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:

Польза белкового завтрака 14.01.2026

Правильное питание по утрам играет ключевую роль в поддержании здоровья и контроле веса. Многочисленные исследования подтверждают, что состав завтрака может влиять на аппетит в течение всего дня и качество употребляемой пищи. Австралийские ученые провели масштабный эксперимент, который показал, что употребление белковой пищи с утра помогает дольше чувствовать сытость и предотвращает переедание. В исследовании участвовали более 9 тысяч человек среднего возраста 46 лет. В период с 2011 по 2012 год специалисты анализировали рационы респондентов, оценивая долю основных макронутриентов. В среднем участники потребляли 43% углеводов, 31% жиров, 18% белков, 2% клетчатки и 4% алкоголя. Такой рацион позволил ученым проследить взаимосвязь между утренним приемом пищи и пищевым поведением в течение дня. Выяснилось, что участники, чей завтрак содержал недостаточное количество белка, ощущали повышенный аппетит в течение дня. Они ели больше, чем необходимо, и часто выбирали продукты с высоким со ...>>

Технология SmartPower HDR 14.01.2026

Ноутбуки стремительно развиваются в плане графики и мультимедийных возможностей, но яркие дисплеи с высоким динамическим диапазоном (HDR) часто становятся серьезной нагрузкой для аккумуляторов. Длительная работа с видео высокого качества или играми в HDR приводит к быстрой разрядке батареи, что ограничивает мобильность пользователей и снижает комфорт работы. Решить эту проблему призвана новая технология SmartPower HDR, разработанная совместно компаниями Samsung Display и Intel. Суть технологии заключается в динамическом управлении напряжением OLED-панелей. Чипсет ноутбука в реальном времени анализирует пиковую яркость каждого кадра и передает эти данные контроллеру дисплея, который оптимизирует подачу напряжения в зависимости от количества активных пикселей. В отличие от традиционных режимов HDR, где яркость часто фиксируется на максимальном уровне, SmartPower HDR адаптируется к конкретному контенту, что снижает энергопотребление без потери качества изображения. Технология позвол ...>>

Недосып существенно сокращает жизнь 13.01.2026

Сон является одной из самых фундаментальных потребностей человека. Он влияет на обмен веществ, работу сердца и мозга, иммунитет и общее самочувствие. Современный ритм жизни часто заставляет людей жертвовать сном ради работы, учебы или развлечений, но ученые предупреждают: регулярный недосып может иметь далеко идущие последствия для здоровья и долголетия. Исследователи из Орегонского университета здравоохранения и науки пришли к выводу, что сон менее семи часов в сутки связан с сокращением продолжительности жизни. По данным специалистов, хроническая нехватка сна не только вызывает усталость и снижение работоспособности, но и постепенно сказывается на здоровье органов и систем, увеличивая риски развития различных заболеваний. Для анализа ученые использовали обширную национальную базу данных США, сопоставляя показатели ожидаемой продолжительности жизни на уровне штатов с результатами опросов Центров контроля и профилактики заболеваний за период с 2019 по 2025 годы. Они учитывали мно ...>>

Случайная новость из Архива Беспроводные наушники Google Pixel Buds Pro 15.05.2022 Компания Google представила беспроводные TWS-наушники Pixel Buds Pro. Как следует из названия, это аудиопродукт премиум-класса, который может конкурировать с Apple AirPods Pro и Samsung Galaxy Buds Pro. Pixel Buds Pro выглядят так же, как модель Pixel Buds, представленная в 2020 году. Внутри они оснащены изготовленным на заказ шестиядерным аудиопроцессором, который работает с алгоритмами Google для воспроизведения звука с помощью пользовательских драйверов. Они также используют функцию под названием Silent Seal, чтобы адаптироваться к форме ваших ушей и тем самым максимизировать количество подавленного шума. Наушники имеют внутриканальный дизайн и оснащены силиконовыми насадками. Они получили специальные датчики, которые "измеряют давление в ушном канале, чтобы вкладыши могли активно сбрасывать его и оставаться в комфорте". В розничную упаковку Buds Pro входят ушные вкладыши трех разных размеров. За звук в Pixel Buds Pro отвечает специально разработанный 11-миллиметровый драйвер. Эквалайзер громкости автоматически регулирует настройку звука в зависимости от уровня громкости. Есть режим прозрачности, который пропускает окружающий звук, благодаря чему пользователь сможет слышать окружающие звуки, не вынимая наушники. Pixel Buds Pro позволяет пользователям легко переключаться между часто используемыми устройствами Android, не заходя в настройки Bluetooth. Кроме того, они могут быть сопряжены с двумя источниками звука одновременно. С активированным ANC Pixel Buds Pro могут работать до 7 часов, тогда как время воспроизведения в обычном режиме составляет около 11 часов. Наушники поддерживают беспроводную и быструю зарядку. Компания утверждает, что они смогут работать до одного часа после 5 минут зарядки. Наушники обладают водонепроницаемостью по стандарту IPX4, а чехол для зарядки - по стандарту IPX2. Некоторые из других доступных функций включают поддержку Google Assistant, пространственный звук, Fast Pair, микрофоны с формированием луча, ветрозащитные сетчатые покрытия, голосовой акселерометр и сенсорное управление. Pixel Buds Pro будут доступны для предварительных заказов вместе со смартфоном Pixel 6a 21 июля. В продаже они появятся с 28 июля по цене 199 долларов в таких цветовых вариантах: Coral, Lemongrass, Fog и Charcoal.

Другие интересные новости:

▪ Мгновенная камера Fujifilm instax mini SE

▪ Энергия падающей капли воды

▪ Грибной обмен

▪ Раздвижное авто

▪ HDD продаются все хуже

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Электродвигатели. Подборка статей

▪ статья Рыльце в пуху (в пушку). Крылатое выражение

▪ статья В какой стране побег из тюрьмы как таковой не наказывается законом? Подробный ответ

▪ статья Зноиха. Легенды, выращивание, способы применения

▪ статья Индикатор напряжения аккумулятора автомобиля. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Обнаружение углекислого газа в выдыхаемом воздухе. Химический опыт

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026