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ENZYKLOPÄDIE DER FUNKELEKTRONIK UND ELEKTROTECHNIK Hochfrequenz-Amperemeter für kurze Wellenlängen. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik
Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Messtechnik Beim Einrichten oder Testen von Geräten müssen Kurzwellenbetreiber häufig Hochfrequenzströme messen. Funkamateure verfügen für solche Messungen meist nicht über Standardinstrumente. Es ist einfach, hochfrequente Spannungen (Diode, Kondensator, Anzeige) zu messen. Es gibt keine Probleme mit der Spannungsmessung in den Geräten. Es gibt ein Gehäuse, an dem alle Spannungen gemessen werden. Und die Leitungen, die von den Messpunkten zum HF-Voltmeter führen, sind in der Regel so kurz (bezogen auf die Wellenlänge der gemessenen Spannung λ), dass sie nahezu keinen Einfluss auf das zu prüfende Gerät haben. Doch in der Antennentechnik ist es komplizierter. Erstens haben Antennen oft überhaupt keine Masse (zum Beispiel symmetrische Antennen). Zweitens sind die Messleitungen selbst bei vorhandener Erdung (z. B. GP oder Y-angepasster Dipol) unzulässig lang. Stellen Sie sich vor, wie es wäre, die Spannung in der Mitte des GP zu messen: Schließlich müsste man von diesem Punkt aus einen Draht zur Basis des Pins ziehen! Sie werden tatsächlich Teil der Antenne und verändern deren Funktion und Spannungsverteilung so stark, dass die Genauigkeit und der Wert solcher Messungen sehr gering sind. Um zu untersuchen und zu messen, was in den Antennenleitern passiert, benötigen Sie ein HF-Amperemeter. Im Gegensatz zu einem Voltmeter wird es an einem Punkt angeschlossen, was bedeutet, dass es keine langen Messleitungen hat, die die Messung verfälschen. Die Basis des HF-Amperemeters ist der Stromsensor. Hierbei handelt es sich um einen speziellen HF-Transformator auf einem Ferritring-Magnetkern. Die Primärwicklung dieses Transformators ist der Draht, in dem wir den Strom messen. Die Sekundärwicklung besteht aus mehreren Dutzend Windungen, die auf einen niederohmigen Widerstand geladen sind. In Abb. dargestellt. 1 Stromwandler funktioniert so. Der Strom im Messdraht durch den Magnetkern induziert einen Strom in der Sekundärwicklung, der im Verhältnis zur Anzahl der Windungen der Wicklungen geringer ist als der Strom im Primärkreis. Wenn beispielsweise das Verhältnis der Anzahl der Wicklungswindungen 20 beträgt (wie bei unserem Gerät), ist es 20-mal kleiner. Dieser durch den Lastwiderstand fließende Strom erzeugt an ihm einen HF-Spannungsabfall. Letzteres kann bereits mit jedem HF-Voltmeter gemessen werden (es gibt zwei Messpunkte – die Ausgänge der Sekundärwicklung): von der Detektordiode bis zum Spektrumanalysator oder Empfänger.
Wird der Widerstandswert des Lastwiderstands R beispielsweise mit 50 Ohm gewählt, mit einem Strom Ivh in der Primärwicklung des Transformators Spannung UO (Auf seiner Sekundärwicklung befindet sich Uvyx=( ichvh/20)*50=2,5Iinx. Der Widerstand von 50 Ohm als Last wurde nicht zufällig gewählt, sondern um einen Empfänger oder Spektrumanalysator als HF-Spannungsmesser (Messung sehr kleiner HF-Ströme) verwenden zu können. Das Verhältnis N der Windungszahlen der Wicklungen, also die Windungszahlen der Sekundärwicklung (die Primärwicklung hat immer eine Windung), wurde aus Kompromissgründen gewählt. Einerseits ist der Transformator umso breiter, je weniger Windungen in der Sekundärwicklung vorhanden sind. Andererseits gilt: Je größer N, desto geringer ist der in den gemessenen Draht eingeführte Widerstand und desto geringer ist der Einfluss unseres Transformators auf den gemessenen Draht. Der eingeführte Widerstand ist gleich R/N2, also in unserem Fall 50/202=0,125 Ohm. Somit beträgt der aktive Eingangswiderstand unseres HF-Amperemeters 0,125 Ohm, was für die meisten Messungen akzeptabel ist. Wir brauchen ein Messgerät, kein „Showmeter“. Dazu ist es erforderlich, dass der Magnetkern in einem bestimmten Band arbeiten kann (d. h. der Ferrit sollte nicht zu niederfrequent sein) und nicht mit erheblichen Strömen im gemessenen Draht gesättigt wird (d. h. die Abmessungen des Magnetkerns). muss groß genug sein). Außerdem muss der Magnetkern in zwei Hälften geteilt und sein Rahmen verriegelt werden. Ohne dies ist die Verwendung des Geräts nahezu unmöglich: Sie werden nicht jedes Mal den Anfang des zu messenden Drahtes durch den Magnetkreis fädeln und diesen zum Messpunkt bewegen. Und die letzte (aber nicht zuletzt) Anforderung an den Magnetkern eines Stromwandlers: Das Loch muss groß sein, um den Strom in den Geflechten dicker Kabel messen zu können. Basierend auf dem Vorstehenden wurde ein Magnetkern 28A3851-0A2 mit den Abmessungen 30x30x33 mm und einem Loch mit einem Durchmesser von 13 mm ausgewählt. Dabei handelt es sich um einen rauschunterdrückenden Snap-on-Ferrit-Magnetkern mit einer Anfangspermeabilität von etwa 300 bei einer Frequenz von 25 MHz. Höchstwahrscheinlich sind viele andere Magnetkerne mit ähnlichem Zweck geeignet. Wir wickeln 20 Windungen dünnen Montagedrahtes auf den Magnetkern (Abb. 2) und schützen die Sekundärwicklung mit einem Schrumpfschlauch (Abb. 3).
Wir befestigen es an einem kleinen (20...30 cm) dielektrischen Stab mit einem koaxialen Instrumentenanschluss am unteren Ende. Vom Stecker bis zur Sekundärwicklung im Stab verlegen wir ein dünnes Koaxialkabel mit einem Wellenwiderstand von 50 Ohm. Jetzt können Sie die Qualität des hergestellten Stromwandlers überprüfen. Dazu führen wir Messungen nach dem in Abb. dargestellten Schema durch. 4.
Lassen Sie uns den erwarteten Übertragungskoeffizienten schätzen. Der Strom durch R1 ist Uvh/R1. Ich ersetze dies durch Ivh in die vorherige Formel erhalten wir UO=Uvh/ 20. Das heißt, der Übertragungskoeffizient einer solchen Schaltung beträgt 1/20 oder -26 dB. Dann funktioniert der Transformator einwandfrei. Vergleichen wir diesen berechneten Wert mit der Praxis. Die Messergebnisse im 0,3...30 MHz-Band sind in Abb. dargestellt. 5.
Es ist zu erkennen, dass der Unterschied zwischen dem Übertragungskoeffizienten und dem berechneten Wert weniger als 0,9 dB beträgt, d. h. der Transformator erwies sich als sehr genauer Messsensor. Und wir können nicht garantieren, dass der Abfall des Frequenzgangs an der HF-Kante mit den Eigenschaften des Ferrits zusammenhängt und nicht mit dem tatsächlichen Stromabfall durch den Transformator. Tatsache ist, dass der durch den Transformator verlaufende Draht eine Induktivität ungleich Null aufweist, die die Lastimpedanz erhöht, was dazu führt, dass das resultierende SWR leicht ansteigt (erreicht 1,1 bei einer Frequenz von 30 MHz) und der Laststrom abfällt. Und es ist sehr wahrscheinlich, dass der Abfall im Diagramm des Frequenzgangs einfach die Wahrheit zeigt: Der Strom in der HF-Last sinkt. Auf jeden Fall ist klar, dass die Messgenauigkeit im Frequenzband von 1 bis 0,3 MHz sehr hoch ist (Fehler kleiner 30 dB). Der oben beschriebene Stromwandler wird in zwei Versionen verwendet. Erstens für den autonomen Betrieb (z. B. auf dem Dach, um den Strom in Antennen zu messen und seine Verteilung zu untersuchen oder um herauszufinden, über welche Kabel eines Radiosenders sich der Gleichtaktstrom vom Sender ausbreitet), ein Diodendetektor mit einem Eingangswiderstand von 50 Ohm mit einem Schalter für Messgrenzen und einem Schalter, der an das Transformatorgerät angeschlossen ist. Zum Beispiel, wie in Abb. 6.
Die Widerstände R3-R6 werden basierend auf der Empfindlichkeit des Zeigerinstruments nach der folgenden Methode ausgewählt. Wenn der Schalter SA1 auf „10 A“ eingestellt ist, legen wir eine konstante Spannung von 25 V von der Stromquelle an den Eingang des Geräts an und stellen durch Auswahl des Widerstands R6 die volle Skalenabweichung ein. Dies muss schnell erfolgen, da die Widerstände R1 und R2 sehr heiß werden. Bei der Grenze von „3 A“ machen wir dasselbe bei einer Spannung von 7,5 V, indem wir den Widerstand R5 wählen, bei der Grenze von „1 A“ – bei einer Spannung von 2,5 V wählen wir den Widerstand R4, bei der Grenze von „0,3 A“. " - bei einer Spannung von 0,75, 3 V wählen Sie den Widerstand RXNUMX. Das Ergebnis ist ein praktisches, eigenständiges HF-Amperemeter, mit dem Sie nahezu jede Antenne untersuchen können. Fast weil der Widerstand jedes Amperemeters um ein Vielfaches geringer sein sollte als der Widerstand des zu messenden Stromkreises. Daher ist die Verwendung dieses HF-Amperemeters an Orten, an denen der Widerstand weniger als einige Ohm beträgt (Kurzschlussschleifen, Magnetrahmen, verkürzte Antennen), nicht unbedingt unmöglich, aber unklug. Das Einschalten des Amperemeters an solchen Orten führt zu einer merklichen Änderung des Stroms, und Sie werden seinen wahren Wert nicht kennen. Um kleine Ströme zu messen (z. B. störende Gleichtakt-Störströme in verschiedenen Kabeln und Leitungen), schließen Sie den 50-Ohm-Eingang des Empfängers oder Spektrumanalysators an den Transformator an. Zum Beispiel in Abb. Abbildung 7 zeigt, welche Signale im Netzkabel des Verlängerungskabels vorhanden sind, an das Computer, Monitor und digitales Oszilloskop (im Prinzip auch ein Computer) angeschlossen sind. Das 160-Meter-Amateurband von 1,8 bis 2 MHz wird untersucht.
Nur drei Schaltnetzteile geben ein so trauriges Bild ab. Darüber hinaus handelt es sich um gute Netzteile, die die Streustrahlungsnormen erfüllen. Dies schließt jedoch nicht aus, dass sie den DX-Empfang stören können. Der beschriebene HF-Stromsensor hilft Ihnen dabei, die problematischsten Kabel und Geräte hinsichtlich Störaussendungen zu finden. Autor: I.Goncharenko
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