Antennenparameter messen? Ziemlich leicht! Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik

Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Antennen. Messen, Justieren, Koordinieren

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Korrekt definierte Antennenparameter in einer Funkempfangsanlage sind die Grundlage für den erfolgreichen Empfang entfernter Funkstationen. Doch nicht immer verfügt ein Funkamateur über die notwendigen Werkzeuge für solche Messungen. In diesem Artikel schlägt der Autor vor, eine einfache Methode zu verwenden, die durchaus akzeptable Ergebnisse liefert.

Nach dem Aufhängen einer Außenantenne fragt sich ein Liebhaber des Radioempfangs auf Lang- und Mittelwelle (LW und MW) oft: Welche Parameter hat sie? Es gibt zwei Hauptparameter: den Verlustwiderstand des Antennenerdungssystems rп und die eigene Kapazität der Antenne relativ zur gleichen SA-Erde. Von diesen Parametern hängt die Effizienz des Antennensystems und damit die Möglichkeit ab, entfernte Stationen zu empfangen, das Empfangsgerät mit „freier Energie“ der aus der Luft empfangenen Signale zu versorgen, das Antennensystem auf verschiedene Frequenzen abzustimmen usw.

Antennenmessungen sind für die meisten Funkamateure, nicht nur für Anfänger, „Terra incognita“. Alle bekannten Methoden erfordern einen leistungsstarken Hochfrequenzgenerator und eine Messbrücke – Geräte, die bei Funkamateuren selten zu finden sind. Häufig werden diese beiden Geräte zu einem Speise- oder Antennenohmmeter (wie sie genannt werden) kombiniert und beispielsweise beim Abstimmen und Justieren von Antennen sendender Funkzentren verwendet [1]. Ein leistungsstarker HF-Generator ist erforderlich, da die für alle Winde offene Antenne eine hohe Spannung verschiedener Aufnehmer aufweist, unter anderem von Signalen anderer Radiosender, die die Messungen stören.

Bei der vorgeschlagenen Messmethode wird der Generator überhaupt nicht benötigt. Wir werden die Parameter der Antenne anhand von Signalen aus der Luft messen, da es dort viele davon gibt. Muss ich für Messungen ein spezielles Gerät oder einen Ständer anfertigen? Dies ist optional. Da die Antennen nicht jeden Tag gewechselt werden, wird es nicht schwer sein, einfache Messschaltungen direkt auf dem Schreibtisch oder auf der Fensterbank aufzubauen, ohne überhaupt Prototyping-Boards zu verwenden.

Verlustwiderstandsmessung. Sie benötigen einen Ferritstab einer magnetischen Antenne mit einem Spulenpaar, vorzugsweise im DV- und MV-Bereich, einen variablen Widerstand mit einem Widerstand von 0,47...1 kOhm (unbedingt drahtlos) und jedes Germanium mit geringer Leistung und hoher Frequenz Diode und ein DC-Voltmeter mit einem hohen internen Eingangswiderstand (mindestens 0,5...1 MOhm). Um empfangene Radiosender anhand des Gehörs zu identifizieren, ist es sinnvoll, über hochohmige Telefone zu verfügen.

Wir bauen das Gerät gemäß dem Diagramm in Abb. zusammen. 1 und indem wir den Stab in der magnetischen Antennenspule bewegen, stellen wir uns auf die Signalfrequenz eines leistungsstarken lokalen Radiosenders ein.

Fig. 1

In diesem Fall muss der variable Widerstand R1 auf die Position Nullwiderstand eingestellt werden (Schieberegler gemäß Diagramm in die obere Position bewegen). Der Moment der Feinabstimmung der Schaltung in Resonanz mit der Frequenz des Radiosenders wird durch die maximale Abweichung des Zeigers des Messgeräts und die höchste Lautstärke in den Telefonen markiert. Mit dem Voltmeter in Reihe geschaltete Telefone haben praktisch keinen Einfluss auf die Messwerte und gleichzeitig ist die Lautstärke nicht zu hoch. Um ihn bei der Identifizierung des Radiosenders zu erhöhen, kann das Voltmeter kurzgeschlossen, auf die untere Messgrenze geschaltet werden, wo sein Widerstand geringer ist, oder ein Kondensator mit einer Kapazität von ca. 0,05...0,1 µF parallel geschaltet werden an das Voltmeter, um Audiofrequenzen an die Telefone weiterzuleiten (bei einem solchen Kondensator kann der Ton aufgrund der Ungleichheit der Belastung des Detektors bei Audiofrequenzen und bei Gleichstrom etwas verzerrt sein).

Notieren Sie sich die Voltmeterwerte (U1) und bewegen Sie den Schieberegler des variablen Widerstands R1, ohne die Schaltkreiseinstellungen zu ändern, bis sich die Voltmeterwerte halbieren (U2). In diesem Fall entspricht der Widerstandswert des Widerstands dem Verlustwiderstand des Antennensystems bei einer bestimmten Frequenz. Die gleichen Messungen können auch bei anderen Frequenzen durchgeführt werden.

Der Widerstandswert des Widerstands wird mit einem Ohmmeter gemessen und dieser vom Messkreis getrennt. Wenn kein Ohmmeter vorhanden ist, muss der Widerstand mit einem Stift mit Visier und Skala ausgestattet werden, der mit einem Standardinstrument in Ohm kalibriert werden sollte.

Mit der oben genannten Methodik ist es beispielsweise möglich, die beste Erdungsoption auszuwählen. Unter städtischen Bedingungen sind folgende Optionen möglich: Wasserleitungen, Heizungsleitungen, Balkongeländerbeschläge usw. sowie verschiedene Kombinationen davon. Sie sollten sich auf das maximale Empfangssignal und den minimalen Verlustwiderstand konzentrieren. In einem Landhaus empfiehlt es sich, zusätzlich zur „klassischen“ Erdung einen Brunnen oder Wasserleitungen, einen Metallgitterzaun, ein verzinktes Blechdach oder einen anderen massiven Metallgegenstand auszuprobieren, auch wenn damit kein Kontakt besteht echte Erde.

Messung der Antennenkapazität. Anstelle eines variablen Widerstands müssen Sie nun einen KPI (jeglichen Typs) mit einer maximalen Kapazität von 180...510 pF einschalten. Es empfiehlt sich außerdem, über ein Kapazitätsmessgerät mit einer Messgrenze von mehreren zehn bis Hunderten Pikofarad zu verfügen. Der Autor verwendete das digitale Kapazitätsmessgerät Master-S [2], das ihm freundlicherweise von seinem Entwickler zur Verfügung gestellt wurde.

Wenn kein Kapazitätsmesser vorhanden ist, müssen Sie wie bei einem Widerstand vorgehen – den KPI mit einer Skala ausstatten und ihn in Picofarad kalibrieren. Dies kann ohne Instrumente durchgeführt werden, da die Kapazität proportional zur Fläche des eingelegten Teils der Platten ist. Zeichnen Sie die Form der Rotorplatte auf Millimeterpapier (je größer die Größe, desto genauer wird die Teilung), teilen Sie die Zeichnung alle 10 Winkelgrade in Sektoren auf und zählen Sie die Fläche jedes Sektors und der gesamten S0-Platte in Zellen . In Abb. In 2 ist der erste Sektor mit der Fläche S1 schraffiert dargestellt. Am entsprechenden ersten Skalenstrich müssen Sie die Kapazität C1 = CmaxS1/S0 usw. eingeben.

Fig. 2

Wenn die Rotorplatten eine halbkreisförmige Form haben (direkter Kondensatorkondensator), ist der Maßstab linear und es ist nicht erforderlich, Zeichnungen anzufertigen und Flächen zu berechnen. Beispielsweise hat ein KPI mit festem Dielektrikum aus einem Set für Kinderkreativität eine maximale Kapazität von 180 pF. Es reicht aus, die Skala in 18 Sektoren zu je 10 Grad zu unterteilen und um die Teilungen 10, 20 pF usw. zu setzen. Auch wenn die Genauigkeit gering ist, reicht sie für unsere Zwecke aus.

Nachdem wir den KPI kalibriert haben, bauen wir die Installation gemäß dem Schema von Abb. 3.

Fig. 3

Durch Anschließen der Antenne an Buchse XS1 und Ausschalten des KPI mit Schalter SA1 stimmen wir den aus Antennenkapazität und Spule L1 gebildeten Stromkreis auf die Frequenz des Radiosenders ab. Ohne die Spule mehr zu berühren, schalten wir die Antenne auf Buchse XS2 und verbinden den Kondensator C2 (unser KPI) mit dem Schalter SA1 mit dem Stromkreis. Wir stellen uns wieder auf die gleiche Frequenz ein, diesmal mit C2. Seine Kapazität Sk ermitteln wir mit einer Waage oder mit einem an die Buchsen XS3, XS4 angeschlossenen Kapazitätsmesser (dazu SA1 in die im Diagramm dargestellte Position schalten). Es bleibt die Kapazität der SA-Antenne anhand der Formel zu ermitteln

SA = C2(1 + quadrat(1 + 4C1/C2))/2.

Die Bedeutung unserer Manipulationen ist folgende: Als wir die Antenne über den Koppelkondensator C1 verbanden, wurde die Gesamtkapazität der Schaltung kleiner, und um sie wiederherzustellen, mussten wir die Kapazität C2 hinzufügen. Sie können die obige Formel selbst auf Grundlage der Gleichheit der Antennenkapazität CA (im ersten Fall) und der komplexen Schaltungskapazität C2 + CAC1/(CA + C1) im zweiten Fall ableiten. Um die Genauigkeit der Messungen zu erhöhen, empfiehlt es sich, eine kleinere Kapazität des Koppelkondensators im Bereich von 15...50 pF zu wählen. Wenn die Kapazität des Koppelkondensators deutlich kleiner ist als die Kapazität der Antenne, vereinfacht sich die Berechnungsformel:

SA = C2 + C1.

Experiment und Diskussion. Der Autor hat die Parameter einer in der Datscha vorhandenen Antenne dieses Typs gemessen: einen 0,7 m langen PEL 15-Draht, der bis zum Dachfirst und vom Haus weg zu einem benachbarten Baum gespannt wurde. Als beste „Erdung“ (Gegengewicht) erwies sich eine vom Boden isolierte Wasserheizsäule mit einem kleinen Rohrnetz und lokalen Heizkörpern. Alle Messungen wurden im CB-Bereich mit einer Standard-CB-Magnetantennenspule eines Transistorempfängers durchgeführt. Wenn die Induktivität nicht ausreichte, um das niederfrequente Ende des Bereichs abzustimmen, wurde ein weiterer Ferritstab parallel zur ersten neben der magnetischen Antenne platziert.

Die Messergebnisse werden in einer Tabelle zusammengefasst. Sie brauchen einen kleinen Kommentar. Zunächst fällt auf, dass bei unterschiedlichen Frequenzen sowohl der Verlustwiderstand als auch die Antennenkapazität unterschiedlich sind. Dabei handelt es sich überhaupt nicht um Messfehler. Betrachten wir zunächst die Frequenzabhängigkeit der Kapazität. Wenn der Antennendraht nicht auch eine gewisse Induktivität LA hätte, wären die Kapazitätswerte gleich. Die Induktivität des Drahtes ist mit der Kapazität der Antenne in Reihe geschaltet, wie aus dem Ersatzschaltbild der Antennenschaltung in Abb. ersichtlich ist. 4.

Fig. 4

Der Effekt der Induktivität ist bei hohen Frequenzen stärker, wo die induktive Reaktanz zunimmt und die kapazitive Reaktanz teilweise kompensiert. Dadurch sinkt die gesamte Antennenreaktanz und die gemessene Kapazität wird größer. Die Antenne hat eine Eigenfrequenz f0 – die Resonanzfrequenz des LACA-Schaltkreises, bei der die Reaktanz auf Null geht und der gemessene Kapazitätswert gegen Unendlich tendiert. Die dieser Frequenz entsprechende natürliche Wellenlänge der Lambda0-Antenne entspricht ungefähr dem Vierfachen der Länge des Antennendrahts und liegt normalerweise im HF-Band.

Die Eigenfrequenz kann aus Kapazitätsmessungen bei zwei beliebigen Frequenzen berechnet werden, die Formeln sind jedoch zu komplex. Für seine Antenne erhielt der Autor CA = 85 pF. LA = 25 µH und f0 – etwa 3,5 MHz. Für grobe Schätzungen können wir davon ausgehen, dass jeder Meter Antennendraht (zusammen mit der Reduzierung) eine Induktivität von etwa 1...1,5 μH und eine Kapazität von etwa 6 pF einbringt.

Der Verlustwiderstand bei einer ausreichend hochwertigen Spule L1 besteht hauptsächlich aus dem Erdungswiderstand. Sie wird wiederum nach der empirischen (auf der Grundlage experimenteller Daten ermittelten) Formel von M. V. Shuleikin [3] berechnet: rп = А*Lambda/Lambda0. Hier ist A ein konstanter Koeffizient in Abhängigkeit von der Qualität der Erdung, mit Maßen in Ohm. Für eine gute Erdung ist A Einheiten und gerade Bruchteile von Ohm. Wie wir sehen können, nimmt der Verlustwiderstand mit zunehmender Wellenlänge (abnehmender Frequenz) zu, was durch die Daten in der Tabelle bestätigt wurde. Die Abhängigkeit des Verlustwiderstands von der Frequenz wurde zu Beginn des letzten Jahrhunderts entdeckt, eine detaillierte Erklärung dieses Effekts fand der Autor jedoch in der Literatur nicht.

In diesem Zusammenhang können viele Daten, die Funkamateure bei der Messung der Parameter ihrer Antennen gewinnen, sehr nützlich sein.

Literatur

1. Fradin A. Z., Ryzhkov E. V. Messung von Antennenparametern. - M.: Svyazizdat, 3.
2. Andreev V. Einfaches Kapazitätsmessgerät „Master-S“. - Radio, 2002. Nr. 1, S. 50-52; Nr. 2, S. 51-53; Nr. 3, S. 52-54.
3. Belotserkovsky G. B. Antennen. - M.: Oborongiz, 1956.

Autor: V.Polyakov, Moskau

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