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라디오 전자 및 전기 공학의 백과사전 자유 에너지로 라디오 수신기를 공급하는 방법. 무선 전자 및 전기 공학 백과사전
아마도 충전용 셀과 배터리의 가격 상승 때문이거나 다른 이유 때문일 수도 있지만, 최근 강력한 송신 방송국에서 나오는 방사선의 "자유 에너지"로 라디오 수신기에 전력을 공급하는 문제에 대한 라디오 청취자들의 관심이 크게 높아졌습니다. 증가했습니다. 여러 정기 간행물에서 "큰 소리로 말하는" 감지 장치뿐만 아니라 전화기에서 작동하고 강력한 라디오 방송국의 전력을 받아 다른 덜 강력한 방송국에서 프로그램을 수신하는 수신기에 대한 보고서가 나왔습니다. 이 현상의 원인은 어느 정도 미스터리에 싸여 있고 문헌은 훨씬 더 놀라운 결과를 얻을 수 있는 가장 놀라운 회로 솔루션을 제공하기 때문에. 이 기사의 목적은 이 문제에 관심이 있는 라디오 아마추어가 객관적인 관점에서 이 문제를 이해하고 강력한 라디오 방송국의 "자유 에너지"로 구동되는 라디오 수신 장치의 기능을 실제로 평가하도록 돕는 것입니다. 수신기 자체의 최적 감지 및 구성 문제는 다음 기사 중 하나에서 고려될 것으로 예상됩니다. 무선 수신기의 안테나에 있는 송신 무선국의 자기장에 의해 유도된 EMF는 다음 공식으로 결정될 수 있는 것으로 알려져 있습니다. ε = E*hд여기서 E는 수신 지점에서 무선국의 전계 강도이고, h는д - 유효 안테나 높이. 그러나 우리는 EMF를 전혀 극대화하지 않고 검출기에 공급되는 수신 신호의 전력을 최대화해야 합니다. Rin의 입력 저항은 회로, 부하 저항 및 어느 정도 유도된 EMF의 크기에 따라 달라집니다. 안테나에서. 검출기에 도달하는 신호의 전력 P = U*I(U는 검출기에 공급되는 전압, I는 검출기에 흐르는 전류), 입력 저항 R~ 안에 = U/I이면 감지기의 입력 임피던스를 변경하고 이를 안테나와 일치시키기 위한 다양한 방식을 선택하고 감지기의 전압을 높이고 전류를 감소시키며 그 반대로 전력을 최대화할 수 있습니다. 반면, 소스(안테나 회로)는 활성 저항이 부하의 입력 저항, 즉 R과 동일한 경우 부하(검출기)에 최대 전력을 전달하는 것으로 알려져 있습니다.А = R~ 안에, 다른 부호의 리액턴스를 포함시켜 리액턴스를 보상한다. 소스와 부하를 일치시키기 위한 일반적인 조건은 다음과 같습니다. 실제 상황에서 이를 충족하는 방법은 무엇입니까? 가장 강력한 라디오 방송국은 장파 및 중파 대역에서 작동합니다. 습한 토양, 담수, 더욱이 해수는 이러한 주파수에서 전도 전류가 변위 전류보다 훨씬 큰 도체의 특성을 갖습니다. 결과적으로 수평 편파의 파동은 지표면에서 상당히 약해집니다. 이러한 이유로 라디오 방송의 경우 수직 마스트에서 방출되는 수직 편파의 파동이 사용됩니다. 즉, 수평 부분이 어느 정도 발달하고 접지가 양호한 안테나입니다. 장파 및 중파 안테나 설계 문제는 XNUMX년대에 해결되었으며 XNUMX년대와 XNUMX년대 교과서에서 자세히 다루었습니다. 이는 기사 끝에 제공된 문헌의 "고대"를 설명합니다.
접지된 수직 안테나의 스케치가 그림 1에 나와 있습니다. 1, a. 이러한 안테나에서 방출되는 자연(공진) 파장(XT37 커넥터의 저항이 활성화되고 XNUMX/XNUMX 파장 모노폴 진동기의 저항과 동일한 주파수의 파동으로 간주됨, 즉 ~XNUMX) 옴) λ0=4*나Д, 유효 높이 hд=2나А/π. 아마추어 조건에서는 1/1 파장 수직 안테나를 만드는 것이 거의 불가능합니다. 너무 높기 때문에 일반적으로 L 자형 (그림 XNUMX, b) 및 T 자형 (그림 XNUMX, c) 안테나입니다. 매개변수 λ를 사용하여 사용됩니다.0= 키Д, 내가 어디에А = h + 나Г, K는 계수이며 그 값은 표에서 확인할 수 있습니다.
3-4개의 수평 빔이 수직 부분의 한 지점에 연결된 우산형 안테나를 권장할 수 있지만 설계의 복잡성으로 인해 극히 드물게 사용됩니다. 안테나의 수직 부분만 전파 수신에 관여하고 수평 부분은 용량성 부하 역할을 하여 자체 파장과 유효 높이를 증가시킵니다. 수평 부분이 더 발달할수록 관계 h가 더 정확해집니다.д = h이고 안테나 자체가 더 효율적입니다. 대부분의 경우, 안테나는 안테나 자체 파장 λ > λ보다 파장이 더 큰 신호를 수신합니다.0, 그 저항은 활성(R)과 복소수(Za)입니다.Σ) 및 반응성(X) 성분은 다음 공식에 의해 결정됩니다. ZА=RА -jX;
여기서 W는 약 450 ... 560 옴인 안테나 와이어의 파동 임피던스입니다.
안테나의 커패시턴스를 보상하기 위해 회로에 인덕턴스(확장 코일)가 포함되며 안테나의 등가 회로는 그림 2과 같은 형태를 취합니다. XNUMX. 이제 안테나에서 부하(검출기)로 전송되는 전력을 계산할 수 있으며 지금은 회로의 손실을 고려하지 않습니다. 검출기의 입력 저항과 안테나 저항 R의 능동 성분이 동일한 경우~ 안에=RΣ 부하 전력은 최대이며 다음과 같습니다. Р0= (ε/2)2/RΣ. 이 공식에 ε 및 R에 대한 식을 대입하면Σ우리는 얻는다 P0= 전자2 hд2 λ2 / (4*1600*hд2) = 전자2 λ2 / 6400 우리가 도출한 공식은 손실 없이 이상적인 안테나에서 라디오 방송국의 자기장에 의해 유도될 수 있는 최대 전력을 결정합니다. 이 전력이 특정 안테나의 크기와 디자인에 의존하지 않는다는 점은 흥미롭습니다. 위로부터 다음과 같은 결론을 도출할 수 있다. - "자유 에너지"로 수신기에 전력을 공급할 가능성은 수신 위치에 있는 무선국의 전계 강도에만 의존합니다.
예를 들어 주파수 171kHz(λ = 1753m), 전압 20mV/m에서 작동하는 DV 라디오 방송국의 자기장에 의해 안테나에 유도될 수 있는 최대 전력을 계산해 보겠습니다. 이러한 현상은 많은 지역에서 발생합니다. 모스크바 지역 및 그 너머 지역: Р0= E2* λ2/6400 =0,022 * 17532 /6400=0,19W 이 전력은 9mA 전류에서 Upit = 20V와 동일하므로 대부분의 휴대용 수신기의 스피커 작동에 매우 충분합니다. 불행하게도 실제 상황은 이상적과는 거리가 멀다. 사실 안테나 회로에는 손실 저항 R이 있습니다.п, 안테나 선의 저항, 매칭 코일 L(그림 2)의 능동 저항 및 접지 저항으로 구성됩니다. 이러한 안테나의 효율성은 다음 식에 의해 결정됩니다. θ = RΣ/(아르 자형Σ+Rп). 그리고 그로부터받은 힘 - 공식에 의해 : 피 = 피0*eta = E2 λ2* eta / 6400 안테나의 효율성을 계산하는 것은 완전히 해결 가능한 작업입니다. 직경 1mm의 구리선의 직류에 대한 선형 저항은 22,5Ω/km이고 2kHz의 주파수에서 약 200배 증가합니다[1]. 직경이 2mm인 와이어의 경우 유사한 값은 5,5Ω/km 및 3배입니다. 따라서 안테나 와이어 저항 R아빠 길이 20...50m는 0,3...3Ω으로 추정할 수 있습니다. 접지저항 PPZ 더. M. B. Shuleikin은 접지 손실을 결정하기 위해 다음과 같은 경험적 공식을 제안한 적이 있습니다[2]. RPZ = A λ/ λ0, 여기서 계수 A는 양호한 접지의 경우 0,5...2Ω이고 나쁜 접지의 경우 4...7Ω입니다. 매칭 코일 저항 Rпк 설계 품질 계수 Q에 따라 달라지며 다음 공식을 사용하여 계산할 수 있습니다. Rпк =X/Q. 위 예의 데이터를 사용하여 서스펜션 높이가 10m이고 수평 부분 길이가 20m인 L자형 안테나의 효율을 계산합니다.д=10m 표를 사용하여 계수 K = 6을 결정하면 안테나의 자체 파장은 다음과 같습니다.0\u6d 10 * (20 + 180) \uXNUMXd XNUMXm 및 λ / λ0 = 10. 와이어 직경이 1mm인 경우 저항 R아빠= 22,5*2*0,03 = 1,3Ω, Rе = 3*10 = 30Ω을 사용하면 만족스러운 접지를 얻을 수 있습니다. 안테나 와이어의 파동 임피던스 W = 500Ω인 경우 안테나의 리액턴스는 X = 500*ctg(π/10) = 500/0,31 = 1600Ω입니다. 매칭 코일의 설계 품질 계수 Q = 250을 설정하면 저항 R을 찾을 수 있습니다.пк = 1600/250 = 6,45옴. 발견된 모든 것의 합과 동일한 총 안테나 손실 저항은 약 38Ω인 반면 방사 저항은 RΣ = 1600(시간Д/ )2=1600(10년 1753월)2 = 0,05옴, 이는 효율성 η = 0,05/38 = 0,14%를 의미합니다! 따라서 고려되는 안테나에 의해 부하에 공급되는 신호 전력은 0,19 * 0,0014 = 0,26mW에 불과하며, 이는 예를 들어 1mA 전류에서 0,26V의 공급 전압과 동일합니다. 이는 전화기용 수신기를 작동하기에 충분하지만 확성기 수신기에 전력을 공급하기에는 충분하지 않습니다. 안테나 손실의 주요 원인은 접지에서 비롯된다는 점에 유의하세요. 이를 좋게 만들려면 대수층까지 땅을 파고 이 깊이에 금속 물체를 배치해야 하며, 물론 더 넓은 영역의 구멍을 묻어야 합니다. 또한 접지점에서 반경 방향으로 갈라지고 얕은 깊이에 묻혀 있는 평형추 전선 시스템을 만드는 것이 좋습니다. 정원 플롯에서 실험을 수행하는 경우 우물 또는 물 공급 파이프를 접지로 사용할 수 있으며 전기 접촉을 잘 관리하면 플롯의 금속 울타리도 균형추 역할을 할 수 있습니다. 개별 부품. 중요한 질문: 안테나와 탐지기의 필요한 조정을 어떻게 보장할 수 있습니까? 추가 반응성 요소를 도입하면 고유한 추가 손실로 인해 효율이 악화될 뿐이므로 그림 2에 표시된 요소만 사용하는 것이 좋습니다. 3. 이 경우 권장되는 수신기 회로는 그림 XNUMX과 같은 형태를 취합니다. 삼.
가변 인덕턴스 코일 L1은 안테나 커패시턴스와 함께 강력한 라디오 방송국의 주파수에 맞춰진 진동 회로를 형성합니다. 안테나와 코일의 리액턴스는 동일하며 보상됩니다. 안테나 회로 R의 직렬 능동 저항А = RΣ + Rп등가 저항 R로 변환오. = X2/RА, 코일과 병렬로 연결되며 검출기의 입력 임피던스와 일치하기에는 너무 큰 경우 후자는 조건 n을 만족하도록 코일 탭에 연결됩니다.2*R오.=R~ 안에여기서 n은 접지 단자에서 탭까지의 코일 권선 수에 대한 총 권선 수의 비율입니다. 다이오드 VD1, 차단 커패시터 C1 및 부하를 포함하는 감지기 회로는 설명이 필요하지 않습니다. 위의 예에서 R오.= 16002/38 = 67,4kΩ. 감지기의 입력 저항이 2kOhm 정도인 경우(저항이 4kOhm인 전화기에서 작업할 때 해당) n = (2/67)0,5 = 0,17이므로 전체 코일 권선의 약 1/6만큼 탭을 만들어야 합니다. 안테나의 낙뢰 보호는 농촌 지역에서 항상 중요한 문제였으며 여전히 중요한 문제입니다. 안테나를 접지에 영구적으로 연결하는 것이 가장 좋습니다. 그림 3에 표시된 수신기 회로. 1, 이 조건을 충족합니다. 그럼에도 불구하고 특별히 가까운 번개가 아니더라도 대형 안테나에서는 수 킬로볼트 단위로 측정되는 펄스 EMF를 유도하는데 이는 결코 안전하지 않습니다. 가스로 채워진 스파크 갭이나 안테나와 접지 사이에 연결된 간단한 HL1 네온 전구도 감지기 다이오드를 보호하는 데 도움이 됩니다. 그러나 뇌우가 근처에 있는 경우 특수 스위치 SAXNUMX을 사용하여 안테나를 접지해야 합니다. 손실이 없고 부하와 조화를 이룰 때 안테나에서 제거된 전력이 크기에서 독립되는 것으로 구성된 역설적인 결과는 언뜻 보기에 쉽게 설명됩니다. 송신 안테나가 손실이 없고 신호 소스와 일치하면 공급되는 모든 전력을 방사한다는 것은 잘 알려져 있습니다. 따라서 위의 조건에서 동일한 방사 패턴을 갖는 서로 다른 안테나는 동일한 거리에서 동일한 전자기장 강도를 생성합니다. 안테나 크기에 관계없이 추가해야 합니다. 물론 손실이 있는 실제 안테나에 대해 이야기하는 순간 이 진술은 즉시 실제 가치를 잃습니다.안테나의 크기가 줄어들면 방사 저항이 극도로 작아지고 저항의 반응성 성분이 증가하여 안테나를 신호 소스와 일치시키면 손실이 증가하므로 안테나의 효율이 급격히 떨어집니다. 안테나의 가역성으로 인해 동일한 전계 강도로 부하와 일치하고 손실이 없으면 다양한 크기의 수신 안테나가 부하에 동일한 전력을 제공합니다. 물론 수신 안테나의 경우 손실과 부하 매칭의 어려움은 순전히 이론적인 값을 얻은 결과를 남깁니다. 기사에 제공된 모든 계산은 안테나의 크기가 파장보다 훨씬 작은 경우에만 유효하다는 점을 다시 한 번 알아 두십시오. 문학
저자: V.Polyakov, 모스크바
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