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ENCICLOPEDIA DE RADIOELECTRÓNICA E INGENIERÍA ELÉCTRICA Medida de la sensibilidad de los receptores de radio con antena magnética. Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica.
Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica. / recepción de radio Las antenas magnéticas se utilizan ampliamente en los receptores de radio para recibir señales en las bandas LW, MW y, con menor frecuencia, KB. Para medir la sensibilidad en la ubicación de la antena de la radio utilizando una técnica conocida, cree un campo electromagnético de intensidad conocida. El artículo analiza esta técnica y proporciona recomendaciones para su mejora. La sensibilidad de un receptor de radio es un valor de la señal de entrada en el que se crea una cierta relación señal-ruido en su salida. Al medir la sensibilidad del voltaje, la entrada del receptor de radio se conecta al generador de señal a través de un equivalente de antena, un circuito eléctrico que simula los parámetros de una antena externa. Para los receptores de radio con antena magnética, se realizan mediciones de sensibilidad de campo, pero se presta muy poca atención a este tema en la literatura técnica. Por lo general, todo se reduce a una referencia a métodos supuestamente conocidos [1-3], cuya esencia es crear una intensidad de campo magnético determinada utilizando un bucle portador de corriente conectado a un generador de medición. Al cambiar la señal del generador, teniendo en cuenta el factor de conversión de cuadro, se encuentra la intensidad de campo en la que la señal de salida del receptor de radio tiene los parámetros requeridos. El conocimiento de las fuentes [1-3] mostró que se trata de la misma técnica, en la que un marco de forma cuadrada de una sola vuelta con un lado de 380 mm, hecho de un tubo de cobre con un diámetro de 3...5 mm, se usa Se conecta directamente a la salida del generador de señal a través de una resistencia de 80 ohmios. El centro de la antena magnética del receptor de radio se coloca a una distancia de 1 m del centro del marco para que el eje de la antena sea perpendicular al plano del marco. En este caso, la intensidad del campo (mV/m) en la ubicación de la antena magnética es numéricamente igual al voltaje de salida del generador de señal (mV). La aplicación de esta técnica con el uso de modernos generadores de señales de RF condujo a resultados deprimentes: la sensibilidad medida de los receptores de radio resultó ser unas diez veces peor de lo esperado. Un estudio más detallado de esta situación mostró que esta técnica fue desarrollada para el caso de utilizar el generador GSS-6, en el cual, cuando se apaga el atenuador externo, la señal de salida es diez veces mayor que las lecturas de su atenuador (el atenuador externo tiene coeficientes de transmisión de 10, 1 y 0,1). En consecuencia, el voltaje en el marco es diez veces mayor y el factor de conversión total de la señal del generador en el campo electromagnético es igual a 1 debido al hecho de que el factor de conversión del marco de medición es 0,1. Además, la impedancia de salida del generador GSS-6 en este modo es de 80 ohmios, lo que explica la resistencia de la resistencia adicional. Pero los generadores de señales de RF modernos suelen tener una impedancia de salida de 50 ohmios. Todo esto nos llevó a ajustar el conocido método para probar la sensibilidad de los receptores con una antena magnética.
Comencemos con el marco magnético en sí. El llamado marco estándar consta de una bobina de forma cuadrada con un lado de 380 mm y se utiliza en el rango de frecuencia de 0,15 ... 1,6 MHz. Obviamente, sus dimensiones son mucho menores que la longitud de onda de la radiación, y la distancia del marco a la antena magnética es mayor que sus dimensiones, por lo tanto, en el rango de frecuencia de operación, es un radiador magnético elemental. Un análisis del campo de un emisor magnético elemental [4] muestra que a distancias r<λ, el campo magnético existe en todas las direcciones desde el emisor. Hay dos direcciones de interés (que se muestran en la figura). El primero es perpendicular al plano del marco, mientras que el eje de la antena magnética debe estar dirigido al centro del marco. Teóricamente, esta dirección en la zona lejana corresponde al mínimo del patrón de radiación. El segundo está en el plano del marco, mientras que el eje de la antena magnética es perpendicular a él. En la zona lejana, esta dirección corresponde al patrón máximo de radiación del emisor. Usando las expresiones para la intensidad del campo magnético en estas direcciones [4] y pasando del momento magnético del vibrador al marco con corriente [5], obtenemos
donde H1 H2 es la intensidad de la componente magnética del campo en los puntos 1 y 2 (ver figura), respectivamente; S - área del marco, m2; I - corriente en el marco, A; d es la distancia entre los centros del marco y la antena magnética, m; A, - longitud de onda de la señal, m. Las expresiones (1), (2) permiten calcular la intensidad del campo magnético a cualquier distancia del marco en dos direcciones. Se puede demostrar que a pequeñas distancias {λ/2π) coinciden con las expresiones para el campo magnético de la espira con corriente continua. Pero la intensidad del campo electromagnético se suele medir por la intensidad de su componente eléctrico. En el campo electromagnético formado, existe una relación estricta entre la intensidad de los componentes eléctricos y magnéticos. Para encontrar la fuerza de la componente eléctrica del campo, que corresponde a la componente magnética conocida, es necesario multiplicar las expresiones (12) por la resistencia de onda del medio, que es igual a 120π para el aire. Teniendo en cuenta que a distancias pequeñas 2πr<<λ estas expresiones se transforman:
donde E1,E2 son la fuerza del campo electromagnético en los puntos 1 y 2 (ver figura), respectivamente. Las expresiones obtenidas muestran que la fuerza del campo electromagnético cerca del bucle con corriente depende de su área, el valor de la corriente, es inversamente proporcional al cubo de la distancia y no depende de la longitud de onda. En este caso, la intensidad de campo en la primera dirección es dos veces mayor que en la segunda. Esto, en particular, explica el hecho de que en los detectores de metales, en la mayoría de los casos, se utiliza la posición de la bobina, que es paralela a la superficie que se examina. Usando las expresiones (3), (4), se puede calcular la intensidad de campo para un marco de cualquier tamaño aceptable con una corriente y una distancia conocidas. Sin embargo, es más conveniente relacionar la intensidad de campo con la señal de salida del generador de señal al que está conectado el bucle. Para establecer la corriente, se conecta una resistencia adicional en serie con ella. Por lo general, la reactancia inductiva del bucle es insignificante y puede ignorarse. En este caso, la corriente en el bucle sin tener en cuenta su resistencia inductiva es igual a
donde U es el voltaje de salida (según las lecturas de su atenuador) del generador, V; Rr - resistencia de salida del generador, Ohm; Rd es la resistencia de la resistencia adicional, Ohm. En consecuencia, las expresiones
donde K1 K2 es el factor de conversión de la tensión de la señal del generador en la intensidad del campo electromagnético en la posición de la antena receptora en los puntos 1 y 2 (ver figura), respectivamente. Las expresiones (5), (6) permiten calcular el coeficiente de conversión de la señal de salida del generador en el valor de la intensidad del campo electromagnético, o determinar el área del marco o la distancia a él para un valor dado del coeficiente de conversión. De acuerdo con ellos, en una técnica bien conocida, el factor de conversión para un marco cuadrado de 380 mm de lado, un generador con una resistencia de salida de 80 Ohmios y una resistencia adicional con la misma resistencia da un valor de 0,108 a una distancia de 1 m Obviamente, en esta técnica, el marco se calculó para el factor de conversión 0,1. Lo más probable es que se produzca un pequeño error al redondear hacia arriba los tamaños de marco y que no sea significativo para medir la sensibilidad. Para los generadores de señales modernos con una impedancia de salida de 50 ohmios con un marco de este tipo con una resistencia adicional de 80 ohmios, el coeficiente de conversión K1 = 0,133, y con una resistencia adicional de 51 ohmios K1 = 0,172, lo cual es un inconveniente para el uso práctico. Las dimensiones del marco (su área) con un factor de conversión K, = 1 se pueden determinar a partir de la expresión (5). Para r \u1d 50 m, Rr \u51d 0,84 Ohm, Rd \u2d 0,917 Ohm, el área debe ser de 1,035 m4. Esto corresponde a un marco cuadrado con un lado de aproximadamente 4,5 m o un marco redondo con un diámetro de 1 m, pero su inductancia, según el diámetro del cable utilizado, será de XNUMX ... XNUMX mH, lo que conducirá a un notable dependencia de la corriente en el marco de la frecuencia de la señal a frecuencias superiores a XNUMX MHz. Además, tales dimensiones se vuelven proporcionales a la distancia a la antena, por lo que las fórmulas obtenidas para un radiador magnético elemental se vuelven inaplicables. Es más conveniente usar el factor de conversión K1 = 0,1, lo que permitirá usar un marco relativamente pequeño con un área de 0,085 m2; esto corresponde a un marco cuadrado con un lado de 291 mm o un marco redondo con un diámetro de 328 mm. Con un diámetro de conductor de 3 mm, su inductancia es de aproximadamente 1 mH. Para tales bucles, con una resistencia adicional de 51 ohmios, la señal de salida del generador, igual a 15 mV, corresponderá a una intensidad de campo de 1,5 mV/m a una distancia de 1 m. Teniendo en cuenta la influencia de la inductancia del bucle, se muestra que se puede utilizar para medir la sensibilidad de los receptores de radio con una antena magnética hasta una frecuencia de 8 MHz, en la que la intensidad del campo disminuirá en aproximadamente un 9%. A frecuencias más altas, puede utilizar un marco con un área de 84,17 cm2 (que corresponde a un cuadrado con un lado de 92 mm o un círculo con un diámetro de 104 mm), hecho de un tubo de cobre o alambre con un diámetro de 3 mm Con un marco de este tipo y una resistencia adicional de 51 ohmios, el coeficiente de conversión será K, = 0,01, por lo que generar un campo de 1,5 mV/m a una distancia de 1 m requeriría una salida del generador de 150 mV. Las mediciones de sensibilidad se pueden realizar hasta una frecuencia de 30 MHz, a la que la intensidad del campo disminuirá en un 8 % aproximadamente. El mismo marco proporcionará un factor de conversión K, = 0,1 a una distancia de 465 mm, sin embargo, en este caso, se requerirá una alta precisión en el ajuste de la distancia entre el marco y la antena. La precisión de establecer esta distancia afecta el error de medición. Entonces, a una distancia de 1 m, un error de ±3,33 cm conduce a un error de medición de ±10%. A una distancia de 465 mm, el mismo error de medición será con una precisión de instalación de ± 1,55 cm. Los marcos redondos y cuadrados son equivalentes, también puede usar marcos de una forma diferente, como uno triangular, es importante que su área sea exactamente igual a la requerida. Por tanto, desde un punto de vista constructivo, es más conveniente utilizar un marco cuadrado, ya que en este caso es más fácil obtener un área determinada. Todos los ejemplos anteriores son válidos para el caso en que el eje de la antena magnética se encuentra en una perpendicular al plano del marco, dibujado a través de su centro (posición 1, ver figura). Pero se puede usar otra dirección para medir la sensibilidad (posición 2). De acuerdo con la expresión (6), en esta posición, el coeficiente de conversión disminuirá exactamente por un factor de dos. Por lo tanto, para crear la intensidad de campo requerida, ceteris paribus, es necesario duplicar la señal del generador o reducir la distancia al centro del marco en Sin embargo, la segunda posición puede ser conveniente desde el punto de vista de la compacidad del lugar de trabajo, ya que el marco se puede colocar, por ejemplo, encima del escritorio. Pero en todos los casos, es importante que no haya objetos metálicos grandes en la zona de medición que puedan distorsionar notablemente el campo. Literatura
Autor: D. Alkhimov, Smolensk; Publicación: radioradar.net
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veces. Pero no se recomienda una distancia inferior a 0,5 m, ya que la dependencia cúbica aumenta considerablemente el error de medición debido a la inexactitud al establecer la distancia a la antena. Además, cuando la distancia al marco se vuelve proporcional a sus dimensiones, las expresiones anteriores dan un valor sobreestimado de la intensidad del campo electromagnético, ya que el emisor ya no puede considerarse como un punto.
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