Вимірювач напруженості поля
Вимірювач напруженості поля
При налагодженні апаратури і антен аматорської радіостанції нерідко виникає необхідність виміряти рівень електромагнітного випромінювання радіочастотного діапазону. Професійна апаратура для подібних вимірів рідко доступна радіоаматорам, але з прийнятною для практики точністю оцінити напруженість електричного поля, створюваного радіостанцією, вдається за допомогою нескладних саморобних приладів.
У УКВ діапазонах виміряти ці рівні можна за допомогою звичайного напівхвильового диполя. Як відомо, напруга U, наведене в антені, так само її діючої висоті, помноженої на напруженість електричного поля електромагнітної хвилі. Для півхвильового диполя діюча висота дорівнює # 955; / π де # 955; - довжина хвилі [3]. В аматорському УКХ діапазоні 2 метри при напруженості поля 1 В / м напруга U буде 0,66 В для ненавантаженого диполя і 0,33 В при навантаженні резистором з опором, рівним вхідному опору диполя (73 Ом). Такі напруги можна реєструвати вже звичайним високочастотним вольтметром з доданими детектором.
Вимірювач виходить нескладним і не містить джерела живлення. Якщо високочастотний вольтметр, підключений до навантаженому диполю, реєструє напругу 1 В (ефективне значення), то відхилення стрілки вимірювального приладу на всю шкалу буде якраз відповідати напруженості електричного поля 3 В / м. "Зашкалювання" індикатора приладу буде свідчити про те, що в даній точці гранично допустиме значення поля перевищено
Схема вимірювача напруженості електричного поля для діапазону 2 метра приведена на малюнку. Половинки диполя виготовлені з мідного дроту діаметром 2. 3 мм. Розміри на малюнку дано в см. Елементи високочастотного вольтметра розміщують на невеликій пластинці з ізоляційного матеріалу, до якої кріплять і половинки диполя. У високочастотному вольтметрі застосований германієвий діод, оскільки кремнієві діоди не підходять для вимірювання малих ВЧ напруг. Крім зазначеного на схемі діода ГД508А, тут можна застосувати ГД507А і Д311. У германієвих діодів інших типів (з числа поширених) ефективність детектування на частотах вище 30 МГц помітно знижується. Номінали резисторів R1 і R2 дані для вимірювальної головки з струмом повного відхилення 100 мкА і опором рамки 2,85 кОм (М4247).
Якщо у радіоаматора є можливість прокалибровать високочастотний вольтметр (встановити верхню межу вимірювань підбором резисторів R1 і R2, а також зняти залежність показань вольтметра від прикладеного ВЧ напруги), то по завершенні цієї процедури виготовлення вимірювача напруженості поля закінчується. Калібрування можна провести, використовуючи вольт метр ВК7-9 або йому подібні прилади. При підборі резисторів корисно дотримуватися умова R1 = R2 для кращої симетрії антени.
З конструктивних особливостей приладу слід зазначити лише одну. Щоб зменшити вплив на вимірювання тіла оператора, і особливо його рук, до антени з індикатором треба прикріпити невелику "щоглу" (не коротші 0,5 м) і тримати всю конструкцію на витягнутій руці.
Якщо ж у радіоаматора немає можливості прокалибровать ВЧ вольтметр вимірювача напруженості поля, то можна скористатися наведеною нижче методикою. Сумарний опір резисторів R1 і R2 вибирають таким, щоб вольтметр постійного струму (ці резистори і мікроамперметр) мав межа вимірювання напруги 1 В. Їх опір (в кОм) можна розрахувати з співвідношення
де i - струм повного відхилення приладу РА1, мА; R - його внутрішній опір, кОм. При цьому ВЧ вольтметр буде також мати межу вимірювання, близький до 1 В (ефективне значення), з похибкою не більше 20% незалежно від використовуваних в вольтметрі діодів (з числа названих вище), а шкала такого ВЧ вольтметра буде носити статечної характер з показником ступеня n
Похибка вимірювання ВЧ напруги таким ВЧ вольтметром (і, отже, напруженості електричного поля, створюваного передавачем) не перевищуватиме 30% незалежно від використовуваного примірника діода. Точність невисока, але для грубих оцінок електромагнітної обстановки цілком достатня.
Структура електромагнітного поля в житлових приміщеннях може бути дуже неоднорідною через відбиття радіохвиль від металевих конструкцій і електропроводки. З цієї причини індикатор треба переміщати поблизу точки вимірювань, домагаючись максимуму його показань, а також варіювати його поляризацію.
На більш низькі частоти виготовити подібний резонансний вимірювач поля не можна через велику довжину диполя, але для оцінок в KB діапазонах можна застосувати і описаний вище, використовуючи його як диполь Герца (дуже короткий у порівнянні з довжиною хвилі). Діюча висота ненагруженного диполя Герца -l / 2, де I - повна довжина диполя (в нашому випадку - близько 1 м). Тому, наприклад, в діапазоні 20 метрів при напруженості електричного поля 10 В / м наведену напругу буде близько 5 В. Однак вхідний опір диполя Герца має ємнісний характер і велике за абсолютною величиною. Резистор R3 утворює з цим опором дільник, значно зменшує напругу на детекторі. Воно піддається розрахунку, користуючись даними з [3] або за допомогою програми MMANA, але все ж краще відкалібрувати вимірювач експериментально на кожному з використовуваних діапазонів. Опір резистора R3 в цьому випадку може бути значно більше.