磁気アンテナを使用したラジオ受信機の感度の測定。スキーム、説明

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磁気アンテナを使用したラジオ受信機の感度の測定。無線エレクトロニクスと電気工学の百科事典

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磁気アンテナは、ラジオ受信機で広く使用されており、LW、MW、および頻度は低いが KB 帯域で信号を受信します。既知の技術を使用してラジオのアンテナの位置で感度を測定するには、既知の強度の電磁場を作成します。この記事では、この手法を分析し、改善のための推奨事項を提供します。

ラジオ受信機の感度は、特定の信号対雑音比が出力で生成される入力信号の値です。電圧感度を測定する場合、無線受信機の入力は、アンテナに相当するもの（外部アンテナのパラメータをシミュレートする電気回路）を介して信号発生器に接続されます。磁気アンテナを備えた無線受信機の場合、磁場感度測定が実行されますが、技術文献ではこの問題にほとんど注意が払われていません。通常、すべては、よく知られているとされる方法[1-3]への参照に帰着します。その本質は、測定ジェネレーターに接続された通電ループを使用して、特定の磁場強度を作成することです。フレーム変換係数を考慮して発生器信号を変更することにより、無線受信機の出力信号が必要なパラメータを持つ電界強度が求められます。

情報源[1-3]に精通していることから、同じ手法が意味されていることがわかりました。この手法では、直径380〜3mmの銅管で作られた一辺が5mmの80回転の正方形のフレームが使用されます。使用されている。これは、1オームの抵抗を介して信号発生器の出力に直接接続されています。ラジオ受信機の磁気アンテナの中央は、アンテナの軸がフレームの平面に垂直になるように、フレームの中心からXNUMXmの距離に配置されます。この場合、磁気アンテナの位置での電界強度（mV / m）は、信号発生器の出力電圧（mV）に数値的に等しくなります。

最新のRF信号発生器を使用してこの技術を適用すると、気のめいるような結果になりました.ラジオ受信機の測定感度は、予想よりも約6倍悪いことが判明しました. この状況をより詳細に調査したところ、GSS-10 発生器を使用する場合にこの技術が開発されたことが示されました。この場合、外部減衰器がオフになると、出力信号はその減衰器の読み取り値よりも 1 倍大きくなります (外部減衰器の透過係数は 0,1、1、および 0,1 です)。その結果、フレームの電圧は 6 倍高くなり、測定フレームの変換係数が 80 であるため、発電機信号の電磁界への合計変換係数は 50 に等しくなります。さらに、このモードでのGSS-XNUMXジェネレーターの出力インピーダンスはXNUMXオームであり、これは追加の抵抗器の抵抗を説明しています。しかし、最新の RF 信号発生器の出力インピーダンスは通常 XNUMX オームです。これらすべてにより、磁気アンテナを使用して受信機の感度をチェックするためのよく知られた方法を修正する必要がありました。

磁気アンテナで受信機の感度を測定する

磁気フレーム自体から始めましょう。いわゆる標準フレームは、一辺が 380 mm の 0,15 つの正方形のコイルで構成され、1,6 ～ XNUMX MHz の周波数範囲で使用されます。明らかに、その寸法は放射の波長よりもはるかに小さく、フレームから磁気アンテナまでの距離はその寸法よりも大きいため、動作周波数範囲では基本的な磁気ラジエーターです。

基本磁気エミッターの磁場の分析[4]は、距離r <λで、磁場がエミッターからすべての方向に存在することを示しています。 XNUMXつの方向が重要です（図に示されています）。 XNUMXつ目はフレームの平面に垂直ですが、磁気アンテナの軸はフレームの中心に向ける必要があります。理論的には、遠方ゾーンのこの方向は、放射パターンの最小値に対応します。 XNUMXつ目はフレームの平面内にあり、磁気アンテナの軸はフレームに垂直です。遠方ゾーンでは、この方向はエミッターの最大放射パターンに対応します。

これらの方向の磁場の強さの式[4]を使用し、バイブレータの磁気モーメントから電流が流れるフレームに渡される[5]と、次のようになります。

ここで、H1 H2 は、それぞれ点 1 と点 2 における磁界の磁気成分の強度です (図を参照)。 S - フレーム領域、m2; I - フレーム内の電流、A; d は、フレームの中心と磁気アンテナの間の距離、m です。 A、 - 信号波長、m。

式（１）、（２）により、フレームから２方向の任意の距離における磁場強度を計算することができる。小さな距離 (λ/1π) では、それらは直流電流によるループの磁場の式と一致することがわかります。しかし、電磁場の強度は通常、その電気成分の強度によって測定されます。形成された電磁場では、電気成分と磁気成分の強度の間に厳密な関係があります。既知の磁気成分に対応する場の電気成分の強度を求めるには、式 (2) に媒質の波動抵抗を掛ける必要があります。これは、空気の 2π に相当します。小さな距離で 12πr<<λ という事実を考慮すると、これらの式は次のように変換されます。

ここで、E1、E2 は、それぞれ点 1 と点 2 における電磁場の強度です (図を参照)。

得られた式は、電流を伴うループ近くの電磁場の強度がその面積、電流の値に依存し、距離の XNUMX 乗に反比例し、波長に依存しないことを示しています。この場合、第 XNUMX 方向の電場強度は第 XNUMX 方向の XNUMX 倍です。これは、特に、金属探知機では、ほとんどの場合、検査対象の表面に平行なコイルの位置が使用されるという事実を説明しています。

式 (3)、(4) を使用して、既知の電流と距離で許容可能な任意のサイズのフレームの電界強度を計算できます。ただし、ループが接続されている信号発生器の出力信号に電界強度を関連付ける方が便利です。電流を設定するために、追加の抵抗が直列に接続されています。通常、ループの誘導性リアクタンスは無視できる程度であり、無視できます。この場合、誘導抵抗を考慮しない場合のループ内の電流は次のようになります。

ここで、Uはジェネレーターの出力電圧（減衰器の読み取り値による）Vです。 Rr-発電機の出力抵抗、オーム; Rdは、追加の抵抗器の抵抗、オームです。

その結果、式

ここで、K1 K2は、それぞれポイント1と2の受信アンテナの位置での発生器信号電圧の電磁界強度への変換係数です（図を参照）。

式（5）、（6）により、発電機の出力信号の電磁界強度の値への変換係数を計算したり、フレームの面積またはフレームまでの距離を決定したりできます。変換係数の与えられた値。それらによると、よく知られている技術では、一辺が380 mmの正方形フレーム、80オームの出力抵抗を持つ発電機、および同じ抵抗を持つ追加の抵抗器の変換係数は、0,108の値を与えます距離 1 m. 明らかに、この手法では、フレームは変換係数 0,1 で計算されました。ほとんどの場合、小さな誤差はフレームサイズを上方に丸めることが原因であり、感度の測定には重要ではありません。

出力インピーダンスが 50 オームの最新の信号発生器の場合、このようなフレームに 80 オームの抵抗を追加すると、変換係数 K1 = 0,133 になり、51 オームの追加抵抗を使用すると K1 = 0,172 になり、実用には不便です。

変換係数K、= 1のフレーム（その領域）の寸法は、式（5）から決定できます。 r \ u1d 50 m、Rr \ u51d 0,84オーム、Rd \ u2d 0,917オームの場合、面積は1,035m4である必要があります。これは、一辺が約4,5 mの正方形のフレーム、または直径が1 mの円形のフレームに相当します。ただし、使用する線の直径に応じて、インダクタンスはXNUMX〜XNUMX mHになり、目立つようになります。フレーム内の電流のXNUMXMHzを超える周波数での信号周波数への依存性。さらに、そのような寸法はアンテナまでの距離に比例するようになり、そのため、基本磁気ラジエーターについて得られた式は適用できなくなります。

変換係数 K1 = 0,1 を使用する方が便利です。これにより、面積が 0,085 m2 の比較的小さなフレームを使用できます。これは、一辺が 291 mm の正方形のフレームまたは直径が328mm。導体の直径が 3 mm の場合、そのインダクタンスは約 1 mH です。このようなループの場合、51 オームの抵抗を追加すると、15 mV に等しいジェネレータの出力信号は、1,5 m の距離で 1 mV / m の電界強度に対応します。

ループインダクタンスの影響を考慮すると、磁場強度が約 8% 低下する最大 9 MHz の周波数まで、磁気アンテナを備えたラジオ受信機の感度を測定するために使用できることがわかります。

より高い周波数では、直径が 84,17 cm2 (一辺が 92 mm の正方形または直径が 104 mm の円に相当) のフレームを使用できます。このようなフレームと追加の 3 オームの抵抗器を使用すると、変換係数は Ki = 51 になるため、0,01 m の距離で 1,5 mV/m の電界を生成するには、1 mV の発電機出力が必要になります。感度測定は、電界強度が約 150% 減少する 30 MHz の周波数まで行うことができます。同じフレームは、8 mm の距離で変換係数 K i = 0,1 を提供しますが、この場合、フレームとアンテナの間の距離を設定する際に高い精度が必要になります。

この距離の設定精度は、測定誤差に影響します。したがって、1 mの距離では、±3,33 cmの誤差は±10％の測定誤差につながります。 465 mmの距離では、同じ測定誤差は±1,55cmの設置精度で発生します。

円形と正方形のフレームは同等です。三角形のフレームなど、異なる形状のフレームを使用することもできます。それらの面積が必要なものと正確に等しいことが重要です。したがって、建設的な観点からは、正方形のフレームを使用する方が便利です。この場合、特定の領域を取得する方が簡単だからです。

上記のすべての例は、磁気アンテナの軸がフレームの平面に垂直に配置され、その中心を通って引かれた場合に有効です（位置1、図を参照）。ただし、感度を測定するために別の方向を使用することもできます（位置2）。式（6）に従って、この位置では、変換係数は正確にXNUMX分のXNUMXに減少します。したがって、必要な電界強度、ceterisparibusを作成するには、信号発生器の信号をXNUMX倍にするか、フレームの中心までの距離を短くする必要があります。回。ただし、0,5 m未満の距離はお勧めしません。これは、XNUMX次依存性により、アンテナまでの距離の設定が不正確であるために測定誤差が大幅に増加するためです。また、フレームまでの距離がその寸法に見合ったものになると、エミッタは点とは見なされなくなるため、上記の式は電磁界強度の過大評価値を示します。

ただし、フレームをデスクトップの上などに配置できるため、ワークスペースのコンパクトさの観点からは、XNUMX番目の位置が便利です。ただし、いずれの場合も、フィールドを著しく歪ませる可能性のある大きな金属物体が測定ゾーンにないことが重要です。

文学

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マルコフ G.T.、サゾノフ D.M. アンテナ。 - M.: エネルギー、1975 年、p。 34、式（1-52）。

著者：D.アルヒモフ、スモレンスク。出版物: radioradar.net

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