CC BY
9
Об испытании модели линейной магнитной антенны ЛМА№20М1
(часть 1)
Арий Борисович Ляско
Радиоинженер, канд. физ. - мат. наук, Ph.D. E-mail: lyasko.ariy@mail.ru
Модель малогабаритной передающей антенны ЛМА№20м1 [1, 2, 3, 4] предназначена для проведения испытаний на дистанциях так называемой "Ближней зоне" (и далее) СДВ диапазона электромагнитных волн в пределах частот от 1 КГц до 80 КГц при подводимой к ней мощности не превышающей 200 ватт.
1. В настоящий момент она установлена наружи (на металлической крыше строения) в герметичной цилиндрической оболочке (длиной 1100 мм и внешним диаметром 110 мм) при расположении её продольной оси в направлении "Юг- Север", как это можно видеть из Фото.1.
В лабораторном помещении от неё на расстоянии 8 метров для предварительного испытания расположена контрольно измерительная аппаратура, включая усилитель мощности и приёмные измерительные
антенны.
Фото. 1.
2. На Фото. 2. слева в корпусе из ПК собрана собственноручно изготовленная двухканальная модель линейного Усилителя Мощности УМ№4 для диапазона синусоидального электрического сигнала в пределах полосы пропускания
от 200 Гц до 90 КГц.
При соединении по "Мостовой схеме (при "балансном" выходе) его двух выходов и при активной нагрузке, равной 4-6 Ом его выходная мощность может достигать порядка 200 Ватт.
Фото. 2.
УМ№ 4 содержит собственноручно изготовленные два, идентичных по принципиальной электрической схеме, модуля (Модель № 2а и Модель №2 в) усилителей мощности, установленные на левой боковой крышке корпуса УМ№4 (см. Фото. 2).
Фото. 3.
Каждая плата Модуля №2 содержит две микросхемы линейного операционного усилителя (ЛОУ) типа ТЮ71 и установленные на своём радиаторе воздушного охлаждения два Интегральных Операционных Усилителя Мощности (ИОУМ) типа 1.М3886Т.
Таким образом, каждый Модуль №2 содержат два независимых усилителя с раздельными выходами и объединённым входом. Эти выходы объедены через специальные, последовательно подсоединённые к ним калиброванные сопротивления 0.2 Ома (1%, 30 Ватт, с рабочей частотой до 5 МГц), которые можно видеть на Фото.З, закреплённые для их охлаждения в рабочих условиях на внутренней поверхности левой боковой панели корпуса УМ№4 слева от плат Модулей №2.
Охлаждение каждого их радиатора ИОУМ осуществляется двумя микро вентиляторами, как это можно видеть на Фото. 3. Питание этих Модулей №2 осуществляется постоянного стабилизированного напряжения + 24 В и - 24 В от двух однотипных стандартных блоков (импульсного типа) стабилизированного напряжения питания 24 В при токе максимум 12 А, установленных внутри корпуса на верхней панели корпуса УМ№4.
Два коаксиальных разъёма типа ВЫС каждого из входов Модулей №2 можно видеть в верхней части передней панели корпуса УМ№4 на Фото. 2, Так же как установленный на ней ниже тумблера
объединённого включения команды "Mute". В верхней её части установлены 4 тумблера: два крайних - для включения питания постоянным напряжением питания каждого из Модулей №2, а средние два -для подачи команды "Mute" отдельно для каждого из Модулей №2. Ниже справа там же установлен электродинамический прибор показания величины постоянного тока, потребляемого УМ№4. На две клеммы (включая "Заземленный" вывод) задней панели раздельно подсоединены выходы Модулей №2. Там же установлен внешний (вдувной) вентилятор охлаждения, ниже его размещены типовой разъём для трёхжильного кабеля сетевого питания переменного напряжения 50 Гц 220 - 235 В и два тумблера: тумблер включения сетевого напряжения питания, а слева - включения этого внешнего вентилятора воздушного охлаждения.
На Фото.2 внизу левее корпуса УМ№4 изображёна металлическая коробочка биполярного активного буфера (БФБ) с коэффициентом передачи равным 1 размещён коаксиальный разъем, подаваемого на него входного синусоидального сигнала, и два его выходных коаксиальных разъёма её выходного сигнала со сдвигом фазы на 180 градусов одного относительно другого. Данный буфер используется как входное устройство двухканального УМ№4 в случае соединении его выходов по "мостовой" схеме при подаче напряжения на нагрузку.
3. При испытаниях собственно модели двухканального Усилителя УМ№4 и модели Антенны ЛМ№20м1 входной сигнал подавался, либо с Двуканального цифрового функционального генератора типа АКИП - 3906/2 , внешний вид которого представлен слева корпуса УМ№4 на Фото. 2, либо от размещённого ниже его HP 3581А "Wave Analyzer". Оба эти прибора - генератора использовались как "свип - генераторы" для снятия Амплитудно - частотных характеристик (АЧХ). или спектра исследуемых электрических сигналов УМ№4 и антенны ЛМА№20м1. Сверху АКИП - 3906/2 на Фото. 2 виден четырёхканальный цифровой с 12 бит АКП виртуальный "Осциллоскоп - Анализатор" частотного спектра электрических сигналов типа АКИП 4110/1. Последний служит одновременно для анализа раздельно выходного напряжения на обеих выходных клеммах каналов УМ№4, напряжения на входе фидера питания нагрузки ( например, антенного резонансного контура тока питания модели Антенны ЛМА№20м1) и протекаемого по ней тока в случае использования "балансной схемьГ'её питания.
В качестве постоянной величины активной нагрузки для проверки основных характеристик одновременно обеих каналов модели УМ№4 были использованы 5 панелей, представленные на Фото. 4 Фото. 5 с набором постоянных 50 Ватт сопротивлений, имитирующие значения нагрузок в 6 Ом, 8 Ом, или сочетании нагрузку 3 Ома, 12 Ом, 14 Ом, 16 Ом.
Фото. 4.
__±-- 1
HP' i
ш В ;; U, V* т -
t . Ш/ é ■ п Wf { 3 № 1 щ п^НВ® ; '"'С' 11
Фото. 5
При использовании "балансного" выхода модели УМ№4 для измерения напряжения на нагрузке и протекаемого по ней тока применялась переходная измерительная коробка (ПИК), и согласующий трансформатор (СТ) выходного сопротивления УМ№4 с активным сопротивлением нагрузки. На Фото. 5 представлена пластмассовая ПИК, внутри которой в разрыв одного из проводов двух жильного кабеля, идущего от выходных клемм модели УМ№4 к нагрузке , последовательно включено специального типа калиброванное 1% 30 Ватт сопротивление Rt = 0.05 Ом, точно того же типа как сопротивления 0.2 Ома, описанного выше . На этом же фото справа видена панель с радиатором воздушного охлаждения, на обратной его стороне которого закреплён набора 10 - ти штук 32 Ом 50 Ватт сопротивлений. ПИК имеет два коаксиальных разъёма типа BNC для вывода напряжения падения Urt (Rt=0.05 Ом) на сопротивлении Rt и напряжения Uh на нагрузке Rh.
При необходимости согласования выходного сопротивления УМ№4 с сопротивлением нагрузки Rh используется "согласующий" трансформатор СТ (для частот от 20 КГц до 80 КГц), вид СТ для модели ЛМА№20м1 показан в средней части Фото. 5 (ниже пластиковой ПИК и слева от панели -радиатора с сопротивлениями.
4. На Изо.1, Изо.2 и Изо. 3 представлены при моно гармоничном напряжении Uin = 1.3 V rms на выходе HP 3581А "Wave Analyzer",поданного на модель УМ№4 через "би-фазный" буфер (БФБ), кривые АЧХ , формы и спектр выходных напряжений с модели УМ№4 и протекаемого тока сквозь согласующий трансформатор и ПИК и напряжения на входе двухпроводного фидера (длиной 14 м) питания контура тока "возбуждения" модели ЛМА№20м1, установленной вне лабораторного помещения на деревянной подставке как это показано на Фото.1.
Р 1 С<>
¿«: ар.п
Л» 4е
Я ----- —
..............................
<4 ......................................т==Г— н
.....................................1.....................................1............................ !
ГУ^Г" Н*Мк ЗГ« О^и*7" 4 Гы
ГЪ-чя* одн оды аде О ми
тдн-в О* 91 01
1нг«и о ей ЧЦЛ -1Л/» ■] АН"
гъм, ТЛ.Й в. от 49
клм Мол ЛдйС V № Ш
ти! ■ ЙМ. ^яЛА» V до фтнй т я?
Й Я#. 31 МЦ ТтаДЗ ИЬ Лж*. М» ^ ч-ь. Шг. «Иг
Ч»*гг* «Ч1»Гм МЛиГщ 1.М>Гц ШЛц
шС -V'
НО 1Ш<*И -М-ИДО 1 \'Ч1 л
Изо.1.
ашпшсиш шин^
| ! С<>
ТмАалЬфГ
■ ЦХЮдк» ................1.................5
Ил> т ОН С( •ад жг ......................
г
т у~\ / \
/ \ / ■ / \ / \
/—V ¿У
./Зи 4 / ___с
V / ЧУ ! V л \ / \Jr\y\
...................... ..........
■И.й -11*1 : Г 8
на ЬСКВ -ин* ЗДОЬ V* НЧ1 МЙ1 №Н Л-Ч4 од*
и-С ВЫТЛ • 11Ц0 ч» лис«
|тМШ*ЗЬ. :ли1гОД? ■« а. Г-. ГВД-Ш* 1Ж Цт-ЬЙГ'ЦИ* иЛ-м да* РиДОАг-а
Изо.2.
рЮ(У
.. к к !■: К ''" " -'•■^»АЙ^л"-'"
шшини)
1 2 А 1У4
ЧММа 49-11 1Гч 4Ь»кГч ОЛНЧц ДОЗ «
гмгдш
2.55-V т.тт
Ьш С ал.идШ ИГ* ч^н-К*» О -ПЛ&13 -
ШМ0м1 СМЛМ^.Ьдо «УМЧЫ ЬЧс Лвч 1*451 ЦС 13 МснЫ г*. Урр. фкюЛ , Медм ЧВИ , 45м рьл^Виын лхлС-ЗЗ«*
«пл. .—Л ■ иаДО ДО ¿>4 гтА^рр. ДОрЮО! ОЬтШ»*™, ПЫТГ КМ« к--«1И*>к, ШЛЯ V р» ^¿Ые-ЭДИ-ОИ Н4-. А мк.
П-И.1ВЛ6 СЛп »¿-1196 ■ Ш-6Л6 С**! fV-kaS-J_i-.li.iJ Ш М Т V. ТгнЫсчЛ»^:*-®-! Ьп?-,. £и*.ЛК1 .................................................................................................МО '"Пр-СГ..........*И*1 варсм в'тй Ш'' '¿ЗЧМПМ...................................................................................................
Изо.3.
Кривые характеристик на Изо. 1. 2. 3 получены с помощью четырёхканального цифрового с 12 бит АКП виртуального "Осциллоскоп - Анализатора" частотного спектра электрических сигналов типа АКИП 4110/1.
Синим цветом представлено напряжение 11вых1 на выходе Модуля №2а, красным напряжение 11вых2 на выходе Модуля №2в, зелёным - напряжение Шгои1 на выходе СТ и на входе фидера питания током "возбуждения" Модель Антенны ЛМА№20м1 и коричневым - напряжение 11^(^=0.05 Ом) с калиброванного сопротивления 0.05 Ом, пропорциональное току, питание на частоте несущей обмотки "возбуждения" продольного магнитного поля ЯМА.
5. Одновременно со снятием этих характеристик производилось измерение излученного моделью ЛМА№20м1 сигнала помощью двух, установленных по соседству с УМ№4 (на расстоянии порядка 4 м), приёмных антенн, вид которых показан на Фото. 6.
В верхнем правом углу Фото. 6 видна часть собственноручно изготовленная квадратная плоская прямоугольной формы со стороной 50 см Рамочная приёмная антенна ЛА№2 с число витков её обмотки равным 25 на диапазон 30 - 100 КГц, а слева в нижней
Фото. 6
Её части видна в герметичной цилиндрической формы оболочке длиной 53 см с внешним диаметром 5.2 см собственноручно изготовленная модель пассивной приёмной ферритовой антенн МА№2 на диапазон 20 - 100 КГц. МА№2 в корпусе для электрического типа штыревых 5-и метровых антенн аппаратуры диагностики недр Земли компании геофизиков "Радионда" прошла с положительным результатом испытание в течение полгода в реальных условиях на используемых глубинах в скважинах земной коры на частотах 30 КГц и 61 КГц ] 3 ]. В центральной части Фото.6 на штативе представлена стандартная измерительная активная (с усилением в 35 dB) Рамочная антенна MDF 930Х рассчитана на диапазон от 9 КГц до 30 МГ при выходным сопротивлением 50 Ом..
На Изо. 4. представлена спектральная плотность излученного сигнала передающей антенной ЛМА20м1, находящейся на расстоянии 10 м от места установки изображённых на Фото. 6 антенн МА№2 и MDF 930Х при значении входного сигнала Uin = 1.85 Vrms с выхода HP 3581A "Wave Analyzer".
pi О О
WI Или----
uní - HiMte не»?, * - up-iJa**** № l*qt»*i. чв^ЯЛим- lw кчгчйч*. hHwiE^wm *v
Изо.4.
Верхняя кривая спектральной плотности зарегистрированного сигнала (синего цвета) пассивной собственноручно изготовленной Моделью Ферритовой Антенны МА№2, выход которой был подсоединён к каналу А двухканального цифрового с 16 бит АКП виртуального "Осциллоскопа -Анализатора" частотного спектра электрических сигналов типа АКИП 4110/4, внешний вид которого представлен в нижнем углу Фото.5. Нижняя кривая (красного цвета) - спектральная плотность того же излученного ЛМА№29м1 сигнала на частоте несущей 49.3 КГц, зарегистрированного активной антенной МОГ 930Х. Сопоставляя показание портативного цифрового спектра анализатора типа АКИП -4210/3 (внешний вид его изображён в центральной части Фото. 5) измеренного эффективного значения напряжённости электрической составляющей электромагнитного поля, излученного ЛМА№29м1 в данный момент измерения, с рассчитанным значением зарегистрированных уровней сигнала антеннами МА№2 и МОГ 930Х, указанных в таблице Изо. 4, - можно однозначно определить эффективное значение "Действующей высоты" Нэфф этих антенн на частоте несущей 49.3 КГц излученного сигнала передающей антенной ЛМА№20м1, внешней вид в герметичном корпусе которой является точной копией модели ЛМА№20м, представленной на Фото. 6.
На Фото.6 рядом с моделью передающей Антенны ЛМА№20м видны два в герметичном корпусе резонансных конденсатора контура последовательного резонанса тока обмотки соленоида "возбуждения" продольного магнитного поля в ею теле. Эти два резонансных конденсатора отличаются по номиналу и длине их корпусов от аналогичных резонансных конденсаторов модели ЛМА№20м1, что видны поверх герметичного корпуса модели ЛМА№20м1 на Фото. 1
Фото. 6.
6. При тесте параметров УМ№4 форма напряжений на выходе каналов УМ№4, их спектральная плотность и частотная характеристика УМ№4 представлены на Изо. 5, 6, 7 и 8, при подаче раздельно на вход каждого из его каналов одного и того же уровня сигнала с двух выходов Двуканального цифрового функционального генератора типа АКИП - 3906/2, изображённого на Фото. 2.
р 1С С>
' " ......•'
ЛКИ-ЪЬХ, ^ что» - Ьч^ яг« ««о 1ГПЛГ« Ь;: л™, 1г № «О» 4=*— ■ сжщ» К»я. ^ Ьвдш 166 *»>Л Йг^, ^ Ы рр Фид№-ЦруЦ*Д-99-У№. Й|Ц»Ш А»! «¿дМ-Д Vр0.. Рд><И.ЯЧ*»Д131*. йвцЦдИДТВДДМШ ИМ^ЗЬИНйДиЯТ »_
Изо.5.
Р1 <2 < >
ШиШОММаШЛ
1 | а г/а.
Чкмт ШМГц ■Vй' 1Г Сан» А .Ш»|» -г-. Мня** -:.-
(Ц_1йЛЗ -31Л9 У рр. кмЙ-ШЗ А » Л «2-113-25 V РЙ. гга3 »РЪиЦ-ЬШ 1113Д-*311 Л. ЬыМЫеедн-Ю 7 Чг
* Кма ЗМ Ли*« (Ли. 5У №
ЗАО ИриСТ* ■ 1и
* ЫОП Ьфги* 4 Ю.Ш *ИП-ИН1Л
Изо.6.
£ 1 * и*
Чжпшш- ЛЫД*., .4.1 |#ч ЛЦЯ кГн И.Я
1нн* ДИ« М.ОвЛ/ ¿6*14»
вшшт * ОтЮЛ* ,ига=в¥ ИЙАг
:ли \,;-Л Т. (4- да*. V.*. НКЧм-айцняр* ЭМ В«*» ИНф М*
Ьам аля»я> « Я V Р* Щ} Д рр 1ЛЛ у и». »■»«тМП ? Н ЯмА-М» 40М*4С ЛРпиЗДМГНЛ*«?!», » »В*: Сми «ЕНг. П"» Н» " *
щами* 4ЮИШИ
Изо.7.
О* I №
1 7 * 1Л
'вгчм. йШ^ Ни»*Ги ЛИ кГи
КлюД Хек ЛЬ' лЬеЛч* йАЛ*
>н>| дылям глвич
УШ-Ь^АШММс, окнишп < БмдоЯ с«-*« Ьцщр» 1л\ 5 ю-3 Ь^^йм;^!!«!!!«.»!]^^!!.^»-
рр.Ья^1-1йл Яшдвдивщм&т - и юи, Мф-я ие. гь* яа им -в и а ................................................................................................МО ТТг^СТ-.........."гг ^777..7. Зд-ГТЙжЩЙЙ.................................................................................................
Изо.8.
После того как был испытан каждый из двух каналов УМ№4 на максимально возможную мощность при сохранении линейности характеристики "Вход - Выход" при одной и той же фазе входного сигнала, равного 5 В (двойного его амплитудного значения) после выравнивания их коэффициента усиления специальными подстрочными потенциометрами, закреплёнными перед подсоединением их входов к разъёмам типа ВЫС на обратной стороне пластиковой вставки передней панели корпуса УМ№4 (см. Фото.2), на которой они закреплены. При этом выход каждого из каналов был нагружен на сопротивление, равное 3 Ома (две из панелей с набором сопротивлений, изображённых на Фото.4, имитирующие нагрузку в 6 Ом были соединены параллельно).
Проведены были аналогичное исследование параметров УМ№4 при подаче на его входы через БФБ (см Фото.2) моно гармоничного сигнала с эффективным значением 1.76 В с выхода HP 3581А "Wave Analyzer". При этом исследования проводились при подсоединение имитатора сопротивления активных потерь модели ЛМА20м1 (см. "панель - радиатор" набора сопротивлений Фото. 5), равного 14 Ом, подсоединённому к "балансному" выходу УМ№4 сквозь ПИК и CT в пределах частот резонанса антенного контура тока "возбуждения", образованного последовательным соединением его двух конденсаторов с двух сторон индуктивности La обмотки соленоида "возбуждения" продольного магнитного поля внутри тела модели ЛМА№20м1, при этом эквивалентным резонансным значением конденсатора данного контура является значение Со=6.144 нФ. Результат данного теста представлен наИзо.ЭиЮ.
Текст примечаний Изо. 9, 10 содержит данные полученных параметров и результаты расчёта всех основных характеристик модели УМ№4 с учётом реальных температурных условий работы активных его компонент внутри его корпуса. Дело в том, что содержащие в нём ИОУМ - это саморегулирующие свои параметры устройства, которые, как показала практика, начинают с превышением температуры их корпуса 90 градусов по Цельсию переходят автоматически в положение "Mute" на отрезок время до момента установления температуры охлаждения их корпуса ниже 90 градусов.
pico
i*-. ."Ü'ÜIH!1!L .'''.-litt*
lAiueii дада
i г a vi.
Htm ¿ft»!**, -v спид г*-»
кечи* мтда -v*
КшиС ~ilß.*QJ -V-К*шЕ> ■ L&4 дБУ r^r Т.ТГ
irp-t ta TU 414 Ь-а^с itn^Mar tr» W Ühor ftran j'JlA ilan J l"ti Vmu !r»4 Ú *di м» • UoU ¿ж. LkutA» >pDMÍ ■ Up^i №6 Uaui*.M«V илжй lAr=ul boutf.mts VW
UotrtD (DCS DMfiWtl »»Л*. UrtHp«l» CToujyi MlniLlwi« 1«*Rl. иек№*39»л7>»«1 V P№ 3 А/-Ш. ШрЯШ£ 5 4ЧМ.Х *42JA 0Ф&. P-J4(.«PW.",
Mtt-4^n(HJ Л-litLS П h- ä«Jrt34!,i4-«7 W. ttx-UQ4.5/m*4-3j;l, Rinlnü- iWi ¿0*U3)-12JS £H*t V^ SMQ-IUÜ Ctn W ftnt-M П.
w. i-ij-teV^vif-iw-Jífl «до
ЗАО TippCP
■■раф АВП hp »»«3D Щ 4КИЛ-4.П1ЙЛ
Изо.9.
pic~ О
StitiMtifto*
1 3 А цш.
«Ultf* ■ -I КяшхЛ. 1AM&U -.1 **,— ШШ|| ЦО¡Ли -г1- -v->■■1С Ij.M jßU —.:«
е - Iii mt ~-г* -v-
IrpuL-ji« Mh. Ья №S№ hkoiri ^ VnU a UaiVlU.' Мл , pst шЛчЛ ■ Linn* UartC-ИМЛ *n¡
«РГМН . UouBj Jlli úlrr i. ábbj mtfro UrtMp^lfó Ütra-lM ГГ.ТПХ , ¥ Pf Ш1 Jpmk. terftw.l «iü* pm*. Pnirpt»EWr-!
w vr.' ¡.шнящ-м w ка-щмл/л«-^!. ti» ымл оь-ч мнжв-лаи w ь рр-мзчв^м м, fdb-h»h-üM SÜJHCJ м.
PMUhju*. ttaod^M-'j*»-»*« m JW
Изо.10.
В данном случае при Uin = 1.76 Vrms с продолжительностью работы модели УМ№4 можно лишь на изображении спектра напряжений в контрольных его параметры точках (канала А, В, С и D) начала достижения 90 градусной границы корпуса одного из ИОУМ каналов Модулей №2. в какие то мгновения по искажению картинки спектра одного из каналов, как это будет понятно из сравнения кривых спектра сигналов на Изо.9 и Изо.10. из кривых Изо. 9 видим, что спектр выходного напряжения второго канала в его основе искажён, что вызвало естественно, искажением в основе кривой спектра напряжение на нагрузке. Всё говорит о том, что с течением времени работы ИОУМ (у одного из двух) мощность теплового рассеивания превышена в корпусе ИОУМ для данного используемого радиатора охлаждения.
Поэтому пришлось кропотлива просчитать все необходимые параметры на основе полученных данных. Результат отмечен в Примечание изображений Изо. 9 и 10.
7. Результат исследования работы УМ№4 при "балансном" его выходе на нагрузку в реальных условиях антенного контура тока "возбуждения" модели ЛМА№20м1 при Uin = 1.85 Vrms представлен на Изо.11, 12,13 и 14.
Литература:
1. A.B. Ляско, Патент РФ № 2428774 на изобретение «Передающие Линейные Магнитные Антенны (ЛМА)», 10 Сентября 2010 г., ФИПС, Москва.
2. A.B. Ляско, «Сферические волны передающей линейной магнитной антенны (Часть 1),
3. «Евразийский научный журнал» № 6, Июнь 2016 г.
4. A.B. Ляско, «Сферические волны передающей магнитной антенны (Часть 2),
5. «Евразийский научный журнал» № 7, Июль 2016 г.
6. A.B. Ляско, «О реальной возможности использования линейных магнитных антенн (ЛМА) для электромагнитной двусторонней трансляции дискретной информации в морской среде между мобильными объектами в диапазоне КНЧ», «Евразийский научный журнал» № 8, Август 2016 г.
