CC BY
29
О реальной возможности использования линейных магнитных антенн (ЯМА) для электромагнитной двусторонней трансляцией дискретной информации в морской среде между мобильными
объектами в диапазоне КНЧ.
Радиоинженер, Кандидат физ.- мат. наук, Арий Борисович Ляско.
1. Специфика использование электромагнитных волн в Сверх Длинных Волн (СДВ) диапазоне частот: а) Крайне Низкие Частоты (КНЧ) от 30 Гц до 3000 Гц,
б) Очень Низкие Частоты (ОНЧ) от 3000 Гц до 30 кГц, в) Низкие частоты 30 КГц - 300 КГц. В настоящее время существующие методы возбуждения и регистрации электромагнитного поля (волн) в диапазоне КНЧ и ОНЧ обстоятельно изложены в работе [1].
Источниками Электромагнитного Поля (ЭП) в диапазонах ОНЧ и КНЧ, следуя [1], для создания (ЭП) являются:
а) Станции - Передатчики (передающее устройство, содержащее Антенную Систему АС, Усилитель мощности (УМ) несущей частоты f и Модулятор частоты F), возбуждающие в заданном направлении электромагнитное поле (ЭП) непосредственно на частоте несущей f.
На стр. 12 [1] упоминается об использование аэростата "с электрической вертикальной Антенной высотой примерно 3.8 км, излучаемой на частоте 25,3 кГц", которую предполагалось использовать "для излучения сигналов в КНЧ диапазоне. .Но в результате экспериментов эффективность данных антенн для КНЧ диапазона оказалась 1,6 Вт излучения с каждого мегаватта мощности, переданного в антенну".
На стр. 14 [1] в Таблице 1.1 приведены некоторые данные некоторых стационарных станций, работающие в ОНЧ диапазоне, включая станции Российской Навигационной системы "Альфа".
На стр. 15 [1] упоминаются, что "На текущий момент США имеет две КНЧ антенны: в штате Висконсин и в штате Мичиган. В качестве антенн используется горизонтальный проводник длиной порядка 150 км. Данные антенны работают синхронно для обеспечения глобальной коммуникации. Система излучает 10 Вт на частоте 76 Гц". Известно, что для этого подводят к каждой из этих антенн мощность не менее, чем 1МВт, т.е. на каждый КВт подводимой к антенн её излучение составляет величину порядка 10 мВт.
Так же сообщается [1], что в данном диапазоне частот работает российский КНЧ передатчик "Зевс" на Кольском полуострове. "Данная система состоит из двух параллельных антенн длиной 60 км, подсоединённых к генератору, который обеспечивает ток от 200 до 300 А в частотном диапазоне от 20 до 250 Гц" и "чёткий сигнал от данной системы на частоте 82 Гц был зафиксирован даже в магнито-сопряженной точке", и что "Российская система на 10 дБ мощнее, чем система США."
Важно в данном случае, принять во внимание, что данные антенные системы, судя по указанным значениям подводимой к антеннам и излученной ими мощности, что эффективность их не превышает 0.01%.
б) Передатчики "Нагревных стендов"(стр. 5 [1] ) - это Станции - Передатчики ", "излучающие в направлении Ионосферы Модулируемый частотой F радиоимпульс частоты несущей f длительностью Т. В ионосфере в силу её нелинейных свойств возникает "зона возбуждения" ЭМ потока частоты F и осуществляется его распространение, при этом значение F выбирается в пределах диапазона КНЧ.
В частности в Таблице 1.2 работы [1] на стр. 16 и стр. 17 приводятся информация о 6-ти существующих "Нагревных комплексов" в России и за Рубежом. В заголовке столбца "Рэфф, МВт" (по видимому опечатка, вместо "МВт" нужно было бы писать "КВт"). В дальнейшем будет полезна
информация, изложенная в третьем ряду упомянутой Таблицы 1.2: "Heating" EISCAT, Тромсё" (Норвегия) ; Координаты "70 N; 19 Е"; "19 80"; "1200" (КВт);" 3.8 - 8.3 f МГц".
На стр. 17 [1] сообщается, что "Одни из первых таких передатчиков в период 1977 - 1980 был построен мощный нагревательный стенд под полярным электроджетом рядом с г. Тромсе в северной Норвегии. Сообщалось "Stubbe были проведены измерения в ближней зоне ОНЧ сигналов, излученных ионосферой над стендом. Амплитуда записанных сигналов составила порядка 100 мВ/м на расстоянии 18 км от передатчика" и далее, что "Первый надёжный сигнал в ближней зоне ОНЧ сигналов был записан Barr в Kiruna и Lycksele в Швеции на расстоянии 205 и 554 км от передатчика, соответственно".
1.2. Произведём оценку эффективности излучения КНЧ (F) сигнала передатчиками "Нагревательных стендов", исходя из материала работы [1] на примере станции EISCAT, Тромсё.
На стр.82 [1] расположен Рис. 4.2.1. "Схема постановки эксперимента в октябре 2012 года", где указано место расположения станции EISCAT, Тромсё и пункта ГФО "Михнево" регистрации индукции В [Тл] магнитной составляющей электромагнитного потока частоты F = 2017 Гц, полученной в результате воздействия ЕМ потока излучения Передатчиком EISCAT с несущей частотой f модулированного частотой F = 2017 Гц на ионосферу. На стр. 83 в Таблице 4.2.2 "Координаты источника и измерительных пунктов." в указано расстояние в: 1884 км от пункта размещения антенной системы EISCAT до пункта регистрации ГФО "Михнево" и что за тип "регистрационных датчиков" были использованы.
На стр.69 [1] из Рис.4.1.5."Амплитуды сигналов на частоте 2017, записанные по каналу Нх- синяя кривая и каналу Ну - красная кривая с 16:00 до 19:00 UT 20 февраля 2012 года" можно заключить (автор [1] вообще говоря имел в виду составляющие Вх и By индукции, а не напряжённости Нх и Ну магнитного поля, регистрируемого ЭМ излучения), что By порядка 0.043 рТл, а Вх порядка 0.028 рТл.
Поэтому будем считать, что на расстоянии р - 1884 км в(р) =^Ву2 + Вх2 =0.051 рТл.
Но для открытого пространства Н(р) =В(р)/¿и0 , где ¡и0 —АжШ1 ■ Поэтому Н(р)=40.6 рА/м. А электрическая Е(р) составляющая напряжённости ЭМ поля в точке регистрации Е(р) =H(p)*W0 , где Wq =377 Ом, поэтому Е(р) = 0.17 мкВ/м.
Так как для таких расстояний р=1884 км до места возникновения ЭМ излучения в ионосфере можно считать его точечным изотропным источником излучения, то значение мощности излучения
Ррад можно вычислить по формуле р^ — 4лЕ^)У .
Поэтому Ррад = 18.4 мВт при излучении станцией "EISCAT, Тромсё" мощности равной 1200 КВт (а может быть 1200 МВт, как указано в оригинале) на частоте несущей f (которая может в соответствии Таблицей 1.2 работы [1] находится в пределах 3.8 - 8.3 МГц).
Таким образом, эффективность этого метода ЭМ излучение частотой F составляет 15 мВт на каждый МВт излучаемой мощности на частоте.
Преимущество рассмотренного способа данного источника КНЧ ЭМ излучения в компактности используемых антенных систем в сравнением с антенными системами непосредственного ЭМ излучения КНЧ. При этом ещё не известно, какой вред воздействие на Ионосферу мощнейшего излучения "Нагревательных стендов" оказывает на климатическую обстановку.
2. Естественно, что выше описанные передающие антенные системы представляют из себя сложнейшие инженерные сооружения.
На Изо.1, 2, 3, 4 приведёны 4 слайда из Презентации [5], касающейся факта проведения Американской компанией экспериментальных исследований в морской среде в период 2007 г. - 2009 г. модели малогабаритной антенны Ляско Геннадия Борисовича, проживающего с 2005 г. в США, по
Патенту США № 5495259 [3].
CPA Technology Description i.i.....»jFiii
Provi des electromagnetic antenna lOOOxs smal ler than operating wavelength
- 3 kHz Antenna with - .13 It1 volume demonstrated
Transmits electromagnetic energy immediately in the far field without associated near field loss making propagation through seawater feasible and practical
Fully forms the electromagneticfield within the CPA module
- Activedielectric magneticallyactivecore
Multiple antenna modules provide non-linear gain £ amplification
- 4modulesdemonstrated
* Emp loys p ri nd p le of i nternally st i mu lat i ng an electri с an d mag neti с f i el ds f or synthesis of a "point source" electromagnetic
- Poynting Vector field energy, S= E*H
* Appicable frequencies from 1 Hz to 1GHz
Disruptive: No Comparable Antenna Technology
Изо.1.
CPA Technology Description Щсимд ШЛШПШ
\ ШЛтяфтйтптИ
VD=p,V-B=o VxE=-£B/& - J„ VxH = rD/Zt +Jr V -D = p - f>t free+ />t bound V'B = 0 = + pK
From the identity:
H iVxE)-E-{ VÄH;= V (ExH) Sub s titu ting /лот abo ve:
(- H ■ cB /5* + H JJ - E . ßD /at - E J, = V- (E xH)
j r (HSBidt +CJ, - HJJDif=. J S(E x H)Ds
J^wdidt(H-Bja + di»f^-Dia +C J, - H^,) Dir=- f s(ExH)Ds
Note: J S(E x H) Ds represents ffte energy flow through an enclosed volume per unit time and where E x H is culled the Poynting Vector (energy fk) density йГ a point in space)
Изо .2.
Recent CPA Testing nr^
[ufo^ .rli i nil ¿fj-nii-Jiuma.
* Bread board CPA transmit modules operating at 3 kHz have been demonstrated:
- Electromagnetic (EM) transmission through seawater * About 150 ft. at 10 - 14 feet deep
- EM transmission from seawater to air
* Water depth 10 feet to Air 150 ft
- Multiple module gain: [n2 minimum; theory: 2n possible)
- Orientation independence; leading to design simplicity
IfviHK^janJ]
Изо.З.
Many Fu ture CPA A ppiica tion s ..„....«n ..j'
L'.Tii.Tiw ^JCXSTTIX
I ¿J.L.5II.
Smaller antenna platforms [from kHz to GHz) Anti-Submarine Warfare (ASW) RF imaging:
* Detection and identification of submerged vehicles from helicopter, su bmarine. or UUV
New RF communications scenarios
* U nd e rwate r an d th rough the g roun d com m unicati o ris RF Sonobuoys, underwater radar
Through tiie ground RF imaging
* Detection of underground structures [tunnels)
* Enhanced oil recovery
New mission scenarios with the CPA
Изо .4.
В данных проведенных исследованиях Передающей мобильной антенны, состоящей из четырёх однотипных моделей, представляющих из себя цилиндрическое тело: длиной порядка 60 см, а диаметром - 50 мм, где вместо ферритового магнитопровода, как это имеет место в ЯМА, - автор Патента [3] использовал специальную смесь из ферритового порошка и диэлектрической субстанции в жидком или "желе"состоянии.
Подводимая мощность в процессе данных испытаний в морской среде, по словам автора [3]
составляла 400 Ватт на частоте 3 КГц, и что его "Передающая компактная антенна" якобы излучала порядка 120 Ватт.
В данном четырёх модульном образце его антенны, - при использовании вместо магнитопровода специальной смеси из ферритового порошка и диэлектрической субстанции в жидком или "желе" состоянии ему удалось осуществить искусственно создание "Вектора Умова-Пойнтинга", как это было сделано Англичанами в Антенне типа ЭГД [6].
Но состав этой "смеси" требует технологического детального исследования на влияние различных факторов: а) температурные условия её использования, б) воздействия таких факторов, как время, ускорение, вибрации и пр., с) и наконец, какова стоимость её возможного использования - в тексте Патента [3] "ни слова" о рецептуре данной "смеси".
3. В работах [2, 4, 7, 8] автор делал попытку показать возможность использования Передающих Линейных Магнитных Антенн (ЯМА), как представителя возбудителя ЭМВ типа Магнитного Диполя Герца, - для возбуждения электромагнитного поля в диапазона КНЧ, ОНЧ и НЧ для стационарных и мобильных передатчиков особенно в поглощающих средах
3.1 До настоящего времени проводится автором исследование "ушестерённой" модели передающей ЯМА (состоящей из шести одиночных моделей, условно названных ЯМА №11, №12,№13, №14,№15 и №16).
Фото.1. Вид моделей ЛМА№ 13, 14,15,16 без защитной оболочки.
На Фото. 1 представлен момент, когда проводилось определение минимально возможного расстояния между продольными осями однотипных моделей ЯМА, при котором не изменяется величина индуктивности соленоида обмотки тока "возбуждения" продольного магнитного потока каждой из ЯМА.
На Фото 2 представлен момент определения распределения магнитного потока вдоль длины поверхности каркаса магнитопровода модели ЯМА и на её торце с использованием измерительной аппаратуры: Портативного Анализатор Спектра АКИП 4210/3 и Гаусс Метер GM 08 "HIRST Instrument
Ltd." с n0M0LijbK>"transfer probe ТР002", использующего эффект Холла.
Основные характеристики Гаусс Метер ОМ 08: это измерение индукции и напряжённости постоянного и переменного магнитного поля частоты от 15 Гц до 10 КГц с точностью не хуже 1%. Максимальное значение индукции магнитного поля (ИМП) до 3 Тесла и чувствительностью не хуже 0.005 мТл. Имеет так же шкалу в А/м для отсчёта напряжённости магнитного поля (НМП). АКИП 4210/3 позволяет измерять магнитную составляющую в (В [Тл] или Н [А/ м]) и электрическую составляющую электромагнитного поля Е (в/м) в пределах частот от 10 Гц до 1 МГц. А так же может быть использован как селективный вольтметр, подаваемого на внешней вход, например, от внешней антенны, с погрешностью не хуже 3% начиная с 0.2 мкВ до 0.2 В.
Как показали экспериментальные исследования автора при использовании К- элементов однотипных одиночных ЯМА мощность излучения возрастает в К2 раз при той же значении тока "возбуждения, протекающего в соленоиде каждой из ЯМА.
3.2. Модели ЯМА №13, №14, №15 и №16 имеют длину 1500 мм, а обмотка соленоида возбуждения - 750 мм. В качестве цилиндрической формы магнитопровода используются выпускаемые промышленностью ферритовые чашечки типа Р или РМ с внешним диаметром с1м = 50 мм. Тело магнитопровода каждой из моделей вставлен в цилиндрический диэлектрический каркас (трубу), одетый плотно по всей длине магнитопровода с внешним диаметром с1к =67 мм. В его центральной части расположена обмотка соленоида тока 1а "возбуждения" продольного магнитного поля на выбранной частоте несущей 1. Обмотка из N витков в соответствии с [ 4] выполнена плоским двужильным кабелем с сечением их медных проводов А\л/ = 2.5 кв.мм. Так как напряжённость продольного магнитного поля На, создаваемого током 1а, является векторной величиной, то в зависимости от конструктивных особенностей предполагаемой комбинации использования одиночной ЯМА может быть использовано правое или левое направление намотки соленоида "возбуждения" продольного магнитного потока.
Обычно даже при использовании одних и тех же материалов магнитопровода, каркаса и
параметров соленоида обмотки тока "возбуждения" однотипных ЯМА электрические параметры соленоида обычно различаются, как это показано в Таблице №1.
Таблица №1. Измерения на частоте 1 КГц при одном и том же значении N.
ЛМА №13 Lo =59.6 мкГн Ros=0.26 Ом La=2.48MTH Ras=0.34 Ом Qa=52.5
ЛМА № 14 Lo =56.6 мкГн Ros=0.25 Ом La=2.82 мГн Ras=0.33 Ом Qa=54.2
ЛМА № 15 Lo =58.4 мкГн Rs=0.27 Ом La=2.64 мГн Ras=0.32 Ом Qa=55.2
ЛМА № 16 Lo =58.8 мкГн Ros=0.26 Ом La=2.68 мГн Ras=0.33 Ом Qa=54.5
Где Lo - индуктивность обмотки соленоида "возбуждения" в отсутствии внутри каркаса магнитопровода, Ros -сопротивление в ней потерь, La, Ras, Qa - соответственно, индуктивность, сопротивление потерь и добротность обмотки соленоида "возбуждения" в случае нахождения тела магнитопровода внутри каркаса ЯМА.
В зависимости о назначения и постановки эксперимента такая "ушестерённая" модель Передающей ЯМА, состоящая из однотипных моделей ЯМА №11, 12, 13, 14, 15, 16 может конструктивно выглядеть, как это представлен на Фото.З, 4, 5, 6, 7, 8, 9.
Фото 3. Вид герметичной конструкции "ушестерённой" модели передающей антенны на диапазон
ОНЧ
Фото. 4
Фото. 5
Фото. 6
Фото. 7
Фото.8. Вид прицепа, в котором размещена данная 6-и модульная мобильная модель ПЛМА.
Фото. 9. Размещение мобильной модели ПЛМА в прицепе.
Данная "ушестерённая" модель антенны, состоящая из идентичных моделей ЯМА № 11,.....,№16,
предназначена для мобильной радиостанции в диапазоне ОНЧ (3 КГц - 30 КГц.). Максимально
допустимая подводимая мощность к ней может доходить до 1.2 КВт. Не вдаваясь на возможные экспериментального исследования такого рода моделей ЯМА в ОНЧ и КНЧ диапазоне, но можно специально отметить один из возможных вариантов использования ЯМА, приняв во внимание успехи по применению, например, на частоте 3 КГц модели мобильной антенны в США, подобной модели ЯМА в морской среде, изложенном в тексте Изо. 1, 2, 3, 4.
Необходимо отметить, что положив в основу измеренные параметры электромагнитного поля (ЭМП) Е, Н на заданном одном и том же расстоянии, для сравнения "одиночной " модели ЯМА и "ушестерённый", составленной из ЯМА № 11, 12, 13, 14, 15, №16, увеличивавшей мощность излучения позволяет сделать заключение, что при одинаковой мощности подведённой к "одиночной" ЯМА, «ушестерённая» модель позволит увеличить эффективности излучения.
Для повышение эффективности излучения должна использоваться система К "одиночных" ЯМА в единой системе таких ЯМА при параллельности их продольных осей.
3.3. С 2013 года проводятся исследования "ушестерённой" модели Передающей ЯМА в СДВ диапазоне частот в зависимости от комбинации последовательного или параллельного электрического подсоединения к источнику моно гармонического напряжения в режиме CW на несущей частоте f.
3.3.1. На частоте f =10.6 кГц осуществлялось исследование модели ЯМА, представленной на Фото. 4 и 5. На Фото.10, 11,12 представлено используемое оборудование при данном исследовании в любительской лаборатории автора, как радиолюбителя.
На Фото. 10 слева - лабораторная модель собственноручно сделанного сдвоенного стабилизированного источника постоянного напряжения на + 36 и - 36 Вольт, с током нагрузки до 16 Ампер, в центре - лабораторная модель Усилителя мощности (порядка 400 Ватт отдаваемой мощности в режиме CW), состоящая из четырёх усилительных моделей, каждый из которых содержит по два стандартных Интегральных Операционных Усилителя мощности (ИОУМ), выходы которых соединены по "мостовой схеме". Слева от него - лабораторная модель Блока согласующих трансформаторов (БСТ) выходного сопротивления УМ с активным сопротивлением резонансной цепи тока соленоидов «возбуждения» продольного магнитного поля 6-модульной модели передающей ЯМА в пределах частот от 300 Гц до 16 КГц.
Фото.10
Фото. 11
На Фото. 11 в верхней правой части - лабораторная модель регулируемого источника постоянного тока "намагничивания" в поперечном направлении магнитопровода "ушестерённой" модели Передающей ЯМА.
Ниже - стандартный двулучевой осциллограф. В нижней левой части фото - лабораторная собственноручно спроектированная и изготовленная модель цифрового синтезатора частоты несущей и QPSK модулятора. Справа - Hp 3581A "Wave Analyzer", используемый как источник, или как свип - генератор частоты несущей, или как селективный вольтметр при испытаниях.
Фото.12
На Фото. 12, в верхней части - вид (сбоку) собственноручно изготовленной плоской Рамочной приёмной Антенны ЛА №1 (размером 50 см на 50 см, состоящей из 100 витков обмотки) для регистрации сигнала на расстоянии 15 м от 6-модульной Передающей модели ЯМА, ориентированной в её направлении.
Справа от ЛА №1 на штативе - Портативный цифровой Анализатор Спектра АКИП 4210/3, позволяющий измерять составляющую напряжённость магнитного или электрического поля, в диапазоне от 10 Гц до 1 МГц.
Ниже, на красной "кассе" за штативом, виден Виртуальный Цифровой Двухканальный Осциллограф - Анализатор спектра Pico ADC - 216, позволяющий с помощью компьютера получить, и распечатать принятый Антенной ЛА№1 сигнал от ЯМА.
Фото. 13. Изображение показания 137.1 В/м значения напряжённости электрического поля
селективным измерителем АКИП 4210/3.
На Фото. 13 АКИП 4210/3 расположенный непосредственно в центре центрального элемента верхнего ряда 6-модульной модели передающей ЯМА (см. Фото 4, 5) в момент трансляции ею электромагнитных волн на частоте несущей 10.6 кГц.
Вне лаборатории на расстоянии D порядка 15 метров на Фото. 4 и 5 на теле передающей 6-модульной модели ЯМА расположены два цилиндрической формы блока резонансных конденсаторов последовательного резонансного контура антенной цепи тока "возбуждения" продольного магнитного поля. Данная 6-модульная модель ЯМА соединена двумя двухпроводными 25 м кабелями (сечением проводов 2.5 кв. мм) с блоком согласующих трансформаторов УМ, и Источником регулируемого тока "поперечного намагничивания" магнитопровода элементов 6-модульной модели ЯМА, находящихся в помещении лаборатории.
Ток lo "поперечного намагничивания", позволяет приблизительно в пределах "полосы пропускания" изменять, при необходимости, собственную резонансную частоту цепи тока обмоток "возбуждения" продольного магнитного потока элементов этой 6-модульной модели ЯМА. Возможные его значения - от 0 до 10 Ампер.
В момент резонанса на частоте несущей, в антенном контуре последовательного резонанса величина амплитуды тока lam обмоток соленоидов "возбуждения" продольного магнитного поля моделей ЯМА может достигать 12 Ампер, при излучении электромагнитных волн на частоте несущей в свободное пространство.
Напряжение на обмотках соленоидов элементов модели, достигает амплитудного значения порядка 6000 Вольт, при амплитудном значении выходного напряжения блока согласующих трансформаторов порядка 50 - 60 Вольт. Это значит, что на каждом из блоков резонансных конденсаторов, при амплитудном значении тока 12 Ампер возникает амплитудное значение напряжения порядка 3000 Вольт на частоте несущей. На Изо. 5 представлены спектральная плотность сигнала, зарегистрированная приёмной рамочной антенной ЛА №1 (см. Фото. 12), с помощью Pico ADC - 216 по Каналу А.
По каналу В представлен характер спектральной плотности напряжения, снятого со
специального калибровочного сопротивления 0.05 Ом (1%, 30 Ватт, рабочий диапазон частот до 5 МГц), включённого на выходе блока согласующих трансформаторов последовательно в резонансную цепь тока 1а "возбуждения" продольного магнитного поля ЯМА.
Spectrum
o=10jSBHZ.A Э1.1ЙВ, В S.72U6
-10-
-20-
-зо-
-J0-
■at-
-ва-
-70-
-оо
П
-эо-
100-
WY\
г,/—"
А
ID.2
1ПМ
10.0
10.0
Chan A LA#1 (N-100rAftff-n 2Fsii №1), 10fctay?[J1$ IMS
a SpKIlITVOC inOn^ii Pn-kdiiMftn U< M4J vn [iuutaii oil. IHJ i
11 jo
Изо.5.
Данная спектральная картина получена при следующих условиях;
а) эффективное значение напряжения на входе УМ от Hp 3581А "Wave Analyzer" UBX= 1.2 В;
б) потребляемый УМ постоянный ток l0 = 6 А;
в) постоянный ток "подмагничивания" lor = О А;
г) резонансная частота несущей f0 = 10560 Гц;
д) амплитудное значение напряжения иТрВЫХ = 54 В на выходе Блока согласующих трансформаторов в направлении фидера тока "возбуждения" la продольного магнитного поля в магнитопроводе 6-модульной ЯМА;
е) полоса пропускания BW = 134 Гц на уровне - 3 dB;
ж) эффективное значение напряжения 11рк = 430 мВ с калиброванного сопротивления Rt = 0.05 Ом, измеренное с помощью Hp 3581A "Wave Analyzer" при разрешающей полосе пропускания RBW = 3 Гц. Это означает, что эффективное значение тока "возбуждения" продольного магнитного поля в магнитопроводе 6-модульной ЯМА - la = 8.6 А, при этом lam = 12.13 А;
з) эффективное значение индуктивности 6 - модульной ЯМА Lasum = 6.597 мГн .
и) при значении результирующей ёмкости блока резонансных конденсаторов Со = 34.43 нФ, волновое сопротивление ра = 438 Ом цепи последовательного резонанса контура ЯМА;
к) эффективное значение добротности 0Эф = 78.8 Антенного контура тока la "Ушестерённой" модели ЯМА.
Это значит, что эффективное активное сопротивления антенного контура гЭф=5.56 Ом, включая собственно активное сопротивление гн = (54 В/12. А) = 4.45 Ом резонансной цепи обмотки "возбуждения" тока la, а так же потери в Блоке согласующих трансформаторов и выходных цепях их ИОУМ усилителя мощности.
л) подводимая к 6-модульной ЯМА мощность Ра = 54 В*12.13 А/ 2 = 327.57 Ватт.
м) потребляемая от блока источников постоянного напряжения питания УМ мощность составила величину Р0 = 72 В*6 А= 432 Ватт.
о) добротность Q =438 Ом / 4.45 Ом = 98.43 собственно антенного контура тока "возбуждения"
'а
п) поэтому напряжение на обмотках соленоидов "возбуждения" ЯМА UMa = 98.43* 54 В = 5515.2 В.
р) поскольку длина волны Л0 = 28409 м для частоты несущей f0 = 10560 Гц, то эффективное значение действующей высоты приёмной Рамочной Антенны ЯА №1 составляет величину:
Нэф = 2*тт*100*0.25/28409 = 5.53 * 10"3 м.
с) На основе отсчёта показаний маркера для Канала А (кривая синего цвета) А= -31.12 dBV, определяем значение выходного напряжения Приёмной Рамочной Антенны ЛА №1:
Ußbix = 10(-31-12/20)= 27.8 * 10~3 В. Это значит, что ЛА №1 зарегистрировала на расстоянии 15 м от 6-модульной модели ЛМА напряжённость электрического поля, равная Е(15 м) = 27.8/ 5.53 = 5.027
т) в соответствии с измеренным эффективным значением напряженности электрического поля Е0 = 137.1 В/м у поверхности 6-модульной модели ЛМА, и измеренным значением напряжённости электрического поля на расстоянии 15 м Е(15 м) = 5.03 В/м, можем сравнить отношение этих величин, именно, = 5.03/ 137.1 = 0.037 м с отношением полупериметра поперечного сечения 6-модульной модели ЛМА 0.5Ln =(3*0.1 м+ 2* 0.1 м) =0.5 м к расстоянию D = 15 м от неё до места регистрации принятого излученного ей сигнала Рамочной Антенной ЛА№1 ^2 = 0.5/15 = 0.033 (см. Фото. 4).
Таким образом, экспериментально установлено, что значение напряжённости электрического поля для ЛМА в "Ближней зоне" на малых расстояниях, можно считать, обратно пропорционально отношению расстояния от неё к её полупериметру.
у) из Изо.5. можно видеть, что реальный электромагнитный фон на месте установки приёмной рамочной антенны, с учётом её собственного шума составляет величину порядка -70 dBV. Тогда как собственный шум Pico ADC - 216 не превышает -130 dBV.
3.3.2. Начало исследование радиационных свойств мобильной 6-и модульной модели ПЛМА Фото. 8 и 9 на частоте порядка 24.5 КГц в «Ближней зоне».
Из Фото. 4 видно, что данная модель ПЛМА состоит из 6-и однотипных модулей ЛМА, размещённых в два "этажа" по 3 штуки, на расстоянии друг от друга равном их внешнему диаметру. На верхнем "этаже" симметрично относительно центрального модуля ЛМА размещены рядом два модуля блоков резонансных конденсаторов.
Каждый из шести идентичных модулей ЛМА расположен в стандартной герметичной цилиндрической оболочке. В соответствии с описанием Патента РФ № 2428774 от 10 сентября 2010 г.[4] состоит (см. Фото.1, и 4) из цилиндрической формы диаметра 50 мм длиной 1500 мм магнитопровода со сквозным вдоль продольной оси 5 мм диаметра отверстием, выполненным из стандартной формы цилиндрических деталей выбранной марки ферритового материала с заданным значением коэрцитивной сил Не, индукции насыщения Bs и магнитной проницаемости ^Эфф-
На него плотно надет во всю его длину цилиндрический диэлектрический каркас с внешним
диаметром 71 мм, на котором в его центральной части размещена длиной 750 мм обмотка соленоида "Тока возбуждения продольного магнитного потока", выполненная стандартным плоским двухпроводным электрическим кабелем сечения 2.5 кв. мм. Каждая из медных изолированных его жил изолирована и размещена в его внешней изоляционной оболочке. Таким образом, Соленоид "тока возбуждения" такого модуля ЯМА состоит из двух вложенных друг в друга спиральных обмоток.
Через центральный осевой канал магнитопровода проложен одножильный кабель с сечением медного провода не менее 2.5 кв. мм "Обмотки постоянного тока намагничивания", создающий кольцевой магнитным потоком в поперечном сечении элементов магнитопровода. Комбинируя последовательного или параллельного соединение обмоток соленоида модуля ЯМА, а также выбор числа и комбинации последовательного или параллельного соединений соленоидов "тока возбуждения" таких модулей ЯМА, позволяет достичь необходимую величину индуктивности La общей модели ПЛМАдля достижения в сочетании с используемыми блоками внешних конденсаторов нужной величины собственной резонансной частоты fo "контура тока возбуждения" модели ПЛМА для заданного значения частоты f несущей в заданном ОНЧ или КНЧ диапазоне.
Итак, рассматриваемая мобильная модель представляет из себя 3x2 "решётку из 6-и модернизированных Линейных Магнитных Диполей Герца (МГД)" за счёт использования эффекта искусственного синтеза "Вектора Умова - Пойнтинга", возникающего благодаря ортогонального пересечения магнитных силовых линий переменного продольного магнитного поля частоты несущей f с кольцевыми силовыми линями переменного электрического поля частоты несущей f, возникшими в поперечном сечении диэлектрического каркаса и ферритового материала её магнитопровода.
Практически эквивалентной схемой контура тока "возбуждения" данной модели ПЛМА является схемой последовательного резонанса, состоящей из результирующей (входящих в её состав соленоидов "возбуждения" 6-и модулей ЛМА) индуктивности La , и результирующей емкости Со используемых "Блоков конденсаторов"(см.Фото.4). В данном конкретном случае Со = 47.16 нФ.
Изображённые на Фото. 4 два "Блока конденсаторов" состоят из комбинации последовательного и параллельного соединения множества стандартных плёночных высоковольтных конденсаторов со значением тангенса угла потерь не хуже ЗхЮ"4 с целью достижения возможности их использования на выбранной частоты несущей f при пиковом значении напряжения Uam порядка 8 -12 Киловольт и при прохождении через них пикового значения тока lam не менее 20 Ампер.".
3.3 Исследование "ушестерённой модели" ПЛМА, установленной на прицепе (Фото.8 и 9)
Фото. 14. Блок согласующих трансформаторов БСТ№2 для частот несущей от 16 до - 46 КГц в момент настройки в резонанс антенного контура тока "возбуждения.
При испытании данной модели ПЛМА на частоте несущей 1 порядка 24.5 КГц использовался Блок питания (БП), изображённый на Фото. 14 и усилитель мощности УМ №3, изображённый на Фото 15 и 16. Однако для возможности использования частоты несущей 1 выше 16 КГц был применён БСТ №2, представленный на Фото. 14. В его верхней части размещены 9 клемм подсоединённых тремя длиной в 1.5 мтрёх проводными (по 1.5 кв.мм поперечного сечения каждого из проводников) кабелями, соединяющие первичную обмотку каждого из 3-х имеющихся трансформаторов с балансным выходом одного из Зх усилительных модулей расположенного на одном из двух "этажей" собственноручно изготовленного автором УМ №3, внешний вид представлен на Фото. 15 и 16. Используемые 3 однотипные Усилительные Модули №2 (УМ№2) размещёны на одном из двух "этажей" УМ №3 и представлены на Фото. 16.
Фото. 15. УМ №3 с БСК№2 предназначен для частот от 16 до 46 КГц.
Фото. 16 Усилительные Модули №2 УМ №3 предназначены работать в режиме CW на частоте от
200 Гц до 90 КГц.
Концы вторичных их обмоток согласовано соединены параллельно и подведены к двум стандартным красного цвета клеммам, изображённым в нижнем ряду БСТ№2.
Каждая средняя чёрного цвета клемм верхнего ряда соединена с чёрной стандартной клеммой нижнего ряда и с помощью упомянутых кабелей соединена с одним из двух "этажей" корпуса УМ №3.
В средней части БСТ№2 имеются два типа BNC коаксиальных разъёма. Верхний - для мониторинга напряжения 11тр.вых. на вторичных обмотках трансформатора, выполненных проводом сечения 2.5 кв. мм. Нижний - для мониторинга напряжения снятого с Rt =0.0167 Ом, образованного параллельным соединением трёх, упомянутых выше, сопротивлений величиной 0.05 Ом (30 Ватт, 1%рабочей частотой до 5 МГц), которое соединено последовательно с одним из концов вторичной обмотки, соединённых с левыми двумя клеммами нижнего ряда. Крайне левая и кране правая клеммы соединены с двухпроводным 25 метровым кабелем (сечение каждой его жилы 5 кв. мм), образуя фидер питания током "возбуждения" la последовательного резонанса контур ПЛМА.
На переднем плане Фото.9 видим два оранжевых провода питания резонансного антенного контура током "возбуждения" la 6-и модульной модели ПЛМА со вторичной обмоткой блока БТ№ 2. Виден так же двух жильный 25 м кабель сечения 2.5 кв.мм фидера тока "подмагничивания" lor, идущего от блока Регулируемого источника постоянного тока "подмагничивания" (см. в верхней части изображения Фото.11.) и коаксиальный кабель мониторинга выходного напряжения U ret петли вокруг передней конечной части корпусов оболочек модулей ЛМА с эффективным сечением Аефф.= 0.2 кв.м для регистрации исходящего из них магнитного потока.
Ниже приведены изображения характеристик, полученных стандартным цифровым измерительным приборам Pico ADC - 216 (см. Фото. 12.) в результате испытания данной модели ПЛМА:
Spectrum
о-И ге*1й, Л-27.ЭЫ1 1вЫЙ0
3Jf ДЯ _ Я.5
Chn Л- LAI1 |14=Ш, . Ukm В ШРЛЙГОж»)
llnp=JIMI rnvira^ [ii=IH lfcnl-, н™. = Jl Ki-J, !ЛМН ladi (ХОКДЛ^ <WW
Изо .6.
Изображения спектра на Изо.6., 7.,8., 9 были получены на расстоянии 15 м от прицепа с моделью ПЛМАдо помещения лаборатории, в которой размещена контрольно - измерительная аппаратура, изображённая на Фото. 10, 11, 12 при следующих условиях:
а) эффективное значение напряжения на входе УМ от Hp 3581А "Wave Analyzer" UBX = 400 мВ;
б) потребляемый УМ постоянный ток l0 = 3.5 А;
в) постоянный ток "подмагничивания" lor = 0 А;
г) резонансная частота несущей f0 = 24767 Гц;
Spectrum
й=л.7&го. а= н «da b=-1i €6db
■
X
— kHz
Chai А - U LoopLMA's) ■ Chan В Ui*a.ai67 Ctimj, U«ip =4U0 inV тв Сй=4/ IfinF. Нгш * 1 15 Kfii. 2UW ti
25.0 U ~
WCM201S 08 50
J^mrwii-i»** Oija р
25.5
Изо.7.
10-
Spectrum
/ВНл Л 1UWidK. Н lJSliJH
1С1-
-20—
-30-
-40-
-50-
■т-
-70-
-DQ
-ж
J
А/-"
V1
"-v -L 74/\ /\
kl lz
24.Q
auG :Б.о
Chan A- U LoopLUA's). Clun Q Lhia.01&7 Ctm), Ump =400 itiVmu Со=4Г.1й nF, Frra*= 41.6 KG;, 204Й bands (MCM2(115 0503
ГГ.- IFWJI P. 1ЯШШ1.ЯЛ. «'•I|>lWIIIhli:i
25.5
Изо.8.
Spectrum
П=Л Л»№. Д=1С»Й MlWt
-20-
V
>.1—
—I
imi И LimlM/iX) (5нг,ПМгЦПА1«Т0(т) Иге-ЛГОггЛГтк Cjr-il in пГ frar- Л r>Kto HUfl Itnii l№d?flir. flfHW
Oa
rIrcmViJbaxIРЯЧ.HJM m I 14« ЧЯJttBi Id! мпшГшг 4_S
Изо.9.
д) Амплитудное значение напряжение на выходе одного из усилительных модулей УМ №3 Uout = 30 Вольт и амплитудное значение напряжения иТрВЫХ = 18 В ( зарегистрированные с помощью двулучевого осциллографа Фото. 4) на выходе Блока согласующих трансформаторов БСТ №2 в направлении фидера тока "возбуждения" la продольного магнитного поля в магнитопроводе модели ПЛМА;
е) полоса пропускания BW = 481 Гц на уровне - 3 dB;
ж) эффективное значение напряжения 11рк = 110 мВ с калиброванного сопротивления Rt = 0.0167 Ом, измеренное с помощью Hp 3581A "Wave Analyzer" при разрешающей полосе пропускания RBW = 3 Гц. Это означает, что эффективное значение тока "возбуждения" la = 6.6 А, а его амплитудное значение lam=9.3 А.
з) Эквивалентная индуктивность Lasum = 0.876 мГн
и) при значении результирующей ёмкости блока резонансных конденсаторов Со = 47.16 нФ, волновое сопротивление ра = 135.7 Ом цепи последовательного резонанса контура ЯМА;
к) эффективное значение добротности 0Эф = 57.73 Антенного контура тока "возбуждения"1а модели ПЛМА.
Это значит, что эффективное активное сопротивления антенного контура гЭф=2.35 Ом, включая собственно активное сопротивление гн = (18 В / 9.3 А) = 1.94 Ома резонансной цепи обмотки "возбуждения" тока la, а так же потери в Блоке согласующих трансформаторов и выходных цепях их ИОУМ усилителя мощности,
л) подводимая к модели ПЛМА мощность Ра = 18 В* 9.3 А/ 2 = 83.7 Ватт.
л) потребляемая от блока источников постоянного напряжения питания УМ мощность составила величину Р0 = 72 В * 3.5 А = 252 Ватта,
м) добротность Q = 137.7 Ом/1.94 Ом = 71 собственно антенного контура тока "возбуждения"
■а.
н) поэтому суммарное амплитудное значение напряжение в момент резонанса на эквивалентной емкости Блока резонансных конденсаторов Uc = 18*71.4 = 1285.2 Вольта.
о) Поскольку длина волны Л0 = 12113 м для частоты несущей f0 = 24767 Гц, то эффективное значение действующей высоты приёмной Рамочной Антенны ЛА №1 (Фото. 12) составит величину:
НэффЛА№1 = 2*тт*100*0.25/ 12113 = 13 10"3м.
На основе отсчёта показаний маркера для Канала А (кривая синего цвета) изображения, например, Изо. 12: А= - 25.14 dBV, зарегистрированных с помощью Pico ADC 216 и Рамочной Антенной ЛА№ 1, определяем значение выходного напряжения Приёмной Рамочной Антенны ЛА №1: ивых = 10(~ 25.14/20) = 55 34 мВ
п) Это значит, что ЛА№1 зарегистрировала на расстоянии 15 мот модели ПЛМА электрическую составляющую напряжённости электромагнитного поля, равную Е(15м) =55.34/13 =4.26 В/м.
р) Кстати, красным цветом кривая изображения Изо. 12. так же даёт возможность определить амплитудное значение тока "возбуждения" lam по напряжению, снятому с калибровочного сопротивления Rt = 0.0167 Ом на БСТ №2, измеренное Pico ADC - 216
URt= 10(-1642/2°)= 151 мВ
lam = 151 /16.7 = 9 А, что близко по оценки его значения, произведённой ранее в п. б).
Spectrum
г а «*i i щи е- ® 'чи гъъ i »t jwu. и- ги яни
( 1
1
/
f к \
/1 IV
'} ЛДАЛу
)Ц/\ чл
Он* -^Оир . Oii? .
Hin -«О п^ im. ö-J A» 'hiM - - Vpni rib-lJ 1h. rJ= F-i. - < ■ S КС.- »Ii Laib Uli HKD О Sur 1
HBt Г™ П1 к-^ ПвЛ - 5 Gl
MÜaJOIS iri'f-
л >>>»■ ш^м ■ -1 _i ш г—
Изо.10.
Цифровой измеритель Pico ADC 216 с использованием Свип-генератора 3581A"Wave Analyzer" при значении эффективное значение напряжения на входе UBX = 400 мВ позволил получить графическое представление амплитудно - частотной характеристики контура тока "возбуждения" модели ПЛМА, изображённые на Изо. 10 и Изо. 11.
Spectrum
О-М 1 Mi О- I f .'iAJ |-1Я»Й л-лмив и-»дни
( 1
1 _ _
/
I к \
/1 IV
'! ЛДАДу
)Ц/\ чл
Он* -^оир . Oiei .
Hin -1:41 mV 1ТТЖ t.-! Ai 'hiM - ■- V;im1 l"Ji-lJ 1h. rJ=
»Ii Laib klu HKD О Sur 1
KBt Г™ П1 к-^ ПвЛ - 5 Gl
MÜaJOIS IBIS
Л nri^ 'iMI^ 'i' JkUpi
Изо.11.
Синим цветом на Изо 10 и 11 изображена амплитудно - частотная характеристика
напряжения, снятого на выходе коаксиального кабеля петли обратной связи (см. Фото. 9.), также как спектральная характеристика этого сигнала, изображённая на Изо. 8, 9, 10.
во время резонанса антенного контура тока "возбуждения" модели ПЛМА.
При входном напряжении 11вх =400 мВ на входе Блока УМ №3 получены следующие спектральные характеристики:
-но
Йрес^гит
и ^ЧПОкН,*. А Н 1Б4Л1В
//
1
А,
ч/' Г ! V
7 у
/ / \
\ у у VI л ■V у— 1
-20-
-.VI-
-40-
-50-
-30-
2Р1 £,
И Ь I)
Овп А- 1.АЯ1 тит, АеА=П.25к|.|||), С1шпЬ и|Ци и1БГ Шшм -II ||: 4т; -IЛ' III в (Л> 4/ Н: '||- -гпл 41 £ КГЭ, 204в ЬнЬ
(впсоспй 11 за
с. лг^Аф I: се
Изо.12.
НИ:
-20—
БресЛит
О=24Щ|(Н2 А=-25.&4^Е, а^1б.Мс!В
-30-
ьо—
-60-
-70-
-т
-да
-100-
-110-
24.5 25.0 25.5
о™ А- |_А*1 (N=100, AeM.25iiq.ni). Оип В ин^О.ОЮ? С*1т), игр 41II) тУгпк. Со 4/ 16 Игнл 41 Б ККл ?04Й Ыг*И 050а201£ 11:41
.¡чют'™; ри
Изо.13.
—йнг
_/\Г 1
240
Spectrum
<3P=249ÜhHz A=-24.36dB, a^16.1ädB
-110-
^kHZ
24.D 24.% 25.0 25.5
Chüfl A- LAU (N=100, aeff=0.25nq.m). Cftan В umO.DlS? Ohm), IJi- fi JIIlIrnVrnE. [j] 4/HHnh hm:< 41 £ K)Gj ?04fi ЬЩ1 05CW201G 11:49
jvjjKji^vjt чалый ри
Изо.14.
При Ubx = 800 мВ сняты следующие спектральные характеристики:
Spectrum
ts=24 TTkHz A=-2Q.46dB, B^l 1.72dB
■.■■ ■.■. ■■■j™ V
M.O 24.5 25.0 25.5
Chan A- LAU (N=100, aeff=0.25sqm}. Clan В UrtjO.DlS? Ohm), IJi- fi «IHIrnVrnTi Iii Д/lfinh hm* 41 В ЮЕг 50*6buirnfc 05CW201G 11:53
jvjMm^vjt ivOhV wii>ita>i(_AÄJO" ри tri itra^i" UW-ÜH-.HM n-n» pjotw n" ttifi
Изо.15.
БресЛгит
с=24 Г7кНг А=-20.Э2(1В, а^И.ЬШВ
1 ?
1
1
1
А 1 г, Л / \ . д
Л А „ /V, // г. М\1\ \ > м, \ ЛА ау\Г/х
' V у/ / у ¥ Л 1 ■ V
ы
-/ \ Л1"" V . ■ А''" VV V Л V л -\ У V V.:''
. Ж1
2¿1.0
24.5
25.0
Отл1 А- ЬЛИ (N=100, АеМ25*].т). Оип В ЦгЦО.0187 Оип), и.1р=а00|цутв Сй=л71йпР Нпал 41 Ь К^ 21Ж ЬигкЬ 0501201? 12:01
25.5
Цгш ъм, п-м ™ М Я «
Изо.16.
Зреслгит
с=24 77кНг А=-1&.Э£ЦВ. а^10.62г1В
1 .1
II' 11
-50—
, л А Л л 1 Г1 , Л л
V V ^ Л п М 1 Гг ^ 1 / \ П 1 \ 1\ \1\\1\л1
V VI '
л л / ■-> г^ыГ-^
' ' \-< \ Г\! V V
"кн1
24.0 245 25.0 25.5
Отл1 А- ЬЛИ (N=100, AeM25iiq.ni), СЛап В 1,40.0167 СЧип),
Упр «итпУгпч Г*. М 1ЙГ||- Мгыя 4 I К К^ 21Ж Ьлгк!:;
05012015 12 О?
(«ЯНИЬ »ры« I™
Изо.17.
ЗресЯгит
в=2* 77Шл А=1Е 1ЫВ. В=-ЮЗЫЙ
20
10
10-
-зо-
-зо-
-40-
ко-
«I-
70-
-60-
/-"у
. г'1
у' Ч \
23
1
уЧ/У/^/1
ал/v
и II
24 0 24.0 25.0
С^А-ипй.СЬялВ 1М0.0 157 От), итр =300 гп7ггга Со=47.1йпР, Рта*= 41.6 КС;, 2М Ьалйз («0*2015 1203
25.5
Щ Цат-ф^» Цги^чЧ-ИЙ^ » г™* ЧЯ'в
Изо.18.
Спектральные характеристики Изо. 10,......, 18 сняты в лабораторном помещении.
<1
Сб-ИиМЦ 11яШ0
РГБПгМТа Ж Пз-ПНау
Ыдр* 1с- Чаш ела ;1ИЛ Крнш п
Апч*пж1« * Рис Пап,
Рнк 11»П1
Н ВТ«. №[жс Ш ггч' пи Яг. -П
зч.-з!. кГц кГц ля- ьгц и"ц, о Гц
йк П,и1№ ЩНеЬг Л^ЦФ :< сИг
хП'.'гг'А : л' сш он
-«Пени С Ли аеВу
«I 01 О В 01
[7 (11«. Ь*м - 1АМ..1Г1 'ТЬхПйиТ Шгг^хЛО '.гттк. ,||г яг I. II V рм*. ГпгМЙ&Т Гц НГ = 411 Гц. Г)= Т. 1ппйД гт
М.Ч1кГц --г--411,1, [Ни -1-
ТртГГ т-.рЫш ¿КИП Ьри* ИШ ¿ИСКШД
Изо.19.
рхсо
—-
клади шли
«<ри1 «э№и Ддич ГсЧиРяигг
с ж Па
Пи
И *1. «Т*£ Ъри: ад «Л" »Ни Нл -НМЛ
2Ч«1Гц
-И.4 лЬ|
ор«я «р. - ь«йи- вь-асда вдеть* ин м - ш V '.«ж ч в» - «а Гц. о-н.т. и«о£, в*« я З^Л^СГ я*н4аЬии тм»1я4 «УР ЬЛ.4И «¡ИЛ
Изо.20.
ОI СО'
ЯМ) Пер«.
«лини П"И
и
х^ш гЧгя НЛ111
к №
■ РпЬ Г>,
» »1. П»А V ад ■Л 14 П"
ля Уи нящ щц Ы34 Гц д г,
7>] -7 л*- [>,ГЬ- [>,ГЬ- Г' д|к
2,ТГ9С«' С' Н,' [< ЬЦ' ПИ*
-ЛЛА ОлЬ Ь
МЯ кГц
((
И
(В
0Ь
Сс-1Т.|( ■ р. ин ■ 1>«и- |Ч-|!«£Г 0М-1- 1Ю№"|1 |)и м - Ш V щл*. В* - * ГЧ 51.7. И-ШП-Ю »
ИИП4Ш1
Изо.21.
рюо
КШДЛ111«Я
ГпвмсггПк Гогму 29,77 кГц Л, Л кГц, Л.П кГц Л." И - 0 Гц
Ш* АЛ* ОА О*
1е4Ы'|СТМГ кзны- -чинсри ¡ОМЛ* и № и Ж и Ж
А^клЦцМ Г., г,-у -47». Л. 0 «и 0 «и О Ли
*я* №ш«у АОип! ОВ 00 00 00
21,77 кГц
ГА #1.№, клКО п'и г
■, СвНТЛй г*. Ььс ■ ымаЛ- ЯМСИ? О-пч-ЛИ 'Л-ТЩ. 1*г о
с Гц. ПУ -41] Гц ф-535, кг-11; Г'-« гг.
АЧ.1 Тр<г- чч-ла л. осл^ляр^ АЛЛ Ч Вч*м МИ1
Изо.22.
р.1СО
к. шш пззя
як Гко -не, 29,77 кГц 24,77 кГц 2\ТТИ"ц 24,77 кГц 0 ГЦ
к}^**аниона ТЫ Ас Т5ЛЛ: тц* ТЫЛ 4«с
"я ^шпиили ЬОЛ'1Г« РЖ >3 Ж 0
1'он. Гк> наг -Ч.Ч-Яи Р20и г**. и гВи «и
Ь/Мф Агт^й-Л-я Ймк Г.'. -шшГ А.П?1.тА Г<1 О Я Г< I >1Я
ЛЛМц -и- -,----.-
1А »1 Й1Г*2 11=4.1 Мп* -гта. 1л 1
«. Се-4.'ЛЬ и'. Ькя Ц»йиН дИмЛОй? ¿И № я± - «V за*, Гц Е« -■«11ц 0-51^ dj-L.il . 1>* гт.
та* «ИЛ Ькр^л МбНП ЛЦ'Л
Изо .23.
Тогда как спектральные характеристики при 11вх = 400 мВ и 800 мВ Изо. 19,..., 23 сняты с наружи на удаление 40 м с использованием Рамочной антенны ЛА№0 ( 200 витков, 0.09 кв.м) и цифрового 16 бит виртуального двуканального осциллографа АКИП - 4110/4, работающего в режиме анализатора частотного спектра электрического сигнала от до частоты 5 МГц.
Измерительное устройство АКИП 4110/4, 1_епоуо переносной компьютер и Рамочная антенна ЛА№0 были установлены на передвижном устройстве, представленном на Фото. 17 и 18. Оно
содержит два аккумулятора 12 В и преобразователь 24 В/19.5 В на ток 4.5 А.
Фото.17
Фото. 18.
С помощью Спектральных кривых на Изо.19 - Изо. 23 можно произвести оценку уровня напряжённости электрического поля на расстоянии D= 40 м от расположения прицепа, с размещённой в нем 6-и модульной ЯМА.
Например, из графика спектральной плотности Изо. 23 при Uin = 800 мА уровень
зарегистрированного сигнала Рамочной Антенной ЛА№ 0 на частоте 24.77 КГц составляет величину 01Л1А№0 = -43.5 с1Ви ( относительно примерно напряжения в 0.75 В), Поэтому на выходе пассивной Рамочной Антенны был зарегистрирован сигнал 111_А#1= 5 мВ.
Так как длина волны Л = 12111.4 м, поэтому
Нэфф ЛА№0= 2*тт*200*0.09/ 12111.4 = 9.34 10 -3 м, а напряженность электрического поля Е( 40 м) = 5/9.34 = 0.54 В/м.
В лаборатории на расстоянии 0= 15 м, исходя из графика Спектральной плотности Изо. 18, зарегистрированной пассивной Рамочной Антенной ЛА№1 уровня сигнала 01Л1А№1 = - 19.30 с1В\/ ( относительно 1 В). Поэтому Рамочная антенна ЛА№1 зафиксировала сигнал 111_А№1 =108.4 мВ.
С учётом, что НэффЛА№1=2тт 100*0.25/12111.4= 13 10 -3 м убеждаемся, что
Е( 15 м) = 108.4/ 13 = 8.34 В/м.
Сравнивая отношение 40 м/15 м = 2.67 и отношение 8.34 В/м / 0.54 В/м = 15.81, приходим к выводу, что в "Ближней зоне" уже нарушается даже на расстоянии 40 м от ЛМА теоретическая зависимость напряжённости электрического поля обратно пропорционально кубу дистанции, так как 2.67 3 = 19 > 15.81.
4. О реальной возможности осуществить двустороннюю цифровую электромагнитную связь между подводными подвижными объектами, например, подводными лодками, в морской глубине на расстоянии порядка 1000 м при помощи передающего устройства с использованием М - ного числа моделей ЛМА, изображённых на Фото. 9, исходя из материала, изложенного автором в работе [8].
4.1 Анализ уровня амплитудного значения электрической Есрт и магнитных составляющих составляющих Нрт и Н0т напряжённостей электромагнитного поля от одиночной модели ЛМА типа ЛМА № 16 для частоты несущей 1, равной 300 Гц на дистанции 1000 м.
Как было отмечено в ]8] имеют место следующие уравнения для амплитудных значений тройки Есрт , Нрт , Н0т :
9т 4л Л 2яр 2 яр (4.1 - 1)
4л/4 Л 2лр 2 лр (4.1-2)
Наи =- Ц-А-)2 + (—)2 + г —!"''е~ ^ сов в
Л 2лр 2лр 2лр (4 1-3)
« =2-т/ с
где —lA( 4.1-5), V/«
(4.1-6), где ит - "Магнитный ток" протекаемый в теле ПЛМА, [В ] ;
Л - длина волны поглощающей среды в которую погружена модель ПЛМА, [м ]; к - коэффициент затухания вереде конечном значении величины 0[0м м ] в [1/м ];
При рассмотрении затухания плоской моно гармоничной электромагнитной волны частоты f с помощью Уравнений Максвелла в среде с значением Q (в частности, для морской среды при температуре 25 0 С Q = 0.3 Ом м) оценка величины h толщины слоя затухания в е - раз амплитудного значения электрической Е [В/м] и магнитной Н [А/м] составляющих напряженностей электромагнитного поля может быть вычислена по формуле Ю.П. Пушкарёва [ стр.2, 8]
, r , íior£afOAiAii
Ш (4.1-7),
где Ь[м] - слой затухания составляющей Напряжённости Магнитного Н [А/м] или Электрического Е [В/м] электромагнитного поля в 2.71 раз.
Поэтому (4.1 - 8), и соответственно,
Н(р, [) =Н(0, ПеФ{4Л_91
где р [м] - расстояние до приёмного устройства от места расположения ПЛМА.
По Ю.П. Пушкарёву ]стр.2, 8] коэффициент затухания к электрической Есрт и магнитных Нрт и Н0т компонент электромагнитного поля [1/м]:
к —
й (4.1 - 10)
С учётом (4.1 - 11)
выражения (4.1 - 1, 2, 3 ) принимают вид [8]:
11
г^ __ т т
ц-т
, (1+и я)е""ч'«"¥ соы? 4лр
Н
" Ляг¥о 9 р
Нвш --
II А
Л1 /л д
, (-1 + 1а р + (а рУ Л—е "*1v"" соб в
агХР Р
е ■ =ооы*д/>-¡^падр (4.1-15).
(4.1 - 12) (4.1 - 13) (4.1 - 14), где
ПннаАчый «егиитыйдипо'"- Горц.э я прлвсорлчкщрованмон I фецичеитн НИШЕ не кивцдымВГ |П1)СК)
Изо.25.
Для морской среды в соответствии с выражением (1 - 8) [8] Ад должна быть рассчитана по
Л =2,,1яО / [и формуле ■■> 4
(4.1- 16) и
Для морской среды и заданной дистанции р = 1000 м О = 0.3 Ом м, ег = 81, рг = 1 , расчёт по формуле (4.1 - 17)
(4.1 - 17) \Л/0 = 377 Ом (4.1 - 18)
дал значение: Wg = 41.89 Ом (4.1 - 19) , а расчет при Р "oft 4.т10 По формуле (4.1 - 16) дал значение: Лд = 100 м (4.1-20).
Видим, что для морской среды при дистанции р = 1000 м большей чем на порядок значения Ад / 2тт =15.92 м (4.1 - 21) распространение электромагнитного потока, излучаемого моделью ЯМА, помещённой в морскую середу и регистрация приёмной Рамочной или Ферритовой Антенной сигнала на данной дистанции от неё происходит в "Дальней Зоне"распространения.
В качестве примера, - по аналогии с использованием компьютерной программы [9] в работе [8], -отыщем амплитудные значения четвёртки комплексных векторов Jm , Ecpm , Hpm , HOm с помощью уравнений (4.1- 12, 13, 14) для одиночной модели типа ЯМА №16, помещённоё в глубь морской среды при излучении ей ЭМ потока с несущей частотой f = 300 Гц. Полагаем, что lm = 1.5 м, dm = 0.05 м, dc = 0.072 м, lc = 0.75 м, La (N= 200) = 11.0 мГн (4.1 - 22) (при использовании одноконтурной схемы соединения обмотки соленоида тока "возбуждения" с резонансным конденсатором цепи питания ЯМА [4]) при амплитудном значении тока "возбуждения" lam = 15 А в режиме CW при моно гармоническом частоты f напряжения на выходе УМ, поданного на вход антенного контура цепи тока la "возбуждения" продольного магнитного потока в теле магнитопровода ЯМА в момент резонанса В данном случае анализ с помощью программы [9] дал следующие результаты:
а) эквивалентное значение ёмкости резонансного конденсатора
С0 =\fAjr2fXc
=26.24 мкФ, (4.1-23)
величину
б) Волновое сопротивление Антенного резонансного контура тока "возбуждения" составит
Е
К
20.22 Ом, (4.1 - 24)
в) Полагая 50, находим эквивалентное сопротивление потерь антенного контура
г = Л
=0.404 Ом. (4.1 - 25)
г) определяем приблизительную величину мощность Ра, необходимую для обеспечения антенного контура тока "возбуждения" одиночной модели ЯМА
=45.45 Ватт (4.1-26)
д) определим приблизительную величину амплитудного значения напряжения на входе антенного контра тока "возбуждения"
-:г-гт ^wjfl ^ от
6.06 В (4.1-27)
е) определим приблизительную величину амплитудного значения напряжения на резонансном конденсаторе ис,~и=393 в (4.1 - 28)
ж) определим на какое допустимое постоянное напряжение должен быть рассчитан резонансный
Е >3V
1 =910 В. (4.1 - 29). Тогда как он должен быть рассчитан на
конденсатор
прохождение переменного тока не менее 30 А при этом тангенс угла потерь должен быть не хуже 5 10-
з) плоский двужильный кабель, используемый для намотки соленоида тока "возбуждения"
= 400 В
>1.3и(. /2
должен обладать межвитковой изоляцией, рассчитанной на напряжение (4.1 - 30)
е) сечение медных жил кабеля для намотки соленоида тока "возбуждения" должно быть не
■"^Lncjj--<1П
1 _
менее
= 15/6 = 2.5 кв. мм (4.1 - 31) и) тангенс угла потерь ферритового материала магнитопровода не должен превышать 510-3,
к) относительная величина диэлектрической постоянной диэлектрического материала каркаса ЯМА должна быть больше 1, а тангенс угла его потерь не должен превышать
5 10- 4.
При 0 = 0 (4.1-32)
л) Jam = 2.216 10-7 + i 0.582 В (4.1-33)
м) Ефт= 1.035 10-7 + ¡0.1.772 10-7 В/м (4.1-34) н) | Ecpm | = 2.052 10-7 В/м (4.1 - 35)
о) Н9т = 4.859 10-9-¡2.277 10-9 А/м (4.1-36) п) | Н9т | = 5.366 10-9 А/м (4.1-37)
р) Нрт = 0 А/м (4.1-38)
с) Предполагается в качестве приёмной антенны использование приёмной пассивной ферритовой антенны, условно названной МА№8. В герметичном корпусе: форма цилиндрическая с внешнем диаметром 5.6 см и длиной 110 мм.
Вне морской среды её эффективное значение действующей высоты Ноэфф определялась по
--7
формуле "Н) = 2.124 10-3 м (4.1-39) : где Areff - площадь её поперечного
сечения, |jreff - относительная проницаемость её магнитопровода, Nr - число витков обмотки её соленоида, АО = сО/f = 10Л6 м (4.1-40)
Однако в морской среде длина волны (см. 4.1 - 20) Ад =102 м, как следует из исследований работы [8], поэтому эффективное значение действующей высоты
НэффМА№8 = 21.236 м. (4.1-41)
т) Следуя исследованиям работы [8] на расстоянии 1000 м от модели типа ЯМА№16 амплитудное значение суммарной напряжённости электрического поля Е sum состоит из двух ортогональных компонент: | Ecpm | = 0.205 мкВ/м (4.1-42) и
|Е 0m | = | Нвт |* Wg = 5.366 10-9 А/м* 41.89 Ом = 0.225 мкВ/м (4.1 - 43)
Ориентируя приёмную ферритовую антенну на максимум регистрации принятого ей сигнала от передающей одиночной модели типа ЯМА №16 на расстоянии 1000 м в морской среде приёмное устройство зарегистрирует сигнал с амплитудным значением:
иМА№8вых-
= 6.46 мкВ (4.1-44).
5. Заключение
Приёмные устройства, такие как АКИП 4210/3 или Hp 3581А "Wave Analyzer", в режиме селективного вольтметра обладают чувствительностью 0.1 мкВ, так что не представляет труда зарегистрировать на выходе модели МА№8 м сигнал на частоте 300 Гц от одиночной передающей антенны типа ЯМА №16, находящихся в глуби морской на расстоянии 1000 м.
6. Литература:
1. И.А. Ряховский. "Генерирование и распространение КНЧ/ОНЧ излучения в литосферно -атмосферно ионосферной системе", Кандидатская диссертация, ФГБУН, "Институт динамики геосфер" РАН,
(http://idg.chph.ras ,ru/data_f iles/%D0%94%D0%B8%D1 %81 %D1 %81 %D0%B5%D1 %80%D1 %82%D0%B0%
2. Arie Lyasko, US Patent 4458248 "Parametric Antenna", Jul. 3, 1984
3. Gennady Lyasko, US Patent 5495259 "Compact Parametric Antenna", Feb. 27, 1996
4. А.Б. Ляско. Описания изобретения Патент РФ №2428774 "Передающие Линейные Магнитны Антенны (ЛМА)", 10 Сентября 2010 г. (Разделе "Изобретения Открытого Реестра" ФИПС на www.fips.ru.).
5. Overview "Compact Parametric Antenna", EL Advanced Technology LLC, Lockheed Martin, Mitchell Field, Jul.14, 2010
6. US Patent 5495259.
7.А.Б. Ляско, "Сферические волны передающей Линейной Магнитной Антенны (часть I), Евразийский Научный Журнал, №6, Июнь, 2016.
8. А.Б. Ляско, "Сферические волны передающей Линейной Магнитной Антенны (часть I I), Евразийский Научный Журнал, №7, Июль, 2016.
9. Программа "MathCAD MathSoft, Inc.".
