Антенна — Энциклопедия журнала «За рулем»
Антенны преобразуют электромагнитные волны в электрические токи (сигналы) и наоборот — электрические сигналы в электромагнитные волны. Это значит, что одни и те же антенны могут и передавать и принимать сигналы. А еще это значит, что если антенна не может уловить сигнал, то никакие усилители в подключенном устройстве не помогут.
Размеры антенны
Электромагнитные волны характеризуются длиной и векторами электрической и магнитной составляющих (поляризацией) . По направлению электрической составляющей волны бывают вертикальной и горизонтальной поляризации. Все радиовещательные станции излучают волны вертикальной поляризации, большинство телевещательных – горизонтальной. Физические размеры антенн должны быть соизмеримы с длинами волн, а расположение антенн должно учитывать поляризацию волны.
Почему физические размеры антенн соотносятся с длинами принимаемых (излучаемых) волн описано в специальной литературе, простыми словами это можно объяснить так: антенна должна быть настроена в резонанс с электромагнитными колебаниями. Только тогда она может с максимальной эффективностью преобразовать электромагнитную волну из окружающего пространства в электрический ток для последующего усиления и преобразования в приемнике.
Наружные антенны
Принятый антенной сигнал надо передать приемнику без потерь, для этого антенна должна быть согласована с кабелем (фидером), а кабель с приемником.
Все эти условия выполняются если антенна в четверть длины, кабель имеет так называемое «волновое сопротивление» 75 Ом (телевизионный) и вход приемника грамотно рассчитан и ответственно исполнен.
На автомобили антенны устанавливаются для приема радиовещания, телевидения, связи в различных диапазонах, навигации. Антенны бывают наружные и внутренние.
Диапазоны ДВ и СВ в автомобильных радиоустройствах используются только для приема радиовещания. Специальных антенн для них не делают, так как сигналы радиовещательных станций на этих диапазонах довольно мощные и прием можно осуществлять что называется “на гвоздь”.
То же можно сказать и о диапазоне КВ, только здесь уже можно вести и связь. Кроме любительской связи, на КВ выделен кусочек и для автомобилистов, “Гражданский диапазон”, по-английски “Citizen Band”- частоты от 26,970мГц до 27, 850 мГц . Его ещё называют “диапазон Си-Би” по английской аббревиатуре.
Внутренние антенны
бывают стационарные (вклейки в стекло) и съёмные. Внутренние антенны удобны тем, что их никто не сломает, но прием на них принципиально нельзя назвать хорошим. Дело в том, что и вклейки стационарных и так называемые «усы» съемных антенн располагаются горизонтально, тогда как принимаемый сигнал имеет вертикальную поляризацию. В условиях города волны УКВ диапазона претерпевают многократные переотражения, поляризация меняется и кое как такие антенны справляются с приемом. А вот за городом они значительно уступают наружным.
Из теории (подтверждённой практикой) известно: лучший усилитель – антенна, лучшая антенна – наружная, согласованная с длиной волны и поляризацией. Длина волны середины диапазона ФМ три метра, значит лучшие результаты покажет штырь в ¼ волны, то есть 75 см.
Антистатические антенны
В продаже бывают чудодейственные антенны, якобы предназначенных для снятия статического электричества с корпуса автомобиля. Идея подсмотрена в авиации — «кисточки» на кончиках крыла как раз и предназначены для снятия статического электричества. Но чтобы автомобиль зарядился от трения об воздух он должен по крайней мере двигаться с самолётной скоростью. К тому же эти «чудо-антенны» ещё и крепятся на двойной скотч. Как статическое электричество с корпуса автомобиля через лакокрасочное покрытие и двойной скотч будет «стекать в атмосферу», продавцы умалчивают. Использоваться может как украшение.
Критерии выбора антенны
В рекламных целях на упаковке с антенной часто пишут «адаптирована для принятия стерео сигналов», или «адаптирована для принятия цифровых сигналов». На самом деле антенне абсолютно всё равно какие сигналы принимать – разбираться с сигналами будет приемник. Поэтому такие надписи при покупке антенны можно смело игнорировать.
Критерии выбора антенны просты
— антенна должна быть согласована с длиной и поляризацией принимаемой волны,
— кабель должен быть согласован с антенной,
— приемник согласован с кабелем.
— качество изготовления (пайка кабеля, гладкость стержня антенны, способ крепления) не должны вызывать сомнений.
Устанавливать антенну следует возможно выше, дальше от двигателя и ближе к приемнику (например, на крыше автомобиля).
Материал подготовлен при участии Бориса Салостей
как сделать своими руками радиоантенну? Активные и другие антенны для радиоприемников музыкальных центров
Что это такое?
Радиоантенна FM – это устройство, улучшающее качество приёма радиопередач. Применяется, когда сигнал от нужной станции недостаточен для качественного радиоприёма.
Часто она используется на наибольшей высоте над слушателем, какой только удаётся достичь.
Виды
В зависимости от конкретного рода, антенна может быть активной и пассивной. Вид антенны определяется исходя из её диаграммы направленности. Это область пространства, в которой сосредоточен максимум (пучность) основного излучения передаваемого (или принимаемого) радиосигнала. Остронаправленные антенны нужны, чтобы сигнал не распространялся в те стороны, где он не нужен. Птицам и космонавтам наземное FM-вещание ни к чему, а всенаправленное излучение привело бы к перерасходу электричества при работе радиовещательного передатчика. Вместо 15-киловаттного излучения в FM-диапазоне (66… 108 мегагерц) для населения с такой же зоной охвата (в радиусе до 100 км) хватило бы и одного киловатта.Активная и пассивная
К пассивным относят штыревые, к активным – усовершенствованные конструкции с усиливающим противовесом.
- Петлевые. Состоят из единственной детали – петлевого вибратора, к одному выводу которого подключается оплётка кабеля, к другому – его центральный проводник.
- «Восьмерные» («бабочки»). Для улучшения приёма спаиваются две «восьмёрки», расположенные под прямым углом друг к другу.
- Симметричный вибратор – два разнонаправленных штыря. Разновидность – турникетная антенна: два вибратора, расположенные взаимно под прямым углом.
- «Директорные» – являются лучшим вариантом. Направляющие в одну сторону сигнал штыри («директоры») – в количестве от 6 до 10 штук. За ними следует петлевой вибратор. Далее идет рефлектор (отражатель) – сетка или самый большой штырь. Директоры и отражатель изолированы друг от друга и от вибратора. Все детали располагаются параллельно, но перпендикулярно направлению сигнала.
- Логопериодические – напоминают директорные. «Директоры» вдвое укорочены и противоположно направлены, стоят в «шахматном» порядке.
- «Тарелочные» или дисковые – линейка диполей или петлевой («бабочный») вибратор рядом с диском, отражающим сигнал на него.
На практике выбирается предельно эффективный и дешёвый вариант.
Дисковая
Дисковая антенна – вариант спутниковой «тарелки». Вместо приёмной головки с усилителем – «бабочка» или телескопические штыри (симметричный вибратор). Дисковый отражатель – старый компакт-диск (содержит алюминиевую подложку), любая металлическая сетка с ячейками, размер которых в десятки раз меньше длины волны на нужной частоте.
Стержневая
Стержневая антенна – любой штырь в 25% длины волны. Для FM-диапазона это примерно 3 м (частоты 87,5… 108 МГц), длина штыря составляет примерно 75 см.
Комплектуется противовесами, располагаемыми под прямым углом.
Рамная
«Восьмёрка», если она одна, располагается на упрочняющей её основе, например, пластине из пластика или пропитанной и окрашенной деревяшки. Проводником может быть тонкий профиль, резаные пластины, «вытравленный» фольгированный (стекло) текстолит или гетинакс. Такая конструкция часто применяется в остронаправленных автомобильных антеннах.
Проволочная
Это практически любая конструкция, где основным проводником служит медная или алюминиевая проволока. Фазированные антенные решётки, изготовленные не из микрополосковых или щелевых линий и кусков волновода, а из кусков проволоки или провода, спаянных в решёточную конструкцию, могут считаться проволочными. Но и стоит такая конструкция заметно дороже.
Применяются они уже не столько в радиовещании, сколько в цифровом и аналоговом радиолюбительстве, для военных нужд и гражданской мобильной связи.
Как выбрать?
Готовая антенна выбирается из того ассортимента, что предоставляют российские и китайские интернет-магазины. Это единственный вариант для тех, у кого в райцентре или ближайшем городе нет радиорынка или радиомагазина. Знающим кое-что ещё о радиосвязи людям легче выбрать недорогую антенну, что обеспечит даже приём FM-радиостанций из близлежащих райцентров и посёлков с расстояния даже в 100-150 км. Чтобы преодолеть шум (когда в музыкальном центре FM-тюнер не обладает шумодавом), потребуется дополнительный антенный усилитель.
Как сделать своими руками?
Вам потребуются.
- Паяльник, припой и канифоль, паяльный флюс. Вместо последнего раньше использовали хлористый цинк – готовится он из таблеток, содержащих соляную кислоту. Такими таблетками пользуются желудочные больные. В качестве источника цинка – любая щелочная (солевая) батарейка, отработавшая свой ресурс: её «стакан» сделан из цинка.
- Медная проволока – толстый обмоточный провод. Альтернатива – скручиваются всевозможные более тонкие многожильные провода. Для прочности и надёжности они пропаиваются припоем, чтобы медь не окислялась, а проводник не «рассучивался».
- Диэлектрическая основа. Ею может быть любая доска, фанера, ДСП, ДВП, а также самодельный или промышленный гетинакс (или стеклотекстолит), с которого удалены печатные дорожки. Можно использовать и плоские куски пластика от старых, отживших своё электроприборов.
- Крепёж. Болты, винты, саморезы, гроверные шайбы, гайки. Запаситесь их нужным количеством. Возможно, пригодятся и пластиковые «монтажки».
- Коаксиальный кабель (с волновым сопротивлением в 50 или 75 ом), штекер (под антенное гнездо вашего принимающего устройства).
- Простейшие слесарные инструменты. Это может быть плоская и фигурная отвёртки, пассатижи, бокорезы, ножовки по металлу и по дереву, возможно, разводной ключ и молоток. Ускорят процесс изготовления антенны также болгарка и дрель.
- Водостойкий лак или краска. Проводники и место присоединения к ним кабеля должны быть окрашены. Это защитит их от коррозии, появляющейся в результате попадания капель воды.
Если вы – не радиоспециалист, то возьмите готовый чертёж. В качестве примера – рамочная антенна. Чтобы её изготовить, сделайте следующее.
- Ориентируясь по размерам из чертежа, согните из медной проволоки рабочий элемент – «бабочку».
- Разместите её на прочной основе из диэлектрика, привязав с помощью «монтажек» к деревянной или пластиковой пластине. Более «продвинутый» вариант – вертикальные подставки по краям и в центре «восьмёрки» на винтовом креплении. Так в 1990-х поступали «самодельщики», изготавливавшие антенны для приёма ДМВ каналов телевидения.
- Припаяйте кабель. Центральная жила подключается к одной стороне антенны, оплётка – к другой. Между частями «восьмёрки» и ними должен быть зазор до 1 см. Аналогично подключается к кабелю и дипольная антенна.
- Окрасьте всю конструкцию.
- После высыхания краски закрепите конструкцию на шесте или трубе. Привяжите кабель в нескольких местах к опоре.
- Присоедините штекер к другому концу кабеля и поднимите антенну повыше. Направьте её на город вещания. Если расстояние слишком велико, прямого сигнала нет – находят отражённый, например, от горы или самого высокого здания неподалёку от вас.
Проверка антенны производится по качеству приёма нужной радиостанции. Радиопередатчики сегодня располагаются в произвольных городах и райцентрах – появилось много частных радиовещателей, зарабатывающих на рекламе. Радиостанции размещаются не в месте городской телебашни (на «телецентровской» горке), а на невысокой мачте высотой порядка 30 м. Не все хотят арендовать «стратегическую высоту» города или региона, вещая с крыши 9… 25-этажного дома через маломощный (до 100 Вт) FM-передатчик.
Шума на фоне радиопередачи должно быть как можно меньше. Радиоприём должен идти в стереоформате. Получить стереопередачу нельзя, когда сигнал слаб – появляется заметный шум на его фоне. Вращайте антенну, пока не добьётесь лучшего качества. Если станция слишком далеко, а шум остался – подключите радиоусилитель в разрыв кабеля, рядом с антенной.
Здесь поможет универсальный кабель, в котором, кроме «коаксиала», под внешней защитной оболочкой спрятана пара дополнительных проводов. Линия питания изолируется от центрального проводника оплёткой основного радиокабеля. Если такого кабеля нет – питание усилителя по проводам к радиоприёмнику подводится рядом, отдельно.
Усилители требуют постоянного напряжения в несколько вольт (не более 12, таковы автомобильные радиоусилители) и силу тока в единицы-десятки миллиампер.
О том, как сделать FM-антенну своими руками за 15 минут, вы можете узнать ниже.
Антенна для дальнего приема FM радиостанций
По многочисленным просьбам трудящихся DIY-шников антеннщиков рассмотрим конструкцию антенны для дальнего приема FM радиостанций. Казалось бы, а оно нам надо в наше время? Когда любую радиостанцию можно и в интернете послушать. И не только послушать, но и увидеть, и в потоковом видео и даже в записи. А надо, многим все же надо. И тем кто живет в далеком замкадье и любителям DX FM. Простейшие конструкции антенн, такие как полуволновой вибратор неплохо себя зарекомендовали в пределах прямой видимости, а вот создание такой антенны для DX приема сопряжено с определенными тудностями.
Прежде всего отметим, что небольшая полоса в 20 МГц (88…108МГц) говорит о том, что нам нужна относительно широкополосная антенна. Как так? Спроосите вы. Все относительно, отвечу я, 20МГц на частоте 2000Мгц — это 1%, а на частоте 100МГц — это 20% относительной полосы. Узкополосные волновые каналы, такие как DL6WU, по этой причине не годятся для приема FM. Мы можем спроектировать широкополосный волновой канал, использовав технические решения, описанные в стаье YAGI-UDA для цифрового телевидения. Не забываем, что длина волны на частотах FM около 3-х метров и при этом получается довольно громоздкая и дорогая конструкция с большим рефлектором. Это предъявляет повышенные требования к ее прочности и ветроустойчивости, что в свою очередь утяжеляет и удорожает антенну еще больше. Тем не менее энтузиасты DX строят и такие антенны:
Всевозможные зигзаги и рамки получаются не менее монструозные и сложные в изготовлении, но при этом имеют небольшую направленность. По этой причине они не получили распространения. Избавиться от большого составного рефлектора у широкополосноной YAGI можно, если одиночный вибратор заменить на небольшую логопериодическую структуру. Такая конструкция LOG-YAGI имеет лучшую ветроустойчивость в сравнении с классическим волновым каналом и также широко применяется.
Огромное число таких конструкций антенн собрано на сайте американского радиолюбителя Brian Beezley (K6STI), энтузиаста DX FM. Здесь мы предлагаем одну из его авторских конструкций «SMALL FM5«, которая изображена в шапке стаьи. Это наиболее простая и дешевая конструкция, тем не менее имеющая весьма хорошие характеристики. Для расширения полосы пропускания применяется V-образный разрезной вибратор, что позволяет отказаться от сложного рефлектора. Размеры антенны оптимизированы в авторской программе Yagi-Optimizer на минимальный уровень боковых и заднего лепестков в диаграмме направленности. Антенна имеет входное сопротивление около 75 Ом, КСВ в полосе 88..108 МГц не превышает 1,7, усиление в пределах диапазона 7..9,5 dBi, соотношение усиления вперед/назад не хуже 20 дБ. Мы проанализировали эту антенну в симуляторе HFSS. Характеристики антенны выглядят следующим образом:
Антенна изготавливается из дюралевых трубок диаметром 8-10мм и монтируется на деревянном или металлическом буме.
Элементы должны быть обязательно изолированы от металлического бума с помощью пластиковых прокладок. Зазор разрезного вибратора в месте подключения фидера 5..10 мм. Антенна требует симметрирования с фидером снижения. Наиболее простой способ такого симметрирования на этих частотах — это наматывание трех витков фидера в бухту диаметром 6..10 см (в зависимости от марки фидера), которую располагают вблизи антенны на мачте. Такая катушка образует фильтр-пробку на рабочей частоте. Этого вполне достаточно для отсечки синфазного тока во внешней оплетке фидера.
Ссылки по теме:
- Сайт энтузиаста DX FM Brian Beezley, K6STI с огромным набором практических конструкций антенн;
- Авторское описание антенны SMALL FM5 — первоисточник этого материала;
- Пересчет и оптимизация конструкции K6STI на диапазон Hi-VHF;
- Сайт польского сообщества любителей дальнего приема FM. Есть практические конструкции антенн с моделями MMANA;
- Описание на Radioscanner.ru практической конструкции SMALL FM5;
- Видео на Ютуб с описанием изготовления антенны SMALL FM5;
- Использование катушки фидера для отсечки тока;
Дальность радиосвязи, Дальность раций, Радиус действия раций, Основы радиосвязи, расчет дальности радиосвязи
На дальность радиосвязи влияют следующие факторы:
- длина волны
- высота «подвеса» антенн (приемной и передающей)
- рельеф местности
- влияние окружающей среды (солнечная активность, сезон, время суток и т.д.)
- ДЛИНА ВОЛНЫ
Различают следующие диапазоны волн:
- длинные волны
- средние волны
- короткие волны
- ультракороткие волны
длинные волны (далее ДВ) — это электромагнитные волны длиннее 3000 м (частота колебаний менее 100 КГц). Они сравнительно хорошо огибают земную поверхность за счет явления дифракции радиоволн. По мере удлинения волны уменьшаются потери энергии в почве (воде) и улучшаются условия отражения радиоволн от ионосферы, что приводит к увеличения дальности действия радиостанции. При расстоянии менее 100 км до передатчиков ДВ преобладают сигналы, распространяющиеся вдоль земной поверхности, а на больших расстояниях решающую роль играют сигналы, отраженные от ионосферы.
средние волны (далее СВ) — это электромагнитные волны длиной от 3000 до 200 м, что соответствует частотам 100 — 1500 КГц. Энергия СВ очень сильно поглощается в почве и морской воде (с укорочением длины волны поглощение увеличивается).
короткие волны (далее КВ) — это электромагнитные волны длиной от 200 до 10 м, что соответствует частоте колебаний от 1.5 МГц (1500 КГц) до 30 МГц. Основной особенностью распространения КВ является их способность отражаться от ионосферы при сравнительно небольших потерях. Отраженная от ионосферы волна, на больших отдалениях от передатчика возвращаются на землю, что и позволяет установить радиосвязь между точками,закрытыми друг от друга выпуклостью земного шара.
ультракороткие волны (далее УКВ) — это радиоволны короче 10м, что соответствует электромагнитным колебаниям с частотой более 30 МГц. УКВ в обычных условиях не отражаются от ионосферы. Прямые волны, распространяющиеся вблизи поверхности земли, сильно ею поглощаются. Диапазон УКВ принято разбивать на: метровые, дециметровые, сантиметровые и миллиметровые.
Так как на данном сайте, в большей степени, представлено оборудование УКВ-диапазона, дальнейшие выкладки будут справедливы для этого диапазона радиосвязи.
2. ВЫСОТА ПОДВЕСА АНТЕННЫ
Зона уверенного приема УКВ определяется расстоянием прямой видимости от передающей антенны до приемной. В связи с тем, что поверхность Земли шарообразна (радиус 6370км), можно использовать приблизительную формулу для определения максимальной дальности, соответствующей прямой видимости:
где:
D — максимальная дальность прямой видимости
h2 и h3 высоты антенн
| Калькулятор расчета дальности связи радиовидимости: |
3. РЕЛЬЕФ МЕСТНОСТИ
Формула не учитывает рельефа местности и предполагает, что антенны установлены на идеально гладкой поверхности. Кроме того, при распространении радиоволн УКВ диапазона все-таки имеет место и дифракция и рефракция радиоволн. Область, в пределах которой оказывается возможным уверенный прием радиосигнала, можно разбить на 2 зоны: прямой видимости и полутени.
ВЫВОД
Таким образом, получаем, что на распространение радиосигнал УКВ диапазона влияет в большей степени высота подвеса антенн. Для увеличения дальности распространения УКВ диапазона в области полутени необходимо применять высокоэффективные направленные антенны, высокочувствительное приемопередающее оборудование, кабели с низкими потерями.
Для портативных радиостанций мы ограниченны ростом человека использующего рации (не более 2 метров за редким исключением).
В данных условиях, самыми важными становятся следующие факторы:- соответствие кратности габаритных размеров устройства к используемой длине волны
- мощность излучения радиостанции
- чувствительность приемника устройства
- хорошая согласованность между выходным трактом рации и антенной
Звоните: (812)677-55-57 (многоканальный)
или отправьте заявку: [email protected]
Прайс лист нашей продукции.
На какой диапазон эта антенна? Измеряем характеристики антенн с помощью OSA103 Mini
— На какой диапазон эта антенна?
— Не знаю, проверь.
— КАААК?!?!
Как определить, что за антенна у вас в руках, если на ней нет маркировки? Как понять, какая антенна лучше или хуже? Эта проблема меня мучила давно.
В статье простым языком описывается методика измерения характеристик антенн, и способ определения частотного диапазона антенны.
Опытным радиоинженерам эта информация может показаться банальной, а методика измерения — недостаточно точной. Статья рассчитана на тех, кто вообще ничего не понимает в радиоэлектронике, как я.
TL;DR Мы будем измерять КСВ антенн на различных частотах с помощью прибора OSA 103 Mini и направленного ответвителя, строить график зависимости КСВ от частоты.
Теория
Когда передатчик посылает сигнал в антенну, часть энергии излучается в воздух, а часть отражается и возвращается назад. Соотношение между излучаемой и отраженной энергией характеризуют с помощью коэффициента стоячей волны (КСВ или SWR). Чем меньше КСВ, тем большая часть энергии передатчика излучается в виде радиоволн. При КСВ = 1 отражения нет (вся энергия излучается). КСВ у реальной антенны всегда больше 1.
Если посылать в антенну сигнал разной частоты и одновременно измерять КСВ, можно найти, на какой частоте отражение будет минимальным. Это и будет рабочий диапазон антенны. Также можно сравнить между собой разные антенны для одного диапазона и найти, какая из них лучше.
Часть сигнала передатчика отражается от антенны
Антенна, рассчитанная на определенную частоту, в теории, должна иметь наименьший КСВ на своих рабочих частотах. Значит достаточно поизлучать в антенну разными частотами и найти, на какой частоте отражение наименьшее, то есть максимальное количество энергии улетело в виде радиоволн.
Имея возможность генерировать сигнал на разных частотах и измерять отражение, мы сможем построить график, у которого по оси X будет частота, а по оси Y — коэффициент отражения сигнала. В результате там, где на графике будет провал (то есть наименьшее отражение сигнала), будет рабочий диапазон антенны.
Воображаемый график зависимости отражения от частоты. На всем диапазоне отражение 100%, кроме рабочей частоты антенны.
Прибор Osa103 Mini
Для измерений мы будем использовать OSA103 Mini. Это универсальный измерительный прибор, который объединяет осциллограф, генератор сигнала, анализатор спектра, измеритель АЧХ/ФЧХ, векторный антенный анализатор, измеритель LC, и даже SDR-трансивер. Рабочий диапазон OSA103 Mini ограничен 100 МГц, модуль OSA-6G расширяет частотный диапазон в режиме ИАЧХ до 6 ГГц. Родная программа со всеми функциями весит 3 Мб, работает под Windows и через wine в Linux.
Osa103 Mini — универсальный измерительный прибор для радиолюбителей и инженеров
Направленный ответвитель
Направленный ответвитель (directional coupler) — устройство, которое отводит небольшую часть ВЧ-сигнала, идущего в определенном направлении. В нашем случае он должен ответвлять часть отражённого сигнала (идущего от антенны назад в генератор) для его измерения.
Наглядное объяснение работы направленного ответвителя: youtube.com/watch?v=iBK9ZIx9YaY
Основные характеристики направленного ответвителя:
- Рабочие частоты — диапазон частот, на которых основные показатели не выходят за пределы нормы. Мой ответвитель рассчитан на частоты от 1 до 1000 МГц
- Ответвление (Coupling) — какая часть сигнала (в децибелах) будет отводится при направлении волны из IN в OUT
- Направленность (Directivity) — насколько меньше сигнала будет отводится при движении сигнала в обратном направлении из OUT в IN
На первый взгляд это выглядит достаточно запутанно. Для наглядности представим ответвитель как водопроводную трубку, с небольшим отводом внутри. Отвод сделан таким образом, что при движении воды в прямом направлении (от IN к OUT), отводится существенная часть воды. Количество воды, которое отводится при этом направлении, определяется параметром Coupling в даташите ответвителя.
При движении воды в обратном направлении отводится значительно меньше воды. Ее следует воспринимать как побочное явление. Количество воды, которое отводится при этом движении, определяется параметром Directivity в даташите. Чем этот параметр меньше (больше значение dB), тем лучше для нашей задачи.
Принципиальная схема
Так как мы хотим измерять уровень сигнала, отраженный от антенны, подключаем ее к IN ответвителя, а генератор к OUT. Таким образом на приёмник попадёт часть отражённого от антенны сигнала для измерения.
Схема подключения ответвителя. Отраженный сигнал отводится на приемник
Измерительная установка
Соберём установку для измерения КСВ в соответствии с принципиальной схемой. На выходе генератора прибора дополнительно установим аттенюатор с затуханием 15 дБ. Это улучшит согласование ответвителя с выходом генератора и повысит точность измерения. Аттенюатор можно взять с затуханием в 5..15 дБ. Величина затухания автоматически учтётся при последующей калибровке.
Аттенюатор ослабляет сигнал на фиксированное число децибел. Главной характеристикой аттенюатора является коэффициент затухания (аттенюации) сигнала и рабочий диапазон частот. На частотах вне рабочего диапазона характеристики аттенюатора могут непредсказуемо изменяться.
Так выглядит финальная установка. Нужно также не забыть подать сигнал промежуточной частоты (ПЧ) с модуля OSA-6G на основную плату прибора. Для этого соединяем порт IF OUTPUT на основной плате с INPUT на модуле OSA-6G.
Для снижения уровня помех от импульсного источника питания ноутбука все замеры я провожу при питании ноутбука от батареи.
Калибровка
Перед началом измерений необходимо убедиться в исправности всех узлов прибора и качестве кабелей, для этого соединяем генератор и приемник кабелем напрямую, включаем генератор и проводим измерение АЧХ. Получаем почти ровный график на 0dB. Это значит, что на всем диапазоне частот вся излучаемая мощность генератора дошла до приемника.
Подключение генератора напрямую к приемнику
Добавим в схему аттенюатор. Видно почти ровное ослабление сигнала на 15dB на всем диапазоне.
Подключение генератора через аттенюатор на 15dB к приемнику
Подключим генератор к разъему OUT ответвителя, а приемник к CPL ответвителя. Так как к порту IN не подключено нагрузки, весь генерируемый сигнал должен отражаться, и часть ответвляться на приемник. Согласно даташиту на наш ответвитель (ZEDC-15-2B), параметр Coupling равен ~15db, значит мы должны увидеть горизонтальную линию на уровне около -30 дБ (coupling + затухание аттенюатора). Но так как рабочий диапазон ответвителя ограничен 1 ГГц, все измерения выше этой частоты можно считать не имеющими смысла. Это отчетливо видно на графике, после 1 ГГц показания хаотичны и не имеют смысла. Поэтому все дальнейшие измерения мы будем проводить в рабочем диапазоне ответвителя.
Подключение ответвителя без нагрузки. Виден предел рабочего диапазона ответвителя.
Так как данные измерений выше 1 ГГц, в нашем случае, не имеют смысла, ограничим максимальную частоту генератора до рабочих значений ответвителя. При замерах получаем ровную линию.
Ограничение диапазона генератора до рабочего диапазона ответвителя
Для того, чтобы наглядно измерять КСВ антенн, нам нужно выполнить калибровку, чтобы принять текущие параметры схемы (100% отражение) как точку отсчета, то есть ноль dB. Для этого в программе OSA103 Mini есть встроенная функция калибровки. Калибровка выполняется без подключенной антенны (нагрузки), данные калибровки записываются в файл и в дальнейшем автоматически учитываются при построении графиков.
Функция калибровки ИАЧХ в программе OSA103 Mini
Применив результаты калибровки и запустив измерения без нагрузки, мы получаем ровный график на 0dB.
График после выполнения калибровки
Измеряем антенны
Теперь можно приступить к измерению антенн. Благодаря калибровке, мы будем видеть и измерять уменьшение отражения после подключения антенны.
Антенна с Aliexpress на 433MHz
Антенна с маркировкой 443MHz. Видно, что наиболее эффективно антенна работает на диапазоне 446MHz, на этой частоте КСВ равно 1.16. При этом, на заявленной частоте показатели существенно хуже, на 433MHz КСВ 4,2.
Неизвестная антенна 1
Антенна без маркировки. Судя по графику, рассчитана на 800 МГц, предположительно для GSM-диапазона. Справедливости ради нужно сказать, что эта антенна также работает на 1800 МГц, но из-за ограничений ответвителя я не могу делать корректные замеры на этих частотах.
Неизвестная антенна 2
Еще одна антенна, которая давно валяется у меня в коробках. Судя по всему, тоже для GSM-диапазона, но уже лучше предыдущей. На частоте 764 МГц КСВ близок к единице, на 900 МГц КСВ — 1.4.
Неизвестная антенна 3
Это похоже на антенну Wi-Fi, но коннектор почему-то SMA-Male, а не RP-SMA, как у всех Wi-Fi-антенн. Судя по измерениям, на частотах до 1 ГГц эта антенна бесполезна. Опять же, из-за ограничений ответвителя мы не узнаем, что это за антенна.
Телескопическая антенна
Попробуем рассчитать, на сколько нужно выдвинуть телескопическую антенну для диапазона 433MHz. Формула расчета длины волны: λ = C/f, где C — скорость света, f — частота.
299.792.458 / 443.000.000 = 0.69719176279
Полная длина волны — 69,24 см
Половина длины волны — 34,62 см
Четверть длины волны — 17,31 см
Рассчитанная таким образом антенна оказалась абсолютно бесполезна. На частоте 433MHz значение КСВ — 11.
Экспериментально выдвигая антенну, мне удалось добиться минимального КСВ 2.8 при длине антенны около 50 см. При этом оказалось, что толщина секций имеет большое значение. То есть, при выдвигании только тонких крайних секций, результат был лучше, чем при выдвигании на ту же длину только толстых секций. Не знаю, насколько впредь стоит полагаться на эти расчеты с длиной телескопической антенны, потому что на практике они не работают. Может быть с другими антеннами или частотами это работает иначе, не знаю.
Кусок провода на 433MHz
Часто во разных приборах, вроде радиовыключателей, можно видеть кусок прямого провода в качестве антенны. Я отрезал кусок провода, равного четверти длины волны 433 МГц (17,3см), и залудил конец так, чтобы он плотно вставлялся в разъем SMA Female.
Результат получился странный: такой провод неплохо работает на 360 МГц но бесполезен на 433 МГц.
Я начал по кусочку обрезать провод с конца и смотреть на показания. Провал на графике начал медленно сдвигаться в вправо, в сторону 433 МГц. В итоге, на длине провода около 15,5 см, мне удалось получить наименьшее значение КСВ 1.8 на частоте 438 МГц. Дальнейшее укорачивание кабеля привело к росту КСВ.
Заключение
Из-за ограничений ответвителя не удалось измерять антенны на диапазоны выше 1 ГГц, например, антенны Wi-Fi. Это можно было сделать, будь у меня более широкополосный ответвитель.
Ответвитель, соединительные кабели, прибор и даже ноутбук – это части получающейся антенной системы. Их геометрия, положение в пространстве и окружающие предметы влияют на результат измерения. После установки на реальную радиостанцию или модем, частота может сдвинуться, т.к. корпус радиостанции, модема, тело оператора станут частью антенны.
OSA103 Mini — очень крутой многофункциональный прибор. Выражаю благодарность его разработчику за консультацию при проведении замеров.
Детекторные приемники для УКВ (FM) диапазона
Понятие детекторный приемник прочно ассоциируется с громадными антеннами и радиовещанием на длинных и средних волнах. В публикуемой статье автор приводит экспериментально проверенные схемы детекторных УКВ приемников, предназначенных для прослушивания передач УКВ ЧМ станций.
Сама возможность детекторного приема на УКВ была обнаружена совершенно случайно Однажды, гуляя по Терлецкому парку (г Москва, Новогиреево), я Решил прослушать эфир — благо захватил с собой простейший бесконтурный детекторный приемник (он был описан в Р2001, № 1, с. 52, 53, рис. 3).
Приемник имел телескопическую антенну длиной около 1,4 м. Интересно возможен ли прием на такую короткую антенну? Удалось услышать, довольно слабо, одновременную работу двух станций. Но что удивило — громкость приема периодически возрастала и падала практически до нуля через каждые 5-7 м, причем для каждой станции по-разному!
Известно, что на ДВ, и даже на СВ, где длина волны достигает сотен метров, такое невозможно. Пришлось остановиться в точке максимальной громкости приема одной из станции и внимательно послушать. Оказалось — “Радио Ностальжи», 100,5 FM, вещающая из недалекой Балашихи.
Прямой видимости антенн радиоцентра не было. Как же передача с ЧМ могла приниматься на амплитудный детектор? Последующие расчеты и эксперименты показывают что это вполне возможно и совершенно не зависит от самого приемника.
Простейший портативный детекторный УКВ приемник делается точно так же, как индикатор поля, только вместо измерительного прибора надо включить высокоомные головные телефоны Имеет смысл предусмотреть и регулировку связи детектора с контуром, чтобы подбирать ее по максимальной громкости и качеству приема
Простейший детекторный УКВ приемник
Схема приемника, отвечающего этим требованиям, показана на рис. 1 Она очень близка к той, по которой был выполнен приемник, упоминавшийся выше и позволивший обнаружить саму возможность детекторного приема. Добавлен лишь контур УКВ диапазона.
Рис. 1. Принципиальная схема простейшего детекторного УКВ приемника.
Устройство содержит штыревую телескопическую антенну WA1, непосредственно связанную с контуром L1 С1, настраиваемым на частоту сигнала. Антенна здесь также является элементом контура, поэтому для выделения максимальной мощности сигнала надо регулировать как ее длину, так и частоту настройки контура. В ряде случаев, особенно при длине антенны, близкой к четверти длины волны, ее целесообразно подключить к отводу контурной катушки, а положение отвода подобрать по максимальной громкости.
Связь с детектором регулируется подстроечным конденсатором С2. Собственно детектор выполнен на двух высокочастотных германиевых диодах VD1 и VD2. Схема полностью тождественна схеме выпрямителя с удвоением напряжения, однако продетектированное напряжение удваивалось бы лишь при достаточно большой емкости конденсатора связи С2, но нагрузка на контур была бы чрезмерной, а его добротность низкой. В результате понизились бы напряжение сигнала в контуре и громкость звука
В нашем же случае емкость конденсатора связи С2 невелика и удвоения напряжения не происходит. Для оптимального согласования детектора с контуром емкостное сопротивление конденсатора связи должно равняться среднему геометрическому между входным сопротивлением детектора и резонансным сопротивлением контура. При этом условии в детектор отдается максимальная мощность высокочастотного сигнала, соответствующая и максимальной громкости.
Конденсатор С3 — блокировочный он замыкает высокочастотные составляющие тока на выходе детектора. Нагрузкой последнего служат телефоны сопротивлением постоянному току не менее 4 кОм. Весь приемник собирается в небольшом металлическом или пластмассовом корпусе. В верхней части корпуса закреплена телескопическая антенна длиной не менее 1 м, а снизу — разъем или гнезда для подключения телефонов. Заметим, что шнур телефонов служит второй половиной принимающего диполя, или противовесом
Катушка L1 бескаркасная, она содержит 5 витков провода ПЭЛ или ПЭВ диаметром 0,6-1 мм, намотанных на оправке диаметром 7…8 мм. Подобрать необходимую индуктивность можно, растягивая или сжимая витки при настройке.
Конденсатор переменной емкости (КПЕ) С1 лучше всего использовать с воздушным диэлектриком, например, типа 1КПВМ с двумя-тремя подвижными и одной-двумя неподвижными пластинами. Его максимальная емкость невелика и может составлять 7-15 пФ. Если пластин больше (соответственно и емкость больше), целесообразно либо удалить часть пластин, либо включить последовательно с КПЕ постоянный или подстроечный конденсатор, уменьшив, таким образом, максимальную емкость. В качестве С1 подойдут также малогабаритные конденсаторы “плавной настройки’’ от транзисторных приемников с КВ диапазоном.
Конденсатор С2 — керамический подстроечный, типа КПК-1 или КПК-М емкостью 2…7 пФ Допустимо использовать и другие подстроечные конденсаторы, а также установить КПЕ, подобный С1, выведя его ручку на панель приемника. Это позволит регулировать связь “на ходу”, оптимизируя прием
Диоды VD1 и VD2, кроме указанных на схеме, могут быть типов ГД507Б, Д18, Д20 Блокировочный конденсатор С3 керамический, емкость его некритична и может иметь значение колебаться от 100 до 4700 пФ.
Налаживание приемника несложно и сводится к настройке контура конденсатором С1 на частоту станции и регулировке связи конденсатором С2 до получения максимальной громкости. Настройка контура при этом неизбежно изменится, поэтому все операции надо провести последовательно несколько раз, одновременно выбирая и наилучшее место для приема.
Оно, кстати, совсем необязательно должно совпадать (и скорее всего, не будет) с тем местом, где максимальна напряженность поля. Об этом следует поговорить подробнее и объяснить, наконец, почему вообще этот приемник может принимать сигналы с ЧМ.
Интерференция и преобразование ЧМ в АМ
Если контур L1С1 нашего приемника настроить так, чтобы несущая ЧМ сигнала попала на скат резонансной кривой, то ЧМ будет преобразовываться в АМ Посмотрим, какова для этого должна быть добротность контура. Полагая полосу пропускания контура равной удвоенной девиации частоты, получаем Q = fo/2*f = 700 как для верхнего, так и для нижнего УКВ диапазонов.
Реальная добротность контура в детекторном приемнике будет, вероятно, меньше из-за невысокой собственной добротности (порядка 150…200) и шунтирования контура и антенной, и входным сопротивлением детектора. Тем не менее слабое преобразование ЧМ в АМ возможно, и, таким образом, приемник будет еле-еле работать, если его контур слегка расстроить вверх или вниз по частоте.
Однако есть значительно более мощный фактор, способствующий преобразованию ЧМ в АМ, — это интерференция. Очень редко приемник находится в зоне прямой видимости антенны радиостанции, чаще ее закрывают здания, холмы, деревья и другие отражающие предметы. К антенне приемника приходит несколько лучей, рассеянных этими предметами.
Даже в зоне прямой видимости кроме прямого луча к антенне приходит несколько отраженных. Суммарный сигнал зависит как от амплитуд, так и от фаз складывающихся компонент.
Два сигнала складываются, если они в фазе, т. е. разность их путей кратна целому числу длин волн, и вычитаются, если они в противофазе, когда разность их путей составляет то же число длин волн плюс еще пол волны. Но ведь длина волны, как и частота, изменяется при ЧМ! Будет изменяться и разность хода лучей, и их относительный сдвиг фаз. Если разность хода велика, то даже небольшое изменение частоты приводит к значительным сдвигам фаз. Элементарный геометрический расчет приводит к соотношению:
где, дельта t — разность хода лучей, требуемая для сдвига фазы на ± Пи/2, т. е. для получения полной АМ суммарного сигнала; tдельтаf — девиация частоты. Под полной АМ мы здесь понимаем изменение амплитуды суммарного сигнала от суммы амплитуд двух сигналов до их разности. Формулу можно еще более упростить, если учесть, что произведение частоты на длину волны fo*(лямбда) равно скорости света с; дельта t = c/4*дельта f.
Теперь легко сосчитать, что для получения полной АМ двухлучевого ЧM сигнала достаточна разность хода лучей около километра. Если разность хода меньше, то пропорционально уменьшится и глубина АМ. Ну, а если больше?
Тогда за один период модулирующего звукового колебания суммарная амплитуда интерферирующего сигнала несколько раз пройдет через максимумы и минимумы, и искажения при преобразовании ЧM в АМ окажутся чрезвычайно сильными, вплоть до полной неразборчивости звукового сигнала при приеме на АМ детектор.
Интерференция при ЧM — явление чрезвычайно вредное. Она вызывает не только сопутствующую паразитную АМ сигнала, как мы только что видели, но и паразитную фазовую модуляцию, что приводит к искажениям даже при приеме на хороший приемник ЧM. Вот почему важно вынести антенну в то место пространства, где преобладает один сигнал.
Всегда лучше использовать направленную антенну, поскольку она увеличивает прямой сигнал и ослабляет отраженные, приходящие с других направлений.
Лишь в нашем случае самого простого детекторного приемника интерференция сыграла полезную роль и позволила прослушать передачу, но передача может быть слышна слабо или с большими искажениями не везде, а лишь в отдельных местах. Этим и объясняются периодические изменения громкости приема в Терлецком парке.
Детекторный с частотным детектором
Радикальный способ улучшения приема состоит в использовании частотного детектора вместо амплитудного. На рис. 2 показана схема портативного детекторного УКВ приемника с простым частотным детектором, выполненным на одном высокочастотном германиевом транзисторе УТ1.
Применение германиевого транзистора обусловлено тем, что его переходы открываются при пороговом напряжении около 0,15 В, что позволяет детектировать довольно слабые сигналы. Переходы кремниевых транзисторов открываются при напряжении около 0,5 В, и чувствительность приемника с кремниевым транзистором получается значительно ниже.
Рис. 2. Детекторный УКВ приемник с частотным детектором.
Как и в предыдущей конструкции, антенна связана с входным контуром L1С1, настраиваемым на частоту сигнала с помощью КПЕ С1. Сигнал с входного контура подается на базу транзистора. С входным контуром индуктивно связан другой — L2С2, также настраиваемый на частоту сигнала.
Колебания в нем, благодаря индуктивной связи, сдвинуты по фазе на 90° относительно колебаний во входном контуре. С отвода катушки L2 сигнал подается на эмиттер транзистора. В коллекторную цепь транзистора включены блокировочный конденсатор С3 и высокоомные телефоны BF1.
Транзистор открывается, когда на его базе и эмиттере действуют положительные полуволны сигнала, причем мгновенное напряжение на эмиттере больше. При этом в его коллекторной цепи через телефоны проходит продетектированный и сглаженный ток. Но положительные полуволны перекрываются лишь частично при сдвиге фаз колебаний в контурах на 90°, поэтому продетектированный ток не достигает максимального значения, определяемого уровнем сигнала.
При ЧМ, в зависимости от отклонения частоты, сдвиг фазы также изменяется, в соответствии с фазочастотной характеристикой (Ф4Х) контура L2С2. При отклонении частоты в одну сторону сдвиг фазы уменьшается и полуволны сигналов на базе и эмиттере перекрываются больше, в результате чего продетектированный ток возрастает.
При отклонении частоты в другую сторону перекрытие полуволн уменьшается и ток падает. Так происходит частотное детектирование сигнала.
Коэффициент передачи детектора прямо зависит от добротности контура L2С2, она должна быть как можно выше (в пределе, как мы сосчитали, до 700), поэтому-то связь с эмиттерной цепью транзистора выбрана слабой. Конечно, такой простейший детектор не подавляет АМ принимаемого сигнала, более того, его продетектированный ток пропорционален уровню сигнала на входе, что является очевидным недостатком. Оправдание — лишь в исключительной простоте детектора.
Так же, как и предыдущий, приемник собран в небольшом корпусе, из которого кверху выдвигается телескопическая антенна, а снизу расположены гнезда телефонов. На переднюю панель выведены ручки обоих КПЕ. Эти конденсаторы не следует объединять в один блок, поскольку, настраивая их раздельно, удается получить и большую громкость, и лучшее качество приема.
Катушки приемника бескаркасные, они намотаны проводом ПЭЛ 0,7 на оправке диаметром 8 мм. L1 содержит 5 витков, а L2 — 7 витков с отводом от 2-го витка, считая от заземленного вывода. Если есть возможность, катушку L2 желательно намотать посеребренным проводом для повышения ее добротности, диаметр провода при этом некритичен.
Индуктивность катушек подбирается сжиманием и растягиванием витков так, чтобы хорошо слышимые УКВ станции оказались в середине диапазона перестройки соответствующего КПЕ. Расстояние между катушками в пределах 15…20 мм (оси катушек параллельны) подбирают подгибанием их выводов, припаянных к КПЕ.
С описанным приемником можно провести массу занимательных экспериментов, исследуя возможность детекторного приема на УКВ, особенности прохождения волн в условиях городской застройки и т. д. Не исключены и эксперименты по дальнейшему усовершенствованию приемника.
Однако качество звука при приеме на высокоомные головные телефоны с жестяными мембранами оставляет желать лучшего. В связи со сказанным, был разработан более совершенный приемник, обеспечивающий лучшее качество звука и позволяющий использовать различные наружные антенны, соединенные с приемником фидерной линией.
Приемник с питанием от энергии поля
Экспериментируя с простым детекторным приемником, неоднократно пришлось убеждаться, что мощность продетектированного сигнала достаточно велика (десятки и сотни микроватт) и могла бы обеспечить довольно громкую работу телефонов.
Но прием получается неважным из-за отсутствия частотного детектора (ЧД). Второй приемник (рис. 2) в какой-то мере решает эту проблему, но мощность сигнала в нем также используется неэффективно из-за квадратурного питания транзистора высокочастотными сигналами. Поэтому решено было применить в приемнике два детектора: амплитудный — для питания транзистора; частотный — для лучшего детектирования сигнала
Схема разработанного приемника показана на рис. 3. Внешняя антенна (петлевой диполь) соединяется с приемником двухпроводной линией, выполненной из ленточного УКВ кабеля с волновым сопротивлением 240 .300 Ом. Согласование кабеля с антенной получается автоматически, а согласование со входным контуром L1С1 достигается подбором места подключения отвода к катушке.
Вообще говоря, несимметричное подключение фидера ко входному контуру уменьшает помехоустойчивость антенно-фидерной системы, но, учитывая низкую чувствительность приемника, здесь это не имеет особого значения.
Есть общеизвестные способы симметричного подключения фидера с использованием катушки связи или симметрирующего трансформатора. В условиях автора петлевой диполь был выполнен из обычного монтажного провода в изоляции и размещен на балконе, в месте с максимальной напряженностью поля. Длина фидера не превышала 5 м. При столь незначительных длинах потери в фидере пренебрежимо малы, поэтому с успехом можно применить телефонный провод.
Входной контур L1С1 настроен на частоту сигнала, и выделяющееся на нем высокочастотное напряжение выпрямляется амплитудным детектором, выполненным на высокочастотном диоде VD1. Поскольку при ЧМ амплитуда колебаний неизменна, требований к сглаживанию выпрямленного постоянного напряжения практически никаких нет.
Тем не менее чтобы снять возможную паразитную АМ сигнала при многолучевом распространении (см. выше рассказ об интерференции), емкость сглаживающего конденсатора С4 выбрана значительной. Выпрямленное напряжение служит для питания транзистора VT1, а для контроля потребляемого тока и одновременной индикации уровня сигнала служит стрелочный индикатор РА1.
Рис. 3. Схема УКВ приемника с питанием от энергии поля.
Квадратурный ЧД приемника собран на транзисторе VT1 и фазосдвигающем контуре L2С2. Высокочастотный сигнал на базу транзистора подается с отвода катушки входного контура через конденсатор связи С3, а на эмиттер — с отвода катушки фазосдвигающего контура. Работа детектора происходит точно так же, как и в предыдущей конструкции.
Для повышения коэффициента передачи ЧД и более полного использования усилительных свойств транзистора на его базу подано смещение через резистор R1, поэтому-то и пришлось установить разделительный конденсатор С3. Обратите внимание на его значительную емкость — она выбрана такой для замыкания низкочастотных токов на эмиттер, т. е. для “заземления» базы по звуковым частотам. Это повышает коэффициент усиления транзистора и увеличивает громкость приема.
В коллекторную цепь транзистора включена первичная обмотка выходного трансформатора Т1, служащего для согласования высокого выходного сопротивления транзистора с низким сопротивлением телефонов. С приемником можно использовать высококачественные стереотелефоны ТДС-1 или ТДС-6. Оба телефона (левого и правого каналов) соединяют параллельно.
Конденсатор С5 — блокировочный, он служит для замыкания высокочастотных токов, проникающих в коллекторную цепь. Кнопка SB1 служит для замыкания коллекторной цепи при настройке входного контура и поиске сигнала. Звук в телефонах при этом исчезает, но чувствительность индикатора значительно повышается.
Конструкция приемника может быть самой разной, но необходима передняя панель с установленными на ней КПЕ С1 и С2 (их снабжают отдельными ручками настройки) и кнопкой SB1. Чтобы движения рук не влияли на настройку контуров, панель желательно сделать металлической или из фольгированного материала.
Она же может служить и общим проводом приемника. Роторы КПЕ должны иметь хороший электрический контакт с панелью. Разъемы антенны и телефонов Х1 и Х2 можно установить как на той же передней панели, так и на боковых или задней стенках корпуса приемника. Его размеры целиком зависят от имеющихся в распоряжении деталей Скажем несколько слов о них.
Конденсаторы С1 и С2 — типа КПВ с максимальной емкостью 15 .25 пФ Конденсаторы СЗ-С5 использованы керамические, малогабаритные.
Катушки L1 и L2 бескаркасные, намотаны на оправках диаметром 8 мм и содержат 5 и 7 витков соответственно. Длина намотки 10… 15 мм (регулируют при настройке).
Провод ПЭЛ 0,6…0,8 мм, но лучше использовать посеребренный, особенно для катушки L2. Отводы сделаны от 1 витка к электродам транзистора и от 1,5 витков к антенне.
Катушки можно расположить как соосно, так и параллельно друг другу. Расстояние между катушками (10…20 мм) подбирают при налаживании. Приемник будет работать даже при отсутствии индуктивной связи между катушками — емкостной связи через междуэлектродную емкость транзистора вполне достаточно. Трансформатор Т1 взят готовый, от трансляционного громкоговорителя.
В качестве VT1 подойдет любой германиевый транзистор с граничной частотой не ниже 400 МГц. При использовании р-п-р транзистора, например, ГТ313А полярность включения стрелочного индикатора и диода следует изменить на обратную. Диод может быть любым германиевым, высокочастотным.
Для приемника годится любой индикатор с током полного отклонения 50-150 мкА, например, стрелочный индикатор уровня записи от магнитофона.
Налаживание приемника сводится к настройке контуров на частоты хорошо слышимых радиостанций, подбору положения отводов катушек по максимальной громкости и качеству приема, а также связи между катушками. Полезно подобрать и резистор R1, тоже по максимальной громкости.
С описанной антенной на балконе приемник обеспечивал высококачественный прием двух станций с наиболее мощным сигналом при расстоянии до радиоцентра не менее 4 км и при отсутствии прямой видимости (загораживали дома). Коллекторный ток транзистора составлял 30…50 мкА.
Разумеется, возможные конструкции детекторных УКВ приемников не ограничиваются описанными. Напротив, их следует рассматривать лишь как первые опыты в этом интересном направлении. Если применить эффективную антенну, вынесенную на крышу и направленную на интересующую радиостанцию, можно получить достаточную мощность сигнала даже на значительном удалении от радиостанции.
Это открывает весьма заманчивые перспективы высококачественного приема на головные телефоны, а в некоторых случаях, возможно, удастся получить и громкоговорящий прием. Усовершенствование самих приемников возможно при использовании более эффективных схем детектирования и высокодобротных объемных, в частности, спиральных резонаторов в качестве колебательных контуров.
В. Поляков, г. Москва. Р2001, 7.
Как сделать антенну для радио FM своими руками дома ?
Несмотря на широкое распространение телевидения и интернета, прослушивание радиостанций не теряет популярности. Но часто качество приема радиостанций оставляет желать лучшего. Для того чтобы это исправить, необходимо разобраться, что влияет на качество приема, и как улучшить ситуацию?
Антенна для приема радио своими руками
Немного теории
Для нормальной работы любого радиоприемного устройства: телевизора, сотового телефона, радиоприемника, необходимо обеспечить на его входе минимальный уровень сигнала, превышающий определенный порог.
Этот порог называется чувствительностью. Если уровень сигнала выше порога чувствительности, то устройство работает нормально, в ином случае прием пропадает полностью или резко ухудшается его качество.
Такие условия могут возникать не только из-за удаленности от радиостанции, но и в условиях города. Чаще всего они бывают в радиоприемниках на диапазонах УКВ и FM, это связано с особенностями распространения этого сигнала.
Частота этих сигналов 66-108 мГц. Радиоволны этого диапазона распространяются в пределах прямой видимости и очень плохо огибают возвышенности рельефа местности, а в городе – высокие здания.
Расстояние прямой видимости можно вычислить по следующей формуле, км:
r = 3,57 (√h2 + √h3), где
r – расстояние прямой видимости;
h2 – высота передающей антенны;
h3 – высота приемной антенны.
Типы антенн
Назначение приемных антенн состоит в том, чтобы принять сигнал, усилить его и передать на вход приемника. В зависимости от диапазона антенны имеют различную конструкцию и габариты.
Типов антенн существует несколько десятков, некоторые из них представляют собой сложнейшие инженерные сооружения, весом сотни тонн и размерами тысячи квадратных метров.
В простейшем случае приемной антенной может быть проводник, подвешенный на изоляторах над землей. Электромагнитные волны, пересекая его, наводят в нем, согласно законам физики, переменное напряжение высокой частоты и по фидеру передают его на вход радиоприемного устройства, где принятый сигнал усиливается, из него выделяется низкочастотная составляющая, и человеческое ухо слышит звук.
Антенны можно разделить на два типа: направленные и ненаправленные. Есть классификация по назначению: стационарные и мобильные. Несмотря на разницу в типах и видах, существуют общие законы, по которым они работают.
Антенны своими руками
Проволочная
Улучшить радиоприем можно, соорудив простую антенну своими руками. В зависимости от того, для какого диапазона она предназначена, ее размеры необходимо будет корректировать.
Самые малоразмерные антенны получаются для FM диапазона, так как частота радиостанций этого диапазона лежит в пределах 88-108 мГц, значит, длина волны L – от 3,4 до 2,8 метра.
Длину волны любой радиостанции можно найти по формуле:
L = 300000/f, где
L – длина волны в м.
f – частота радиосигнала в Гц.
Конструкция проволочной антенны
Проволочная антенна – самая простая конструкция для FM диапазона, ее можно использовать в домах из любого материала, кроме армированного железобетона. Также ее можно разместить на улице, натянув между двумя мачтами или строениями. Высота подвеса играет большую роль: с увеличением высоты эффективность возрастает. Также играет роль ориентация антенны – ее направленность в горизонтальной плоскости имеет вид восьмерки.
Так как большинство радиостанций FM диапазона используют вертикальную поляризацию, то эту антенну можно подвесить вертикально, особенно полезным это может быть на границе уверенного приема, где сигнал очень слабый. Эта антенна использоваться на любом диапазоне СВ, КВ или УКВ, необходимо только пересчитать размеры.
Штыревая
Самый простой вид штыревой антенны – это вертикальный проводник, закрепленный на изоляторе и одним концом соединенный с приемником. Длина штыря должна быть подобрана в соответствии с диапазоном принимаемых волн. Дело в том, что согласно многочисленным опытам и расчетам, длина такой антенны должна быть равной четверти длины волны, при этом к.п.д. антенны максимальный в любом другом случае уменьшается.
Штырь хорошо принимает сигнал как горизонтальной, так и вертикальной поляризации, кроме того этот вид легко реализуется как в станционарном варианте, так и в мобильном, например, в качестве автомобильной антенны.
Конструкция штыревой зонтичной антенны
Для улучшения приема в этой конструкции добавлены 4 вибратора, улучшающие прием сигнала и расширяющие полосу приема. Эта антенна ненаправленного приема, т. е. она одинаково хорошо принимает сигнал с любого направления. Высота подъема, также как и в предыдущем случае, значительно влияет на дальность приема. Такую конструкцию целесообразно использовать на даче или в сельской местности, где меньше индустриальных помех.
Конструкции для города
В условиях города лучшим вариантом для приема будет применение телевизионной антенны типа волновой канал. Ее преимущества в том, что она является остронаправленной. Это свойство в условиях города очень важно, так как позволяет выбрать направление с наименьшим уровнем помех.
Самодельная антенна волновой канал состоит из стрелы с закрепленными на ней элементами: 2 пассивных директора, петлевой вибратор и рефлектор. Размеры зависят от диапазона приема. Эта конструкция обеспечивает высококачественный прием на удаленности до 50 и более км, что для диапазона FM очень приличный результат.
Антенна волновой канал для диапазона FM
Эта антенна имеет выходное сопротивление 75 Ом, поэтому кабель вполне допустимо подключить напрямую к согласующей коробке. Можно также использовать телевизионные антенны метрового диапазона с 3-5 каналами, которые сейчас зачастую остались без дела, так как телевизионное вещание «переместилось» с этих каналов на дециметровый диапазон, на спутник или в интернет.
Делаем сами. Видео
Как сделать FM антенну для радио из старой ТВ антенны, можно узнать из видео ниже.
Вариантов самодельных антенн очень много: от самых простых до профессиональных. Следует только учитывать особенности распространения радиоволн в УКВ и FM диапазонах.
При этом нужно запомнить:
- Уверенный прием возможен только в пределах прямой видимости.
- В ночное и вечернее время дальний прием практически отсутствует.
- Осадки ослабляют или вовсе прерывают прием сигнала.
Но если прием есть, все эти недостатки компенсируются высоким качеством сигнала.
ФМ антенна для музыкального центра делается своими руками абсолютно аналогично антенне для ФМ радио, т.к. у этих радиоприёмников абсолютно аналогичная схема приёма сигнала.
Оцените статью:FM-радиостанция вещает на частоте 99,5 МГц. Как рассчитать длину волны соответствующей радиоволны?
Наука
- Анатомия и физиология
- Астрономия
- Астрофизика
- Биология
- Химия
- наука о планете Земля
- Наука об окружающей среде
- Органическая химия
- Физика
Математика
- Алгебра
| Частота | Длина волны | |||
| 1 МГц = 1 000 000 Гц = 10 6 Гц | 300 метров | |||
| 10 МГц = 10 000 000 Гц = 10 7 Гц | 30 метров | |||
| 100 МГц = 100000000 Гц = 10 8 Гц | 3 мес | |||
| 1000 МГц = 1000000000 Гц = 10 9 Гц | 0.3 м | |||
| Название группы | Аббревиатура | Диапазон МСЭ | Частота и длина волны | Пример использует |
|---|---|---|---|---|
| Чрезвычайно низкая частота | TLF | <3 Гц > 100000 км | Электромагнитный шум естественного и техногенного происхождения | |
| Чрезвычайно низкая частота | ELF | 3 — 30 Гц 100000 км — 10000 км | Связь с подводными лодками | |
| Сверхнизкая частота | SLF | 30 — 300 Гц 10000 км — 1000 км | Связь с подводными лодками | |
| Сверхнизкая частота | ULF | 300–3000 Гц 1000 км — 100 км | Подводная связь, Связь в шахтах | |
| Очень низкая частота | VLF | 4 | 3 — 30 кГц 100 км — 10 км | Навигация, сигналы времени, подводная связь, беспроводные пульсометры, геофизика |
| Низкая частота | LF | 5 | 30 — 300 кГц 10 км — 1 км | Навигация, сигналы времени, длинноволновое AM радиовещание (Европа и часть Азии), RFID, любительское радио |
| Средняя частота | MF | 6 | 300 — 3000 кГц 1 км — 100 м | AM (средневолновое) радиовещание, любительское радио, лавинные маяки |
| Высокая частота | HF | 7 | 3–30 МГц 100 м — 10 м | Коротковолновые радиопередачи, гражданское радио, любительское радио и загоризонтная авиационная связь, RFID, загоризонтный радар, автоматическое установление связи (ALE) / радиосвязь ближнего вертикального падения (NVIS), морское и мобильное радио телефония |
| Очень высокая частота | УКВ | 8 | 30–300 МГц 10 м — 1 м | FM, телевизионное вещание и связь «земля-самолет» и «самолет-самолет» в прямой видимости.Сухопутная мобильная и морская мобильная связь, любительское радио, метеорологическое радио |
| Сверхвысокая частота | UHF | 9 | 300 — 3000 МГц 1 м — 100 мм | Телевидение, микроволновые печи, микроволновые устройства / средства связи, радиоастрономия, мобильные телефоны, беспроводная локальная сеть, Bluetooth, ZigBee, GPS и двусторонние радиоприемники, такие как Land Mobile, FRS и GMRS, радиолюбители |
| Сверхвысокая частота | СВЧ | 10 | 3–30 ГГц 100 мм — 10 мм | Радиоастрономия, микроволновые устройства / связь, беспроводная локальная сеть, самые современные радары, спутники связи, спутниковое телевещание, DBS, любительское радио |
| Чрезвычайно высокая частота | EHF | 11 | 30 — 300 ГГц 10 мм — 1 мм | Радиоастрономия, высокочастотное микроволновое радиорелейное устройство, микроволновое дистанционное зондирование, любительское радио, оружие направленной энергии, сканер миллиметровых волн |
| Терагерц или чрезвычайно высокая частота | ТГц или | THF12 | 300–3 000 ГГц 1 мм — 100 мкм | Терагерцовая визуализация — потенциальная замена рентгеновскому излучению в некоторых медицинских приложениях, сверхбыстрая молекулярная динамика, физика конденсированного состояния, терагерцовая спектроскопия во временной области, терагерцовые вычисления / связь, суб-миллиметровое дистанционное зондирование, радиолюбитель. |
Длина волны Преобразование частоты лямбда Гц преобразование звука акустика акустическое аудио радио измерение скорости звука и радио типичная длина волны световая волна формула уравнения вакуума для частоты скорость света цвет электромагнитный спектр
длина волны преобразование частоты лямбда Гц преобразование звука акустика акустическое аудио радио измерение скорости звука и типичные радиоволны длина волны света формула уравнения вакуума для частотной скорости света цветовой электромагнитный спектр — sengpielaudio Sengpiel Berlin| Если вместо скорости света скорость звука в воздухе c = 343 м / с при 20 ° C должен использоваться как скорость распространения, применяются следующие преобразования. |
Заполните серое поле выше и нажмите кнопку расчета в соответствующем столбце. |
| Иногда, когда вы переключаетесь с метров на сантиметры на футы и дюймы, ответ неверен: первый раз.Переключайтесь между измененными значениями. Сделайте «обновление» и попробуйте еще раз. |
Формулы и уравнения для звука: c = λ × f λ = c / f = c × T f = c / λ
Преобразование периода в частоту и обратно
Верхний открытый диапазон частотного спектра для звуковых волн
| ● 2 — Радиоволны и световые волны в вакууме ● Преобразование: частота f в длину волны и длина волны к частоте c — это скорость света волн и скорость радиоволн в вакууме. Скорость света в свободном пространстве (в вакууме) — это скорость, с которой распространяются электромагнитные волны, в том числе световые. |
| Если вместо скорости звука в воздухе, скорость света c = 299792458 м / с должен использоваться как скорость распространения, применяются следующие преобразования. |
| Заполните серое поле выше и нажмите кнопку расчета в соответствующем столбце. Выберите желаемый агрегат. Предлагаемая скорость света c = 299 792 458 м / с или 983 571 056 фут / с может быть изменена здесь. |
Формулы и уравнения: c = λ × f λ = c / f = c × T T f = c / λ
Частота волны в Гц = 1 / с и длина волны в нм = 10 −9 м
Электромагнитный спектр
| Спектр электромагнитного излучения |
| Радиочастота и микроволновое излучение — это формы энергии, называемые электромагнитное излучение.Солнечный свет содержит еще три формы электромагнитного излучения излучение: ультрафиолетовые лучи, инфракрасные (тепловые) волны и видимые световые волны. Эти электромагнитные волны распространяются в вакууме со скоростью света ≈ 300000 км / с как электромагнитное излучение. Скорость распространения электрических сигналов по оптоволокну составляет около 9/10 скорость света, то есть ≈ 270 000 км / с. Скорость распространения электрических сигналов по медным кабелям составляет около 2/3 . скорость света, то есть ≈ 200000 км / с. Теоретически электрические сигналы движутся со скоростью света. Кабели только замедляют их. Коэффициент распространения скорости (скорость распространения): VOP = 1 / √ε -эпсилон — диэлектрическая проницаемость, которая составляет для полиэтиленовых диэлектриков (ПВХ) почти 1,4. Звук также отображается на диаграмме спектра, но это не электромагнитное излучение. Звуковое давление — это отклонение от местного давления окружающей среды (звуковое давление отклонение), вызванное звуковой волной — в основном в воздухе.Скорость звука 343 м / с при 20 ° C на воздухе. Иногда длина волны все еще указывается в единицах Ангстрема (ангстрема): . 1 Å = 10 −10 m = 0,1 нм angegeben. |
| Таблица преобразования — частота в длину волны Радиоволны и световые волны в вакууме |
Спектр электромагнитного излучения
| Область | Длина волны ангстремы | Длина волны сантиметры | Частота Гц | Энергия эВ |
| Радио | > 10 9 | > 10 | <3 × 10 9 | <10 −5 |
| Микроволновая печь | 10 9 -10 6 | 10 — 0.01 | 3 × 10 9 — 3 × 10 12 | 10 −5 — 0,01 |
| Инфракрасный | 10 6 -7000 | 0,01 — 7 × 10 −5 | 3 × 10 12 — 4,3 × 10 14 | 0,01 — 2 |
| Видимый | 7000–4000 | 7 × 10 −5 — 4 × 10 −5 | 4.3 × 10 14 — 7,5 × 10 14 | 2–3 |
| Ультрафиолет | 4000–10 | 4 × 10 −5 -10 −7 | 7,5 × 10 14 — 3 × 10 17 | 3–10 3 |
| Рентгеновские снимки | 10–0,1 | 10 −7 -10 −9 | 3 × 10 17 — 3 × 10 19 | 10 3 -10 5 |
| Гамма-лучи | <0.1 | <10 −9 | > 3 × 10 19 | > 10 5 |
| Обозначение «эВ» означает электрон-вольт, обычную единицу измерения энергии в атомной физике. Графическое представление электромагнитного спектра показано на рисунке ниже. |
| Электромагнитный спектр |
| Таким образом, мы видим, что видимый свет, гамма-лучи и микроволны действительно одно и то же. Все они представляют собой электромагнитное излучение и отличаются только длиной волны. Иногда для длины волны используется единица Ангстрема (ангстрема) = 10 −10 м = 0,1 нм. |
Длины волн и частотные диапазоны цветов
| Цвет | Длина волны нм | Частота ТГц |
| красный | 780–622 | 384–482 |
| оранжевый | 622–597 | 482–503 |
| желтый | 597–577 | 503–520 |
| зеленый | 577–492 | 520–610 |
| синий | 492–455 | 610–659 |
| фиолетовый | 455–390 | 659–769 |
| 1 терагерц (ТГц) = 10 3 ГГц = 10 6 МГц = 10 12 Гц, 1 нм = 10 −3 мкм = 10 −6 мм = 10 −9 м. Белый свет — это смесь цветов видимого спектра. |
Индикация частоты в оптике встречается реже.
| Звуковые и электромагнитные волны разные. Звуковые волны нужна среда для прохождения, а электромагнитные волны делают не. Свойства звуковой волны зависят от свойств среда, через которую он проходит. |
| Приблизительная скорость звука в обычных материалах | |||
| Средний | Скорость звука м / с фут / с | ||
| Воздух, сухой при 20 ° C | 343 | 1 125 | |
| Гелий при 0 ° C | 980 | 3 215 | |
| Водород при 0 ° C | 1 280 | 4 200 | |
| Вода при 15 ° C | 1 500 | 4 920 | |
| Свинец | 2 160 | 7 090 | |
| Бетон | 3 100 | 10 200 | |
| Дерево (мягкое — вдоль волокна) | 3 800 | 12 500 | |
| Стекло | 5 500 | 18 500 | |
| Сталь | 5 800 | 19 000 | |
| Преобразование радиочастоты в длину волны и наоборот |
| Чтобы использовать калькулятор, просто введите значение. Калькулятор работает в обоих направлениях знака ↔ . |
| ● Электромагнитные волны не нуждаются в транспортной среде. |
| Преобразование акустической частоты в длину волны и наоборот |
| Чтобы использовать калькулятор, просто введите значение. Калькулятор работает в обоих направлениях знака ↔ . |
| ● Звуковые или акустические волны обязательно нуждаются в транспортной среде. |
.
Звук — частота, длина волны и октава
Звуковая энергия передается через воздух (или другие частицы) в виде бегущей волны давления. В воздухе амплитуда волны смещения может составлять от 10 -7 мм до нескольких мм в секунду.
Частота
Частота — количество циклов в секунду — звука выражается в герц (Гц) . Частота может быть выражена как
f = 1 / T (1)
, где
f = частота (с -1 , 1 / с, Гц)
T = время завершения одного цикла (с)
Пример — частота
Время завершения одного цикла для тонального сигнала 500 Гц можно рассчитать как
T = 1 / ( 500 Гц)
= 0.002 с
Диапазон частот для человеческого слуха составляет от 20 до 20 000 Гц . По возрасту верхний предел для многих снижается до 12-13000 Гц .
Пример — параллельно переменному току
Переменный ток завершается 5 циклов за 100 мс .
Время завершения одного цикла можно рассчитать
T = (100 мс / цикл) / (5 циклов)
= 20 мс
Частоту переменного тока можно рассчитать как
f = 1 / ((20 мс) (10 -3 с / мс))
= 50 Гц
Длина волны
Длина волны звука — это расстояние между аналогичными точками двух последовательных волн.
λ = c / f (2)
где
λ = длина волны (м)
c = скорость звука (м) с)
f = частота (с -1 , Гц)
Пример — длина волны тона
В воздухе при нормальной атмосфере и 0 o C скорость звука 331.2 м / с . Длина волны тона 500 Гц может быть рассчитана как
λ = (331,2 м / с) / (500 Гц)
= 0,662 м
Октава
Октава — это интервал между двумя точками, где частота во второй точке в два раза больше частоты первой.
| Октава Центральная частота (Гц) | 31.25 | 62,5 | 125 | 250 | 500 | 1000 | 2000 | 4000 | 8000 | 16000 | ||||||
| Длина волны в воздухе ( 21 o C) (фут) | 17,92 | 9,03 | 4,52 | 2,26 | 1,129 | 0,56 | 0.28 | 0,14 | ||||||||
| Длина волны в воздухе (70 o F, 21 o C) (м) | 1,38 | 0,69 | 0,34 | 0,17 | 0,085 | 0,043 |
Хотя октава — восьмая нота в серии в любой тональности — октава разделена на 5 целых и 2 половинных ноты.
- октаву отделяет только шесть целых нот
