При налаживании аппаратуры и антенн любительской радиостанции нередко возникает необходимость измерить уровень электромагнитного излучения радиочастотного диапазона. Профессиональная аппаратура для подобных измерений редко доступна радиолюбителям, но с приемлемой для практики точностью оценить напряженность электрического поля, создаваемого радиостанцией, удается с помощью несложных самодельных приборов.

В последнее время заметное внимание уделяется мерам ограничения воздействия электромагнитного излучения на человека. Эти вопросы регулируются федеральными санитарными правилами, нормами и гигиеническими нормативами [см., например, 1]. В нашей стране для жилых помещений установлены предельно допустимые уровни напряженности электрического поля 10 В/м (для полосы частот3...30 МГц) и 3 В/м (30...300 МГц). В ряде европейских стран существуют аналогичные нормы на уровни напряженности электрического поля. Если они, кстати, не превышены, то претензии к передающей радиостанции на помехи другим электронным устройствам (например, аудиоаппаратуре) Администрации связи страны не принимают. В частности, для полосы частот 30...300 МГц этот уровень установлен тоже 3 В/м [2]. Иными словами, если напряженность электрического поля, создаваемая радиопередающим устройством, считается безопасной для человека, то этот уровень обязана "терпеть" и радиоэлектронная бытовая аппаратура. Сказанное подразумевает, что владелец любительской радиостанции должен быть готов к спорным ситуациям и иметь возможность хотя бы грубо оценивать уровни напряженности электрического поля, которые создает в жилых помещениях его радиостанция.

В УКВ диапазонах измерить эти уровни можно с помощью обычного полуволнового диполя. Как известно, напряжение U, наведенное в антенне, равно ее действующей высоте, умноженной на напряженность электрического поля электромагнитной волны. Для полуволнового диполя действующая высота равна λ/π где λ - длина волны [3]. В любительском УКВ диапазоне 2 метра при напряженности поля 1 В/м напряжение U будет 0,66 В для ненагруженного диполя и 0,33 В при нагрузке резистором с сопротивлением, равным входному сопротивлению диполя (73 Ом). Такие напряжения можно регистрировать уже обычным высокочастотным вольтметром с диодным детектором.

Измеритель получается несложным и не содержащим источника питания. Если высокочастотный вольтметр, подключенный к нагруженному диполю, регистрирует напряжение 1 В (эффективное значение), то отклонение стрелки измерительного прибора на всю шкалу будет как раз соответствовать напряженности электрического поля 3 В/м. "Зашкаливание" индикатора прибора будет свидетельствовать о том, что в данной точке предельно допустимое значение поля превышено

Схема измерителя напряженности электрического поля для диапазона 2 метра приведена на рисунке. Половинки диполя изготовлены из медной проволоки диаметром 2...3 мм. Размеры на рисунке даны в см. Элементы высокочастотного вольтметра размещают на небольшой пластинке из изоляционного материала, к которой крепят и половинки диполя. В высокочастотном вольтметре применен германиевый диод, поскольку кремниевые диоды не подходят для измерения малых ВЧ напряжений. Кроме указанного на схеме диода ГД508А, здесь можно применить ГД507А и Д311. У германиевых диодов других типов (из числа распространенных) эффективность детектирования на частотах выше 30 МГц заметно снижается. Номиналы резисторов R1 и R2 даны для измерительной головки с током полного отклонения 100 мкА и сопротивлением рамки 2,85 кОм (М4247).

Измеритель напряженности поля

Если у радиолюбителя имеется возможность прокалибровать высокочастотный вольтметр (установить верхний предел измерений подбором резисторов R1 и R2, а также снять зависимость показаний вольтметра от приложенного ВЧ напряжения), то по завершении этой процедуры изготовление измерителя напряженности поля заканчивается. Калибровку можно произвести, используя вольтом метр ВК7-9 или ему подобные приборы. При подборе резисторов полезно соблюдать условие R1 = R2 для лучшей симметрии антенны.

Из конструктивных особенностей прибора следует отметить лишь одну. Чтобы уменьшить влияние на измерения тела оператора, и особенно его рук, к антенне с индикатором надо прикрепить небольшую "мачту" (не короче 0,5 м) и держать всю конструкцию на вытянутой руке.

Если же у радиолюбителя нет возможности прокалибровать ВЧ вольтметр измерителя напряженности поля, то можно воспользоваться приведенной ниже методикой. Суммарное сопротивление резисторов R1 и R2 выбирают таким, чтобы вольтметр постоянного тока (эти резисторы и микроамперметр) имел предел измерения напряжения 1 В. Их сопротивление (в кОм) можно рассчитать из соотношения

R1 = R2 = (1/i-R)/2,

где i - ток полного отклонения прибора РА1, мА; R - его внутреннее сопротивление, кОм. При этом ВЧ вольтметр будет также иметь предел измерения, близкий к 1 В (эффективное значение), с погрешностью не более 20 % вне зависимости от используемых в вольтметре диодов (из числа названных выше), а шкала такого ВЧ вольтметра будет носить степенной характер с показателем степени n ~ 1,25. Подробнее об этом можно прочитать в [4]. Для микроамперметра с током полного отклонения 100 мкА соответствие показаний прибора N и истинных значений ВЧ напряжения U (эффективное значение) приведено в таблице. Для микроамперметров с другими значениями тока полного отклонения показатель степени п изменяется (но не сильно, см. [4])

Измеритель напряженности поля

Погрешность измерения ВЧ напряжения таким ВЧ вольтметром (и, следовательно, напряженности электрического поля, создаваемого передатчиком) не будет превышать 30 % вне зависимости от используемого экземпляра диода. Точность невысокая, но для грубых оценок электромагнитной обстановки вполне достаточная.

Структура электромагнитного поля в жилых помещениях может быть весьма неоднородной из-за отражений радиоволн от металлических конструкций и электропроводки. По этой причине индикатор надо перемещать вблизи точки измерений, добиваясь максимума его показаний, а также варьировать его поляризацию.

На более низкие частоты изготовить подобный резонансный измеритель поля нельзя из-за большой длины диполя, но для оценок в KB диапазонах можно применить и описанный выше, используя его как диполь Герца (очень короткий по сравнению с длиной волны). Действующая высота ненагруженного диполя Герца -l/2, где I - полная длина диполя (в нашем случае - около 1 м). Поэтому, например, в диапазоне 20 метров при напряженности электрического поля 10 В/м наведенное напряжение будет около 5 В. Однако входное сопротивление диполя Герца имеет емкостный характер и велико по абсолютной величине. Резистор R3 образует с этим сопротивлением делитель, значительно уменьшающий напряжение на детекторе. Оно поддается расчету, пользуясь данными из [3] или с помощью программы MMANA, но все же лучше откалибровать измеритель экспериментально на каждом из используемых диапазонов. Сопротивление резистора R3 в этом случае может быть значительно больше.

Литература

  • http://www.cqham.ru/ftp2/55output.txt.
  • Edwin David. Ideas from abroad (Eurotek). - Radio Communication. 1996, November, p. 55.
  • Майнке X., Гундлах Ф. Радиотехнический справочник. - М-Л.: Госэнергоиздат, 1961,т. 1.
  • Степанов Б. Измерение малых ВЧ напряжений. - Радио, 1980, № 7, с. 55.56: № 12, с. 28 (Возвращаясь к напечатанному).
  • Автор: Борис Степанов (RU3AX), г.Москва

    Добавить комментарий

    Защитный код
    Обновить

    Навигация

    Инструкции по эксплуатации

    Copyright © 2017 Электрические принципиальные схемы.