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ENCICLOPÉDIA DE RÁDIO ELETRÔNICA E ENGENHARIA ELÉTRICA Medir os parâmetros da antena? Muito fácil! Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica
Enciclopédia de eletrônica de rádio e engenharia elétrica / Antenas. Medições, ajuste, coordenação Parâmetros de antena corretamente definidos em um sistema de recepção de rádio são a base para a possibilidade de receber estações de rádio remotas com sucesso. Mas nem sempre um radioamador pode ter em mãos as ferramentas necessárias para tais medições. Neste artigo, o autor propõe a utilização de um método simples que produz resultados bastante aceitáveis. Tendo suspenso uma antena de fio externa, um fã de recepção de rádio em ondas longas e médias (LW e MW) costuma fazer a pergunta: quais são seus parâmetros? Existem dois parâmetros principais - esta é a resistência à perda do sistema de aterramento da antena rp e a própria capacitância da antena em relação ao mesmo solo SA. A eficiência do sistema de antena depende desses parâmetros e, conseqüentemente, a possibilidade de receber estações distantes, alimentar o dispositivo receptor com "energia livre" de sinais recebidos do ar, sintonizar o sistema de antena em diferentes frequências, etc. As medições de antena são "terra incógnita" para a maioria dos radioamadores, e não apenas para iniciantes. Todos os métodos conhecidos requerem um poderoso gerador de alta frequência e uma ponte de medição - equipamentos raramente encontrados em rádios amadores. Freqüentemente, esses dois dispositivos são combinados para formar um alimentador ou ohmímetro de antena (como são chamados), usados, por exemplo, ao sintonizar e ajustar as antenas dos centros de rádio transmissores [1]. Um poderoso gerador de RF é necessário porque a antena, aberta a todos os ventos, possui alta tensão de vários captadores, inclusive de sinais de outras estações de rádio que interferem nas medições. No método de medição proposto, o gerador não é necessário. Mediremos os parâmetros da antena usando sinais do ar, pois existem muitos deles. Preciso fazer um dispositivo especial ou suporte para medições? Isso é opcional. Considerando que as antenas não são trocadas todos os dias, não será difícil montar circuitos de medição simples diretamente na mesa ou no parapeito da janela, mesmo sem o uso de placas de prototipagem. Medição de resistência de perda. Você vai precisar de uma haste de ferrite de uma antena magnética com um par de bobinas, preferencialmente nas faixas LW e MW, um resistor variável com resistência de 0,47 ... ,1...0,5 MΩ). Para identificar estações de rádio recebidas "de ouvido" é útil ter telefones de alta impedância. Montamos o dispositivo de acordo com o esquema da Fig. 1 e, movendo a haste na bobina da antena magnética, sintonizamos a frequência do sinal de uma poderosa estação de rádio local.
Nesse caso, o resistor variável R1 deve ser colocado na posição de resistência zero (mova o controle deslizante para a posição superior de acordo com o diagrama). O momento de sintonia fina do circuito em ressonância com a frequência da estação de rádio será marcado pelo desvio máximo da agulha do medidor e pelo maior volume nos fones. Os telefones conectados em série com o voltímetro praticamente não afetam suas leituras, ao mesmo tempo, o volume não é muito alto. Para aumentá-lo para o tempo de identificação da estação de rádio, pode-se fechar o voltímetro, comutado para o limite de medição mais baixo, onde sua resistência é menor, ou um capacitor com capacitância da ordem de 0,05... capacitor, o som pode ser um pouco distorcido devido à desigualdade da carga do detector em frequências de áudio e em corrente contínua). Observando as leituras do voltímetro (U1) e sem alterar as configurações do circuito, mova o controle deslizante R1 do resistor variável até que as leituras do voltímetro caiam pela metade (U2). Nesse caso, a resistência do resistor será igual à resistência de perda do sistema de antena em uma determinada frequência. As mesmas medições podem ser feitas em outras frequências. A resistência do resistor é medida com um ohmímetro, desconectando-o do circuito de medição. Na ausência de um ohmímetro, é necessário equipar o resistor com uma caneta com mira e uma escala, que deve ser calibrada em ohms usando um instrumento padrão. Utilizando a metodologia acima, é possível escolher, por exemplo, a melhor opção de aterramento. Em condições urbanas, são possíveis as seguintes opções: tubos de água, tubos de aquecimento, ferragens de varanda, etc., bem como várias combinações dos mesmos. Você deve se concentrar no sinal máximo recebido e na resistência mínima à perda. Em uma casa de campo, além do aterramento "clássico", é recomendável experimentar um poço ou canos de água, uma cerca de malha metálica, um telhado de chapa galvanizada ou qualquer outro objeto maciço de metal, mesmo que não tenha contato com terra de verdade. Medição de Capacitância da Antena. Em vez de um resistor variável, agora você precisa ligar o KPI (de qualquer tipo) com uma capacitância máxima de 180 ... 510 pF. Também é desejável ter um medidor de capacitância com um limite de medição de dezenas a centenas de picofarads. O autor utilizou um medidor de capacitância digital Master-S [2] gentilmente cedido por seu projetista. Se não houver medidor de capacitância, você deve fazer o mesmo que com um resistor - equipar o KPI com uma escala e calibrá-lo em picofarads. Isso pode ser feito sem dispositivos, pois a capacidade é proporcional à área da parte introduzida das placas. Desenhe a forma da placa do rotor em papel milimetrado (quanto maior, mais precisa a graduação), divida o desenho em setores em 10 graus angulares e calcule a área de cada setor e toda a placa S0 em células. Na fig. 2, o primeiro setor com área S1 está sombreado. Ao primeiro risco da escala correspondente, é necessário definir a capacidade C1 \u1d CmaxS0 / SXNUMX, etc.
Se as placas do rotor tiverem uma forma semicircular (um capacitor de capacitância direta), a escala passa a ser linear e então não há necessidade de fazer desenhos e contar as áreas. Por exemplo, um KPI com dielétrico sólido de um kit para criatividade infantil tem capacitância máxima de 180 pF. Basta dividir a escala em 18 setores de 10 graus cada, e fazer divisões de 10, 20 pF, etc. Que a precisão seja baixa, para nossos propósitos é suficiente. Tendo calibrado o KPI, montamos a instalação de acordo com o esquema da fig. 3.
Ao conectar a antena ao conector XS1 e desligar o KPI com a chave SA1, sintonizamos o circuito formado pela capacitância da antena e a bobina L1 para a frequência da estação de rádio. Sem tocar mais na bobina, trocamos a antena para o soquete XS2 e conectamos o capacitor C2 (nosso KPI) ao circuito com a chave SA1. Sintonizamos novamente na mesma frequência, agora com a ajuda de C2. Determinamos sua capacitância Sk em uma escala ou usando um medidor de capacitância conectado aos soquetes XS3, XS4 (mudando SA1 para a posição mostrada no diagrama para isso). Resta encontrar a capacitância da antena SA pela fórmula SA = C2(1 + sqrt(1 + 4C1/C2))/2. O significado de nossas manipulações é o seguinte: quando conectamos a antena através do capacitor de acoplamento C1, a capacitância total do circuito ficou menor e, para restaurá-la, tivemos que adicionar a capacitância C2. Você mesmo pode derivar a fórmula acima com base na igualdade da capacitância da antena CA (no primeiro caso) e na capacitância de contorno complexo C2 + CAC1 / (CA + C1) no segundo caso. Para melhorar a precisão das medições, é desejável escolher uma capacitância menor do capacitor de acoplamento, dentro de 15 ... 50 pF. Se a capacitância do capacitor de acoplamento for muito menor que a capacitância da antena, a fórmula de cálculo será simplificada: SA = C2 + C1. Experimente e discuta. O autor mediu os parâmetros de uma antena desse tipo disponível na dacha: um fio PEL 0,7 de 15 m de comprimento, que se estende até a cumeeira e se afasta da casa até uma árvore vizinha. O melhor "aterramento" (contrapeso) era um aquecedor de água isolado do solo com uma pequena rede de canos e baterias de aquecimento local. Todas as medições foram realizadas na faixa de MW usando uma bobina de MW padrão de uma antena magnética de um receptor de transistor. Se não houvesse indutância suficiente para sintonizar na borda de baixa frequência da faixa, outra haste de ferrite era colocada próxima à antena magnética, paralela à primeira.
Os resultados da medição estão resumidos na tabela. Eles precisam de um pequeno comentário. Em primeiro lugar, é surpreendente que em frequências diferentes tanto a resistência à perda quanto a capacitância da antena sejam diferentes. Estes não são erros de medição. Considere primeiro a dependência da frequência da capacitância. Se o fio da antena também não tivesse alguma indutância LA, os valores de capacitância seriam os mesmos. A indutância do fio está em série com a capacitância da antena, conforme visto no circuito equivalente da antena mostrado na Fig. 4.
A influência da indutância é mais forte em altas frequências, onde a reatância indutiva aumenta e compensa parcialmente a reatância capacitiva. Como resultado, a reatância total da antena diminui e a capacitância medida torna-se maior. A antena tem uma frequência natural f0 - a frequência ressonante do circuito LACA, na qual a reatância desaparece e o valor medido da capacitância tende ao infinito. O comprimento de onda natural da antena Lambda0 correspondente a esta frequência é aproximadamente igual a quatro vezes o comprimento do fio da antena e geralmente cai dentro da faixa de HF. A frequência natural pode ser calculada a partir de medições de capacitância em duas frequências arbitrárias, mas as fórmulas são muito complicadas. Para sua antena, o autor recebeu CA = 85 pF. LA = 25 µH e f0 - cerca de 3,5 MHz. Para estimativas aproximadas, podemos supor que cada metro de fio de antena (junto com a redução) introduz uma indutância de cerca de 1 ... 1,5 μH e uma capacitância de cerca de 6 pF. A resistência de perda com uma bobina L1 de qualidade suficientemente boa consiste principalmente na resistência do solo. Ele, por sua vez, é calculado de acordo com a fórmula empírica (obtida com base em dados experimentais) de M.V. Shuleikin [3]: rp = À*Lambda/Lambda0. Aqui A é um coeficiente constante dependendo da qualidade do aterramento, com dimensão em ohms. Para boas razões, A é unidades e até mesmo frações de um ohm. Como você pode ver, a resistência à perda aumenta com o aumento do comprimento de onda (diminuindo a frequência), o que foi confirmado pelos dados da tabela. A dependência da frequência da resistência à perda foi descoberta no início do século passado, mas o autor não encontrou uma explicação detalhada desse efeito na literatura. Nesse sentido, muitos dos dados obtidos pelos radioamadores ao medir os parâmetros de suas antenas podem ser muito úteis. Literatura
Autor: V.Polyakov, Moscou
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