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ENCICLOPEDIA DE RADIOELECTRÓNICA E INGENIERÍA ELÉCTRICA Medir los parámetros de la antena? ¡No es nada difícil! Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica.
Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica. / Antenas. Mediciones, ajuste, coordinación Los parámetros de antena correctamente definidos en un sistema de recepción de radio son la base para la posibilidad de recibir con éxito estaciones de radio remotas. Pero no siempre un radioaficionado puede tener a mano las herramientas necesarias para tales mediciones. En este artículo, el autor propone utilizar un método simple que produce resultados bastante aceptables. Después de haber suspendido una antena de cable exterior, un fanático de la recepción de radio en ondas largas y medias (LW y MW) a menudo se pregunta: ¿cuáles son sus parámetros? Hay dos parámetros principales: esta es la resistencia de pérdida del sistema de conexión a tierra de la antena rn y la propia capacitancia de la antena en relación con la misma tierra CA. De estos parámetros depende la eficiencia del sistema de antenas y, en consecuencia, la posibilidad de recibir estaciones lejanas, alimentar el dispositivo receptor con "energía libre" de las señales recibidas del aire, sintonizar el sistema de antenas en diferentes frecuencias, etc. Las mediciones de antena son "terra incógnita" para la mayoría de los radioaficionados, y no solo para los principiantes. Todos los métodos conocidos requieren un potente generador de alta frecuencia y un puente de medición, equipo que rara vez se encuentra en los radioaficionados. A menudo, estos dos dispositivos se combinan para formar un alimentador o un óhmetro de antena (como se les llama), que se utiliza, por ejemplo, al sintonizar y ajustar las antenas de los centros de radio transmisores [1]. Se necesita un potente generador de RF porque la antena, abierta a todos los vientos, tiene un alto voltaje de varias captaciones, incluso de señales de otras estaciones de radio que interfieren con las mediciones. En el método de medición propuesto, el generador no es necesario en absoluto. Mediremos los parámetros de la antena usando señales del aire, ya que hay muchas allí. ¿Necesito hacer un dispositivo especial o un soporte para las medidas? Esto es opcional. Teniendo en cuenta que las antenas no se cambian todos los días, no será difícil ensamblar circuitos de medición simples directamente en el escritorio o en el alféizar de la ventana, sin siquiera usar placas de prototipos. Medición de la resistencia a la pérdida. Necesitará una varilla de ferrita de una antena magnética con un par de bobinas, preferiblemente rangos LV y MW, una resistencia variable con una resistencia de 0,47 ... 1 kOhm (necesariamente sin cable), cualquier germanio de baja potencia de alta frecuencia diodo y un voltímetro de CC con una alta resistencia de entrada interna (al menos 0,5 ... 1 MΩ). Para identificar las emisoras de radio recibidas "de oído" es útil disponer de teléfonos de alta impedancia
Ensamblamos el dispositivo de acuerdo con el esquema de la Fig. 1 y, moviendo la varilla en la bobina de la antena magnética, sintonizamos la frecuencia de la señal de una poderosa estación de radio local. En este caso, la resistencia variable R1 debe configurarse en la posición de resistencia cero (mueva el control deslizante a la posición superior de acuerdo con el diagrama). El momento de la sintonía fina del circuito en resonancia con la frecuencia de la emisora de radio vendrá marcado por la máxima desviación de la aguja del medidor y el mayor volumen en los teléfonos. Los teléfonos conectados en serie con el voltímetro prácticamente no tienen efecto en sus lecturas, al mismo tiempo, el volumen no es demasiado alto. Para aumentarlo a la hora de identificar la emisora de radio, se puede cerrar el voltímetro, cambiarlo al límite de medida más bajo, donde su resistencia sea menor, o un capacitor con una capacitancia del orden de 0,05... capacitor, el sonido puede estar algo distorsionada debido a la desigualdad de la carga del detector en frecuencias de audio y en corriente continua). Tomando nota de las lecturas del voltímetro (U1) y sin cambiar la configuración del circuito, mueva el control deslizante de la resistencia variable R1 hasta que las lecturas del voltímetro se reduzcan a la mitad (U2). En este caso, la resistencia de la resistencia será igual a la resistencia de pérdida del sistema de antena a una frecuencia dada. Las mismas medidas se pueden hacer en otras frecuencias. La resistencia de la resistencia se mide con un ohmímetro, desconectándolo del circuito de medición. En ausencia de un ohmímetro, es necesario equipar la resistencia con un bolígrafo con una mira y una escala, que debe calibrarse en ohmios con un instrumento estándar. Usando la metodología anterior, es posible elegir, por ejemplo, la mejor opción de puesta a tierra. En condiciones urbanas, son posibles las siguientes opciones: tuberías de agua, tuberías de calefacción, accesorios de barandillas de balcones, etc., así como varias combinaciones de ellos. Debe centrarse en la máxima señal recibida y la mínima pérdida de resistencia. En una casa de campo, además de la puesta a tierra "clásica", se recomienda probar un pozo de agua o tuberías de agua, una cerca de malla metálica, un techo de chapa galvanizada o cualquier otro objeto de metal macizo, aunque no tenga contacto con tierra verdadera. Medida de capacitancia de antena. En lugar de una resistencia variable, ahora debe activar el KPI (de cualquier tipo) con una capacidad máxima de 180 ... 510 pF. También es deseable tener un medidor de capacitancia con un límite de medición de decenas a cientos de picofaradios. El autor utilizó un medidor de capacitancia digital Master-S [2] proporcionado amablemente por su diseñador.
Si no hay un medidor de capacitancia, debe hacer lo mismo que con una resistencia: equipe el KPI con una escala y calibre en picofaradios. Esto se puede hacer sin dispositivos, porque la capacidad es proporcional al área de la parte introducida de las placas. Dibuje la forma de la placa del rotor en papel cuadriculado (cuanto más grande, más precisa la graduación), divida el dibujo en sectores a 10 grados angulares y calcule el área de cada sector y toda la placa S0 en celdas. En la fig. 2, el primer sector con un área está sombreado, en el primer riesgo de la escala que le corresponde, es necesario poner la capacitancia C1 = Cmax S1 / S0, etc. Si las placas del rotor tienen forma semicircular (un capacitor de capacitancia directa), la escala resulta ser lineal y entonces no hay necesidad de hacer dibujos y contar las áreas. Por ejemplo, un KPI con un dieléctrico sólido de un kit para la creatividad de los niños tiene una capacidad máxima de 180 pF. Es suficiente dividir la escala en 18 sectores de 10 grados cada uno, y poner divisiones de 10, 20 pF, etc. Que la precisión sea baja, para nuestros propósitos es suficiente.
Habiendo calibrado el KPI, montamos la instalación según el esquema de la fig. 3. Conectando la antena al jack XS1 y apagando el KPI con el interruptor SA1, ajustamos el circuito formado por la capacitancia de la antena y la bobina L1 a la frecuencia de la emisora de radio. Sin tocar más la bobina, cambiamos la antena al zócalo XS2 y conectamos el condensador C2 (nuestro KPI) al circuito con el interruptor SA1. Volvemos a sintonizar la misma frecuencia, ahora con la ayuda de C2. Determinamos su capacitancia Sk en una escala o usando un medidor de capacitancia conectado a los enchufes XS3, XS4 (cambiando SA1 a la posición que se muestra en el diagrama para esto). Queda por encontrar la capacitancia de la antena SA por la fórmula. SA =C2(1 + √1+4С1/С2) / 2. El significado de nuestras manipulaciones es el siguiente: cuando conectamos la antena a través del condensador de acoplamiento C1, la capacitancia total del circuito se hizo más pequeña y, para restaurarla, tuvimos que agregar la capacitancia C2. Usted mismo puede derivar la fórmula anterior en función de la igualdad de la capacitancia de la antena CA (en el primer caso) y la capacitancia de contorno complejo C2 + CA C1 / (CA + C1) en el segundo caso. Para mejorar la precisión de las mediciones, es deseable elegir una capacitancia más pequeña del capacitor de acoplamiento, dentro de 15 ... 50 pF. Si la capacitancia del capacitor de acoplamiento es mucho menor que la capacitancia de la antena, entonces la fórmula de cálculo se simplifica: SA = C2 + C1. Experimento y su discusión. El autor midió los parámetros de una antena de este tipo disponible en la casa de campo: un cable PEL 0,7 de 15 m de largo, que se extiende hasta la cumbrera del techo y lejos de la casa hasta un árbol vecino. La mejor "puesta a tierra" (contrapeso) fue un calentador de agua aislado del suelo con una pequeña red de tuberías y baterías de calefacción local. Todas las mediciones se llevaron a cabo en el rango de MW utilizando una bobina de MW estándar de una antena magnética de un receptor de transistores. Si no había suficiente inductancia para sintonizar en el borde de baja frecuencia del rango, se colocaba otra varilla de ferrita junto a la antena magnética, paralela a la primera. Los resultados de la medición se resumen en la tabla. Necesitan un pequeño comentario. En primer lugar, llama la atención que a diferentes frecuencias tanto la resistencia de pérdida como la capacitancia de la antena son diferentes.
Estos no son errores de medición en absoluto. Considere primero la dependencia de frecuencia de la capacitancia. Si el cable de la antena no tuviera también alguna inductancia LA, los valores de capacitancia serían los mismos. La inductancia del cable está en serie con la capacitancia de la antena, como se ve desde el circuito equivalente del circuito de antena que se muestra en la Fig. 4.
La influencia de la inductancia es más fuerte a altas frecuencias, donde la reactancia inductiva aumenta y compensa parcialmente la reactancia capacitiva. Como resultado, la reactancia total de la antena disminuye y la capacitancia medida aumenta. La antena tiene una frecuencia natural fo - la frecuencia resonante del circuito LA CA, en la cual la reactancia desaparece y el valor de la capacitancia medida tiende a infinito. La longitud de onda natural de la antena λ0 correspondiente a esta frecuencia es aproximadamente igual a cuatro veces la longitud del cable de la antena y normalmente se encuentra dentro del rango de la banda de HF. La frecuencia natural se puede calcular a partir de mediciones de capacitancia en dos frecuencias arbitrarias, pero las fórmulas son demasiado complicadas. Para su antena, el autor recibió CA = 85 pF, LA = 25 μH y fo - alrededor de 3,5 MHz. Para estimaciones aproximadas, podemos suponer que cada metro de cable de antena (junto con la reducción) introduce una inductancia de aproximadamente 1 ... 1,5 μH y una capacitancia de aproximadamente 6 pF. La resistencia de pérdida con una bobina L1 de calidad suficientemente buena consiste principalmente en la resistencia de tierra. A su vez, se calcula de acuerdo con la fórmula empírica (obtenida sobre la base de datos experimentales) de M. V. Shuleikin [3]: rn = AV/λ0. Aquí A es un coeficiente constante en función de la calidad de la puesta a tierra, con una variación en ohmios. Para una buena base, A es unidades e incluso fracciones de un ohmio. Como puede ver, la resistencia a la pérdida aumenta con el aumento de la longitud de onda (reduciendo la frecuencia), lo cual fue confirmado por los datos de la tabla. La dependencia de la frecuencia de la resistencia de pérdida se descubrió a principios del siglo pasado, pero el autor no encontró una explicación detallada de este efecto en la literatura. En este sentido, muchos de los datos que obtienen los radioaficionados a la hora de medir los parámetros de sus antenas pueden ser de gran utilidad. Literatura
Autor: V.Polyakov, Moscú
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