簡易場強(qiáng)儀

田展豪

市場上的場強(qiáng)儀價(jià)格從幾十、幾百元到幾千元不等，大多都是數(shù)字顯示的，使用較方便，但其專業(yè)性較強(qiáng)，一般是為無線電移動(dòng)從業(yè)者設(shè)計(jì)的，實(shí)驗(yàn)室并不配備這種儀器。

如何利用現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)器材設(shè)計(jì)、制作一個(gè)能把電磁場清晰地呈現(xiàn)在同學(xué)們面前的儀器？

一、探究實(shí)驗(yàn)

我買來高頻二極管和發(fā)光二極管，并焊接好電路。我拿出手機(jī)撥通電話，把儀器置于手機(jī)上，二極管并未發(fā)光。我加了一個(gè)電容，二極管還是不亮。

我用萬用表測量有關(guān)數(shù)值，當(dāng)把初步制作的儀器置于信號發(fā)射器上方時(shí)，發(fā)光二極管兩端的電壓為0.018V，電阻為1600Ω，通過二極管的電流約為11μA。發(fā)光二極管的發(fā)光電流為1mA至20mA，太小了不亮，太大了會燒壞二極管。

如果把發(fā)光二極管換成電流表，電流表接收到電磁波信號時(shí)，是否有電流通過？電流表指針是否偏轉(zhuǎn)？

我找來一塊電流表和一臺電磁波發(fā)射器，將電流表打開，在里面焊接兩個(gè)二極管。打開電磁波發(fā)射器后，把改裝后的電流表靠近電磁波發(fā)射器時(shí)，指針并沒有動(dòng)。這是為什么？

查閱相關(guān)資料后，我發(fā)現(xiàn)是電流表內(nèi)需接入檢波電路。電容和二極管就可以組成簡單的檢波電路，但是，電容與二極管該如何匹配使用呢？

我買來各種型號的二極管和電容。在老師的指導(dǎo)下，通過匹配實(shí)驗(yàn)得出如下結(jié)論。

1.二極管要選用2AK參數(shù)的，使用其他型號的二極管時(shí)，電磁信號頻率不夠，電路會被截止，電流表中不會有電流通過。我選用的二極管是2AK20，它的特點(diǎn)是門限低、導(dǎo)通電壓低、導(dǎo)通頻率高。

2.如果不用電容就不能組成完整的檢波器，電表內(nèi)的分布電容儲存的能量低，不足以使電壓表指針偏轉(zhuǎn)。若電容過大，電容兩端的電勢差得不到足夠的提升，電表指針也不會偏轉(zhuǎn)。

3.接入電流表內(nèi)的二極管和電容必須匹配。最后我選用了0.01uF的滌綸（瓷片）電容和0.3V鍺材料開關(guān)二極管2AK20。改用微安表，僅將微安表表頭接入電路，可在檢波電流一定的情況下使微安表表頭指針偏轉(zhuǎn)更大的角度，以顯示電磁場強(qiáng)度。

二、工作原理

簡易場強(qiáng)儀利用了檢波原理。電磁波在空中導(dǎo)體（天線）中感應(yīng)到電動(dòng)勢，通過開關(guān)二極管及電容儲能，在空中導(dǎo)體中形成定向電流，通過微安表顯示出來。對于高頻信號來說，天線上感應(yīng)出電信號。當(dāng)A點(diǎn)處于高電位時(shí)，電流通過D2給電容器充電，電表指針即發(fā)生偏轉(zhuǎn)。當(dāng)B點(diǎn)處于高電位時(shí)，電流經(jīng)過D1、D2給電容器充電，電容器中儲存了電能，能使電表指針偏轉(zhuǎn)。原理電路圖如圖1所示。

三、方案優(yōu)化

在電流表的正極和負(fù)極分別接一根導(dǎo)線作為天線，由于導(dǎo)線容易變形，接收的信號不穩(wěn)定，電流表示數(shù)不穩(wěn)定。

我買來拉桿天線，在電流表的右側(cè)鉆一個(gè)洞，用小導(dǎo)線把串聯(lián)起來的二極管正極與天線連在一起，示數(shù)穩(wěn)定許多。此外，我分別在正極和負(fù)極接一根天線，制成了最終版的簡易場強(qiáng)儀。

四、創(chuàng)新點(diǎn)

1.根據(jù)檢波原理制作的簡易場強(qiáng)儀能檢測電磁場的強(qiáng)度、感知電磁波的發(fā)射與接收、確定電磁波的存在，有助于理解電磁波是一種能量，它可使微安表發(fā)生偏轉(zhuǎn)，從而確認(rèn)電磁波是物質(zhì)的一種形式。

2.在接收信號不變的情況下，改變天線方向可以看到簡易場強(qiáng)儀的示數(shù)變化，從而觀察到與電磁波伴隨的電場方向、磁場方向、傳播方向三者互相垂直，因此知道電磁波是橫波。（指導(dǎo)老師：楊艷）