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ENZYKLOPÄDIE DER FUNKELEKTRONIK UND ELEKTROTECHNIK Über die Versorgung von Funkempfängern mit kostenloser Energie. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik
Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Radioempfang Vielleicht aufgrund des Preisanstiegs bei wiederaufladbaren Zellen und Batterien oder vielleicht auch aus einem anderen Grund, aber in letzter Zeit ist das Interesse der Radiohörer an dem Problem, einen Radioempfänger mit der „freien Energie“ der Strahlung leistungsstarker Sendestationen zu versorgen, stark gestiegen erhöht. In einer Reihe von Zeitschriften erschienen Berichte über „lautsprechende“ Detektorgeräte sowie über Empfänger, die an Telefonen arbeiten und, angetrieben durch das Feld eines leistungsstarken Radiosenders, Programme von anderen weniger leistungsstarken Sendern empfangen. Denn die Gründe für dieses Phänomen sind teilweise rätselhaft und die Literatur bietet die unglaublichsten Schaltungslösungen, mit deren Hilfe angeblich noch unglaublichere Ergebnisse erzielt werden können. Der Zweck dieses Artikels besteht darin, Funkamateuren, die sich für dieses Problem interessieren, dabei zu helfen, es aus objektiver Sicht zu verstehen und die Fähigkeiten von Funkempfangsgeräten, die mit der „freien Energie“ leistungsstarker Radiosender betrieben werden, wirklich einzuschätzen. Fragen der optimalen Erkennung und Konstruktion der Empfänger selbst werden voraussichtlich in einem der folgenden Artikel behandelt. Es ist bekannt, dass die durch das Feld einer sendenden Funkstation in der Antenne eines Funkempfängers induzierte EMF durch die Formel ε = E*h bestimmt werden kannд, wobei E die Feldstärke des Radiosenders am Empfangspunkt ist und hд - effektive Antennenhöhe. Wir müssen jedoch überhaupt nicht die EMF maximieren, sondern die Leistung des empfangenen Signals, das dem Detektor zugeführt wird, dessen Eingangswiderstand Rin von seiner Schaltung, dem Lastwiderstand und in gewissem Maße von der Größe der induzierten EMF abhängt in der Antenne. Da die Leistung des am Detektor ankommenden Signals P = U*I ist (wobei U die dem Detektor zugeführte Spannung und I der durch ihn fließende Strom ist) und der Eingangswiderstand Rvh = U/I, dann kann die Leistung maximiert werden, indem man die Eingangsimpedanz des Detektors ändert, verschiedene Schemata für die Anpassung an die Antenne wählt, sowie die Spannung am Detektor erhöht, den Strom verringert und umgekehrt. Andererseits ist bekannt, dass die Quelle (Antennenschaltung) die maximale Leistung an die Last (Detektor) liefert, wenn ihr aktiver Widerstand gleich dem Eingangswiderstand der Last ist, d. h. RА =Rvh, und die Reaktanz wird durch Einbeziehung einer Reaktanz mit einem anderen Vorzeichen kompensiert. Dies sind die üblichen Bedingungen für die Zuordnung der Quelle zur Last. Wie können sie in einer realen Situation erfüllt werden? Die leistungsstärksten Radiosender arbeiten im Lang- und Mittelwellenbereich. Nasser Boden, Süßwasser und noch mehr Meerwasser haben bei diesen Frequenzen die Eigenschaften eines Leiters, in dem die Leitungsströme viel größer sind als die Verschiebungsströme. Dadurch werden Wellen mit horizontaler Polarisation an der Erdoberfläche deutlich abgeschwächt. Aus diesem Grund werden für den Rundfunk Wellen mit vertikaler Polarisation verwendet, die von vertikalen Masten ausgestrahlt werden – Antennen mit einem mehr oder weniger entwickelten horizontalen Teil und guter Erdung. Die Fragen des Entwurfs von Langwellen- und Mittelwellenantennen wurden bereits in den dreißiger Jahren gelöst und in Lehrbüchern der vierziger und fünfziger Jahre ausführlich behandelt. Dies erklärt die „Antike“ der am Ende des Artikels angegebenen Literatur.
Eine Skizze einer Vertikalantenne mit Erdung ist in Abb. 1, a. Die natürliche (resonante) Wellenlänge, die von einer solchen Antenne ausgesendet wird (denken Sie daran, dass es sich um eine Welle handelt, bei deren Frequenz der Widerstand am XT1-Anschluss aktiv ist und dem Widerstand eines Viertelwellen-Monopolvibrators entspricht, d. h. ~37). Ohm) λ0=4*IДund die effektive Höhe hд=2IА/π. Unter Amateurbedingungen ist es fast unmöglich, eine Viertelwellen-Vertikalantenne zu bauen, da sie sich als zu hoch herausstellt, daher werden normalerweise L-förmige (Abb. 1, b) und T-förmige (Abb. 1, c) Antennen verwendet mit einem Parameter λ verwendet0= KIД, wo ichА = h + IГ, und K ist ein Koeffizient, dessen Wert aus der Tabelle ermittelt werden kann:
Empfehlenswert wäre eine Schirmantenne mit 3-4 horizontalen Strahlen, die an einem Punkt mit dem vertikalen Teil verbunden sind, wird jedoch aufgrund der Komplexität des Designs äußerst selten verwendet. Nur der vertikale Teil der Antenne ist am Empfang von Funkwellen beteiligt, während der horizontale Teil als kapazitive Last fungiert und seine eigene Wellenlänge und effektive Höhe erhöht. Je weiter der horizontale Teil entwickelt ist, desto genauer ist die Beziehung hд = h und die Antenne selbst ist effizienter. In den meisten Fällen empfängt die Antenne Signale, deren Wellenlänge größer ist als die eigene Wellenlänge der Antenne λ > λ0und sein Widerstand ist komplex (Za) mit aktivem (RΣ) und reaktive (X) Komponenten, bestimmt durch die Formeln: ZА=RА -jX;
wobei W die Wellenimpedanz des Antennenkabels ist, die ungefähr 450 ... 560 Ohm beträgt.
Um die Kapazität der Antenne zu kompensieren, ist in ihrem Schaltkreis eine Induktivität (Erweiterungsspule) enthalten, und das Ersatzschaltbild der Antenne hat die in Abb. gezeigte Form. 2. Jetzt ist es möglich, die von der Antenne an die Last (Detektor) übertragene Leistung zu berechnen, wobei wir die Verluste in ihrem Stromkreis vorerst nicht berücksichtigen. Wenn der Eingangswiderstand des Detektors und der aktive Anteil des Antennenwiderstands R gleich sindvh=RΣ Die Lastleistung ist maximal und gleich Р0= (ε/2)2/RΣ. Setzen Sie in diese Formel die Ausdrücke für ε und R einΣbekommen P0= E.2 hд2 λ2 / (4*1600*hд2) = E2 λ2 / 6400 Die von uns abgeleitete Formel bestimmt die maximale Leistung, die durch das Feld eines Radiosenders in einer idealen Antenne ohne Verlust induziert werden kann. Interessant ist, dass diese Leistung nicht von der Größe und dem Design einer bestimmten Antenne abhängt. Aus dem oben Gesagten können die folgenden Schlussfolgerungen gezogen werden. - Die Möglichkeit, Empfänger mit „freier Energie“ zu versorgen, hängt nur von der Feldstärke des Radiosenders am Empfangsort ab;
Berechnen wir beispielsweise die maximale Leistung, die durch das in vielen Gebieten auftretende Feld eines DV-Radiosenders mit einer Frequenz von 171 kHz (λ = 1753 m) und einer Spannung von 20 mV/m in die Antenne induziert werden kann der Region Moskau und sogar darüber hinaus: Р0= E2*λ2/6400 =0,022 * 17532 / 6400 = 0,19 W. Diese Leistung ist für den Lautsprecherbetrieb der meisten tragbaren Empfänger völlig ausreichend, da sie Upit = 9 V bei einem Strom von 20 mA entspricht. Leider ist die reale Situation alles andere als ideal. Tatsache ist, dass im Antennenkreis ein Verlustwiderstand R vorhanden istп, bestehend aus dem Widerstand des Antennendrahtes, dem aktiven Widerstand der Anpassungsspule L (Abb. 2) und dem Erdungswiderstand. Die Effizienz einer solchen Antenne wird durch den Ausdruck bestimmt η = RΣ/ (RΣ+Rп). und die daraus erhaltene Kraft - nach der Formel: P = P.0*η = E2 λ2*η / 6400 Die Berechnung der Effizienz einer Antenne ist eine völlig lösbare Aufgabe. Der lineare Widerstand eines Kupferdrahtes mit einem Durchmesser von 1 mm gegenüber Gleichstrom beträgt 22,5 Ohm/km und erhöht sich bei einer Frequenz von 2 kHz etwa um das Zweifache [200]. Für einen Draht mit einem Durchmesser von 1 mm betragen ähnliche Werte 2 Ohm/km und das Dreifache. Somit ist der Antennendrahtwiderstand RPA Länge 20...50 m kann mit 0,3...3 Ohm abgeschätzt werden. Erdungswiderstand PPP mehr. M. B. Shuleikin hat einmal die folgende empirische Formel zur Bestimmung von Erdungsverlusten vorgeschlagen [2]: RPP =Aλ/λ0, wobei der Koeffizient A bei guter Erdung zwischen 0,5 und 2 Ohm und bei schlechter Erdung zwischen 4 und 7 Ohm variiert. Passender Spulenwiderstand Rпк hängt von seinem Designgütefaktor Q ab und kann nach folgender Formel berechnet werden: Rпк =X/Q. Anhand der Daten aus dem obigen Beispiel berechnen wir den Wirkungsgrad einer L-förmigen Antenne mit einer Aufhängungshöhe von 10 m und einer horizontalen Teillänge von 20 m mit hд=10 m. Bestimmen wir anhand der Tabelle den Koeffizienten K = 6, dann ist die eigene Wellenlänge der Antenne gleich: λ0\u6d 10 * (20 + 180) \uXNUMXd XNUMX m und λ / λ0 = 10. Bei einem Drahtdurchmesser von 1 mm beträgt der Widerstand RPA= 22,5*2*0,03 = 1,3 Ohm, eine zufriedenstellende Erdung kann mit Rе = 3*10 = 30 Ohm erreicht werden. Bei einem Wellenwiderstand des Antennendrahtes W = 500 Ohm beträgt der Blindwiderstand der Antenne X = 500*ctg(π/10) = 500/0,31 = 1600 Ohm. Nachdem wir den Design-Qualitätsfaktor der passenden Spule Q = 250 festgelegt haben, ermitteln wir ihren Widerstand Rпк = 1600/250 = 6,45 Ohm. Der Gesamtverlustwiderstand der Antenne, gleich der Summe aller gefundenen, beträgt etwa 38 Ohm, während der Strahlungswiderstand RΣ = 1600 (StdД/λ)2=1600(10/1753)2 = 0,05 Ohm, d. h. der Wirkungsgrad η = 0,05/38 = 0,14 %! Somit beträgt die von der betrachteten Antenne an die Last gelieferte Signalleistung nur 0,19 * 0,0014 = 0,26 mW, was beispielsweise einer Versorgungsspannung von 1 V bei einem Strom von 0,26 mA entspricht. Dies reicht aus, um einen Telefonhörer zu betreiben, aber nicht, um einen Lautsprecherempfänger mit Strom zu versorgen. Beachten Sie, dass der Hauptbeitrag zu den Antennenverlusten von der Erdung herrührt. Um es gut zu machen, müssen Sie durch den Boden bis zum Grundwasserleiter graben und in dieser Tiefe einen Metallgegenstand platzieren, möglicherweise natürlich auf einer größeren Fläche, und dann ein Loch vergraben. Es kann auch empfohlen werden, ein System aus Gegengewichtsdrähten zu erstellen, die radial vom Erdungspunkt ausgehen und in geringer Tiefe vergraben werden. Wenn auf einem Gartengrundstück Experimente durchgeführt werden, können die Rohre eines Brunnens oder einer Wasserversorgung als Erdung verwendet werden, und ein Metallzaun des Grundstücks kann auch als Gegengewicht dienen, wenn auf einen guten elektrischen Kontakt geachtet wird Einzelteile. Eine wichtige Frage: Wie stellt man die notwendige Abstimmung der Antenne mit dem Detektor sicher? Die Einführung zusätzlicher reaktiver Elemente verschlechtert nur den Wirkungsgrad aufgrund der damit verbundenen zusätzlichen Verluste, daher ist es ratsam, nur die in Abb. gezeigten Elemente zu verwenden. 2. In diesem Fall hat die empfohlene Empfängerschaltung die in Abb. gezeigte Form. 3.
Die variable Induktivitätsspule L1 bildet zusammen mit der Antennenkapazität einen Schwingkreis, der auf die Frequenz eines leistungsstarken Radiosenders abgestimmt ist. Die Reaktanzen von Antenne und Spule sind gleich und kompensiert. Aktiver Serienwiderstand des Antennenkreises RА = RΣ + Rпumgerechnet in Ersatzwiderstand Rth = X2/RА, parallel zur Spule geschaltet. Wenn sie zu groß ist, um mit der Eingangsimpedanz des Detektors übereinzustimmen, wird dieser mit dem Spulenabgriff verbunden, so dass die Bedingung n erfüllt ist2*Rth=Rvh, wobei n das Verhältnis der Anzahl der Windungen der Spule vom geerdeten Anschluss zum Abgriff zur Gesamtzahl der Windungen ist. Die Detektorschaltung, bestehend aus Diode VD1, Sperrkondensator C1 und Last, bedarf keiner Erklärung. Im obigen Beispiel Rth= 16002/38 = 67,4 kOhm. Wenn der Detektor einen Eingangswiderstand in der Größenordnung von 2 kOhm hat, was bei der Arbeit an Telefonen mit einem Widerstand von 4 kOhm zutrifft, ist n = (2/67)0,5 = 0,17, daher muss der Abgriff aus etwa 1/6 der Windungen der gesamten Spule erfolgen. Der Blitzschutz von Antennen war und ist in ländlichen Gebieten ein wichtiges Problem. Am besten ist es, die Antenne dauerhaft mit Masse zu verbinden. Die in Abb. gezeigte Empfängerschaltung. 3, erfüllt diese Bedingung. Dennoch induzieren selbst nicht besonders nahe Blitzeinschläge in großen Antennen eine gepulste EMF, die in vielen Kilovolt gemessen wird, was keineswegs sicher ist. Eine gasgefüllte Funkenstrecke oder sogar eine einfache HL1-Neonglühbirne, die zwischen Antenne und Masse angeschlossen wird, trägt zum Schutz der Detektordiode bei. Sollte dennoch ein Gewitter in der Nähe sein, sollte die Antenne mit einem speziellen Schalter SA1 geerdet werden. Das auf den ersten Blick paradoxe Ergebnis, das in der Unabhängigkeit der der Antenne entnommenen Leistung von ihrer Größe bei Abwesenheit von Verlusten und bei Abstimmung mit der Last besteht, ist leicht erklärt. Es ist bekannt, dass eine Sendeantenne, wenn sie keine Verluste aufweist und auf die Signalquelle abgestimmt ist, die gesamte ihr zugeführte Leistung abstrahlt. Daher erzeugen verschiedene Antennen mit dem gleichen Strahlungsmuster unter den oben genannten Bedingungen die gleiche elektromagnetische Feldstärke in der gleichen Entfernung. Es muss noch hinzugefügt werden – unabhängig von der Größe der Antenne. Sobald wir von echten Antennen mit Verlusten sprechen, verliert diese Aussage natürlich sofort ihren praktischen Wert. Wenn die Größe der Antennen abnimmt, wird ihr Strahlungswiderstand extrem klein, der Blindanteil des Widerstands nimmt zu, was es schwierig macht Passt man die Antenne an die Signalquelle an, nehmen die Verluste zu, sodass die Effizienz der Antennen stark abnimmt Aus der Reversibilität von Antennen folgt, dass Empfangsantennen unterschiedlicher Größe bei gleicher Feldstärke, Anpassung an die Last und Abwesenheit von Verlusten die gleiche Leistung an die Last liefern. Natürlich lassen Verluste und Schwierigkeiten bei der Anpassung an die Last bei Empfangsantennen das erhaltene Ergebnis auf einen rein theoretischen Wert zurück. Wir weisen noch einmal darauf hin, dass alle im Artikel angegebenen Berechnungen nur dann gültig sind, wenn die Abmessungen der Antenne deutlich kleiner als die Wellenlänge sind. Literatur
Autor: V.Polyakov, Moskau
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