Измеритель напряженности электрического поля своими руками

Индикатор напряженности поля для диапазона 2.4 Гц

В статье дано описание измерителя напряженности электромагнитного поля для диапазона 2.4 ГГц.

Что можно использовать для проверки эффективности работы антенн, передающих сигналы в диапазоне 2.4 ГГц? У какой антенны усиление лучше, или как узнать, есть ли в этом месте сигнал на частоте 2.4 ГГц?

В статье дано описание измерителя напряженности электромагнитного поля, предназначенного для измерений в диапазоне 2.4 ГГц. В качестве детекторов можно использовать СВЧ диоды 1N21B, 1N21D, 1N23ER, 1N416B, 1N416E или иные. Можно попробовать использовать диоды Шотки, или, так называемые, Hot Carrier), которые вероятно, подойдут для данного применения.

В индикаторе используется двухэлементная квадратная антенна, эффективная при приеме волн как с горизонтальной, так и с вертикальной поляризацией. Если необходимо, можно изготовить антенну для приема волн с поляризацией в единственной плоскости.

Хотя эта антенна сконструирована на угловом разъеме BNC, я уверен, что хороший результат можно получить и с разъемами других типов. Вы лишь должны заботиться о том, чтобы для уменьшения потерь, длина выводов была минимальной. Чтобы иметь возможность подключать индикатор непосредственно к моему мультиметру, я подобрал специальный переходник. Для измерений напряженности излучения на 2.4 ГГц, мультиметр переключается в положение «милливольты».

Желтый пластиковый цилиндр на снимке служит сепаратором, фиксирующем рамки антенны на расстоянии 10 мм. В торцах цилиндра сделаны вырезы, в которые вставляются провода, закрепляемые потом с помощью каких-либо жидких гвоздей. Нижняя часть рамки рефлектора прикреплена к разъему BNC с помощью тех же жидких гвоздей.

Вид на подключение антенны к мультиметру.

На этом снимке показана антенна, подключенная к мультиметру. Работает она очень хорошо, показывает направление на передающую антенну и позволяет считывать показания уровня сигнала. Если ее направить на микроволновую печь, то мультиметр зашкаливает в положении «милливольты»! При небольшой доработке, я уверен, можно сделать радар-детектор…. Индикатор надо настроить на максимум показаний с помощью конденсатора, используя пластиковую отвертку. В качестве источника сигнала можно использовать карту Wireless LAN для персонального компьютера.

Источник

Записки программиста

Собираем индикатор напряженности поля

2 сентября 2019

Антенный моделировщик позволяет получить ответы на многие вопросы. Он способен предсказывать диаграмму направленности и поляризацию будущей антенны, распределение токов в ней, сравнивать несколько антенн (например, какая из них имеет больше усиление), и так далее. Но можем ли мы проделать нечто подобное для настоящих антенн, изготовленных нами в физическом мире? Оказывается, что можем, воспользовавшись индикатором напряженности поля. Это довольно незамысловатое устройство, и его легко сделать самостоятельно.

Схема была подсмотренна в видео Build a Simple Passive Field Strength Meter, снятом Kevin Loughin, KB9RLW:

Диоды D1 и D2 представляют собой выпрямитель, конденсатор C1 играет роль сглаживающего фильтра. На выходе получаем постоянное напряжение, которое зависит от того, насколько сильный сигнал принимает антенна. Чем больше это напряжение, тем больший ток пойдет через микроамперметр, и тем сильнее отклонится его стрелка. Потенциометр R1 работает как делитель напряжения и позволяет регулировать чувствительность индикатора. Устройство полностью пассивное и не требует источника питания.

В качестве D1 и D2 лучше использовать германиевые диоды. Поскольку они обладают напряжением смещения (voltage drop) около 0.3 В, при их использовании прибор будет более чувствительным. Для сравнения, напряжение смещения обычных кремниевых диодов составляет 0.7 В.

Чем меньше номинал микроамперметра, тем лучше. Мной была использована измерительная головка на 30 мкА. Микроамперметр на 50 или 100 мкА тоже подойдет, просто с ним прибор будет чуть менее чувствительным.

Полный список использованных мной компонентов, их стоимость и где они были приобретены:

• Германиевые диоды 1N34 или эквивалентные — 0.32$ за пару;
• Керамический конденсатор 680 пФ — 0.02$;
• Потенциометр 10 кОм — 0.61$;
• Микроамперметр на 30 мкА — 3.58$;
• Красное и черное «банановое» гнездо — 0.74$ за пару;
• Подходящий пластиковый корпус — 9.19$;
• Немного проводов, припоя и прочей мелочевки — эффективно 0$;

Важно! Некоторые продавцы на AliExpress и eBay продают под видом германиевых диодов обычные кремниевые диоды. Отличить оригинал от подделки можно, измерив напряжение смещения при помощи мультиметра. Если сомневаетесь, покупайте диоды в проверенных магазинах, или используйте отечественные аналоги, например, Д9Б, Д310 или Д311А.

Окончательный вид индикатора:

Внутри компоненты были соединены таким образом:

Устройство было проверено с куском провода длиной около одного метра в качестве антенны. Все работает как на КВ, так и на УКВ. Чем дальше прибор находится от антенны, тем слабее отклоняется стрелка. При вращении ручки потенциометра чувствительность прибора изменяется. При передаче трансивером несущей в интервале частот максимальное отклонение стрелки приходится на минимум КСВ. Отклонение стрелки изменяется в соответствии с изменением поляризации принимающей антенны. Направленная УКВ-антенна имеет существенно большее усиление, чем ненаправленная, а путем ее вращения можно оценить вид диаграммы направленности. В дельте можно найти места, на которые приходятся максимумы тока. А еще с помощью индикатора можно определить наличие синфазного тока в коаксиальном кабеле, а значит и эффективность используемого балуна.

Общая стоимость устройства составила 14.46$. Цены на готовые измерители напряженности поля начинаются где-то от 23$. Таким образом, проект вышел экономически выгодным.

Дополнение: В продолжение темы сопоставления реальных антенн с моделью вас может заинтересовать статья Как измерить диаграмму направленности антенны. Если же вас интересует настройка антенн, обратите внимание на пост Самодельный КСВ/ваттметр по схеме Брюне.

Источник

Индикатор напряженности поля

Для налаживания антенно-фидерных трактов любительских радиостанций необходим индикатор напряженности высокочастотного электрического поля. Предлагаемый в этой статье прибор отличается от обычно используемых высокой чувствительностью и широкой полосой рабочих частот.

Традиционно индикатор напряженности поля представляет собой антенну (чаще всего, в виде короткого штыря), амплитудный детектор (выпрямитель РЧ напряжений) и стрелочный измеритель (как правило, микроамперметр). Для повышения чувствительности индикатор делают активным, снабжая его усилителем РЧ или постоянного тока.

В предлагаемом индикаторе (рис. 1) отсутствует обычный амплитудный детектор, поскольку его функции выполняет микросхема К174ПС4— перемножитель сигналов, широко используемый радиолюбителями в смесителях радиоприемников, конвертерах и т. д.

Как же микросхема работает в нашем случае? Входной сигнал (как правило. синусоидальный или близкий к нему), принятый антенной WA1, поступает на два входа микросхемы — выводы 8 и 11 (два другие — выводы 7, 13 — соединяют по переменному току с общим проводом), и она осуществляет перемножение сигнала «сам на себя». Если U_вх=Usinwt, то на выходе микросхемы будет сигнал Uвых=KU 2 sin 2 wt, где U — амплитуда входного сигнала, w — его круговая частота, К — коэффициент передачи микросхемы. Это выражение можно преобразовать; U_вых=KU 2 sin 2 wt = KU 2 /2 — (KU 2 cos2wt)/2.

Таким образом, в выходном сигнале микросхемы присутствует постоянная составляющая и переменная составляющая удвоенной частоты, Постоянная составляющая пропорциональна квадрату входного напряжения, поэтому показания микроамперметра РА1, подключенного к выходу микросхемы, будут пропорциональны мощности сигнала, излучаемой антенной. Переменную составляющую легко подавить, установив конденсатор С7 достаточной емкости. Диоды VD1, VD2 служат для защиты входных цепей микросхемы от мощных сигналов.

Питается устройство от батареи напряжением 9 В («Крона», «Корунд», «Ника») и потребляет ток примерно 1,5 мА, Работоспособность сохраняется при уменьшении напряжения питания до 6 В. Максимальный ток через микроамперметр РА1 ограничен резисторами R1, R2.

В устройстве можно применитьпрактически любой малогабаритный стрелочный индикатор с током полного отклонения стрелки от 50 до 150 мкА, На частоте 28 МГц чувствительность устройства (минимальный регистрируемый сигнал) был 2. 3 мВ, а зависимость показаний от входного напряжения имела квадратичный характер (рис. 2). Благодаря атому прибор более чувствителен к изменениям напряженности поля, что позволяет точнее настраивать антенно-фидерные тракты. Так, например, при изменении напряжения на входе устройства в 1,4 раза (3 дБ) показания индикатора увеличиваются вдвое.

Вместо указанной на схеме K174ПC4 допустимо применить микросхемы К174ПС1, К174ПС2. Кроме диодов КД510A, подойдут КД522Б, КД503Б, Конденсаторы — КЛС, КД, К10-17, КМ, резисторы — МЛТ, С2-33, Выключатель — любой малогабаритный, лучше движковый на два положения.

Большинство деталей размещают на печатной плате (рис. 3) из одностороннего фольгированного стеклотекстолита. Плату нужно разместить ближе к антенне внутри металлического корпуса подходящих габаритов. Рядом с платой можно укрепить источник питания. На передней стенке корпуса устанавливают микроамперметр и выключатель. Антенна — телескопическая от малогабаритные транзисторных приемников. Она должна полностью убираться в корпус. Изменяя длину выдвинутой части антенны, можно в определенных пределах регулировать чувствительность устройства к напряженности электромагнитного поля.

Налаживания устройства не требует, но если будет применена другая микросхема, то придется подобрать резисторы (они должны быть одинаковых номиналов), чтобы на выводах микросхемы было напряжение, примерно равное половине напряжения источника питания. При необходимости балансировку прибора (нулевые показания микроамперметра РА1 в отсутствие сигнала на входе устройства) можно произвести подбором резистора R1 или резистора R2.

По сравнению с пассивным индикатором данное устройство имеет значительно более высокую чувствительность, что позволяет настраивать антенны при меньшем уровне мощности, а также обнаруживать месторасположение подслушивающих устройств — «жучков». Частотная характеристика индикатора определяется параметрами примененной микросхемы. В авторском варианте его чувствительность на частоте 145 МГц уменьшалась втрое.

При желании индикатор можно сделать избирательным, установив на его входе перестраиваемый LC-контур.

Источник

Схемы простых индикаторов электрических и магнитных полей

Индикаторы электрических полей могут быть использованы для индивидуальной защиты электромонтеров, при поиске мест повреждений электрических сетей.

С их помощью определяется наличие электростатических зарядов в полупроводниковом, текстильном производствах, хранилищах легковоспламеняющихся жидкостей.

При поиске источников магнитных полей, определении их конфигурации и исследовании полей рассеяния трансформаторов, дросселей и электродвигателей не обойтись без индикаторов магнитных полей.

Индикатор высокочастотных излучений

Схема индикатора высокочастотных излучений показана на рис. 1. Сигнал с антенны попадает на детектор, выполненный на германиевом диоде. Далее через Г-образный LC-фильтр сигнал поступает на базу транзистора, в коллекторную цепь которого включен микроамперметр. По нему и определяется мощность высокочастотных излучений.

Рис. 1. Схема индикатора высокочастотных излучений.

Индикатор низкочастотных электрических полей

Для индикации низкочастотных электрических полей используют индикаторы с входным каскадом на полевом транзисторе (рис. 2 — 7). Первый из них (рис. 20.2) выполнен на основе мультивибратора [ВРЛ 80-28, Р 8/91-76].

Рис. 2. Схема индикатора низкочастотных электрических полей на основе мультивибратора.

Канал полевого транзистора является управляемым элементом, сопротивление которого зависит от величины контролируемого электрического поля.

К затвору транзистора подключена антенна. При внесении индикатора в электрическое поле, сопротивление исток — сток полевого транзистора возрастает, и мультивибратор включается.

В телефонном капсюле раздается звуковой сигнал, частота которого зависит от напряженности электрического поля.

Индикаторы для поиска неисправностей в новогодних электрических гирляндах

Следующие две конструкции по схемам Д. Болотника и Д. Приймака (рис. 3 и 4) предназначены для поиска неисправностей в новогодних электрических гирляндах [Р 11/88-56].

Рис. 3. Схема индикатора для поиска неисправностей в новогодних электрических гирляндах.

Индикатор (рис. 3) в целом представляет собой резистор с управляемым сопротивлением. Роль такого сопротивления опять же играет канал сток — исток полевого транзистора, дополненного двухкаскадным усилителем постоянного тока.

Индикатор (рис. 4) выполнен по схеме управляемого низкочастотного генератора. Он содержит пороговое устройство, усилитель и детектор сигнала, наведенного в антенне переменным электрическим полем.

Рис. 4. Индикатор НЧ электрических полей по схеме управляемого низкочастотного генератора.

Все эти функции выполняет один транзистор — VT1. На транзисторах VT2 и VT3 собран генератор низкой частоты, работающий в ждущем режиме. Как только антенну устройства приближают к источнику электрического поля, транзистор VT1 включает звуковой генератор.

Индикатор для поиска скрытой проводки

Индикатор электрического поля (рис. 5) предназначен для поиска скрытой проводки, электрических цепей, находящихся под напряжением, индикации приближения к зоне высоковольтных проводов, наличия переменных или постоянных электрических полей [РаЭ 8/00-15].

Рис. 5. Схема простого индикатора для поиска скрытой проводки.

В устройстве использован заторможенный генератор светозвуковых импульсов, выполненный на аналоге инжекционно-по-левого транзистора (VT2, VT3).

При отсутствии электрического поля высокой напряженности сопротивление сток — исток полевого транзистора VT1 невелико, транзистор VT3 закрыт, генерация отсутствует.

Ток, потребляемый устройством, составляет единицы, десятки мкА. При наличии постоянного или переменного электрического поля высокой напряженности сопротивление сток — исток полевого транзистора VT1 возрастает, и устройство начинает вырабатывать светозвуковые сигналы.

Так, если в качестве антенны использован вывод затвора транзистора VT1, индикатор реагирует на приближение сетевого провода на расстояние около 25 мм.

Потенциометром R3 регулируется чувствительность, резистор R1 задает длительность светозвуковой посылки, конденсатор С1 — частоту их следования, а С2 определяет тембр звукового сигнала.

Для повышения чувствительности в качестве антенны может быть использован отрезок изолированного провода или телескопическая антенна. Для защиты транзистора VT1 от пробоя параллельно переходу затвор — исток стоит подключить стабилитрон или высокоомный резистор.

Индикатор электрических и магнитных полей

Индикатор электрических и магнитных полей (рис. 6) содержит релаксационный генератор импульсов. Он выполнен на биполярном лавинном транзисторе (транзистор микросхемы К101КТ1А, управляемый электронным ключом на полевом транзисторе типа КП103Г), к затвору которого подключена антенна.

Рис. 6. Схема индикатора электрических и магнитных полей.

Для задания рабочей точки генератора (срыв генерации в отсутствии индицируемых электрических полей) используют резисторы R1 и R2. Генератор импульсов через конденсатор С1 нагружен на высокоомные головные телефоны.

При наличии переменного электрического поля (или перемещении предметов, несущих электростатические заряды) на антенне и, соответственно, затворе полевого транзистора появляется сигнал переменного тока, что приводит к изменению электрического сопротивления перехода сток — исток с частотой модуляции.

В соответствии с этим релаксационный генератор начинает генерировать пачки модулированных импульсов, а в головных телефонах будет прослушиваться звуковой сигнал.

Чувствительность прибора (дальность обнаружения токонесущего провода сети 220 В 50 Гц) составляет 15. 20 см. В качестве антенны использован стальной штырь 300×3 мм. При напряжении питания 9 В ток, потребляемый индикатором в режиме молчания, составляет 100 мкА, в рабочем режиме — 20 мкА.

Индикатор магнитных полей (рис. 6) выполнен на втором транзисторе микросхемы. Нагрузкой второго генератора является высокоомный головной телефон.

Сигнал переменного тока, снимаемый с индуктивного датчика магнитного поля L1, через переходной конденсатор С1 подается на базу лавинного транзистора, не связанную по постоянному току с другими элементами схемы («плавающая» рабочая точка).

В режиме индикации переменного магнитного поля напряжение на управляющем электроде (базе) лавинного транзистора периодически изменяется, изменяется также и напряжение лавинного пробоя коллекторного перехода и, в связи с этим, частота и продолжительность генерации.

Индикатор на основе делителя напряжения

Индикатор (рис. 7) изготовлен на основе делителя напряжения, одним из элементов которого является полевой транзистор VT1, сопротивление перехода сток — исток которого определяется потенциалом управляющего электрода (затвора) с подключенной к нему антенной [Рк 6/00-19].

Рис. 7. Индикатор электрополей на основе делителя напряжения.

К резистивному делителю напряжения подключен релаксационный генератор импульсов на лавинном транзисторе VT2, работающий в ждущем режиме. Уровень начального напряжения (порог срабатывания), подаваемого на релаксационный генератор импульсов, устанавливается потенциометром R1.

Для предотвращения пробоя управляющего перехода полевого транзистора в схему введена защита (при отключении источника питания цепь затвор — исток закорочена).

Повышение уровня громкости звукового сигнала достигается введением усилителя на биполярном транзисторе VT3. В качестве нагрузки выходного транзистора VT3 можно использовать низкоомный телефонный капсюль.

Для упрощения схемы высокоомный телефонный капсюль, например, ТОН-1, ТОН-2 (либо «среднеомный» — ТК-67, ТМ-2) может быть включен вместо резистора R3.

В этом случае надобность в использовании элементов VT3, R4, С2 отпадает. Разъем, в который включается телефон, для снижения габаритов устройства, может одновременно служить выключателем питания.

При отсутствии входного сигнала сопротивление перехода сток — исток полевого транзистора составляет несколько сотен Ом, и напряжение, снимаемое с движка потенциометра на питание релаксационного генератора импульсов, мало.

При появлении сигнала на управляющем электроде полевого транзистора сопротивление перехода сток — исток последнего возрастает пропорционально уровню входного сигнала до единиц, сотен кОм.

Это приводит к увеличению напряжения, подаваемого на релаксационный генератор импульсов до величины, достаточной для возникновения колебаний, частота которых определяется произведением R4C1.

Потребляемый устройством ток при отсутствии сигнала — 0,6 мА, в режиме индикации — 0,2. 0,3 мА. Дальность обнаружения токонесущего провода сети 220 В 50 Гц при длине штыревой антенны 10 см составляет 10. 100 см.

Индикатор высокочастотного электрического поля

Индикатор высокочастотного электрического поля (рис. 20.8) [МК 2/86-13] отличается от аналога (рис. 1) тем, что его выходная часть выполнена по мостовой схеме, имеющей повышенную чувствительность.

Рис. 8. Схема индикатора высокочастотного электрического поля.

Резистор R1 предназначен для балансировки схемы (установки стрелки прибора на ноль).

Индикатор сетевого напряжения на ждущем мультивибраторе

Ждущий мультивибратор (рис. 9) использован для индикации сетевого напряжения [МК 7/88-12]. Индикатор работает при приближении его антенны к сетевому проводу (220 В) на расстояние 2. 3 см. Частота генерации для приведенных на схеме номиналов близка к 1 Гц.

Рис. 9. Схема индикатора сетевого напряжения на ждущем мультивибраторе.

Индикаторы магнитных полей с индуктивными датчиками

Индикаторы магнитных полей по схемам, представленным на рис. 10 — 13, имеют индуктивные датчики, в качестве которых может быть использован телефонный капсюль без мембраны, либо многовитковая катушка индуктивности с железным сердечником.

Рис. 10. Схема индикатора магнитных полей с индуктивным датчиком.

Индикатор (рис. 10) выполнен по схеме радиоприемника 2-V-0. Он содержит датчик, двухкаскадный усилитель, детектор с удвоением напряжения и показывающий прибор.

Индикаторы (рис. 11, 12) имеют светодиодную индикацию и предназначены для качественной индикации магнитных полей [Р 8/91-83; Р 3/85-49].

Рис. 11. Схема индикатора магнитных полей со светодиодной индикацией и телефоном в качестве датчика (катушки).

Рис. 12. Схема простого индикатора магнитных полей со светодиодной индикацией.

Более сложную конструкцию имеет индикатор по схеме И.П. Шелестова, изображенный на рис. 13.

Рис. 13. Схема индикатора магнитных полей с применением компаратора.

Датчик магнитного поля подключен к управляющему переходу полевого транзистора, в цепь истока которого включено сопротивление нагрузки R1.

Сигнал с этого сопротивления усиливается каскадом на транзисторе VT2. Далее в схеме использован компаратор на микросхеме DA1 типа К554САЗ.

Компаратор сравнивает уровни двух сигналов: напряжения, снимаемого с регулируемого резистивного делителя R4, R5 (регулятора чувствительности) и напряжения, снимаемого с коллектора транзистора VT2. На выходе компаратора включен светодиодный индикатор.

Литература: Шустов М.А. — Практическая схемотехника (Книга 1), 2003 год.

Источник