Евразийский
научный
журнал

Испытание излучения мобильной ушестерённой модели передающей линейной магнитной антенны на пересечённой местности в СДВ диапазоне

Поделитесь статьей с друзьями:
Автор(ы): Ляско Арий Борисович
Рубрика: Технические науки
Журнал: «Евразийский Научный Журнал №1 2017»  (январь, 2017)
Количество просмотров статьи: 995
Показать PDF версию Испытание излучения мобильной ушестерённой модели передающей линейной магнитной антенны на пересечённой местности в СДВ диапазоне

Арий Борисович Ляско
Радиоинженер,
кандидат физ.-мат.наук, Ph.D.
E-mail: arie.lyasko@yandex.ru

1. 8 Января 2017 г. состоялось испытание излучения электромагнитной энергии в СДВ диапазоне на пересечённой местности Мобильной Ушестерённой Передающей Линейной Магнитной Антенны (УПЛМА) в реальных условиях Московской Области. УПЛМА ]1] для возможности перемещения размещена в стандартном «прицепе». Фото.1. дает представление условий её функционирования в процессе проведения этих испытаний.

aryumla_1.gif

Фото.1.

В «прицепе» УПЛМА размещена совместно с согласующим трансформатором (СТ) и блоком контроля (БК) величины подаваемого напряжения Uтр.вых. с его вторичной обмотки и величины тока «возбуждения» Ia, протекаемого по контуру последовательного резонанса её антенной цепи, состоящей из индуктивности La соленоидов «возбуждения» продольного магнитного потока на частоте несущей f в каждой из шести ЛМА и резонансных конденсаторов Со, размещённых сверху и между герметичных корпусов верхних трёх моделей ЛМА (см. Фото.2) ]1].

aryumla_2.gif

Фото.2.

УПЛМА соединена фидером длиной 25 м с усилителем мощности (УМ) и контрольной аппаратурой, находящейся на расстоянии по прямой порядка 15 м в лабораторном помещении.

aryumla_3.gif

Фото.3.

В верхней части Фото.3 представлен вид УМ, а ниже с лева цифровой Функциональный генератор (ФГ) типа АКИП-3408/1, с выхода которого подаётся гармонический сигнал с частотой несущей f , равной частоте резонанса fо контура тока «возбуждения» УПЛМА на вход УМ, а правее его — двухканальный аналоговый осциллоскоп для контроля момента совпадения фазы тока возбуждения (Ia) с фазой напряжения (U тр.вых.) на выходе вторичной обмотки СТ, находящегося рядом с УПЛМА в «прицепе». Вид синусоидальных сигналов на экране осциллоскопа соответствует моменту настройки путём изменения выходной частоты f ФГ в резонанс с собственной частотой fо антенного контура тока «возбуждения» для достижения максимума его амплитуды Iam при условии совпадения его фазы с фазой сигнала напряжения U тр.вых..

aryumla_4.jpg

Фото.4.

В момент излучения УПЛМА электромагнитных волн в режиме CW (без модуляции) на частоте несущей f в пределах отрезка частот 24.2 КГц — 26.7 КГц в лабораторном помещении в процессе данного испытания автор осуществлял контроль, как величины электрической составляющей напряжённости электромагнитного поля Е тест (в единицах В/м) с помощью, размещённого на штативе портативного анализатора спектра АКИП- 4210/3, представленного на Фото.4, так и формы спектра сигнала, зарегистрированного собственноручно автором разработанной и изготовленной пассивной приёмной ферритовой антенной МА№ 7, внешний вид которой в герметичной оболочке представлен на Фото.4 левее АКИП- 4210/3. Выходной сигнал с МА№ 7 по длиной в 80 см экранированному кабелю поступал на один из входов «Виртуального с 16 бит АКП Двухканального Осциллоскопа — Анализатора спектра» Pico ADC- 216, внешний вид которого представлен на переднем плане Фото.4. Кривая полученного изображения спектральной плотности зарегистрированного ими сигнала с помощью специальной программы сохранялась в виде файла памяти IBM ThinkPad R40e, а так же представлена как на его, так и на внешнем дисплеи.

2. На Изо.1. представлен план проведения испытаний.

aryumla_5.gif

Изо.1.

Начало красной линии в верхней части справа Изо.1 является местом нахождения «прицепа» с УПЛМА. От этой почки зелёная линия указывает на ориентацию продольной его оси, совпадающей с направлением «Запад — Восток». В этом направлении ориентированы продольные оси ЛМА в «прицепе».

Cотрудники компании О.О.О «ЛРЭТ» (c их деятельностью можно ознакомиться на её сайте www.lret.ru) Павел Ляско, Елена Дроздова и Алексей Канакин производили измерение уровня принятого сигнала собственноручно разработанной и изготовленной автором пассивной приёмной ферритовой антенной МА№ 2 [2, 3, 4], установленной на специальном кронштейне, изготовленном Павлом Ляско для крепления к багажнику над кабиной своей автомашины, выполняющей роль импровизированной передвижной лаборатории (см. Фото.6).

Выходной сигнал МА№ 2, изображённой на Фото.6, по 1 м длиной коаксиальному кабелю поступал внутрь салона на вход работающего в режиме селективного вольтметра Hp 3581 «Wave Analyzer».

Фото 5 и Фото. 6 дают представление об реальных «условиях», в которых мои коллеги проводили измерения уровня сигнал, транслируемого УПЛМА в окружающее пространство в ряде пунктов местности, указанных на карте Изо.1.

aryumla_6.gif

Фото. 5. . На переднем плане слева — Алексей, справа — Павел, а за ними — Елена.

aryumla_7.gif

Фото. 6. Положение МА№ 2 над кабиной в п. К-110.

На Фото.7 — представлен вид передней панели Hp 3581 «Wave Analyzer» в момент осуществления отсчёта показаний уровня сигнала, принятого от МА№ 2 в п.К-110. Еленой осуществляла данные измерения и фотографировала переднюю панель её мобильным телефоном в каждом из пунктов местности, указанных на карте Изо.1 как документальное подтверждение произведённого измерения в конкретном пункте пересечённой местности. В то время Алексей регистрировал на ноутбуке с помощью специальной программы для Виртуального с 16 бит АКП Двухканального Осциллоскопа — Анализатора спектра АКИП4110/4, спектральную плотность сигнала с «реставрационного» выхода Hp 3581 «Wave Analyzer в момент осуществления Еленой отсчёта на его аналоговом и цифровом индикаторах, как это можно видеть на Фото.7 для п. К-110. Связь по мобильному телефону с автором осуществлял Павел с целью синхронизации процесса измерений.

Hp 3581 «Wave Analyzer», завёрнутый в одеяло для предупреждения возможности его охлаждения (это очень дорогой лабораторный прибор, имеющий так же возможность питания от внутренних аккумуляторов, но допускающий работу от 10 до 50 гр.Цельсия) Елене пришлось держать на руках в момент каждого измерения.

aryumla_8.gif

Фото.7. Показания в п. К-110.

aryumla_9.gif

Изо.2.

3. Данный тест проводился с 13:00 до 16:00. В момент трансляции УПЛМА в эфир в течение всего этого времени в лаборатории с использованием Виртуального 4-х канального 12 бит АКП Осциллоскопа- Анализатора спектра АКИП — 4110/1 автором осуществлялся непрерывный мониторинг формы гармонических сигналов на частоте несущей f совпадающей с собственной частотой fо резонанса антенного контура тока «возбуждения»:

а) выходного напряжения УМ U вых. обеих его каналов, соединённых по «Мостовой схеме», нагруженных с помощью фидера первичной обмоткой согласующего трансформатора СТ , находящегося в «прицепе» (см.Фото.2), б) напряжения на выходе ФГ (см. Фото.3) и в) напряжения, пропорционального величине тока Ia «возбуждения», снятого с описанного ранее калиброванного сопротивления 0.0125 Ом, находящегося в БК. Эти данные периодически записывались в виде файлов на диск компьютера, имеющего через USB соединение с АКИП — 4110/1. В качестве примера в Изо.2. приводится запись форма этих сигналов с помощью АКИП — 4110/1 в момент измерения в п. Р-1000. В Примечании нижней части помещены основные рассчитанные параметры режима работы УМ, показание уровня принятого сигнала МА№ 7 измерителем Pico ADC- 216 и показание величины напряжённости электрического поля Е(15 м), зафиксированное в лаборатории измерителем АКИП- 4210/3 на дистанции 15 м от места расположения по прямой УПЛМА. А на Изо. 3 представлен график спектральной плотности в данный момент времени сигнала ,излученного УПЛМА в эфир, и принятого в лаборатории МА№ 7, находящейся рядом с прибором

АКИП- 4210/3 (см.Фото.2) .

aryumla_10.gif

Изо.3.

На Фото. 8 представлено изображение передней панели Hp3581 «Wave Analyzer» в момент регистрации антенной МА№ 2 сигнала, излученное УПЛМА, на расстоянии 1000 м в п. Р 1000 от места расположения «прицепа», указанного на карте Изо.1 при следующих положениях органов настройки Hp3581 «Wave Analyzer»:

а) Разрешающая способность RBW=3 Гц, определяемая указателем первого многопозиционного переключателя, расположенного левее его электродинамического прибора ЭДП.

б) с помощью «ручки» «точной настройки» сдвоенного потенциометра, расположенного в правом верхнем углу 3581 «Wave Analyzer» максимум сигнала был достигнут на частоте 24620 Гц ; в) Строенный кнопочный переключатель, расположенный в левом нижнем углу находится в положении «Линейная шкала» ( нижняя шкала на ЭП используется для отсчёта в пределах «0 — 1 » или «0 — 3»);

г) Многопозиционный переключатель (первый в нижнем ряду) " Реф. Ур. Ампл" — в положении, обозначенный чёрным шрифтом «- 60 дБВ», или -синим цветом «х 0.001 », а справа от него — многопозиционный переключатель «Чувствительность» — в положении, обозначенным чёрным цветом «- 30 дБВ» или — обозначенный синим цветом «30 мВ».

aryumla_11.gif

Фото.8.

Это значит, что нужно воспользоваться нижней линейной шкалой «0 — 3» с учётом множителя 30 мкВ.

Так как стрелка ЭДП находится в положении 0.3, это означает, что был зарегистрирован на дистанции 1000 м сигнал с эффективным значением 3 мкВ.

Вообще говоря, Hp3581 «Wave Analyzer» обладает чувствительностью 0.1 мкВ (эффективного значения напряжения, зарегистрированного им сигнала) в диапазоне частот от 50 Гц до 56 КГц с разрешающей способностью RBW, равной 3 Гц, или 10 Гц, или 30 Гц, или 100 Гц, или 300 Гц.

В процессе данных измерений многопозиционный переключатель «RBW», находящийся слева первым в верхнем правом ряду передней панели всегда был в положении «3 Гц»,

Как можно видеть, на цифровом индикаторе высвечено значение несущей частоты принятого сигнала 24620 Гц. Было в лаборатории установлено с помощью АКИП- 4210/3, что НэффМА№ 2 = 0.072 м. Поэтому амплитудное значение электрической составляющей напряжённости электромагнитного поля (с учётом расположения п. Р-1000 под углом порядка 25 гр относительно ориентации оси «прицепа») равно aryumla_12.gif 48.3 мкВ/м., тогда как на расстоянии 15 м от места расположения УПЛМА (по прямой) в лаборатории Е(15 м)=0.960 В/м.

«Действующая высот» НэффМА№ 7 = 0.092 м (см. текст в нижней части Изо.2). При этом выходное напряжение антенны МА№ 7 UМА№ 7= 90 мВ, амплитудном значении тока «возбуждения» Iам = 30.91 А, и подведённая к УПЛМА (с учётом потерь в 25 метровом фидере, в согласующем трансформаторе СТ и в калиброванном сопротивлении 0.0125 Ом, размещённое в БК)

мощность Ра=503.8 Ватт.

4. Интерес составляет сопоставление полученного в результате этого теста эффективного значения принятого сигала UМА№ 2 = 3 мкВ и полученного значения напряжённости поля Е(1000м) = 48.3 мкВ/м в пункте Р-1000 с ожидаемыми значениями аналогичных параметров, полученных автором теоретическим путём с использованием формул расчёта передающей ЛМА, как типичного представителя Элементарного Магнитного Диполя Герца (МДГ) в им опубликованных в «Научном Евразийском журнале» во второй половины 2016 года [2,3,4,5,6,7].

Ниже прилагается копия файла расчёта основных характеристик УПЛМА, полученных по упомянутым формулам с помощью компьютерной программы MathCAD V 7.0 [7] : её стр1 изложена в Изо.4, стр.2 — в Изо.5, стр. 3 в — Изо.6.

aryumla_13.gif

Изо.4

aryumla_14.gif

Изо.5.

aryumla_15.gif

Изо.6

Основные параметры для расчёта были взяты из данных текста в нижней части Изо.2.

На основании информации, изложенной в тексте Изо.6 видим, что амплитудное значение напряжение на выходе МА№ 2 на дистанции 1000 м составило величину UМА№ 2=0.44 мкВ, вместо полученного его измеренного значения, равного UМА№ 2 = 3 мкВ, а Е(1000 м)=6.1 мкВ/м вместо

Е(1000 м)= 48.3 мкВ/м. Это в первую очередь объясняется тем, что используемые авторы формулы были выведены автором без учёта возникающего в ЛМА эффекта искусственного возникновения "вектора Умова — Пойнтинга«в теле ЛМА [1,2]. Поскольку автор рассматривал вывод таких выражений для модели ЛМА в качестве первого приближения лишь как типичную представительницу Элементарного МДГ.

5. Из курса Радиотехники принято было ВУЗ СССР считать, что передатчик обладает мощностью излучения моно гармоничного сигнала Ррад = 1000 Ватт, если на расстоянии в 1000 метров он создаёт напряжённость электрического поля Е = 300 мВ/м. Поскольку при данных измерениях напряжённость электрического поля в п. Р-1000 имеет значение Е(1000 м)= 48.3 мкВ/м, то можно предположить, что Ррад. не меньше 0.16 Ватт при потреблении мощности от УМ собственно резонансным контуром УПЛМА равной 126 Ватт

Литература

  1. А.Б. Ляско, Патент РФ № 2428774 на изобретение «Передающие Линейные Магнитные Антенны (ЛМА)», 10 Сентября 2010 г., ФИПС, Москва.
  2. А.Б. Ляско, «Сферические волны передающей линейной магнитной антенны (Часть 1), «Евразийский научный журнал» № 6, Июнь 2016 г.
  3. А.Б. Ляско, «Сферические волны передающей магнитной антенны (Часть 2),
  4. «Евразийский научный журнал» № 7, Июль 2016 г.
  5. А.Б. Ляско, «О реальной возможности использования линейных магнитных антенн (ЛМА) для электромагнитной двусторонней трансляции дискретной информации в морской среде между мобильными объектами в диапазоне КНЧ»,
  6. «Евразийский научный журнал» № 8, Август 2016 г.
  7. А.Б. Ляско, «Об испытании модели линейной магнитной антенны ЛМА№ 20м1 (Часть 1)».
  8. «Евразийский научный журнал» № 11, Ноябрь 2016 г.
  9. А.Б. Ляско, «Об испытании модели линейной магнитной антенны ЛМА№ 20м1 (Часть 2)».
  10. «Евразийский научный журнал» № 12, Декабрь 2016 г.
  11. Программа «MathCAD V 7.0 MathSoft Ink.»