Эквивалент антенны для бытовых приёмников

[RA3PKJ]

Решил выделить в отдельную тему.

О необходимости использования эквивалента антенны при измерении чувствительности бытовых приёмников можно спорить, но однако, в стандартных измерениях он всегда присутствовал.
И кстати, вход бытовых приёмников антенно-ориентированный. Для приёмников до 1961 года антенна длиной 20м, а после 1961 года антенна длиной 10м. Настройка входного контура должна учитывать это, так как настройка контуров на ДВ и СВ весьма чувствительна к параметрам антенны, хотя на КВ это не столь актуально из-за широкой полосы, но всё-равно влияет. Проверено на практике.

Первые массовые упоминания о эквиваленте антенны у нас появились в послевоенной литературе, хотя в книге Левитина упоминалось ещё в 1941 году.
К сожалению, информация в разное время была освещена поверхностно, а что касаемо вопроса - а какой же длине реальной антенны соответствует эквивалент, то есть ощущение, что партизаны тайну не хотели выдавать до самого конца (извиняюсь за такое сравнение).
Искал также в иностранных книжках, но кроме общего описания устройства ничего не нарыл.

И всё-таки на закате ламповой эры тайна была частично раскрыта.
Наиболее адекватное описание эквивалента антенны, которое удалось найти - в ГОСТ 9783-88. Хотя про заземление там нет ни слова применительно к упомянутой 10-метровой антенне, но учитывая, что заземление является неотъемлемой частью бытовой антенной системы, то надо полагать, что заземление используется по умолчанию. Забегая вперёд, скажу, что этот новый эквивалент предназначен для приёмников, выпущенных после 1961 года.

Зато упоминается, что ГСС должен быть нагружен на резистор с сопротивлением 50 Ом. ГСС старых типов в расчёт не берём, там своя специфика и другой разговор.

Наличие нагрузочного резистора R1 на входе эквивалента делает считывание с лимба ГСС вожделенных микровольтов значительно более осмысленным. Без этого резистора ГСС нагружен хрен знает на что, и ошибка в величине выходного напряжения может быть очень большой.

[RA3PKJ]

А теперь немного информации, позволяющей в некотором смысле понять "откуда ноги растут".
Справочник конструктора радиовещательных приёмников А.Д.Фролов 1951, стр.259, читать пункт 5:

эквивалент_антенны _3.gif (13.38 КБ) Просмотров: 2617

Так как эквивалент представляет из себя последовательную цепь, то ясно, что эквивалент не имеет выраженного входа и выраженного выхода, т.е. он обратим.

На графике выше показано как меняется при использовании эквивалента активное сопротивление R и реактивное ёмкостное сопротивление -X, приложенные к приёмнику, а также полное сопротивление (модуль) Z, вычисляемое как корень квадратный суммы квадрата R и квадрата X. Такое поведение симулирует поведение реальной антенны, т.е. приёмник "думает", что к нему подключена реальная антенна с определёнными параметрами, вокруг которой (это моя версия) существует одна и та же для всех частот напряжённость поля, короче он же ГСС.

Кроме всего прочего, в книге "Параметры и характеристики радиоприемников" (МРБ 0046) Е.А.Левитин 1949 упомянута действующая высота 4 метра типовой антенны, т.е. разница между верхней точкой антенны и нижним концом снижения:

Обратите внимание на фразу: "Это делается для того, чтобы учесть влияние антенны на входной контур при действительном приёме". О чём говорит эта фраза... О том, что входной контур настраивают в резонанс в условиях, максимально приближенных к естественным, т.е. с имитацией реальной антенны.

В Справочнике по радиотехнике Б.А.Смиренин 1950, стр.753 сказано:

Там же сказано (скрин не стал делать, разбросано по двум страницам), что "Импеданс этой цепи в диапазоне частот от 550 до 1700 кгц приближается к данным типовой наружной антенны, обладающей резонансом около 2500 кгц и имеющей ёмкость порядка 200 мкмкф. На более высоких частотах этот эквивалентный контур приближается к постоянному импедансу 400 Ом и аналогичен нерезонирующей линии соответствующего импеданса." Конец цитаты.
Получается, что на высоких частотах (выше 4 МГц) эквивалент не имеет прототипа реальной антенны, вот такой интересный поворот. Не слабо сказано - "нерезонирующая линия" .

Нет смысла рассматривать импеданс эквивалента со стороны ГСС, так как он "подавлен" относительно низким сопротивлением ГСС, что естественно. Ну это к слову, так сказать для пространственного воображения.

Любопытно, что эквивалент на частоте 4 МГц имеет реактивное сопротивление практически равное нулю, а активное сопротивление равно 300 Ом, впрочем выше по частоте реактивное сопротивление также остаётся нулевым, просто активное сопротивление подрастает до 400 Ом.

При рассмотрении графика полного сопротивления можно видеть, что импеданс эквивалента в верхней части СВ уменьшается с ростом частоты от 650 Ом до 300 Ом, а на КВ увеличивается от 300 Ом до 400 Ом, и только ниже 1МГц возрастает очень сильно.
К сожалению, информацию о входном импедансе бытовых приёмников в литературе вообще не встречал. Впрочем, как оказалось, это и не важно, т.к. вход приёмника надо рассматривать в совокупности с ёмкостью и индуктивностью проволочной антенны.

[RA3PKJ]

Нарыл удачную коробочку - нагрузку 50 Ом. Корпус силуминовый. Так как в существующем виде коробочка мне не интересна, то собрать эквивалент в ней сам Бог велел:

Вскрытие показало (успел немного порушить):

[RA3PKJ]

Собрал эквивалент антенны по современной схеме (эквивалент предназначен для приёмников, выпущенных после 1961 года):

[RA3PKJ]

Историческая справка.
В книге "Radio Engineer's Handbook", Лондон, 1943г, стр.973 сказано, что эквивалент был стандартизован Нью-Йоркским Институтом радиоинженеров и описан в документе "Standards on Radio Receivers", Institute of Radio Engineers, New York, 1938.

[RA3PKJ]

По имеющейся информации из книг (в частности из книг Левитина) допустимо использовать вместо эквивалента антенны одиночный конденсатор 200пФ на диапазонах ДВ, СВ (для приёмников, выпущенных после 1961 года надо использовать 120пФ).
На КВ диапазонах можно использовать одиночный резистор 390 Ом, однако такой вариант вносит большое затухание. Поэтому я рекомендую на КВ использовать последовательное соединение конденсатора 200 пФ и индуктивности 6,5мкГн для приёмников до 1961 года, а для приёмников после 1961 года конденсатор 120пФ и индуктивность 3,7мкГн. Кстати, наличие индуктивностей не мешает измерениям на ДВ и СВ.
О целесообразности таких цепей на КВ было много сказано в теме по входным контурам - viewtopic.php?f=610&t=5440

[Telets_NMD]

Николай, просто замечательно!
И теоретическое обоснование и практика.
Когда-то надо будет повторить...

[RA3PKJ]

Однако, на КВ он вносит большое затухание, что мне совсем не нравится.
В Гостах на приёмники (имею ввиду разделение на классы) указана тупая чувствительность на КВ (на ДВ и СВ гораздо лучше). Это как раз по вине эквивалента, точнее по вине резистора в сотни Ом. На ДВ и СВ этот резистор фактически закорочен индуктивностью 20мкГн и ни на что не влияет.

На ДВ и СВ эквивалент работает без вопросов.

[Радио Фронт]

А мне непонятно, чнм отличаются приёмники до и после 1961 года... Нет, насчёт ГОСТов всё понятно, но чем руководствовались создатели стандартов и дедушка Левитин? Превалированием пальцев? Особенностями конутров? Или природа ЭМИ после полёта Гагарина изменилась? Ну меряю я, допустим, 9н-4, а потом Ригонду, так чё, разные эквиваленты для них клепать? Может чего не понял - уж простите...

[RA3PKJ]

Решили, что типовая антенна длиной 20 метров это слишком круто. Укоротили до 10 метров. Соответственно понадобился новый эквивалент для имитации такой антенны.
Видимо народ не любил тянуть длинные антенны, особенно в городе с этим совсем проблемно.
И да, два эквивалента для разных приёмников, если хочется соблюсти аутентичность настройки входных контуров.

[RA3PKJ]

Вдогонку. Можно входные контуры старых приёмников настраивать с новым эквивалентом. В этом случае нужно просто будет знать, что этот приёмник уже должен работать с антенной 10 метров, а не 20 метров.
Ну и также сдвинется собственный резонанс катушек связи вверх по частоте. Но он всё-равно останется ниже нижней границы диапазона, где ему и положено быть. Я это наблюдал.
Думаю также, что ничего страшного не произойдёт, если настраивать новые приёмники со старым эквивалентом. Просто будет изменение в обратную сторону.

[Ник Иваныч]

А если у меня антенна 40 метров?

[RA3PKJ]

Удлинение реальной антенны против типовой длины влияет на настройку входных контуров слабее, чем укорочение. Только на нижней частоте ДВ может быть заметно (там полоса узкая). А в общем, не страшно.

[RA3PKJ]

Возвращаясь к вопросу увеличенного затухания при измерениях чувствительности с помощью эквивалента на КВ.
Эквивалент на КВ имеет чисто активное сопротивление 400 Ом и, соответственно, никакую реальную антенну на КВ эквивалент не имитирует. При отсутствии эквивалента можно использовать одиночный резистор 390 Ом. Ниже АЧХ УВЧ приёмника Мир-154, который настроен на 5,5МГц и подключён к ГСС через 390 Ом:

А теперь тоже самое, но через цепочку 200пФ и 6мкГн (эквивалентно родной антенне длиной 20м):

Резонанс не изменился, но сигнал стал больше на 5дБ, т.е. почти в два раза! Не хило так, да?
Вот и думайте, зачем нужен эквивалент на КВ.

[RA3PKJ]

Сейчас интригу повешу. Наконец-то я нашёл то, что давно потерял.
Видел в какой-то книге значение длины типовой антенны для приёмников, спроектированных до 1961 года. Но величину забыл, и казалось мне, что она не более 20 метров. Книга неожиданно подвернулась.
Однако, всё оказалось не просто... Вот этот скрин из книги "Приёмные любительские антенны", В.К.Адамский, 1949, МРБ 16:

Так как при рассмотрении параметров антенны, таких как ёмкость и индуктивность, имеет значение полная длина проволоки, то суммируем и получаем длину 45 метров. Не кажется ли вам/нам, что это слишком круто?
Очевидно, что с фронтона деревенского дома можно получить длину снижения около 5 метров, а с уровня слухового окна поселкового типового двухэтажного дома 7-8 метров. Где же взять снижение 15 метров? Не всякому рядовому слушателю под силу строить мачту. В городской типовой пятиэтажке такая длина снижения возможна, и то при условии, что окно на первом этаже. Ладно...

Зайдём с другой стороны. Если длина луча 45 метров (луч - четвертушка от длины волны), то рабочая длина волны 180 метров, т.е. частота 1670кГц. Но ведь известно из английской книжки, что резонансная частота типовой антенны должна быть 2500кГц. Опа! Антенна-то должна быть короче, чтобы носить гордое имя типовой.

Продолжу позже...