В.Т.Поляков RA3AAE

Индикатор напряженности электромагнитного поля – прибор весьма полезный в
радиолюбительской практике. Он нужен при настройке антенн и
радиопередатчиков, для оценки «электромагнитной обстановки» в данном
конкретном месте, для предупреждения о чрезмерных или даже опасных уровнях
излучения от различных электрических устройств, в том числе и бытовых
(например, кухонной СВЧ печки).

Первоначально идея этого прибора возникла при настройке антенны
любительского радиопередатчика в полевых условиях. Такая ситуация часто
возникает не только у любителей-коротковолновиков, имеющих позывной и
радиолюбительскую лицензию для выхода в эфир. Сейчас продается много
безлицензионных портативных УКВ радиостанций диапазона 433 МГц,
радиоуправляемых моделей и игрушек диапазона 27 МГц. Проверить работу их
передатчика и антенны, и при необходимости поднастроить их можно только с
помощью индикаторов электромагнитного поля. О них автор уже рассказывал в
журнале «Юный техник», см. статью «Измерим мощность волн», ЮТ 2008, № 4, с.
74-75, а также сравнительно недавнюю статью «Как зажечь светодиод без
батареек?» ЮТ 2016, № 7, с.74-77, где подробно рассказано об индикаторах поля
УКВ диапазона.
Традиционно индикатор поля (далее ИП) делают со стрелочным прибором. ИП
очень прост: антенна (телескопическая, или в виде отрезка провода), один-два
диода в детекторе и измерительный прибор, показывающий продетектированный
ток или напряжение. Стрелочный прибор удобнее, поскольку по отклонению
стрелки сразу видно, в какую сторону изменяется поле – уменьшается или
увеличивается. Можно использовать и цифровые приборы, например, тестер с
цифровой индикацией, установленный на самый малый предел измерения,
например, 200 мВ. Чувствительность ИП получается выше, но есть и недостатки.
В голове экспериментатора все время должна решаться задача: выше или ниже
текущие показания по сравнению с предыдущим отсчетом. Это утомляет, к тому
же высокая точность цифровой шкалы в ИП совершенно не нужна. Цифровой
прибор требует батарейки для питания, и это лишает ИП основной прелести –
отсутствия источников питания.
Главная же беда традиционных ИП в том, что на них надо смотреть! А глаза и
руки экспериментатора заняты своим прямым делом – настройкой передатчика и
антенны. Особенно плохо, если для повышения точности вы отнесли ИП
подальше от антенны. У радистов есть понятия ближнего и дальнего поля
антенны (названия говорят сами за себя), и измерять-то надо как раз дальнее
поле, или поле излучения. От ИП к антенне не набегаешься!
Вот тут и явилась идея сделать в ИП звуковую индикацию. Тогда руки и глаза
остаются свободными, и работа значительно ускоряется. Можно поставить в ИП

генератор звуковой частоты, зависящей от продетектированного напряжения, и
небольшой громкоговоритель. Но генератору требуется питание, а это опять
батарея.
А нельзя ли использовать для питания генератора само продетектированное ВЧ
напряжение? Почему бы и нет, но мощность принятого ИП и продетектированного
сигнала обычно мала и звук получится тихим. Следующая идея состояла в том,
чтобы сделать звуковой генератор импульсным. Пусть он выдает редкие щелчки,
а в промежутках между щелчками накапливает энергию принятого сигнала. Тогда
щелчки могут быть достаточно громкими, а чувствительность ИП намного
повысится.
Работа такого ИП напоминает действие счетчика радиоактивности. Но там
возникновение щелчков определяется пролетом гамма-квантов радиоактивного
излучения через трубку газового разрядника, оно случайно и неравномерно. В
нашем же случае частота щелчков определяется временем накопления энергии в
конденсаторе, стоящем на выходе детектора, и она будет прямо пропорциональна
скорости поступления энергии в антенну ИП, а, следовательно, мощности
принятого сигнала антенной ИП.
Подобную проблему автор уже решал, разрабатывая Сверхэкономичный
индикатор (ЮТ 2008, № 3, с. 74-77). Там светодиод, индицирующий включение
какого-либо электрического прибора, работал не в непрерывном, как обычно, а в
импульсном режиме, вспыхивая редко и на очень короткое время. Такой световой
сигнал гораздо заметнее, а потребление энергии индикатором снижается в
десятки, а то и сотни раз. Эту технологию вполне можно использовать и в ИП со
звуковой индикацией.
Еще одна проблема состоит в увеличении громкости щелчков, воспроизводимых
нашим ИП. Поскольку качественного звука нам не требуется, удобно использовать
пьезоэлектрический звукоизлучатель (ЗП). Он дешев, и широко используется в
телефонных аппаратах и детских игрушках, откуда его можно извлечь. Но чтобы
увеличить громкость, на ЗП надо подать повышенное напряжение импульсов, а на
выходе детектора ИП оно обычно составляет доли вольта.
И эта проблема решалась автором, но для совершенно другой цели, а именно,
для зарядки аккумуляторов от солнечной панели при пасмурной погоде и в других
случаях малой освещенности. Решение дано в статье: Солнечная энергетика –
своими руками. ЮТ 2011, № 4, с. 73-77 Схема предложенного устройства проста и
целесообразно привести ее еще раз, ведь с момента ее публикации прошло уже
более 8-ми лет. Суть решения в следующем: при малой освещенности, когда
напряжение, вырабатываемое солнечными элементами, меньше напряжения на
аккумуляторе, ток в аккумулятор вообще не идет. В этом случае работает блокинггенератор, собранный на транзисторе VT1 и трансформаторе Тр1. Он служит
обратноходовым инвертором или повышающим импульсным преобразователем,
повышающим напряжение панели до напряжения аккумулятора (рис. 1).

Устройство работает следующим образом: если солнечная панель ярко освещена
и ее напряжение выше напряжения аккумулятора, ток идет через правую по схеме
часть обмотки трансформатора Тр1 и защитный диод VD1 в аккумулятор, и
зарядка происходит самым обычным способом. Генератор, зашунтированный
малым внутренним сопротивлением открытого диода и аккумулятора, не
работает, хотя через транзистор и идет небольшой ток, определяемый
резистором смещения R1.
Если же в сумерках напряжение панели падает ниже аккумуляторного, диод VD1
закрывается, и начинает работать блокинг-генератор. Из-за положительной
обратной связи через обмотки трансформатора Тр1 малейшее понижение
коллекторного напряжения транзистора VТ1 приводит к повышению напряжения
на базе и дальнейшему открыванию транзистора. Этот лавинообразный процесс
полностью открывает транзистор, ток через него нарастает и в магнитопроводе
Тр1 накапливается энергия – генерируется импульс. По достижении насыщения
ток перестает нарастать, напряжение на базе падает и развивается обратный
лавинообразный процесс, полностью закрывающий транзистор. Но ток через
обмотку Тр1 продолжает идти, поддерживаемый спадающим магнитным полем
сердечника. На коллекторе VТ1 возникает положительный импульс обратного
хода. Он мог бы достичь очень большой амплитуды (десятки и даже сотни вольт)
если бы не открывшийся диод VD1, через который накопленная во время
импульса энергия сбрасывается в аккумулятор. Конечно, средний ток зарядки в
этом режиме меньше, чем при ярком солнечном свете, но это гораздо лучше, чем
ничего!
Блокинг-генератор идеально подходит для создания громких щелчков в ЗП, и
схему рис.1 можно использовать в ИП, если исключить диод VD1, а ЗП
подключить к крайним выводам обмоток Тр1. Источником вместо солнечной
панели послужит детектор ИП. Необходимо только существенно увеличить
емкость С2 и, возможно, число витков Тр1, чтобы перевести генерацию из
ультразвукового (который слышат только мыши) в диапазон звуковых частот.

Целую неделю автор думал, как бы еще больше упростить ИП с блокинггенератором и ЗП, наконец, осенило: надо использовать барьерный режим
работы транзистора, который был открыт давным-давно для радиолюбителей
журналом ЮТ (см. ряд статей под рубрикой «Схемы не по правилам»), ведь
напряжения-то у нас маленькие, а внутреннее сопротивление детектора ИП, как
источника питания – большое. То, что получилось, показано на рис. 2 – проще уже
некуда! В схеме даже нет резисторов – а зачем нам лишние поглотители и так
слабенькой энергии?

Работает устройство так: принятый антенной WA1 сигнал детектируется диодами
VD1, VD2 и заряжает накопительный конденсатор С1. Если сигнал слабый,
зарядка довольно долгая – доли и даже единицы секунд. По достижении
напряжения около 0,5 в (пороговое напряжение открывания транзистора)
происходят лавинообразные процессы генерирования импульса, как описано
выше. Остаточное напряжение насыщения коллектор-эмиттер во время импульса,
когда транзистор открыт, у большинства транзисторов не превосходит 50 мВ, и
конденсатор С1 разряжается почти полностью. Транзистор закрывается, импульс
обратного хода вызывает громкий щелчок в ЗП, и затем процессы повторяются.
Эксперимент полностью подтвердил изложенные задумки. На балконе автора
значительную напряженность поля создают УКВ FM радиостанции, вещающие из
радиоцентра в Балашихе, на удалении более 4-х километров. ИП начинал редко
щелкать уже у балконной двери. На балконе щелчки становились частыми, а в
точке с максимальной напряженностью поля превращались в непрерывный тон.
Это, опытным путем обнаруженное свойство, представляется весьма полезным,

https://www.youtube.com/watch?v=jsUB2vN9sY0&feature=youtu.be