Загрузка...
Энциклопедия Технологий и Методик

оооооооооооооооооооооооо

Загрузка...
Энциклопедия Технологий и Методик
 
Приемники, передатчики и переговорные устройства
 

Питание радиоприемников
"свободной энергией"

Известно, что ЭДС, наводимая полем передающей радиостанции в антенне радиоприемника, может быть определена по формуле:

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 RBX зависит от его схемы, сопротивления нагрузки, а 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 RBX - 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. RA = RBX, 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.

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.

а действующая высота hд = 2 IA,

B 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

где IA= h + 1Г, 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 hд = h и эффективнее сама антенна.

В большинстве случаев антенна принимает сигналы, длина волны которых больше собственной длины волны антенны:

и ее сопротивление носит комплексный характер (ZA) с активной (R) и реактивной (X) составляющими, определяемыми по формулам:

где W — волновое сопротивление провода антенны, равное примерно 450...550 Ом.

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

мощность в нагрузке максимальна и равна

Подставляя в эту формулу выражения для и R, получаем

Выведенная формула определяет максимальную мощность, которая может быть наведена полем радиостанции в идеальной антенне без потерь. Интересно отметить, что от размеров и конструкции конфетной 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 ( = 1753 м) при его напряженности 20 мВ/м, которая имеет место во многих районах Московской области и даже за ее пределами:

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:

а получаемая от нее мощность — формулой:

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

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 О 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:

При диаметре провода 1 мм сопротивление RПA = 22,5 • 2 • 0,03 = 1,3 Ом, удовлетворительное заземление может быть получено при RПК = 3 • 10 = 30 Ом. При волновом сопротивлении провода антенны W = 500 Ом реактивное сопротивление антенны

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

а это значит, что КПД = 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 участке, 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.

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

пересчитывается в эквивалентное сопротивление Roe = X2 / RA,

подключенное параллельно катушке. Если оно слишком велико для согласования со входным сопротивлением детектора, последний подключают к отводу катушки таким образом, чтобы выполнялось условие n2 Roe- R, 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 Roe = 16002/38 = 67,4 кОм. Если детектор имеет входное сопротивление порядка 2 кОм, что справедливо при работе его на телефоны сопротивлением 4 кОм,

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 лампочка HL1, включенная между антенной и заземлением. И все же при близкой грозе антенну следует заземлять специальным переключателем SA1.

Автор неизвестен
http://patlah.ru

© "Энциклопедия Технологий и Методик" Патлах В.В. 1993-2007 гг.

Loading...

 

оооооооооооооооооооооооо

Загрузка...