Wskaźnik natężenia pola elektromagnetycznego

Przedstawione w artykule urządzenie jest przydatne w wielu zastosowaniach związanych z pracami antenowymi, i może być przydatne szerokiemu gronu krótkofalowców i radioamatorów prowadzących prace i pomiary antenowe, oraz eksperymenty i próby techniczne z aparaturą nadawczą.

Cały układ przedstawiony na schemacie z rys.1 jest niezwykle prosty, jednak jego wykonanie można polecić jedynie osobom które zdobyły już pewne podstawowe doświadczenia z dziedziny techniki radiowej i radiokomunikacyjnej. Konstrukcja składa się z następujących bloków funkcjonalnych:

• równoległego strojonego obwodu rezonansowego L1, C2,

• detektora, w układzie podwajacza napięcia złożonego z elementów D1, D2, C3, C4,

• mostka pomiarowego z tranzystorem T1, i włączonym w przekątną mostka ustrojem pomiarowym M1.

Całość jest zasilana ze źródła napięcia stałego +9V DC np. z baterii 6F22 alkalicznej.

Opis układu

Schemat urządzenia jest przedstawiony na rys.1. Zasadniczą częścią układu jest równoległy obwód rezonansowy złożony z kondensatora zmiennego czterosekcyjnego C2 i cewki L1. Obwód ten jest sprzężony z anteną za pomocą kondensatora C1, oraz z detektorem za pośrednictwem kondensatora C3. Napięcie w.cz. indukujące się w dostrojonym do rezonansu obwodzie wejściowym jest poddane detekcji przez diody D1, D2, połączone w układzie podwajacza napięcia, i następnie filtrowane przez kondensator C4. Wyprostowane i odfiltrowane napięcie steruje tranzystorem T1 włączonym w jednej z gałęzi mostka pomiarowego złożonego z elementów T1, R4, R5, R6, R7. W przekątnej mostka znajduje się wskaźnik wychyłowy magnetoelektryczny (najlepiej wyposażony w dużą czytelną skalę). W celu uzyskania maksymalnej czułości całego układu baza T1 jest wstępnie spolaryzowana stałą wartością prądu z regulowanego dzielnika rezystancyjnego złożonego z R1, R2, R3. Potencjometr montażowy R3 służy do wstępnego ustawienia wartości prądu polaryzującego bazę i tym samym ustawienia punktu pracy tranzystora T1. Potencjometr regulowany R6 służy do zrównoważenia mostka pomiarowego i ustawienia "0" na wskaźniku w warunkach bez sygnału z obwodu wejściowego. Cały układ jest zasilany z napięcia 9V np. z baterii 6F22 najlepiej alkalicznej aby uzyskać w miarę możliwości jak najbardziej stabilne warunki zasilania. Trzeba w tym miejscu przestrzec czytelników że układ jest wrażliwy na wahania napięcia zasilającego i stąd konieczność uzyskania wysokiej stabilności parametrów zasilania.

Montaż i uruchomienie

Montaż układu rozpoczynamy od wykonania płytki drukowanej przedstawionej na rys.2. Płytka została przystosowana konstrukcyjnie do montażu agregatu strojeniowego 2 x 253p + 2 x 14,7p , lub do montażu opcjonalnego obwodu strojonego napięciem zbudowanego na warikapach. Schemat opcjonalnego obwodu rezonansowego przestrajanego napięciem jest przedstawiony na schemacie z rys.4. Wyboru odpowiedniej opcji dokonujemy po zapoznaniu się z możliwościami materiałowymi jakimi dysponujemy. Zasadniczo opcjonalny obwód rezonansowy z rys.4 można polecić tym Czytelnikom, którzy nie zdobędą odpowiedniego agregatu strojeniowego dającego nieco większe możliwości techniczne po zmontowaniu i uruchomieniu urządzenia. Chodzi tu o większą liczbę przestrajanych sekcji, co daje większe możliwości kombinacji, i wbudowaną przekładnię 1:3 ułatwiającą strojenie bardziej precyzyjne, niż w przypadku potencjometru R101. Oczywiście możemy jako R101 wykorzystać potencjometr wieloobrotowy ale to znacznie podniesie koszty wykonania urządzenia. W wykonanej przez nas płytce drukowanej wiercimy wszystkie otwory w zależności od wybranej opcji montażowej. Następnie lutujemy w pierwszej kolejności w miejscach oznaczonych na schemacie montażowym jako ZW styki od łącza terminala. W późniejszej eksploatacji będziemy je mogli zwierać zwieraczami stosowanymi na płytach głównych komputerów IBM (tzw. jumper) w celu przyłączenia odpowiednich sekcji agregatu strojeniowego aby wejść na odpowiedni zakres mierzonych częstotliwości. W dalszej kolejności lutujemy pozostałe elementy układu pomijając jedynie montaż wskaźnika wychyłowego, który podłączymy po uruchomieniu układu. Pozostaje nam jeszcze wlutowanie cewki L1, którą możemy wykonać we własnym zakresie lub też możemy zaadaptować jakąś cewkę fabryczną np. jeden z filtrów serii 7x7. Mozaika ścieżek na płytce drukowanej umożliwia montaż różnego rodzaju indukcyjności. Wartość indukcyjności należy tak dobrać aby wraz z odpowiednimi pojemnościami zmiennymi agregatu strojeniowego uzyskać rezonanse równoległe w interesujących nas zakresach częstotliwości, np. w paśmie krótkofalarskim 80m, w paśmie obywatelskim CB 11m, w radiowym zakresie UKF 88-108 MHz, lub w paśmie amatorskim UKF 2m lub 70cm. To na jaki zakres się zdecydujemy zależy wyłącznie od naszych własnych potrzeb możliwości i upodobań. Indukcyjność wykorzystana w egzemplarzu prototypowym ma wartość około 3μH, i została wykonana przez autora artykułu przez nawinięcie 9 zwojów drutu DNE 0,6 na antenowym rdzeniu ferrytowym o średnicy 8 mm i długości 15 mm. Rdzeń należy wcześniej pokryć warstwą papieru sklejonego klejem wodoodpornym szybkoschnącym. Takim samym klejem zabezpieczamy uzwojenia nawiniętej indukcyjności. Odpowiednie parametry obwodu rezonansowego L1, C2, możemy obliczyć ze wzoru:

oraz z jego przekształceń. Należy pamiętać że istniejąca we wzorze indukcyjność L jest w istocie rzeczy sumą indukcyjności montażu i L1, natomiast pojemność C jest sumą pojemności montażu i C2. Wynika z tego że rzeczywiste parametry obwodu rezonansowego będą się nieco różnić od tych obliczonych. Proszę jednak aby rozsądni Czytelnicy nie wyciągali z tego powodu pochopnych wniosków o rzekomej rozbieżności teorii i praktyki. Należy liczyć się z faktem, że wymienione rozbieżności będą się zwiększały wraz ze wzrostem częstotliwości rezonansowej obwodu (L1, i C2, maleją) ponieważ wtedy pojemności i indukcyjności montażu będą się stawały coraz bardziej znaczącymi wartościami w obwodzie. Dla małych częstotliwości błąd ten będzie pomijalnie mały. Proszę również zwrócić uwagę na fakt, że rzeczywista częstotliwość rezonansowa zawsze będzie nieco mniejsza niż ta obliczona teoretycznie, ze względu na istnienie wymienionych wcześniej pojemności i indukcyjności montażu. Uruchomienie układu rozpoczynamy od ustawienia potencjometru R3 tak, aby zewrzeć jego ślizgacz do masy. Następnie podłączamy całość do źródła zasilania, tego samego z którego układ będzie zasilany podczas jego późniejszej eksploatacji. Teraz mierząc spadek napięcia na R4 ustawiamy potencjometr R3 tak aby uzyskać spadek napięcia o wartości 0,8 - 1 V. Po tych czynnościach regulacyjnych możemy podłączyć do układu wskaźnik magnetoelektryczny M1, i za pomocą potencjometru zmiennego R6 połączonego z zasadniczą płytką przewodem montażowym ustawiamy "0" na wskaźniku. Teraz możemy przystąpić do właściwego przetestowania wskaźnika natężenia pola elektromagnetycznego. W tym celu powinniśmy posłużyć się jakimś nadajnikiem radiowym np. radiostacją krótkofalarską KF, UKF lub CB. Zworami ZW ustawiamy właściwy zakres mierzonych częstotliwości i włączamy na kilka sekund nadajnik radiowy - wskazówka naszego przyrządu powinna się nieco wychylić, przy czym wychylenie to powinno wyraźnie wzrosnąć po dostrojeniu obwodu wejściowego do rezonansu z falą radiową emitowaną przez nadajnik. Proszę pamiętać że osi kondensatora zmiennego nie powinniśmy dotykać bezpośrednio palcami przy strojeniu lecz poprzez izolator np. w postaci gałki z tworzywa. Jeżeli zajdzie taka potrzeba to można szeregowo ze wskaźnikiem M1 włączyć odpowiednio dobrany rezystor stały lub potencjometr zmienny. Obudowa naszego przyrządu powinna być wykonana z tworzywa aby nie miała właściwości ekranujących i nie tłumiła fal radiowych wchodzących do wnętrza. Wszystkie organy regulacyjne i wskaźnik M1 powinny być tak umieszczone aby zapewnić do nich łatwy dostęp. W przypadku współpracy urządzenia z polami elektromagnetycznymi o dużym natężeniu podłączenie anteny przez kondensator C1 nie jest konieczne. Autor artykułu nie przewiduje żadnego skalowania dla wykonanego wskaźnika. Ewentualne próby skalowania można przeprowadzić przez porównanie wskazań z przyrządami fabrycznymi.

Mariusz Janikowski

[e-mail]

---