).

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 R_ПА длиной 20...50 м можно оценить в 0,3...3 Ом. Сопротивление заземления Р_ПЗ больше. М. Б. Шулейкин в свое время предложил такую эмпирическую формулу для определения потерь в заземлении [2]:

R_ПЗ = Aλ/λ₀,

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

R_пк = X/Q.

Используя данные приведенного выше примера рассчитаем КПД Г-образной антенны с высотой подвеса 10 м и длиной горизонтальной части 20 м, имеющей h_д=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 R_ПА= 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 R_пк = 1600/250 = 6,45 Ом. Общее сопротивление потерь антенны, равное сумме всех найденных, составит около 38 Ом, в то время как сопротивление излучения

R_Σ = 1600(h_Д/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.

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 R_А = RΣ + R_ппересчитывается в эквивалентное сопротивление R_ое = X²/R_А, подключенное параллельно катушке Если оно слишком велико для согласования со входным сопротивлением детектора, последний подключают к отводу катушки таким образом, чтобы выполнялось условие n²*R_ое=R_вх, 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 R_ое=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

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Микропластик в атмосфере - скрытый ускоритель глобального потепления 31.05.2026

Микропластик уже давно признан одним из самых масштабных загрязнителей планеты. Он проникает в океаны, почву, организмы животных и даже в тело человека. Однако до недавнего времени мало кто задумывался о его влиянии на климатические процессы. Новое исследование показало, что микро- и нанопластик в атмосфере способен поглощать тепло, тем самым внося дополнительный вклад в глобальное потепление. Ученые обнаружили, что воздействие пластиковых частиц на климат зависит от их цвета. Светлые частицы отражают солнечный свет и способствуют некоторому охлаждению, в то время как более темные - активно поглощают тепло и излучение. Со временем пластик в атмосфере темнеет под воздействием ультрафиолета, что усиливает его согревающий эффект. Этот процесс напоминает пожелтение пластиковых парковочных талонов, оставленных на солнце. Соавтор исследования, заслуженный профессор наук о Земле в Университете Дьюка Дрю Шинделл отметил, что влияние микропластика на изменение климата пока относительно не ...>>

Универсальный бытовой робот-гуманоид GigaAI SeeLight S1 31.05.2026

Развитие робототехники постепенно переносит сложные машины из промышленных цехов прямо в повседневную жизнь людей. Китайская компания GigaAI сделала важный шаг в этом направлении, представив SeeLight S1 - первую в стране модель универсального бытового робота-гуманоида. Эта разработка призвана взять на себя рутинные домашние дела и стать настоящим помощником в повседневной жизни. Уже в конце текущего месяца сотня роботов SeeLight S1 начнет проходить испытания в специализированном жилом комплексе, предназначенном для работников высокотехнологичных отраслей. По словам генерального директора GigaAI Чжу Чжэна, в первой половине 2027 года роботы будут переданы для бесплатного тестирования обычным семьям в Ухане - столице провинции Хубэй. Такой подход позволит собрать реальные данные о работе устройства в домашних условиях. В демонстрационном видео робот, передвигающийся на колесах, уверенно справляется с множеством бытовых задач. Он нарезает овощи, жарит яйца, загружает стиральную маши ...>>

Вкусовые пристрастия формируются еще в утробе 30.05.2026

Предпочтения человека к еде закладываются задолго до первого прикорма. Современная наука подтверждает, что ребенок начинает знакомиться с ароматами и вкусами пищи еще до рождения, через околоплодные воды. Новое международное исследование показало, что регулярное потребление определенных продуктов беременной женщиной может формировать долгосрочные пищевые предпочтения у ребенка, сохраняющиеся даже спустя годы после появления на свет. Ученые из университетов Великобритании, Франции и Нидерландов провели эксперимент с участием беременных женщин. Одной группе будущих мам давали капсулы с порошком капусты кейл, другой - с порошком моркови. Реакцию детей на эти запахи проверяли в три этапа: сначала в утробе матери с помощью 4D-УЗИ на поздних сроках беременности, затем в возрасте трех месяцев и, наконец, когда детям исполнилось три года. Результаты оказались весьма убедительными. Дети женщин, принимавших порошок кейла, положительно реагировали на запах этой капусты, но негативно - на ар ...>>

Случайная новость из Архива Разработан революционный квантовый суперметалл 10.06.2025 Современная наука стоит на пороге новой технологической революции, связанной с разработкой материалов, способных проводить ток без потерь энергии. Такие свойства особенно важны в условиях стремительно растущей потребности в энергоэффективных решениях - от квантовых вычислений до инфраструктуры центров обработки данных. Именно в этом контексте следует рассматривать прорыв, достигнутый физиками из Университета Райса (США), которые представили уникальный квантовый материал с особыми электронными характеристиками. Исследователи работали с дисульфидом тантала, слоистым кристаллом, известным в науке под обозначением TaS2. Добавив в его структуру небольшое количество индия, ученые добились нарушения симметрии материала, что стало ключом к проявлению его топологических и сверхпроводящих свойств. Именно этот шаг позволил превратить TaS2 в так называемый узловой металл Крамерса - редкий квантовый объект, в котором электроны с разными спинами движутся по отдельным, но переплетенным траекториям в импульсном пространстве. Главной особенностью этого состояния являются так называемые узловые линии - энергетические зоны, где электроны с противоположными характеристиками сходятся и взаимодействуют без потерь. Это придает материалу уникальные свойства, открывая путь к созданию топологических сверхпроводников, которые смогут обеспечить высокоэффективную передачу энергии даже при минимальном охлаждении. Команда ученых не ограничилась экспериментальными данными. Они дополнили свои наблюдения теоретическими расчетами, подтвердив, что структура и поведение полученного вещества соответствуют квантовым предсказаниям. Особенность нового материала заключается в том, что он может совмещать два фундаментальных свойства: сверхпроводимость и топологическую защиту. Такое сочетание делает его особенно перспективным для технологий, в которых даже малейшие энергетические потери недопустимы. Применение подобных материалов может кардинально повлиять на развитие квантовой электроники. Их использование позволит создавать устройства, способные работать значительно эффективнее, чем традиционные кремниевые чипы, особенно в условиях, требующих высокой точности и минимального тепловыделения. Кроме того, перспективы их внедрения в электромобили и системы хранения энергии могут сократить энергозатраты и повысить надежность таких решений. Самым удивительным в открытии ученых из Университета Райса является то, что столь сложное квантовое поведение удалось вызвать с помощью относительно простого изменения химического состава известного материала. Это говорит о том, что путь к новым функциональным материалам может лежать не только через создание совершенно новых соединений, но и через точную настройку уже существующих.

Другие интересные новости:

▪ Самолет можно сделать практически бесшумным

▪ Тайвань производит все больше материнских плат

▪ Карта расширения ASUS PCE-AX3000

▪ Viber Out, альтернатива Skype

▪ Алмазные часы

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Электронные справочники. Подборка статей

▪ статья Уме недозрелый, плод недолгой науки! Крылатое выражение

▪ статья Какие страны изначально назывались третьим миром? Подробный ответ

▪ статья Перевозка учащихся на автомобильном транспорте

▪ статья О мощности, ваттах, децибелах. Объяснение терминов. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Сетевой источник переменного тока Уникум. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

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

www.diagram.com.ua
2000-2026