用磁性天线测量无线电接收器的灵敏度。方案、说明

使用磁性天线测量无线电接收机的灵敏度。无线电电子电气工程百科全书

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磁性天线广泛用于无线电接收器中，用于接收 LW、MW 和不太常见的 KB 波段的信号。为了使用已知技术测量无线电天线位置处的灵敏度，产生已知强度的电磁场。本文分析了这项技术并提出了改进建议。

无线电接收器的灵敏度是输入信号的这样一个值，在该值处，在其输出处会产生一定的信噪比。在测量电压灵敏度时，无线电接收器的输入通过天线的等效物连接到信号发生器 - 一种模拟外部天线参数的电路。对于带有磁性天线的无线电接收器，会进行场灵敏度测量，但在技术文献中很少关注这个问题。通常，一切都归结为对所谓众所周知的方法 [1-3] 的引用，其本质是使用连接到测量发生器的载流回路产生给定的磁场强度。通过改变发生器信号并考虑帧转换因子，可以找到无线电接收机输出信号具有所需参数的场强。

对来源 [1-3] 的了解表明，这意味着相同的技术，其中单圈方形框架的边长为 380 毫米，由直径为 3...5 毫米的铜管制成，用来。它通过一个 80 欧姆电阻直接连接到信号发生器的输出端。无线电接收机的磁性天线的中部放置在距框架中心 1 m 处，使天线的轴线垂直于框架平面。在这种情况下，磁性天线位置的场强 (mV/m) 在数值上等于信号发生器的输出电压 (mV)。

这种技术与现代射频信号发生器的应用导致了令人沮丧的结果——无线电接收器的测量灵敏度比预期的要差十倍左右。对这种情况的更详细研究表明，该技术是针对使用 GSS-6 发生器的情况开发的，其中，当外部衰减器关闭时，输出信号是其衰减器读数的十倍（外部衰减器的传输系数为 10、1 和 0,1）。因此，框架上的电压高出十倍，由于测量框架的转换因子为 1，发电机信号到电磁场的总转换因子等于 0,1。另外，这种模式下 GSS-6 发生器的输出阻抗为 80 欧姆，这就解释了附加电阻的阻值。但现代射频信号发生器的输出阻抗通常为 50 欧姆。所有这些都促使我们调整众所周知的方法来测试带有磁性天线的接收器的灵敏度。

用磁性天线测量无线电接收器的灵敏度

让我们从磁性框架本身开始。所谓的标准框架由一个边长为 380 mm 的方形线圈组成，使用频率范围为 0,15 ... 1,6 MHz。显然，它的尺寸远小于辐射的波长，而框架到磁性天线的距离大于它的尺寸，因此，在工作频率范围内，它是一个基本的磁性辐射器。

对基本磁性发射器的场分析 [4] 表明，在距离 r<λ 处，磁场存在于发射器的所有方向上。有两个方向是感兴趣的（如图所示）。第一个垂直于框架平面，而磁性天线的轴应指向框架的中心。理论上，远区的这个方向对应于辐射图的最小值。第二个是在框架的平面内，而磁性天线的轴垂直于它。在远区，这个方向对应于发射器的最大辐射方向图。

使用这些方向上的磁场强度表达式 [4] 并通过电流 [5] 从振动器的磁矩传递到框架，我们得到

其中 H1 H2 分别是点 1 和点 2 的磁场分量的强度（见图）； S——框架面积，m2； I——框架中的电流，A； d——框架中心与磁性天线的距离，m； A,——信号波长，m。

表达式（1）、（2）可以计算两个方向上距框架任意距离的磁场强度。可以看出，在小距离 {λ/2π) 处，它们与直流回路的磁场表达式一致。但是电磁场的强度通常是通过其电气元件的强度来衡量的。在所形成的电磁场中，电和磁分量的强度之间存在着严格的关系。为了找到与已知磁分量相对应的场的电分量的强度，需要将表达式（12）乘以介质的波阻，对于空气来说等于 120π。考虑到在小距离 2πr<<λ 这些表达式被转换的事实：

其中 E1,E2 分别是点 1 和 2 处的电磁场强度（见图）。

得到的表达式表明，有电流的环路附近的电磁场强度取决于其面积，即电流值，与距离的立方成反比，与波长无关。在这种情况下，第一个方向的场强是第二个方向的两倍。这尤其解释了这样一个事实，即在金属探测器中，在大多数情况下，使用与被检查表面平行的线圈位置。

使用表达式 (3)、(4)，可以计算具有已知电流和距离的任何可接受尺寸的帧的场强。然而，将场强与环路所连接的信号发生器的输出信号联系起来更为方便。为了设置电流，需要串联一个额外的电阻器。通常，环路的感抗可以忽略不计，可以忽略不计。在这种情况下，回路中的电流在不考虑其电感电阻的情况下等于

其中 U 是发生器的输出电压（根据其衰减器的读数），V； Rr——发电机输出电阻，欧姆； Rd 是附加电阻器的电阻，欧姆。

结果，表达式

式中 K1 K2 分别为在接收天线的点 1 和点 2（见图）处发生器信号电压到电磁场强度的转换因子。

表达式（5），（6）可以计算将发生器的输出信号转换为电磁场强度值的系数，或确定框架的面积或到框架的距离给定的转换系数值。根据他们的说法，在众所周知的技术中，边长为 380 毫米的方形框架、输出电阻为 80 欧姆的发电机和具有相同电阻的附加电阻器的转换系数在距离为 0,108 m。显然，在这种技术中，框架是针对转换因子 1 计算的。一个小的误差很可能是由向上舍入帧尺寸引起的，并且对于测量灵敏度并不重要。

对于输出阻抗为 50 欧姆的现代信号发生器，在这种框架上加上一个 80 欧姆的附加电阻，转换系数 K1 = 0,133，加上一个 51 欧姆的附加电阻，K1 = 0,172，实际使用不方便。

具有转换因子 K = 1 的框架的尺寸（其面积）可以从表达式（5）确定。对于 r \u1d 50 m，Rr \u51d 0,84 Ohm，Rd \u2d 0,917 Ohm，面积应为 1,035 m4。这对应于边长约为 4,5 m 的方形框架或直径为 1 m 的圆形框架。但根据所使用的线径，其电感将为 XNUMX ... XNUMX mH，这将导致明显的帧中的电流对频率高于 XNUMX MHz 的信号频率的依赖性。此外，这些尺寸与到天线的距离相称，因此为基本磁辐射器获得的公式变得不适用。

使用转换系数 K1 = 0,1 更方便，这将允许使用面积为 0,085 m2 的相对较小的框架 - 这对应于边长为 291 mm 的方形框架或直径为328 毫米。导体直径为 3 mm，其电感约为 1 mH。对于这样的环路，使用 51 ohms 的附加电阻器，发生器的输出信号等于 15 mV，将对应于 1,5 mV / m 距离处的 1 m 场强。

考虑到环路电感的影响，表明它可用于测量频率高达 8 MHz 的磁性天线无线电接收器的灵敏度，在该频率下，场强将降低约 9%。

在较高频率下，您可以使用面积为 84,17 cm2 的框架（对应于边长为 92 mm 的正方形或直径为 104 mm 的圆），由直径为为 3 mm。有了这样的框架和一个额外的 51 Ohm 电阻器，转换系数将为 K, = 0,01，因此在 1,5 m 的距离处产生 1 mV/m 的场将需要 150 mV 的发生器输出。灵敏度测量可以达到 30 MHz 的频率，在该频率下场强将降低约 8%。相同的框架将在 0,1 mm 的距离处提供转换因子 K = 465，但是，在这种情况下，需要高精度地设置框架和天线之间的距离。

设置此距离的准确性会影响测量误差。因此，在 1 m 的距离处，±3,33 cm 的误差会导致 ±10% 的测量误差。在 465 mm 的距离处，相同的测量误差将在安装精度为 ± 1,55 cm 时出现。

圆形和方形框架是等效的，您也可以使用不同形状的框架，例如三角形框架，重要的是它们的面积完全等于所需的面积。因此，从构造的角度来看，使用方形框架更方便，因为在这种情况下更容易获得给定的面积。

上述所有示例都适用于磁性天线的轴位于通过其中心绘制的框架平面的垂直线（位置 1，见图）的情况。但是可以使用另一个方向来测量灵敏度（位置 2）。根据表达式(6)，在这个位置，转换系数将精确地减小两倍。因此，要创建所需的场强，在其他条件不变的情况下，有必要将发生器信号加倍或减少到帧中心的距离。次。但不推荐小于 0,5 m 的距离，因为三次相关性大大增加了距离设置不准确造成的测量误差与天线的距离。此外，当到框架的距离与其尺寸相称时，上述表达式给出了电磁场强度的高估值，因为发射器不再被视为一个点。

然而，从工作场所的紧凑性的角度来看，第二位置可能是方便的，因为框架可以放置在例如桌面上方。但在所有情况下，重要的是测量区域中没有会明显扭曲场的大型金属物体。

文学

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作者：D. Alkhimov，斯摩棱斯克；出版：radioradar.net

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