简易场强仪

田展豪

市场上的场强仪价格从几十、几百元到几千元不等，大多都是数字显示的，使用较方便，但其专业性较强，一般是为无线电移动从业者设计的，实验室并不配备这种仪器。

如何利用现有的实验器材设计、制作一个能把电磁场清晰地呈现在同学们面前的仪器？

一、探究实验

我买来高频二极管和发光二极管，并焊接好电路。我拿出手机拨通电话，把仪器置于手机上，二极管并未发光。我加了一个电容，二极管还是不亮。

我用万用表测量有关数值，当把初步制作的仪器置于信号发射器上方时，发光二极管两端的电压为0.018V，电阻为1600Ω，通过二极管的电流约为11μA。发光二极管的发光电流为1mA至20mA，太小了不亮，太大了会烧坏二极管。

如果把发光二极管换成电流表，电流表接收到电磁波信号时，是否有电流通过？电流表指针是否偏转？

我找来一块电流表和一台电磁波发射器，将电流表打开，在里面焊接两个二极管。打开电磁波发射器后，把改装后的电流表靠近电磁波发射器时，指针并没有动。这是为什么？

查阅相关资料后，我发现是电流表内需接入检波电路。电容和二极管就可以组成简单的检波电路，但是，电容与二极管该如何匹配使用呢？

我买来各种型号的二极管和电容。在老师的指导下，通过匹配实验得出如下结论。

1.二极管要选用2AK参数的，使用其他型号的二极管时，电磁信号频率不够，电路会被截止，电流表中不会有电流通过。我选用的二极管是2AK20，它的特点是门限低、导通电压低、导通频率高。

2.如果不用电容就不能组成完整的检波器，电表内的分布电容储存的能量低，不足以使电压表指针偏转。若电容过大，电容两端的电势差得不到足够的提升，电表指针也不会偏转。

3.接入电流表内的二极管和电容必须匹配。最后我选用了0.01uF的涤纶（瓷片）电容和0.3V锗材料开关二极管2AK20。改用微安表，仅将微安表表头接入电路，可在检波电流一定的情况下使微安表表头指针偏转更大的角度，以显示电磁场强度。

二、工作原理

简易场强仪利用了检波原理。电磁波在空中导体（天线）中感应到电动势，通过开关二极管及电容储能，在空中导体中形成定向电流，通过微安表显示出来。对于高频信号来说，天线上感应出电信号。当A点处于高电位时，电流通过D2给电容器充电，电表指针即发生偏转。当B点处于高电位时，电流经过D1、D2给电容器充电，电容器中储存了电能，能使电表指针偏转。原理电路图如图1所示。

三、方案优化

在電流表的正极和负极分别接一根导线作为天线，由于导线容易变形，接收的信号不稳定，电流表示数不稳定。

我买来拉杆天线，在电流表的右侧钻一个洞，用小导线把串联起来的二极管正极与天线连在一起，示数稳定许多。此外，我分别在正极和负极接一根天线，制成了最终版的简易场强仪。

四、创新点

1.根据检波原理制作的简易场强仪能检测电磁场的强度、感知电磁波的发射与接收、确定电磁波的存在，有助于理解电磁波是一种能量，它可使微安表发生偏转，从而确认电磁波是物质的一种形式。

2.在接收信号不变的情况下，改变天线方向可以看到简易场强仪的示数变化，从而观察到与电磁波伴随的电场方向、磁场方向、传播方向三者互相垂直，因此知道电磁波是横波。（指导老师：杨艳）