Датчики электромагнитных нолей

В радиотехнике датчиками электромагнитных полей (ЭМП) являются антенны. Антенной переносных радиоприемников ДВи СВ-диапазонов является ферритовый сердечник с катушкой LC — контура. Добротность этого контура определяется, в основном, добротностью катушки индуктивности и лежит в пределах 50−70. Резкое изменение размеров ферритовой антенны до такой степени, чтобы ее можно было рассматривать как компонент гибридной интегральной микросхемы, ведет к пропорциональному уменьшению добротности LC — контура. Увеличить добротность контура можно включением.

Рис. 88. Пьезорезонатор на ОВ.

Рис. 89. Пьезорезонатор на ПАВ.

Рис. 90. Пьезорезонаторы на ОВ (а) и ПАВ (б).

Рис. 91. Схема пьезорезонаторного датчика.

Рис. 92. Графики зависимости генерируемой частоты от напряжения питания 1 — воздух; 2 — аммиак, 10 «% последовательно или параллельно с катушкой индуктивности отрицательно дифференцированного сопротивления [13]. Предполагаемая потеря чувствительности антены, связанная с уменьшением занимаемого ею объема, легко может быть компенсирована микроэлектронным усилителем.

На рис. 93 и 94 показаны схемы датчиков ЭМП, настроенных на радиостанцию «Маяк» (549 мГц). В макетах датчиков использовались два типа катушек. Первая катушка была намотана на стержневой сердечник из феррита марки 600 ПН (диаметр сердечника — 2 мм, его длина — 12 мм) проводом ПЭВ — 0,06 до получения индуктивности L= 170 мГн. Вторая катушка не содержала магнитного сердечника. Она наматывалась таким же проводом на плоское основание из оргстекла толщиной 0,5 мм с радиальными прорезями, диаметр катушки — 20 мм, индуктивность та же. Такая катушка является прототипом печатной катушки, получаемой напылением на ситалл меди с подслоем хрома с последующей фотолитографией и травлением.

Добротность катушки регулировалась резистором Rk, служащим для частичной компенсации отрицательного сопротивления. Изменением емкости конденсатора Ск удавалось перестроить, но частоте весь диапазон СВ. К выходу датчика ЭМП подключался усилитель (коэфф. усиления 100), детектор и высокоомные наушники. При перестройке датчика ЭМП приходилось изменять сопротивление Rk, чтобы сорвать возникающую генерацию. Это является недостатком перестраиваемых датчиков ЭМП описанного типа.

При использовании высокочастотных транзисторов и катушек с меньшей индуктивностью удавалось перестроить диапазоны КВ и УКВ. Антенны сохраняли четко выраженную направленность на радиостанцию.

Схема рис. 93 из-за включения усилителя на транзисторах VT5 и VT6 обладает коэффициентом усиления равным 60, поэтому имеет повышенную чувствительность.

Схема рис. 94 строится на однотипных транзисторах, но менее стабильна.

В твердотельных датчиках ЭМП можно использовать свойство АН с Sобразной ВАХ служить конвертором отрицательного сопротивления [20].

В этом случае емкость конденсатора, подключенного параллельно резистору, сопротивление которого конвертируется в отрицательное, на клеммах а-б конвертируется в индуктивность. Эта индуктивность может входить в эквивалент колебательного контура, который и служит датчиком ЭМП.

Пример схемы такого датчика приведен на рис. 95. Здесь емкость С1 на клеммах а-б создаст эквивалентную индуктивность, причем.

где ккоэффициент конверсии, для данной схемы при а—>1, к=0,25.

Рис. 93. Схема датчика ЭМП на АН с S-образной ВАХ. VT1, VT3 — КТ315; VT2, VT4 — VT6 — КТ361.

Рис. 94. Схема датчика ЭМП на АН с N-образной ВАХ.

Рис. 95. Схема твердотельного датчика ЭМП.

Конденсатор С2- контурный, резистором R6 регулируется добротность контура.

Действующий макет датчика был построен на двух микросхемах K119СС2 при использовании внешних конденсаторов С1 и С2, резисторов R3 и R6. Внешние элементы помещались в заземленный экран. При Е=5 В резонансная частота контура f₀ =90 кГц. При уменьшении расстояния между датчиком и источником излучения от 30 до 2 см выходное напряжение возрастало с 1 до 50 мВ. Можно сделать вывод, что чувствительность твердотельных датчиков ЭМП невысока.

Идею построения датчиков ЭМП можно использовать для реализации малогабаритных приемных телевизионных антенн.

Комнатная телевизионная антенна (рис. 96) состоит из двухпроводного кабеля длинной 1160 мм, платы с проводниковой дорожкой длиной 2 — 6 м, аналога негатрона, который используется как компенсатор активного сопротивления кабеля с проводниковой дорожкой [21, 22]. Плата с проводниковой дорожкой и АН изготавливается по технологии гибридных интегральных микросхем. Плата представляет собой ситалловую подложку с размерами 48×60 мм, на которой выполнена змеевидная проводящая дорожка шириной 0,5 мм с зазором между проводниками 0,5 мм. Дорожка выполнена из металлов V-Cu-Ni, се длина составляет 2,4 м, сопротивление — 144 Ом. Аналог негатрона между клеммами, а — б имеет эквивалентное отрицательное сопротивление R_ab= - К. Величина сопротивления К выбрана равной 270 Ом, т.к. она должна превышать сопротивление проводящих дорожек и кабеля. Точная компенсация сопротивлений регулируется добавочным резистором R_v Аналог негатрона выполнен на транзисторах КТ3132 (п-р-п) и КТ3123 (р-п-р) с граничными частотами 3−5 ГГц. Применение СВЧ-транзисторов обусловлено необходимостью иметь на частотах первого канала телевидения (48,5−56−25 МГц) активное отрицательное сопротивление (с малой индуктивной добавкой). Не должны иметь реактивную составляющую и резисторы Rl, R2, Rh. Именно этим и обусловлена необходимость их изготовления по толстопленочной или тонкопленочной технологии. Все устройство может быть встроено в корпус телевизора. Антенна принимает сигнал от первого до двенадцатого канала.