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ENCICLOPÉDIA DE RÁDIO ELETRÔNICA E ENGENHARIA ELÉTRICA Medição da sensibilidade de receptores de rádio com antena magnética. Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica
Enciclopédia de eletrônica de rádio e engenharia elétrica / recepção de rádio Antenas magnéticas são amplamente utilizadas em receptores de rádio para receber sinais nas bandas LW, MW e, menos frequentemente, KB. Para medir a sensibilidade no local da antena do rádio usando uma técnica conhecida, crie um campo eletromagnético de intensidade conhecida. O artigo analisa esta técnica e fornece recomendações para sua melhoria. A sensibilidade de um receptor de rádio é um valor do sinal de entrada no qual uma certa relação sinal-ruído é criada em sua saída. Ao medir a sensibilidade da tensão, a entrada do receptor de rádio é conectada ao gerador de sinal por meio de um equivalente de antena - um circuito elétrico que simula os parâmetros de uma antena externa. Para receptores de rádio com antena magnética, são realizadas medições de sensibilidade de campo, mas muito pouca atenção é dada a esse assunto na literatura técnica. Normalmente, tudo se resume a uma referência a métodos supostamente conhecidos [1-3], cuja essência é criar uma determinada intensidade de campo magnético usando um loop de transporte de corrente conectado a um gerador de medição. Ao alterar o sinal do gerador, levando em consideração o fator de conversão do quadro, é encontrada a intensidade do campo na qual o sinal de saída do receptor de rádio possui os parâmetros necessários. O conhecimento das fontes [1-3] mostrou que se trata da mesma técnica, na qual uma moldura quadrada de uma volta com um lado de 380 mm, feita de um tubo de cobre com um diâmetro de 3...5 mm, é usado. Ele é conectado diretamente à saída do gerador de sinal através de um resistor de 80 ohms. O meio da antena magnética do receptor de rádio é colocado a uma distância de 1 m do centro do quadro, de modo que o eixo da antena fique perpendicular ao plano do quadro. Nesse caso, a intensidade do campo (mV/m) no local da antena magnética é numericamente igual à tensão de saída do gerador de sinal (mV). A aplicação dessa técnica com o uso de geradores de sinal de RF modernos levou a resultados deprimentes - a sensibilidade medida dos receptores de rádio acabou sendo cerca de dez vezes pior do que o esperado. Um estudo mais detalhado dessa situação mostrou que essa técnica foi desenvolvida para o caso de uso do gerador GSS-6, no qual, ao desligar o atenuador externo, o sinal de saída é dez vezes maior que as leituras de seu atenuador (o atenuador externo tem coeficientes de transmissão de 10, 1 e 0,1). Conseqüentemente, a tensão no quadro é dez vezes maior e o fator de conversão total do sinal do gerador no campo eletromagnético é igual a 1 devido ao fato de o fator de conversão do quadro de medição ser 0,1. Além disso, a impedância de saída do gerador GSS-6 neste modo é de 80 ohms, o que explica a resistência do resistor adicional. Mas os geradores de sinal de RF modernos normalmente têm uma impedância de saída de 50 ohms. Tudo isso nos levou a ajustar o conhecido método de teste de sensibilidade de receptores com antena magnética.
Vamos começar com o quadro magnético em si. A chamada estrutura padrão consiste em uma bobina quadrada com um lado de 380 mm e é usada na faixa de frequência de 0,15 ... 1,6 MHz. Obviamente, suas dimensões são muito menores que o comprimento de onda da radiação, e a distância do quadro à antena magnética é maior que suas dimensões, portanto, na faixa de frequência operacional, é um radiador magnético elementar. Uma análise do campo de um emissor magnético elementar [4] mostra que a distâncias r<λ, o campo magnético existe em todas as direções a partir do emissor. Duas direções são de interesse (mostradas na figura). A primeira é perpendicular ao plano do quadro, enquanto o eixo da antena magnética deve ser direcionado para o centro do quadro. Teoricamente, essa direção na zona distante corresponde ao mínimo do padrão de radiação. O segundo está no plano do quadro, enquanto o eixo da antena magnética é perpendicular a ele. Na zona distante, essa direção corresponde ao padrão máximo de radiação do emissor. Usando as expressões para a intensidade do campo magnético nessas direções [4] e passando do momento magnético do vibrador para o referencial com corrente [5], obtemos
onde H1 H2 é a intensidade da componente magnética do campo nos pontos 1 e 2 (ver figura), respectivamente; S - área do caixilho, m2; I - corrente no quadro, A; d é a distância entre os centros do quadro e a antena magnética, m; A, - comprimento de onda do sinal, m. As expressões (1), (2) permitem calcular a intensidade do campo magnético a qualquer distância do quadro em duas direções. Pode-se mostrar que a pequenas distâncias {λ/2π) eles coincidem com as expressões para o campo magnético da espira com corrente contínua. Mas a intensidade do campo eletromagnético geralmente é medida pela intensidade de seu componente elétrico. No campo eletromagnético formado, existe uma relação estrita entre a intensidade dos componentes elétricos e magnéticos. Para encontrar a intensidade da componente elétrica do campo, que corresponde à componente magnética conhecida, é necessário multiplicar as expressões (12) pela resistência de onda do meio, que é igual a 120π para o ar. Levando em consideração o fato de que em pequenas distâncias 2πr<<λ essas expressões são transformadas:
onde E1,E2 são as intensidades do campo eletromagnético nos pontos 1 e 2 (ver figura), respectivamente. As expressões obtidas mostram que a intensidade do campo eletromagnético perto do loop com corrente depende de sua área, o valor da corrente, é inversamente proporcional ao cubo da distância e não depende do comprimento de onda. Nesse caso, a intensidade do campo na primeira direção é duas vezes maior que na segunda. Isso, em particular, explica o fato de que em detectores de metais, na maioria dos casos, é usada a posição da bobina, que é paralela à superfície que está sendo examinada. Usando as expressões (3), (4), pode-se calcular a força do campo para um quadro de qualquer tamanho aceitável com corrente e distância conhecidas. No entanto, é mais conveniente relacionar a intensidade do campo com o sinal de saída do gerador de sinal ao qual o loop está conectado. Para definir a corrente, um resistor adicional é conectado em série com ele. Normalmente, a reatância indutiva do circuito é desprezível e pode ser ignorada. Nesse caso, a corrente no loop sem levar em conta sua resistência indutiva é igual a
onde U é a tensão de saída (conforme as leituras de seu atenuador) do gerador, V; Rr - resistência de saída do gerador, Ohm; Rd é a resistência do resistor adicional, Ohm. Como resultado, as expressões
onde K1 K2 é o fator de conversão da tensão do sinal do gerador na intensidade do campo eletromagnético na posição da antena receptora nos pontos 1 e 2 (ver figura), respectivamente. As expressões (5), (6) permitem calcular o fator de conversão do sinal de saída do gerador no valor da intensidade do campo eletromagnético ou determinar a área do quadro ou a distância a ele para um determinado valor de o fator de conversão. De acordo com eles, em uma técnica bem conhecida, o fator de conversão para uma moldura quadrada com lado de 380 mm, um gerador com resistência de saída de 80 Ohms e um resistor adicional com a mesma resistência dá um valor de 0,108 a uma distância de 1 m. Obviamente, nesta técnica, o quadro foi calculado para o fator de conversão 0,1. Um pequeno erro, provavelmente, é causado pelo arredondamento dos tamanhos dos quadros para cima e não é significativo para medir a sensibilidade. Para geradores de sinal modernos com impedância de saída de 50 ohms com tal estrutura, com um resistor adicional de 80 ohms, o coeficiente de conversão K1 = 0,133 e com um resistor adicional de 51 ohms, K1 = 0,172, o que é inconveniente para uso prático . As dimensões do quadro (sua área) com um fator de conversão K, = 1 podem ser determinadas pela expressão (5). Para r \u1d 50 m, Rr \u51d 0,84 Ohm, Rd \u2d 0,917 Ohm, a área deve ser de 1,035 m4. Isso corresponde a uma moldura quadrada com cerca de 4,5 m de lado ou uma moldura redonda com diâmetro de 1 m. Mas sua indutância, dependendo do diâmetro do fio usado, será de XNUMX ... XNUMX mH, o que levará a uma notável dependência da corrente no quadro da frequência do sinal em frequências acima de XNUMX MHz. Além disso, tais dimensões tornam-se proporcionais à distância da antena, pelo que as fórmulas obtidas para um radiador magnético elementar tornam-se inaplicáveis. É mais conveniente usar o fator de conversão K1 = 0,1, que permitirá usar uma moldura relativamente pequena com área de 0,085 m2 - isso corresponde a uma moldura quadrada com lado de 291 mm ou uma moldura redonda com diâmetro de 328 mm. Com um diâmetro de condutor de 3 mm, sua indutância é de cerca de 1 mH. Para tais loops, com um resistor adicional de 51 ohms, o sinal de saída do gerador, igual a 15 mV, corresponderá a uma intensidade de campo de 1,5 mV / m a uma distância de 1 m. Levar em consideração a influência da indutância do loop mostra que ela pode ser usada para medir a sensibilidade de receptores de rádio com antena magnética até uma frequência de 8 MHz, na qual a intensidade do campo diminuirá em cerca de 9%. Nas frequências mais altas, pode-se usar uma armação com área de 84,17 cm2 (que corresponde a um quadrado com lado de 92 mm ou um círculo com diâmetro de 104 mm), feito de tubo ou fio de cobre com diâmetro de 3 mm. Com esse quadro e um resistor adicional de 51 Ohm, o coeficiente de conversão será K, = 0,01, portanto, gerar um campo de 1,5 mV/m a uma distância de 1 m exigiria uma saída do gerador de 150 mV. As medições de sensibilidade podem ser feitas até uma frequência de 30 MHz, na qual a intensidade do campo diminuirá em cerca de 8%. O mesmo quadro fornecerá um fator de conversão K, = 0,1 a uma distância de 465 mm, porém, neste caso, será necessária uma alta precisão na definição da distância entre o quadro e a antena. A precisão de definir esta distância afeta o erro de medição. Portanto, a uma distância de 1 m, um erro de ±3,33 cm leva a um erro de medição de ±10%. A uma distância de 465 mm, o mesmo erro de medição será com uma precisão de instalação de ± 1,55 cm. Molduras redondas e quadradas são equivalentes, você também pode usar molduras de formato diferente, como triangular, é importante que sua área seja exatamente igual à necessária. Portanto, do ponto de vista construtivo, é mais conveniente usar uma moldura quadrada, pois neste caso é mais fácil obter uma determinada área. Todos os exemplos acima são válidos para o caso em que o eixo da antena magnética está localizado perpendicularmente ao plano do quadro, passando pelo seu centro (posição 1, veja a figura). Mas outra direção pode ser usada para medir a sensibilidade (posição 2). De acordo com a expressão (6), nesta posição, o coeficiente de conversão diminuirá exatamente por um fator de dois. Portanto, para criar a intensidade de campo necessária, ceteris paribus, é necessário dobrar o sinal do gerador ou reduzir a distância ao centro do quadro em Porém, a segunda posição pode ser conveniente do ponto de vista da compacidade do local de trabalho, já que a moldura pode ser colocada, por exemplo, acima da mesa. Mas em todos os casos, é importante que não haja grandes objetos de metal na zona de medição que possam distorcer visivelmente o campo. Literatura
Autor: D. Alkhimov, Smolensk; Publicação: radioradar.net
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vezes. Mas uma distância inferior a 0,5 m não é recomendada, pois a dependência cúbica aumenta muito o erro de medição devido à imprecisão de definir a distância até a antena. Além disso, quando a distância ao quadro torna-se compatível com suas dimensões, as expressões acima dão um valor superestimado da intensidade do campo eletromagnético, pois o emissor não pode mais ser considerado como um ponto.
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