Чувствительный индикатор электромагнитного поля

(полная авторская версия статьи)

Журнал «РАДИО» 2003 г, № 3, стр. 66.

Сергей Комаров, UA3ALW

Задача детектирования малых сигналов может быть успешно решена использованием в схеме детектора обращенных диодов. ВАХ обращенного диода (ОД) приведена на рисунке 1 и как видно, ее обратная ветвь начинается из нуля. Такая форма обратной ветви определяется тем, что ОД при нулевом смещении p-n перехода находится в состоянии электрического пробоя. Или иными словами обратное напряжение пробоя такого диода рано нулю. Такое свойство p-n перехода достигается высокой концентрацией легирующих примесей в исходном полупроводниковом материале.

Прямая же ветвь ВАХ соответствует характеристике обычного диода и для различных полупроводников начинается с 0,3 В для германия, с 0,6 В для арсенида галлия. Таким образом, «перевернув» диод «ввверх ногами» (Рис. 2) мы получаем идеальный детектор с ВАХ, начинающейся из нуля и с «обратным напряжением» — доли вольта. Для детектирования слабых электромагнитных полей — это лучшее, что существует в современной элементной базе.

Впрочем, приглядевшись к ВАХ обращенного диода, в ней можно заметить и ярко выраженную нелинейность третьего порядка, что позволяет с успехом его применять в смесителях высокочувствительных радиоприемников и конвертеров. Я не уверен в чистоте эксперимента, но в годы моей активной работы на диапазоне 430 МГц (конец 70-х, коллективная УКВ радиостанция МГУ — UK3ACF), простая замена диода в смесителе конвертера на обращенный, повышала громкость принимаемых радиостанций на 2-3 балла. При этом эфир становился «чище» и полностью исчезали перегрузки от мощных станций.


Итак, индикатор электромагнитного поля с детектором на обращенных диодах. Схема обычного детекторного приемника без колебательного контура (Рис. 3). Чувствительность прибора определяется исключительно имеющимся стрелочным микроамперметром. При использовании прибора с полным отклонением стрелки при токе в 50 микроампер, индикатор обнаруживает передатчики сотовых сетей с расстояния в насколько сотен метров.

Радиовещательные передатчики УКВ и FM диапазонов обеспечивают отклонение стрелки индикатора на 30-70% шкалы при дальности 1,5-2 км. Практически, ходя с этим прибором по Москве, редко удается найти место, где бы стрелка показывала ноль. Особенно интересные эффекты можно наблюдать в квартирах на высоких этажах. Иногда в совершенно непонятном месте комнаты прибор показывает почти полное отклонение стрелки. Подробное же исследование и осмотр близлежащих зданий, видимых из окна, обнаруживает нахождение в прямой видимости передающих антенных систем.

Небольшая доработка прибора с введением колебательного контура еще более увеличит чувствительность прибора и позволит наблюдать пронстранственные картины полей определенных радиопередатчиков или вещательных радиостанций. При этом, желательно, для достоверной идентификации того или иного радиопередатчика дополнить схему прибора высокоомными наушниками (R ≥ 2 КОм), включенными по переменному току параллельно стрелочному прибору (Рис. 4).

К положительным качествам прибора можно также отнести и то, что при помещении его в поля с высокой напряженностью, детектируемое напряжение никогда не превышает долей вольта в силу специфики ВАХ обращенного диода. Это качество предохраняет микроамперметр от выхода из строя.

Данный прибор может быть весьма полезен в радиокружках и в учебных заведениях для наглядной иллюстрации пространственной интерференционной картины интергального электромагнитного поля, окружающего нас повседневно.


Детали:

В индикаторе могут быть использованы обращенные диоды серий ГИ401 или АИ402.

Конденсаторы C1 (Рис. 3), С2, С3 (Рис. 4) — К10-17-1в или любые другие керамические безвыводные для поверхностного монтажа, С4 (Рис. 4) — КМ-6 или К10-28, К10-47. Переменный конденсатор С1 (Рис. 4) — с воздушным диэлектриком.

Катушка L1 должна быть намотана толстым (∅ ≥ 1 мм), желательно посеребреным проводом на керамическом ребристом каркасе, для работы индикатора в диапазоне метровых волн. В дециметровом диапазоне L1 может быть выполнена в виде бескаркасной намотки посеребренным проводом ∅ ≥ 2 мм, На более высоких частотах возможно использование полосковых резонаторов.

В качестве стрелочного индикатора в приборе применен микроамперметр М4204 с током полного отклонения стрелки — 50 мкА и сопротивлением рамки — 1600 Ом. Эти параметры не критичны и возможно использование любого микроамперметра с током полного отклонения стрелки менее 100 микроампер.


Конструкция:

Антенна прибора (Рис. 5) представляет собой широкополосный вибратор, имеет линейную поляризацию и выполнена из одностороннего фольгированного стеклотекстолита. На ней же расположены все элементы схемы (Рис. 6) и крепится микроамперметр с помощью своих винтовых выводов. С помощью такой антенны можно легко определять поляризацию наблюдаемого электромагнитного поля и даже, при некотором навыке, изменение поляризации при отражении электромагнитных волн от стен железобетонных зданий и крупных металлических предметов.

Применение:

При использовании антенны с более выраженной направленностью (многоэлементные рамки, волновые каналы, логопериодические антенны), прибор можно использовать для «комнатной» игры «Охота на лис» в радиокружках. Впрочем, в этом качестве, он может быть полезен спецслужбам и службам поиска источников радиопомех. К примеру, если подключить прибор по схеме 3 к антенне типа волновой канал, то мы получаем широкополосный поисковый индикатор на тот диапазон, на который выбрана антенна. И он определяет даже самые маломощные «жучки» с расстояния в несколько метров!

Для работы в диапазоне коротких волн (f ≤ 30 МГц) конструкция данного индикатора не рассчитана. Это связано с низкой эффективностью укороченного вибратора, используемого в данной разработке в качестве основного элемента конструкции.


Опубликованный в этой статье прибор (рис 3, 5, 6) исправно работает у меня с 1985 года, ни разу не отказывал и не подвергался ремонту. В свое время, работая в «оборонке» и будучи разработчиком радиопередатчиков, этот прибор всегда стоял на моем рабочем стенде, обеспечивая контроль за качеством экранировки и отсутствием излучений не только на моем рабочем месте, но и в ближайшем окружении. И надо сказать, что справлялся он с этим лучше, чем официальные службы радиоконтроля. Спасибо ему огромное!