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ENCYCLOPÉDIE DE LA RADIOÉLECTRONIQUE ET DU GÉNIE ÉLECTRIQUE Sur l’alimentation des récepteurs radio avec de l’énergie gratuite. Encyclopédie de la radioélectronique et de l'électrotechnique
Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique / réception radio Peut-être en raison de la hausse du prix des piles et des batteries rechargeables, ou peut-être pour une autre raison, mais récemment, l'intérêt des auditeurs de radio pour le problème de l'alimentation d'un récepteur radio avec « l'énergie gratuite » du rayonnement de puissantes stations de radiodiffusion a considérablement augmenté. augmenté. Dans un certain nombre de périodiques, des rapports ont été publiés sur des détecteurs « haut-parleur », ainsi que sur des récepteurs qui fonctionnent sur des téléphones et, alimentés par le champ d'une station de radio puissante, reçoivent des programmes d'autres stations moins puissantes. Étant donné que les raisons de ce phénomène sont dans une certaine mesure entourées de mystère et que la littérature propose les solutions de circuits les plus incroyables, à l'aide desquelles il est censé être possible d'obtenir des résultats encore plus incroyables. Le but de cet article est d'aider les radioamateurs intéressés par ce problème à le comprendre d'un point de vue objectif et à évaluer réellement les capacités des appareils de réception radio alimentés par « l'énergie libre » de puissantes stations de radio. Les questions de détection optimale et de construction des récepteurs eux-mêmes devraient être abordées dans l'un des articles suivants. On sait que la FEM induite par le champ d'une station radio émettrice dans l'antenne d'un récepteur radio peut être déterminée par la formule : ε = E*hд, où E est l'intensité du champ de la station radio au point de réception, et hд - hauteur effective de l'antenne. Cependant, nous devons maximiser non pas la FEM, mais la puissance du signal reçu fourni au détecteur, dont la résistance d'entrée Rin dépend de son circuit, de la résistance de charge et, dans une certaine mesure, de l'ampleur de la FEM induite. dans l'antenne. Puisque la puissance du signal arrivant au détecteur P = U*I (où U est la tension fournie au détecteur et I le courant qui le traverse), et la résistance d'entrée Rdans = U/I, alors la puissance peut être maximisée en modifiant l'impédance d'entrée du détecteur, en choisissant différents schémas pour l'adapter à l'antenne, ainsi qu'en augmentant la tension sur le détecteur, en diminuant le courant, et vice versa. En revanche, on sait que la source (circuit d'antenne) délivre une puissance maximale à la charge (détecteur) dans le cas où sa résistance active est égale à la résistance d'entrée de la charge, c'est-à-dire RА = Rdans, et la réactance est compensée en incluant une réactance de signe différent. Ce sont les conditions habituelles pour adapter la source à la charge, comment les remplir en situation réelle ? Les stations de radio les plus puissantes fonctionnent dans les bandes d’ondes longues et moyennes. Les sols humides, l'eau douce, et plus encore l'eau de mer, ont à ces fréquences les propriétés d'un conducteur dans lequel les courants de conduction sont bien supérieurs aux courants de déplacement. En conséquence, les ondes à polarisation horizontale sont considérablement affaiblies à la surface de la Terre. Pour cette raison, pour la radiodiffusion, on utilise des ondes à polarisation verticale, émises par des mâts verticaux - des antennes avec une partie horizontale plus ou moins développée et une bonne mise à la terre. Les problèmes de conception d'antennes à ondes longues et moyennes ont été résolus dans les années trente et traités en détail dans les manuels des années quarante et cinquante, ce qui explique « l'antiquité » de la littérature donnée à la fin de l'article.
Un croquis d'une antenne verticale avec mise à la terre est présenté sur la Fig. 1, a. La longueur d'onde naturelle (résonante) émise par une telle antenne (rappelons qu'elle est considérée comme une onde à la fréquence dont la résistance au niveau du connecteur XT1 est active et égale à la résistance d'un vibrateur monopôle quart d'onde, soit ~37 Ohm) λ0=4*jeД, et la hauteur effective hд=2IА/π. Dans des conditions amateurs, il est presque impossible de construire une antenne verticale quart d'onde, car elle s'avère trop haute, donc généralement des antennes en forme de L (Fig. 1, b) et en forme de T (Fig. 1, c) avec un paramètre λ sont utilisés0= KIД, Où jeА = h + jeГ, et K est un coefficient dont la valeur peut être déterminée à partir du tableau :
Il serait possible de recommander une antenne parapluie avec 3-4 faisceaux horizontaux connectés en un point à la partie verticale, cependant, en raison de la complexité de la conception, elle est extrêmement rarement utilisée. Seule la partie verticale de l'antenne participe à la réception des ondes radio, tandis que la partie horizontale agit comme une charge capacitive, augmentant sa propre longueur d'onde et sa hauteur effective. Plus la partie horizontale est développée, plus la relation h est préciseд = h et l'antenne elle-même est plus efficace. Dans la plupart des cas, l'antenne reçoit des signaux dont la longueur d'onde est supérieure à la longueur d'onde de l'antenne λ >λ0, et sa résistance est complexe (Za) avec actif (RΣ) et les composants réactifs (X), déterminés par les formules : ZА=RА -jX ;
où W est l'impédance d'onde du fil d'antenne, qui est d'environ 450 ... 560 ohms.
Pour compenser la capacité de l'antenne, une inductance (bobine d'extension) est incluse dans son circuit, et le circuit équivalent de l'antenne prend la forme représentée sur la Fig. 2. Il est désormais possible de calculer la puissance transmise par l'antenne à la charge (détecteur), et nous ne prendrons pas en compte les pertes dans son circuit pour l'instant. Si la résistance d'entrée du détecteur et la composante active de la résistance de l'antenne R sont égalesdans=RΣ la puissance de charge est maximale et égale à Р0= (ε/2)2/RΣ. En substituant dans cette formule les expressions pour ε et RΣobtenir P0= E2 hд2 λ2 / (4*1600*hд2) = E2 λ2 / 6400 La formule que nous avons dérivée détermine la puissance maximale qui peut être induite par le champ d'une station radio dans une antenne idéale sans perte. Il est intéressant de noter que cette puissance ne dépend pas de la taille et du design d’une antenne particulière. De ce qui précède, les conclusions suivantes peuvent être tirées. - la possibilité d'alimenter les récepteurs avec « de l'énergie gratuite » dépend uniquement de l'intensité du champ de la station radio au lieu de réception ;
Par exemple, calculons la puissance maximale qui peut être induite dans l'antenne par le champ d'une station radio DV fonctionnant à une fréquence de 171 kHz (λ = 1753 m) avec une tension de 20 mV/m, ce qui se produit dans de nombreuses régions. de la région de Moscou et même au-delà : Р0= E2*λ2/6400 =0,022 * 17532 /6400=0,19 W. Cette puissance est tout à fait suffisante pour le fonctionnement haut-parleur de la plupart des récepteurs portables, puisqu'elle équivaut à Upit = 9 V pour un courant de 20 mA. Malheureusement, la situation réelle est loin d’être idéale. Le fait est que dans le circuit d'antenne il y a une résistance de perte Rп, composé de la résistance du fil d'antenne, de la résistance active de la bobine d'adaptation L (Fig. 2) et de la résistance de mise à la terre. L'efficacité d'une telle antenne est déterminée par l'expression η = RΣ/ (RΣ+Rп). et la puissance reçue de celui-ci - par la formule: P = P0*η = E2 λ2*η / 6400 Calculer l’efficacité d’une antenne est une tâche tout à fait résoluble. La résistance linéaire d'un fil de cuivre d'un diamètre de 1 mm au courant continu est de 22,5 Ohm/km et augmente environ 2 fois à une fréquence de 200 kHz [1]. Pour un fil d'un diamètre de 2 mm, des valeurs similaires seront de 5,5 Ohm/km et 3 fois. Ainsi, la résistance du fil d'antenne RPennsylvanie la longueur 20...50 m peut être estimée à 0,3...3 Ohm. Résistance de mise à la terre Plogiciel plus. M. B. Shuleikin a un jour proposé la formule empirique suivante pour déterminer les pertes à l'échouement [2] : Rlogiciel =Aλ/λ0, où le coefficient A varie de 0,5...2 Ohm pour une bonne mise à la terre et de 4...7 Ohm pour une mauvaise mise à la terre. Résistance de bobine adaptée Rпк dépend de son facteur de qualité de conception Q et peut être calculé à l'aide de la formule : Rпк =X/Q. En utilisant les données de l'exemple ci-dessus, nous calculons l'efficacité d'une antenne en forme de L avec une hauteur de suspension de 10 m et une longueur de partie horizontale de 20 m, ayant hд=10 m A l'aide du tableau, on détermine le coefficient K = 6, alors la longueur d'onde propre de l'antenne sera égale à : λ0\u6d 10 * (20 + 180) \uXNUMXd XNUMX m, et λ / λ0 = 10. Avec un diamètre de fil de 1 mm, résistance RPennsylvanie= 22,5*2*0,03 = 1,3 Ohm, une mise à la terre satisfaisante peut être obtenue avec Re = 3*10 = 30 Ohm. Avec une impédance d'onde du fil d'antenne W = 500 Ohm, la réactance de l'antenne est X = 500*ctg(π/10) = 500/0,31 = 1600 Ohm. Après avoir fixé le facteur de qualité de conception de la bobine correspondante Q = 250, nous trouvons sa résistance Rпк = 1600/250 = 6,45 ohms. La résistance totale de perte d'antenne, égale à la somme de toutes celles trouvées, sera d'environ 38 Ohms, tandis que la résistance aux radiations RΣ = 1600(hД/λ)2=1600(10/1753)2 = 0,05 Ohm, ce qui signifie que le rendement η = 0,05/38 = 0,14 % ! Ainsi, la puissance du signal fourni à la charge par l'antenne considérée ne sera que de 0,19 * 0,0014 = 0,26 mW, ce qui équivaut, par exemple, à une tension d'alimentation de 1 V à un courant de 0,26 mA. C'est suffisant pour faire fonctionner un récepteur téléphonique, mais pas suffisant pour alimenter un récepteur de haut-parleur. Notez que la principale contribution aux pertes d’antenne provient de la mise à la terre. Pour le rendre bon, il faut creuser le sol jusqu'à l'aquifère et placer un objet métallique à cette profondeur, éventuellement d'une superficie plus grande, bien sûr, puis enterrer un trou. Il peut également être recommandé de réaliser un système de fils de contrepoids, divergents radialement du point de mise à la terre et enterrés à faible profondeur. Si des expériences sont effectuées sur une parcelle de jardin, les tuyaux d'un puits d'eau ou d'une alimentation en eau peuvent être utilisés comme mise à la terre, et une clôture métallique de la parcelle peut également servir de contrepoids, si vous veillez à un bon contact électrique de son pièces individuelles. Une question importante : comment assurer la nécessaire coordination de l'antenne avec le détecteur ? L'introduction d'éléments réactifs supplémentaires ne fait qu'aggraver l'efficacité en raison des pertes supplémentaires qui leur sont inhérentes, il est donc conseillé d'utiliser uniquement les éléments illustrés à la Fig. 2. Dans ce cas, le circuit récepteur recommandé prendra la forme illustrée à la Fig. 3.
La bobine d'inductance variable L1, avec la capacité de l'antenne, forme un circuit oscillatoire accordé sur la fréquence d'une station radio puissante. Les réactances de l'antenne et de la bobine sont égales et compensées. Résistance active série du circuit d'antenne RА = RΣ + Rпconverti en résistance équivalente Rth =X2/RА, connecté en parallèle avec la bobine. Si elle est trop grande pour correspondre à l'impédance d'entrée du détecteur, ce dernier est connecté à la prise de la bobine pour que la condition n soit satisfaite2*Rth=Rdans, où n est le rapport entre le nombre de tours de la bobine depuis la borne mise à la terre jusqu'à la prise et le nombre total de tours. Le circuit détecteur, contenant la diode VD1, le condensateur de blocage C1 et la charge, ne nécessite aucune explication. Dans l'exemple ci-dessus, Rth= 16002/38 = 67,4 kOhms. Si le détecteur a une résistance d'entrée de l'ordre de 2 kOhm, ce qui est vrai lorsqu'on travaille sur des téléphones avec une résistance de 4 kOhm, n = (2/67)0,5 = 0,17, donc le taraudage doit être réalisé à partir d'environ 1/6 des tours de la bobine entière. La protection contre la foudre des antennes a toujours été et reste un problème important dans les zones rurales. Il est préférable de connecter l'antenne à la terre en permanence. Le circuit récepteur représenté sur la Fig. 3, remplit cette condition. Néanmoins, même des éclairs pas particulièrement rapprochés induisent une CEM pulsée dans les grandes antennes, mesurée en plusieurs kilovolts, ce qui n'est en aucun cas sûr. Un éclateur à gaz ou même une simple ampoule néon HL1 connectée entre l'antenne et la masse contribuera à protéger la diode du détecteur. Néanmoins, si un orage est à proximité, l'antenne doit être mise à la terre avec un interrupteur spécial SA1. Le résultat paradoxal, à première vue, qui consiste en l'indépendance de la puissance retirée de l'antenne par rapport à sa taille en l'absence de pertes et lorsqu'elle est coordonnée avec la charge, s'explique facilement. Il est bien connu qu'une antenne émettrice, si elle ne présente aucune perte et si elle est adaptée à la source du signal, rayonne toute la puissance qui lui est fournie. Par conséquent, différentes antennes ayant le même diagramme de rayonnement dans les conditions ci-dessus créent la même intensité de champ électromagnétique à la même distance. Il reste à l'ajouter - quelle que soit la taille de l'antenne. Bien entendu, dès que l'on parle d'antennes réelles avec pertes, cette affirmation perd immédiatement sa valeur pratique. Lorsque la taille des antennes diminue, leur résistance au rayonnement devient extrêmement faible, la composante réactive de la résistance augmente, ce qui rend difficile la faites correspondre l'antenne avec la source du signal, les pertes augmentent, donc l'efficacité des antennes chute fortement De la réversibilité des antennes, il résulte qu'avec la même intensité de champ, adaptée à la charge et sans pertes, des antennes de réception de différentes tailles fourniront la même puissance à la charge. Bien entendu, pour les antennes de réception, les pertes et les difficultés d'adaptation à la charge laissent le résultat obtenu à une valeur purement théorique. Notons encore une fois que tous les calculs donnés dans l'article ne sont valables que dans le cas où les dimensions de l'antenne sont nettement inférieures à la longueur d'onde. littérature
Auteur : V. Polyakov, Moscou
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