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ENCYCLOPÉDIE DE LA RADIOÉLECTRONIQUE ET DU GÉNIE ÉLECTRIQUE Mesurer les paramètres d'antenne ? Assez facile! Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique
Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique / Antennes. Mesures, réglage, coordination Des paramètres d'antenne correctement définis dans un système de réception radio constituent la base de la possibilité de recevoir avec succès des stations radio distantes. Mais un radioamateur n'a pas toujours à portée de main les outils nécessaires pour de telles mesures. Dans cet article, l'auteur propose d'utiliser une méthode simple qui produit des résultats tout à fait acceptables. Ayant suspendu une antenne filaire extérieure, un adepte de la réception radio sur ondes longues et moyennes (LW et MW) se pose souvent la question : quels sont ses paramètres ? Il existe deux paramètres principaux - il s'agit de la résistance aux pertes du système de mise à la terre de l'antenne rp et de la propre capacité de l'antenne par rapport à la même terre SA. L'efficacité du système d'antenne dépend de ces paramètres et, par conséquent, de la possibilité de recevoir des stations éloignées, d'alimenter le dispositif de réception avec "l'énergie gratuite" des signaux reçus de l'air, de régler le système d'antenne sur différentes fréquences, etc. Les mesures d'antenne sont "terra incognita" pour la plupart des radioamateurs, et pas seulement pour les débutants. Toutes les méthodes connues nécessitent un générateur haute fréquence puissant et un pont de mesure - équipement rarement trouvé chez les radioamateurs. Souvent, ces deux appareils sont combinés pour former un ohmmètre d'alimentation ou d'antenne (comme on les appelle), utilisé, par exemple, lors du réglage et du réglage des antennes des centres radio émetteurs [1]. Un générateur RF puissant est nécessaire car l'antenne, ouverte à tous les vents, a une haute tension de divers captages, y compris des signaux d'autres stations radio qui interfèrent avec les mesures. Dans la méthode de mesure proposée, le générateur n'est pas du tout nécessaire. Nous allons mesurer les paramètres de l'antenne à l'aide de signaux aériens, car il y en a beaucoup là-bas. Dois-je fabriquer un appareil spécial ou un support pour les mesures ? Ceci est facultatif. Étant donné que les antennes ne sont pas changées tous les jours, il ne sera pas difficile d'assembler des circuits de mesure simples directement sur le bureau ou sur le rebord de la fenêtre, sans même utiliser de cartes de prototypage. Mesure de la résistance aux pertes. Vous aurez besoin d'une tige de ferrite d'une antenne magnétique avec une paire de bobines, de préférence des gammes LW et MW, une résistance variable avec une résistance de 0,47 ... ,1...0,5 MΩ). Pour identifier "à l'oreille" les stations de radio reçues, il est utile de disposer de téléphones à haute impédance. Nous assemblons l'appareil selon le schéma de la Fig. 1 et, en déplaçant la tige dans la bobine de l'antenne magnétique, nous syntonisons la fréquence du signal d'une puissante station de radio locale.
Dans ce cas, la résistance variable R1 doit être réglée sur la position de résistance nulle (déplacez le curseur vers la position supérieure selon le schéma). Le moment du réglage fin du circuit en résonance avec la fréquence de la station de radio sera marqué par la déviation maximale de l'aiguille du compteur et le volume le plus élevé dans les téléphones. Les téléphones connectés en série avec un voltmètre n'ont pratiquement aucun effet sur ses lectures, en même temps, le volume n'est pas trop élevé. Pour l'augmenter pendant le temps d'identification de la station radio, le voltmètre peut être fermé, commuté sur la limite de mesure la plus basse, où sa résistance est inférieure, ou un condensateur d'une capacité de l'ordre de 0,05 ... condensateur, le son peut être quelque peu déformé en raison de l'inégalité de la charge du détecteur aux fréquences audio et au courant continu). En notant les lectures du voltmètre (U1) et sans modifier les paramètres du circuit, déplacez le curseur de la résistance variable R1 jusqu'à ce que les lectures du voltmètre soient réduites de moitié (U2). Dans ce cas, la résistance de la résistance sera égale à la résistance de perte du système d'antenne à une fréquence donnée. Les mêmes mesures peuvent être faites à d'autres fréquences. La résistance de la résistance est mesurée avec un ohmmètre, en la déconnectant du circuit de mesure. En l'absence d'ohmmètre, il est nécessaire d'équiper la résistance d'un stylo avec un viseur et une échelle, qui doit être calibré en ohms à l'aide d'un instrument standard. En utilisant la méthodologie ci-dessus, il est possible de choisir, par exemple, la meilleure option de mise à la terre. En conditions urbaines, les options suivantes sont possibles : conduites d'eau, conduites de chauffage, ferrures de garde-corps de balcon, etc., ainsi que diverses combinaisons de celles-ci. Vous devez vous concentrer sur le signal reçu maximal et la résistance de perte minimale. Dans une maison de campagne, en plus de la mise à la terre "classique", il est recommandé d'essayer un puits ou des conduites d'eau, une clôture en treillis métallique, un toit en tôle galvanisée ou tout autre objet métallique massif, même s'il n'est pas en contact avec vraie terre. Mesure de capacité d'antenne. Au lieu d'une résistance variable, vous devez maintenant activer le KPI (de tout type) avec une capacité maximale de 180 ... 510 pF. Il est également souhaitable d'avoir un capacimètre avec une limite de mesure de dizaines à centaines de picofarads. L'auteur a utilisé un capacimètre numérique Master-S [2] gracieusement fourni par son concepteur. S'il n'y a pas de capacimètre, vous devez faire la même chose qu'avec une résistance - équipez le KPI d'une échelle et calibrez-le en picofarads. Cela peut être fait sans appareils, car la capacité est proportionnelle à la surface de la partie introduite des plaques. Dessinez la forme de la plaque du rotor sur du papier millimétré (plus la graduation est grande, plus précise), divisez le dessin en secteurs à 10 degrés angulaires et calculez la surface de chaque secteur et la plaque entière S0 dans les cellules. Sur la fig. 2, le premier secteur avec la zone S1 est grisé. Au premier risque de l'échelle qui lui correspond, il faut régler la capacité C1 \u1d CmaxS0 / SXNUMX, etc.
Si les plaques du rotor ont une forme semi-circulaire (un condensateur à capacité directe), l'échelle s'avère linéaire et il n'est alors pas nécessaire de faire des dessins et de compter les zones. Par exemple, un KPI avec un diélectrique solide d'un kit pour la créativité des enfants a une capacité maximale de 180 pF. Il suffit de diviser l'échelle en 18 secteurs de 10 degrés chacun et de mettre environ des divisions de 10, 20 pF, etc. Que la précision soit faible, pour nos besoins, cela suffit. Après avoir calibré le KPI, nous assemblons l'installation selon le schéma de la fig. 3.
En connectant l'antenne à la prise XS1 et en éteignant le KPI avec le commutateur SA1, nous accordons le circuit formé par la capacité de l'antenne et la bobine L1 à la fréquence de la station radio. Sans plus toucher la bobine, nous commutons l'antenne sur la prise XS2 et connectons le condensateur C2 (notre KPI) au circuit avec le commutateur SA1. Nous nous accordons à nouveau sur la même fréquence, maintenant avec l'aide de C2. Nous déterminons sa capacité Sk sur une échelle ou à l'aide d'un capacimètre connecté aux prises XS3, XS4 (en commutant SA1 sur la position indiquée sur le schéma pour cela). Il reste à trouver la capacité de l'antenne SA par la formule SA = C2(1 + sqrt(1 + 4C1/C2))/2. La signification de nos manipulations est la suivante: lorsque nous avons connecté l'antenne via le condensateur de couplage C1, la capacité totale du circuit est devenue plus petite et, pour la restaurer, nous avons dû ajouter la capacité C2. Vous pouvez vous-même dériver la formule ci-dessus basée sur l'égalité de la capacité de l'antenne CA (dans le premier cas) et la capacité de contour complexe C2 + CAC1 / (CA + C1) dans le second cas. Pour améliorer la précision des mesures, il est souhaitable de choisir une plus petite capacité du condensateur de couplage, entre 15 ... 50 pF. Si la capacité du condensateur de couplage est bien inférieure à la capacité de l'antenne, alors la formule de calcul est simplifiée : SA = C2 + C1. Expérimentation et discussion. L'auteur a mesuré les paramètres d'une antenne de ce type disponible à la datcha : un fil PEL 0,7 de 15 m de long, qui est tendu jusqu'au faîte du toit et s'éloigne de la maison jusqu'à un arbre voisin. La meilleure «mise à la terre» (contrepoids) était un chauffe-eau isolé du sol avec un petit réseau de tuyaux et des batteries de chauffage locales. Toutes les mesures ont été effectuées dans la gamme MW à l'aide d'une bobine MW standard d'une antenne magnétique d'un récepteur à transistor. S'il n'y avait pas assez d'inductance pour s'accorder sur le bord basse fréquence de la gamme, une autre tige de ferrite était placée à côté de l'antenne magnétique, parallèlement à la première.
Les résultats des mesures sont résumés dans le tableau. Ils ont besoin d'un petit commentaire. Tout d'abord, il est frappant de constater qu'à différentes fréquences, la résistance à la perte et la capacité de l'antenne sont différentes. Ce ne sont pas du tout des erreurs de mesure. Considérons d'abord la dépendance en fréquence de la capacité. Si le fil d'antenne n'avait pas aussi une certaine inductance LA, les valeurs de capacité seraient les mêmes. L'inductance du fil est en série avec la capacité de l'antenne, comme le montre le circuit équivalent du circuit d'antenne illustré à la Fig. 4.
L'influence de l'inductance est plus forte aux hautes fréquences, où la réactance inductive augmente et compense partiellement la réactance capacitive. En conséquence, la réactance totale de l'antenne diminue et la capacité mesurée devient plus grande. L'antenne a une fréquence naturelle f0 - la fréquence de résonance du circuit LACA, à laquelle la réactance disparaît et la valeur de capacité mesurée tend vers l'infini. La longueur d'onde naturelle de l'antenne Lambda0 correspondant à cette fréquence est approximativement égale à quatre fois la longueur du fil d'antenne et tombe généralement dans la gamme HF. La fréquence naturelle peut être calculée à partir de mesures de capacité à deux fréquences arbitraires, mais les formules sont trop compliquées. Pour son antenne, l'auteur a reçu CA = 85 pF. LA = 25 µH et f0 - environ 3,5 MHz. Pour des estimations approximatives, nous pouvons supposer que chaque mètre de fil d'antenne (avec la réduction) introduit une inductance d'environ 1 ... 1,5 μH et une capacité d'environ 6 pF. La résistance de perte avec une bobine L1 de qualité suffisante est principalement constituée de la résistance de masse. Il est à son tour calculé selon la formule empirique (obtenue sur la base de données expérimentales) de M.V. Shuleikin [3] : rp = А*Lambda/Lambda0. Ici A est un coefficient constant dépendant de la qualité de la mise à la terre, avec une dimension en ohms. Pour de bonnes raisons, A est des unités et même des fractions d'un ohm. Comme vous pouvez le voir, la résistance à la perte augmente avec l'augmentation de la longueur d'onde (diminution de la fréquence), ce qui a été confirmé par les données du tableau. La dépendance en fréquence de la résistance aux pertes a été découverte au début du siècle dernier, mais l'auteur n'a pas trouvé d'explication détaillée de cet effet dans la littérature. À cet égard, de nombreuses données obtenues par les radioamateurs lors de la mesure des paramètres de leurs antennes peuvent être très utiles. littérature
Auteur : V. Polyakov, Moscou
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