Как измерить волновое сопротивление антенны
Записки программиста
Походные дипольные антенны из двухпроводной линии
Радиолюбители постоянно находятся в поиске антенн, идеально подходящих под конкретные условия. Конечно, знание теории в этом процессе необходимо, но никакая теория не заменяет личный опыт. Другими словами, ничего не остается, кроме как снова и снова пробовать разные антенны, взвешивая их сильные и слабые стороны, а затем делая выводы. Чем мы сегодня и займемся. Экспериментировать на этот раз будем с несколькими антеннами, изготовленных из двухпроводной линии.
Немного теории
Двухпроводная линия — это два провода, идущих параллельно. Как и любую линию, двухпроводную линию характеризуют ряд свойств, из которыми наиболее важными являются (1) волновое сопротивление, (2) коэффициент укорочения и (3) потери на единицу длины для заданной частоты. Конечно, есть и другие свойства, такие, как погонная емкость, а также стоимость, вес и прочие.
Что такое волновое сопротивление (characteristic impedance)? Допустим, к одному концу линии мы подключили источник переменного тока с известным фиксированным напряжением, а на втором конце добились полного отсутствия отражения сигнала. Достичь этого можно несколькими способами. Например, сделать линию такой длинной, что идя по ней сигнал полностью угаснет из-за потерь. У источника по линии пойдет какой-то ток, который можно измерить. Теперь вспомним закон Ома и поделим напряжение на ток. Это и будет волновое сопротивление линии. Оказывается, что волновое сопротивление не меняется с частотой сигнала и вообще зависит исключительно от физических свойств линии — использованных материалов, толщины проводников, расстояния между ними и так далее. Типичное волновое сопротивление двухпроводных линий составляет от 100 до 600 Ом. Волновое сопротивление коаксиального кабеля обычно равно либо 50 Ом (для кабелей RG58 и RG213), либо 75 Ом (например, RG59, RG6).
Коэффициент укорочения или КУ (velocity factor, VF) — это отношение скорости распространения сигнала в линии к скорости света в вакууме. Типичное значение КУ составляет где-то от 0.65 до 0.99. Допустим, вы знаете, что заданную антенну для диапазона 40 метров (7.0-7.2 МГц) требуется питать линией с волновым сопротивлением 75 Ом длиной λ/4. По формуле скорость света делить на частоту получаем:
Но поскольку сигнал распространяется в линии медленнее, чем свет в вакууме, реальная длина будет существенно меньше:
Интересное свойство линии длиной λ/4 заключается в том, что оно преобразует чисто активное входное сопротивление антенны RL в чисто активное сопротивление Z0 2 /RL, где Z0 — это волновое сопротивление линии. Линия при этом называется четвертьволновым трансформатором. Например, рамочная антенна имеет входное сопротивление около 106-117 Ом, в зависимости от формы. Это сопротивление можно трансформировать в
50 Ом при помощи λ/4 отрезка кабеля RG59, имеющего волновое сопротивление 75 Ом:
Дополнение: Работа четвертьволнового трансформатора наглядно проиллюстрирована в посте Рисуем диаграммы Вольперта-Смита на Python.
Не менее интересным свойством обладают линии с длиной, кратной λ/2. Если подключить к одному концу такой линии антенну с некоторым входным сопротивлением, то на втором конце мы увидим это самое сопротивление, независимо от волнового сопротивления самой линии. Линия при этом называется полуволновым повторителем.
Что же касается потерь в линии, этот вопрос мы немного затрагивали ранее в заметке Выходим на радиолюбительские диапазоны 2 м и 70 см:
В отличие от КВ, на УКВ для питания антенн кабель RG58 не походит. Вместо него следует использовать RG213 или кабель с еще меньшими потерями. При использовании 10 метров RG58 аттенюация сигнала на 144 МГц составляет 1.82 дБ, а на 450 МГц — 3.65 дБ. У RG213 она составляет 0.86 дБ и 1.73 дБ соответственно. Впрочем, если кабель короткий, всего пара метров, то сойдет и RG58.
На КВ двухпроводные линии имеют небольшие потери. При длине линии порядка 10 метров из-за потерь в ней можно не переживать.
Стоит помнить, что двухпроводные линии чувствительны к осадкам. Также двухпроводная линия должна находится от земли и металлических предметов на расстоянии не менее десяти расстояний между ее проводами. В отличие от двухпроводной линии, коаксиальный кабель можно прокладывать как угодно — вдоль стен, по земле или даже под землей.
Fun fact! На самом деле, КУ и волновое сопротивление линии — это функции от частоты сигнала, хоть они и не сильно меняются с частотой. Например, КУ кабеля RG-11 меняется с 0.833 на частоте 3.5 МГц до 0.839 на частоте 30 МГц. Что же до волнового сопротивления, то на частотах до 2 МГц оно даже не является чисто активным. Подробности можно найти в разделе «25.7 Antenna System Measurements» книги «The ARRL Handbook for Radio Communications 2019. Vol 6: Test Equipment, Troubleshooting, RFI and Index». В рамках этой статьи мы не будет настолько дотошными и примем КУ и волновое сопротивление за постоянные.
Как измерить волновое сопротивление и КУ линии?
Настоящие радиолюбительские двухпроводные линии доступны как в специализированных онлайн-магазинах, так и на eBay по запросам вроде «450 Ohm Ladder Line» и «MFJ-18H250». Но цены на такие линии колеблются в районе 1.5-3$ за метр, что немного дороговато. Поэтому двухпроводные линии нередко изготавливаются самостоятельно из доступных проводов и распорок, либо в их качестве используются линии, предназначенные немного для других целей. В качестве примеров доступных двухпроводных линий можно назвать провода П-274М («полевка», около 0.17$ за метр), ТРП 2х0.4 («телефонная лапша», около 0.06$ за метр), разные варианты акустического кабеля (
0.23$ за метр). На eBay можно найти много предложений по запросу «speaker wire» (порядка 0.75$ за метр, в зависимости от толщины провода).
Минус таких линий — неизвестные волновое сопротивление и КУ. Спрашивается, как их можно измерить?
Fun fact! Упомянутая ранее погонная емкость является не более чем C на единицу длины линии. Например, один метр коаксиального кабеля RG58 имеет емкость около 100 пФ. Ранее этот факт мы использовали при изготовлении трапов для диполя.
Для второго способа нам потребуется осциллограф, генератор сигналов и мультиметр. К осциллографу подключается T-образный BNC-коннектор. К одному из входов коннектора подключается генератор, а ко второму — отрезок измеряемой линии. На втором конце линии подключается потенциометр. Генератором сигналов генерируется меандр, а ручка потенциометра ставится в положение, при котором осциллограф показывает сигнал без каких-либо искажений. Когда такое положение найдено, это значит, что в линии нет отражений. Это возможно только если потенциометр имеет сопротивление, равное волновому сопротивлению линии. Остается только взять мультиметр и измерить получившееся сопротивление потенциометра. Процесс наглядно показан в видео, снятом Alan Wolke, W2AEW.
Стоит однако отметить, что оба способа далеки от идеала. Практика показывает, что погрешность измерения составляет порядка 5%.
Используя ту же технику с осциллографом можно определить КУ линии. Если мы отсоединим потенциометр, сигнал будет полностью отражаться от конца линии. При помощи осциллографа мы сможем измерить время, за которое сигнал дважды проходит по линии (время round trip). Длина линии известна, что позволяет измерить скорость распространения сигнала. Поделив эту скорость на скорость света, получаем КУ.
Если у вас нет осциллографа, то КУ можно измерить при помощи КСВ-метра и эквивалента нагрузки 50 Ом. Берется отрезок линии длиной 5 метров. Один конец подключается к КСВ-метру, второй конец — к эквиваленту нагрузки. Далее в интервале 15-30 МГц ищется минимум КСВ. В результате должны найти частоту, где КСВ равен 1 или очень близок к этому значению. На этой частоте линия работает, как полуволновой повторитель, и устройство видит нагрузку 50 Ом. Длина линии известна, половина длины волны тоже. Отношение первого ко второму и есть КУ.
Простая походная антенна из двухпроводной линии
Описанная выше теория необходима для понимания и изготовления следующей антенны (иллюстрация позаимствована из The ARRL Antenna Book):
Антенна представляет собой обыкновенный диполь, запитанный двухпроводной линией. Среди англоязычных радиолюбителей антенна известна, как speaker wire antenna, поскольку часто она делается из акустического кабеля. Казалось бы, если запитать диполь с входным сопротивлением 50-73 Ом при помощи двухпроводной линии с волновым сопротивлением 100-600 Ом, ничего хорошего не выйдет. Но выше мы выяснили, что линия длиной λ/2 работает, как полуволновой повторитель. Осталось найти подходящую линию, измерить ее КУ, обрезать линию до соответствующей длины, и получаем очень легкий и компактный диполь. Так как диполь питается двухпроводной линией, никаких синфазных токов в линии не возникает, а значит балун такой антенне не нужен. В качестве мачты можно использовать тонкую удочку, и не бояться, что она сломается под весом балуна.
Для антуража было решено приобрести 100 футов (30 метров) того самого speaker wire толщиной 20 AWG на eBay и сделать из него диполь на диапазон 20 метров. Измеренный КУ линии оказался
0.75. Это очень удобно, потому что длина λ/2 линии составит 7.5 метров, а это в точности длина легких и недорогих удилищ.
Для крепления удилища вместо оттяжек, как в прошлый раз, было решено использовать небольшую пику:
Пика представляет собой кусок алюминиевого профиля, обрезанный до полуметра и заостренный при помощи дремеля. Она забивается в землю примерно на половину длины. Удилище крепится при помощи ремешков с липучками, вроде тех, что используются для крепления батарей в квадрокоптерах. Вопреки интуиции, такая конструкция довольно надежна (для временной установки), а по весу и занимаемому месту существенно выигрывает у трех отверток с веревками.
Для подключения антенны к трансиверу удобно воспользоваться «крокодилом» и «банановым» штекером с диаметром 4 мм:
Штекер втыкается в разъем SO-239. По диаметру они подходят друг к другу просто идеально. «Крокодилом» проще всего ухватиться за клемму заземления трансивера.
Точные размеры антенны у меня получились следующие. Длина линии — 758 см. Длина одного плеча — 490 см. График КСВ антенны немного меняется в зависимости от высоты антенны до земли и угла между плечами, но в среднем выглядит так:
При желании, поигравшись с формой и высотой антенны, КСВ на 20 метрах можно вогнать в единицу. По счастливому стечению обстоятельств антенна оказалась довольно сносно согласована и на 15 метрах. КСВ в этом диапазоне составляет от 1.7 до 2. Радиосвязи удалось провести в каждом из диапазонов. В плане уровня шума и полученных рапортов я не заметил никакой разницы с классическим диполем.
Fun fact! Так как в сложенном виде антенна очень компактна, ее не лишено смысла всегда иметь при себе в качестве запасной.
Если хочется разместить трансивер подальше от антенны и/или использовать мачту повыше (например, оптимальные 10 метров для этого диапазона), двухпроводную линию можно подключить через балун 1:1 к коаксиальному кабелю произвольной длины.
Дополнение: Спустя какое-то время после публикации заметки у меня появилась возможность измерить потери в использованной двухпроводной линии. Потери составили 1.7 дБ в диапазоне 20 метров. Это больше, чем у типичных коаксиальных кабелей той же длины, но все же терпимо.
Многодиапазонный вариант
Возможен и многодиапазонный вариант подобной антенны (иллюстрация снова позаимствована из The ARRL Antenna Book):
Данная антенна известна под именами двойной цеппелин, double zepp, center-fed zepp, а также, при использовании определенных размеров и типа линии, как антенна G5RV. Антенна имеет не очень понятно какое входное сопротивление. Однако при удачном выборе длины линии и плеч ее можно настроить на любой КВ-диапазон с помощью тюнера.
Важно! Вопреки тому, что поется в легендах, антенна G5RV не настраивает себя магическим образом на все диапазоны. Антенне необходим тюнер для всех диапазонов за исключением 14 МГц.
На этот раз антенна была сделана из «полевки» со следующими размерами. Длина линии — 1340 см. Длина одного плеча — 1305 см. Для согласования антенны было решено использовать автотюнер mAT-30.
Антенна прекрасно настраивается на любой радиолюбительский диапазон от 80 до 10 метров с КСВ 1-1.2. Тестовые радиосвязи были проведены в диапазонах 20, 40 и 80 метров, как наиболее популярных. Во всех диапазонах были получены хорошие рапорты.
Заключение
Описанные варианты антенн недороги, легки в изготовлении, мало весят и занимают мало места в рюкзаке. В отличие от классических диполей, им не требуется тяжелый балун. Поэтому в полевых условиях при помощи удочки такие антенны можно установить на большей высоте. В отличие от вертикалов, им не нужны противовесы, о которые всегда кто-нибудь да спотыкается. Антенне на диапазон 20 метров не требуется тюнер и при установке на 10-и метровой мачте (потребуется балун, но внизу антенны) это вполне себе приличная антенна для проведения дальних связей. Многодиапазонный вариант антенны требует тюнера. Зато она дает выход сразу на все КВ-диапазоны.
В целом, мой опыт с антеннами из двухпроводных линий оказался исключительно приятным. Я собираюсь инвестировать больше времени в изучение родственных антенн.
Волновое сопротивление антенн
Приветствую, дорогие друзья. С вами Тимур Гаранин.
В своём видео курсе «Антенны» я уделил особое внимание такой теме как волновое сопротивление и согласование. Тем не менее, я продолжаю получать много вопросов относительно того, как измеряется волновое сопротивление, от чего оно зависит и в принципе, какова его природа.
Начнем с определения. Волновое сопротивление линии — это отношение приложенного к ней напряжения к току, в этой линии.
И сразу покажем, как антенные анализаторы измеряют волновое сопротивление.
Представим что у нас есть полотно антенны из одного тонкого проводника. Подключаем антенный анализатор одним выходом к этому полотну. Второй выход антенного анализатора подключаем к земле, равно как и дальний конец полотна. Внутри антенного анализатора уже встроены вольтметр и амперметр. Что делает антенный анализатор? Он подает на линию единичную ступеньку, то есть просто напряжение определённого уровня. И одновременно с этим измеряет, какой ток потребляет эта линия. И по соотношению напряжения к току определяет волновое сопротивление.
Представим, что к этому же антенному анализатору мы подключаем другое полотно такой же длины, но большей площади поверхности. Антенный анализатор измеряет волновое сопротивление этого полотна, и оно оказывается значительно меньше, чем волновое сопротивление тонкого провода. Почему, от чего зависит волновое сопротивление полотна?
Волновое сопротивление полотна зависит напрямую от его погонных параметров, погонных емкости и индуктивности. Рассчитывается как корень квадратный от отношения погонной индуктивности к погонной емкости. Из чего можно сделать вывод, что чем больше погонная индуктивность и меньше погонная емкость, тем больше это сопротивление.
Хочу обратить особое внимание на то, что волновое сопротивление зависит не просто от емкости и индуктивности антенны, а от погонных емкостей индуктивностей. Мне тут в комментариях кое-кто писал, что чем больше длина антенны, тем больше емкость, а значит меньше волновое сопротивление. Это абсолютно неверно. Волновое сопротивление полотна от длины антенны не зависит вообще.
Представим себе такую ситуацию. У нас есть полотно длиной в метр, и ёмкость этого полотна равна допустим 100 пикофарад. Мы берём и увеличиваем длину этого полотна вдвое, соответственно емкость полотна увеличилась тоже вдвое, и сейчас составляет 200 пикофарад. Но погонная емкость, то есть емкость, деленная на единицу длины, осталась такая же, 100 пикофарад на метр.
То же самое касается и погонной индуктивности.
Погонные параметры по определению от длины не зависят, так как представляют собой параметры, деленные на единицу длины.
Но тогда от чего они зависят?
Допустим у нас есть обыкновенный диполь, выполненный из отрезков относительно тонкого провода. Этот диполь, его отрезки, обладают определёнными погонными емкостью и индуктивностью.
А теперь сравним его с такой антенной как диполь Надененко. Диполь Надененко представляет собой несколько параллельных стержней расположенных по кругу большого радиуса на равном расстоянии друг от друга. Иногда, для еще большего увеличения площади поверхности, диполь Надененко окутывают металлической сеткой.
Я думаю, уже сейчас вам интуитивно понятно, что диполь Надененко будет иметь значительно меньшее волновое сопротивление, чем просто диполь из тонкого провода.
Во-первых, очевидно, что диполь Надененко обладает грандиозно большей площадью поверхности, следовательно имеет очень большую погонную емкость.
Но кроме этого, диполь Надененко имеет еще и меньшую погонную индуктивность. Почему? Каждый из стержней диполя Надененко имеет свою собственную индуктивность. Но так как эти стержни включены параллельно, то и их индуктивности включены параллельно. Как известно, параллельное включение индуктивностей уменьшает общую индуктивность.
Следовательно, диполь Надененко, благодаря своим погонным параметрам, имеет значительно меньшее волновое сопротивление, чем диполь из тонкой проволоки.
Можем сделать вывод, что погонная емкость полотна прямо зависит от площади поверхности полотна на единицу длины. С погонной индуктивностью не всё так очевидно, она зависит от сечения проводника, либо от количества параллельно включенных проводников, и от магнитной проницаемости линии или окружающей среды.
Как измерять погонные параметры антенны при помощи антенного анализатора? Если у нас симметричная антенна, то тут всё просто — один выход антенного анализатора мы включаем к одному вибратору антенны, второй выход — к другому вибратору.
Если же у нас одиночное полотно, то один из выходов анализатора мы должны включить на полотно, а второй — на землю, либо на корпус. Если мы используем корпус, главное требование для него — он должен быть достаточной ёмкости, чтобы принять заряд половины периода колебаний.
Ещё, что очень важно, полотно антенны должно быть отдалено от земли или корпуса на расстояние не менее половины длины волны в пространстве. Почему? Потому что если полотно будет слишком близко к Земле, силовые линии электрического поля полотна будут замыкаться на землю. А мы ведь измеряем не емкость полотна относительно Земли, нас интересует прежде всего емкость полотна относительно себя самого.
Когда речь идёт о диполе, то мы очевидно измеряем емкость одного отрезка диполя относительно другого отрезка диполя. Когда речь идет об единичном полотне, например о полотне антенны бегущей волны, то мы измеряем емкость каждого отрезка этого полотна относительно соседних отрезков этого же полотна. То есть ёмкость полотна относительно себя самого.
Силовые линии электрического поля, начинающиеся на максимумах потенциала, заканчиваются на минимумах потенциала в этом же полотне. Минимумы и максимумы потенциала отдалены друг от друга на половину длины волны в полотне.
Как раз на этом принципе работают коллинеарные антенны из коаксиальных кабелей. Если хотите, могу сделать отдельный ролик про такие антенны.
Зависит ли волновое сопротивление полотна от параметров сигнала? Например от частоты, амплитуды, формы импульса? Конечно же нет. Волновое сопротивление полотна зависит исключительно от его погонных характеристик, от ёмкости на единицу длины и от индуктивности на единицу длины.
Но от параметров сигнала, частоты, амплитуды и формы импульса зависят такие параметры как S11, коэффициент отражения, коэффициент стоячей волны для этого сигнала в полотне, и так дальше. В один и тот же отрезок полотна можно подать сигнал, четверть длины волны которого будет совпадать с длиной отрезка полотна, а можно подать сигнал, половина длины волны которого будет совпадать с длиной отрезка. Отрезок один и тот же, и погонные характеристики у него неизменны. Но в одном случае у нас устанавливается стоячая волна с минимумом напряжения на входе, а в другом случае с максимумом напряжения на входе. Соответственно в одном случае коэффициент отражения нулевой, в другом случае полный. И КСВ тоже, в одном случае максимальный, в другом случае минимальный.
1. Волновое сопротивление любой линии измеряется как отношение приложенного к линии напряжения к току, установившемуся в этой линии под действием этого напряжения.
2. Волновое сопротивление любой линии зависит от её погонных параметров, от погонных индуктивности и емкости. Следовательно, волновое сопротивление полотна может варьироваться в широчайших пределах, его можно сделать грандиозно большим, либо грандиозно малым как у диполя Надененко.
3. Волновое сопротивление полотна и его погонные характеристики никак не зависят от параметров сигнала.
4. Но величины, связанные с самим сигналом, разумеется, зависят от параметров сигнала. S11, КСВ и т.д. зависят от формы импульсов, частоты сигнала и других параметров.
На этом заканчиваю. Если ролик был для вас полезен, ставьте лайк. Задавайте вопросы и пишите предложения в комментариях, делитесь с друзьями. И до встречи в следующих роликах!
One Response to “Волновое сопротивление антенн”
Привет, посмотрел много твоих уроков,но вот не увидел такой момент: расчет цепи согласования для антенн. Где можно найти такую информацию или может у вас есть такой урок?
Как измерить волновое сопротивление антенны
Бесплатная техническая библиотека:
▪ Все статьи А-Я
▪ Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники
▪ Новости науки и техники
▪ Архив статей и поиск
▪ Ваши истории из жизни
▪ На досуге
▪ Случайные статьи
▪ Отзывы о сайте
Техническая документация:
▪ Схемы и сервис-мануалы
▪ Книги, журналы, сборники
▪ Справочники
▪ Параметры радиодеталей
▪ Прошивки
▪ Инструкции по эксплуатации
▪ Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники
Бесплатный архив статей
(500000 статей в Архиве)
Алфавитный указатель статей в книгах и журналах
Бонусы:
▪ Ваши истории
▪ Викторина онлайн
▪ Загадки для взрослых и детей
▪ Знаете ли Вы, что.
▪ Зрительные иллюзии
▪ Веселые задачки
▪ Каталог Вивасан
▪ Палиндромы
▪ Сборка кубика Рубика
▪ Форумы
▪ Голосования
▪ Карта сайта
Дизайн и поддержка:
Александр Кузнецов
Техническое обеспечение:
Михаил Булах
Программирование:
Данил Мончукин
Маркетинг:
Татьяна Анастасьева
При использовании материалов сайта обязательна ссылка на https://www.diagram.com.ua
сделано в Украине
Измерить параметры антенны? Совсем несложно!
Измерение сопротивления потерь. Понадобятся ферритовый стержень от магнитной антенны с парой катушек, желательно ДВ и СВ диапазонов, переменный резистор сопротивлением 0,47. 1 кОм (обязательно непроволочный), любой германиевый маломощный высокочастотный диод и вольтметр постоянного тока с высоким внутренним входным сопротивлением (не менее 0,5. 1 МОм). Для идентификации принимаемых радиостанций «на слух» полезно иметь и высокоомные телефоны.
Собираем устройство по схеме рис. 1 и, перемещая стержень в катушке магнитной антенны, настраиваемся на частоту сигнала мощной местной радиостанции.
Рис. 1
Переменный резистор R1 при этом надо установить в положение нулевого сопротивления (переместить движок в верхнее по схеме положение). Момент точной настройки контура в резонанс с частотой радиостанции будет отмечен максимальным отклонением стрелки измерителя и наибольшей громкостью в телефонах. Включенные последовательно с вольтметром телефоны практически не влияют на его показания, в то же время громкость не слишком велика. Для ее увеличения на время идентификации радиостанции вольтметр можно замкнуть, переключить на низший предел измерения, где его сопротивление меньше, или включить параллельно вольтметру конденсатор емкостью порядка 0,05. 0,1 мкФ, чтобы пропустить к телефонам звуковые частоты (при включении такого конденсатора звук может несколько исказиться из-за неравенства нагрузки детектора на звуковых частотах и на постоянном токе).
Отметив показания вольтметра (U1) и не изменяя настройки контура, движок переменного резистора R1 переместить до тех пор, пока показания вольтметра не уменьшатся вдвое (U2). При этом сопротивление резистора будет равно сопротивлению потерь антенной системы на данной частоте. Те же измерения можно провести и на других частотах.
Сопротивление резистора измеряют омметром, отключив его от измерительной цепи. При отсутствии омметра надо оснастить резистор ручкой с визиром и шкалой, которую проградуировать в омах по образцовому прибору.
Пользуясь приведенной методикой, удается выбрать, например, наилучший вариант заземления. В городских условиях возможны такие варианты: трубы водопровода, трубы отопления, арматура ограждения балкона и т. д., а также различные их сочетания. Ориентироваться следует на максимальный принимаемый сигнал и минимальное сопротивление потерь. В загородном доме, кроме «классического» заземления, рекомендуется попробовать водозаборную скважину или трубы водопровода, металлическую сетку-ограду, крышу из оцинкованной жести или любой другой массивный металлический предмет, даже если он и не имеет контакта с настоящей землей.
Измерение емкости антенны. Вместо переменного резистора теперь понадобится включить КПЕ (любого типа) с максимальной емкостью 180. 510 пФ. Желательно иметь еще и измеритель емкости с пределом измерения десятки-сотни пикофарад. Автор пользовался цифровым измерителем емкости «Мастер-С» [2], любезно предоставленным его конструктором.
Рис. 2
Если роторные пластины имеют полукруглую форму (прямоемкостный конденсатор), шкала получается линейной и тогда не надо делать чертежей и считать площади. Например, КПЕ с твердым диэлектриком из набора для детского творчества имеет максимальную емкость 180 пФ. Достаточно разбить шкалу на 18 секторов по 10 градусов, и поставить около делений 10, 20 пФ и т. д. Пусть точность будет и невысокой, для наших целей ее достаточно.
Отградуировав КПЕ, собираем установку по схеме рис. 3.
Рис. 3
Подключив антенну к гнезду XS1 и отключив КПЕ переключателем SA1, настраиваем контур, образованный емкостью антенны и катушкой L1 на частоту радиостанции. Не трогая больше катушку, переключаем антенну в гнездо XS2 и подключаем к контуру конденсатор С2 (наш КПЕ) переключателем SA1. Снова настраиваемся на ту же частоту, теперь уже С помощью С2. Определяем его емкость Ск по шкале или с помощью измерителя емкости, подключенного к гнездам XS3, XS4 (переключив для этого SA1 в показанное на схеме положение). Осталось найти емкость антенны СА по формуле
СА = С2(1 + sqrt(1 +4С1/С2))/2.
Смысл наших манипуляций в следующем: когда мы подключили антенну через конденсатор связи С1, общая емкость контура стала меньше, и чтобы ее восстановить, пришлось добавить емкость С2. Вы и сами можете вывести приведенную формулу исходя из равенства емкости антенны СА (в первом случае) и сложной контурной емкости С2 + САС1/(СА + С1) во втором случае. Для повышения точности измерений емкость конденсатора связи желательно выбирать поменьше, в пределах 15. 50 пФ. Если емкость конденсатора связи намного меньше емкости антенны, то и расчетная формула упрощается:
Эксперимент и его обсуждение. Автор измерял параметры имевшейся на даче антенны такого вида: провод ПЭЛ 0,7 длиной 15 м, который протянут к коньку крыши и в сторону от дома к соседнему дереву. Наилучшим «заземлением» (противовесом) оказалась изолированная от земли водонагревательная колонка с небольшой сетью труб и батарей местного отопления. Все измерения проведены в СВ диапазоне с использованием стандартной СВ катушки магнитной антенны от транзисторного приемника. Если для настройки на низкочастотном краю диапазона индуктивности не хватало, рядом с магнитной антенной помещался еще один ферритовый стержень, параллельно первому.
Результаты измерений сведены в таблицу. Они нуждаются в небольших комментариях. Прежде всего, бросается в глаза, что на разных частотах и сопротивление потерь и емкость антенны разные. Это вовсе не ошибки измерений. Рассмотрим сначала частотную зависимость емкости. Если бы провод антенны не обладал еще и некоторой индуктивностью LА значения емкости были бы одинаковыми. Индуктивность провода включена последовательно с емкостью антенны, как видно из эквивалентной схемы антенной цепи, показанной на рис. 4.
Рис. 4
В связи с этим многие данные, полученные радиолюбителями при измерении параметров своих антенн, могут оказаться весьма полезными.
Смотрите другие статьи раздела Антенны. Измерения, настройка, согласование.
Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.