Евразийский
научный
журнал

Передающая линейная магнитная антенна для ВЧ диапазона (часть 4)

Поделитесь статьей с друзьями:
Автор(ы): Ляско Арий Борисович
Рубрика: Технические науки
Журнал: «Евразийский Научный Журнал №3 2019»  (март, 2019)
Количество просмотров статьи: 231
Показать PDF версию Передающая линейная магнитная антенна для ВЧ диапазона (часть 4)

Ляско Арий Борисович
Радиоинженер,
канд. физ.-мат. наук, Ph.D.
E-mail: lyasko.ariy@mail.ru

1. Модель ЛМА№ 9ВЧВ выполнена в соответствии с содержанием текста Описания предполагаемого Изобретения по Заявки № 2018147389 от 28.12.2018 для патентования в РФ «Линейная магнитная антенна для ВЧ диапазона» [1]. Внешний вид тела Модели ЛМА№ 9 ВЧ представлен на Фото.1 без внешней герметичной оболочки, а на Фото.2 — в герметичной оболочке. Внешний диаметр её оболочки не превышает 56 мм при длине порядка 1100 мм, Она состоит из медного 5 мм стержня длиной порядка 1030 мм, с резьбой на его концах М5, на который надет по все его длине диэлектрический диаметра порядка 16 мм цилиндр, по верх которого надет из магнита-диэлектрического (ферритового) материала цилиндрической формы магнитопровод с внутренним диаметром порядка 16 мм и с внешним диаметром порядка 32 мм и длиной порядка 1000 мм. Поверх него надет диэлектрический цилиндрической формы каркас однослойной обмотки Соленоида продольного магнитного поля «Возбуждения» ЛМА№ 9 ВЧ с внешним диаметром порядка 36 мм.


Фото.1

2. Однослойная обмотка Соленоида «Возбуждения» длиной порядка 300 мм при внешнем диаметре dc = 45 мм состоит из N =13 витков плоской «шины», состоящей из уложенных плотно друг к другу диаметра 3 мм 7 гибких изолированных сечением 2.5 кв.мм медных многожильных проводников, концы которых соединены параллельно. На частоте 1 КГц её индуктивность Lsa (1 КГц)=18 мкГн. Индуктивность, измеренная на концах проводящего медного стержня (п.1) Ls rad (1 КГц)= 9 мкГн, Тогда как без магнитопровода обмотка Соленоида «Возбуждения» на частоте 1 КГц обладает индуктивность. Los=1.5 мкГн,


Фото.2.

3. Индуктивность Ls sum (1 КГц)= 22 мкГн, измеренная на частоте 1 КГц между концах проводов, представленных в нижней части Фото.1, являющейся суммарной индуктивностью последовательного соединения индуктивностей Ls rad (1 КГц) и Lsa (1 КГц. Между этими двумя её составляющими индуктивностями, как показали вычисления коэффициент связи Ксв = - 0.275 . Таким образом, между ними существует «обратная связь» и такое последовательное их соединения является (по магнитному потоку в теле магнитопровода) «ортогональным» и «не согласованным».

4. Для данной модели на частоте 1 КГц эффективное значение магнитной проницаемости μэфф=22 / 1.6=13.8 материала её магнитопровода.

5. На одном торце внешней оболочки Фото 2. можно видеть два ВЧ разъёма, — один из которых большего диаметра рассчитан на подсоединение к нему силового ВЧ коаксиального кабеля (типа RG-213) , обеспечивающего необходимый величины антенный ток Ia, обтекающий обмотку Соленоида «Возбуждения», создающий в магнитопроводе на частоты f магнитный поток Фм в продольной плоскости, а протекая по проводящему медному стержню, он в теле магнитопровода создает когерентный частоты f замкнутый магнитный поток в поперечной плоскости. Второй меньшего диаметра ВЧ «изолированного от корпуса» разъём типа BNC — для подсоединения коаксиального кабеля типа RG-58, предназначенного для мониторинга величины тока Ia, путём измерения падения ВЧ напряжения Uart(Rt=0.2 Oм) на калиброванном 1% 30 Ватт сопротивлении Rt = 0.2 Ом, включённого последовательно с не подсоединённым к концу проводящего медного стержня концом обмотки Соленоида «Возбуждения. Вокруг внешней оболочки в близи другого конца (на Фото.2 это место, обмотанное жёлтого цвета изоляционной лентой, можно видеть справа) расположена одновитковая петля «обратной связи», образованная из отрезка коаксиального кабеля. типа RG-58, на конце которого имеется разъёмом типа BNC.

6. В лаборатории была проведена предварительная оценка возможного использования этой модели в качестве резонансной приёмно-передающей антенны в третьем ВЧ любительском диапазоне (5.25 МГц — 5.42 МГц). Подсоединённый к разъёму одновитковой «петли обратной связи» типа RG-58 10 м кабель был подведён к первому каналу Виртуального Четырёх Канального Цифрового Осциллоскопа — Анализатора Спектра типа АКИП −4110/1. От разъёмом типа BNC на торце внешней оболочки 10 м типа RG-58 кабель был подсоединён к входу второго канала измерителя АКИП −4110/1.


Фото.3

К упомянутого большего диаметра ВЧ разъёму на торце внешней оболочки подсоединялся силовой коаксиальный 15 м кабель типа RG-213), выходной конец которого поступал на входной разъём специально разработанной Измерительной коробки (ИК), и с её одного из выходных разъёмов типа .типа BNC по 60 см кабелю типа RG-58 поступал на выходной разъём Цифрового Функционального Генератора АКИП −3409/2 (ФГ), передняя панель которого изображена на Фото.3

7. Ниже на Фиг.1 — Фиг.4. представлены графики АЧХ и Спектральной плотности и времннной характеристики на несущей (без модуляции) частоте ВЧ сигналов в контрольных точках режима работы данной Модели ЛМА№ 9 ВЧ. Второй выходной разъем типа BNC по 60 см кабелю типа RG-58 поступал на вход третьего канала измерителя АКИП −4110/1 для мониторинга тока Iout, поступающего в силовой кабель типа RG-213 с ФГ для измерения падения напряжения


Фиг.1


Фиг.2

Urt(Rt=0.05 Ом) на калиброванном 1% 30 Ватт сопротивлении Rt = 0.05 Ом, включённом последовательно в цепи протекания тока Iout внутри ИК. Через тройник к упомянутому входному разъёму ИК бы подсоединён стандартный осциллографический «пробник» в положении уменьшения поступающего напряжения в 10 раз, подсоединённый к входу четвёртого канала измерителя АКИР 4110/1 для регистрации ВЧ напряжения Uin на входе силового кабеля типа RG-213.


Фиг.3


Фиг.4

8. Нижней текстовой их части Примечаний автором приведены исходные, измеренные и рассчитанные с их помощью значения параметров данной модели в данном эксперименте:

а) На выходе ФГ был установлен уровень выходного моно гармонического сигнала Uout = 10 В п.п при выходном сопротивлении 50 Ом;

б) График синего цвета- ВЧ сигнал Uret «обратной связи» первого канала АКИП 4110/1, позволяющий произвести оценку величины протекаемого через данное сечение магнитного потока в окружающее пространство.

в) График красного цвета — ВЧ сигнал второго канала АКИП 4110/1. Uаrt(0.2 Ом) — падение напряжения на калиброванном сопротивлении включённого последовательно с отрицательным электродом ВЧ «изолированного от корпуса» разъёма на упомянутом входном разъеме ИК, к которому подсоединялся конец силового кабеля типа RG-213 с использованием стандартного переходника для подсоединения к разъёму типа BNC.

г) График зелёного цвета — ВЧ сигнал третьего канала АКИП 4110/1 — Urt(0.05 Ом)

д) График серого цвета — ВЧ сигнал четвёртого канала АКИП 4110/1 — напряжение Uin Fid , поданное на вход коаксиального кабеля типа RG-213, идущего к разъёму большего диаметра на торцовой части внешней оболочки Модели ЛМА№ 9 ВЧ.

9. На основании Фиг.1 и Фиг.2, принимая во внимание кривую синего цвета, на уровне 3 дБ Полоса пропускания CW=198.5 КГц данной модели при использовании Резонансного конденсатора Со=23.5 пФ внутри корпуса Модели ЛМА№ 9 ВЧ при данной длине и типе коаксиальных кабелей:

а) при частоте fo =5.361 МГц резонанса контура антенного тока Ia, что соответствует третьему ВЧ Любительскому диапазону, на котором предполагается использование этой модели.

б) расчёт показывает, что на частоте f= fo Ls sum = 37.5 мкГн, Добротность Qeff= 27.

Волновое сопротивление ρ=1263 Ом, эквивалентное активное сопротивление reff=46.7 Ом. Значение Добротности Qeff означает, что напряжение Ua на резонансном конденсаторе Со, так же как и на Индуктивности La Модели ЛМА№ 9 ВЧ будет во столько же раз выше в момент резонанс в резонансном антенном контуре тока Ia, чем напряжение, поступившее от источника ВЧ питания током через силовой фидер на разъём большего диаметра торца внешней оболочки данной модели (см. Фото.2)

10. Естественно, что соединённые между измерительной аппаратурой и источником ВЧ мощности фидеры при заданном значении Резонансного конденсатора Со вносят свой вклад в общий импеданс (Z( антенного тока тракта, что требует анализа этого тракта на удачное согласования с импедансом фидера и выходным импедансом источника подводимой ВЧ мощности (ВЧИМ).

Используя Измеритель антенных цепей типа АА-54 для определения основных характеристик антенного токового контура модели ЛМА№ 9 ВЧ, подключением к концу коаксиального кабеля, идущего на выход ФГ был получен результат измерения, представленный на Фиг.5. Из которого следует, что произведённая оценка reff=46.7 Ом того же порядка, что и активная часть импеданса, равная 42.5 Ом, приведённой информации об результате измерений Фиг.5.


Фиг.5


Фото.4, Фото.5, Фото.6

11. Одновременно на расстоянии 4 м от места установки модели ЛМА№ 9 ВЧ измерялись с помощью портативного цифрового спектрометрического измерителя типа АКИП- 4210/3 напряжённости магнитного и электрического поля Е и Н в момент отсутствия и подачи на данную модель выходного сигнала с ФГ.

Фон уровня напряжённости электрического поля составил величину Ефон=228 мВ/м (изображено на Фото.4), тогда как при подаче выходного напряжения с ФГ в упомянутый силовой кабель Етест (4 м)=11.9 В/м (изображено на Фото.5). Фон 3D уровня напряжённости магнитного поля Вфон=1.297 нТл, тогда как при подачи выходного сигнала с ФГ в силовой кабель Втест (4 м)=45.78 нТл (изображено на Фото.6).

Данный ФГ обладает при Uout = 10 В п.п. и выходном сопротивлении 50 Ом;

максимальным значением мощности равной 0.25 Ватт.

Тогда как типовые ВЧ трансиверы, например такие, как ICom IC-7300 или IC-718 обладают значением выходной мощности от 5 Ватт до 100 Ватт при всех видах модуляции за исключением Амплитудной (АМ), когда максимальная выходная их мощность не выше 25 Ватт, и возможностью обеспечения антенны величиной КСВ, которая не превышает 3.0 при значения её активного эквивалентного последовательного выходного сопротивления в пределах от 16 Ом до 150 Ом в режиме трансмиссии. При этом трансивер IC-7300 имеет встроенное согласующее Импеданс устройство, тогда как Трансивер IC-718 предполагает использование для Моделей ЛМА ВЧ внешнего согласующего устройства типа ICom AT-180. Нужно отметить, что в Трансивере IC-718 в отличии от Трансивера IC-7300 исключена возможность трансмиссии в Третьем ВЧ Любительском диапазоне (от 5.255000 МГц до 5.405000 МГц)

12. В предыдущей своей статье [6] относительно теста Модели ЛМА№ 7ВЧ во Втором ВЧ Любительском диапазоне была на Фото.11 изображена, стоящая на втором АПУ, Модель ЛМА№ 5ВЧ, установленная вместо приема — передающей пассивной Модели ЛМА№ 6ВЧ и , предназначенная для использования лишь в Третьем ВЧ Любительском диапазоне, в отличии от Модели ЛМА№ 7ВЧ и Модели ЛМА№ 6ВЧ. В связи с эти обстоятельством появилась возможность провести сравнение эффективности использования Модели ЛМА№ 9ВЧ, установленной вместо Модели ЛМА№ 6ВЧ, в лабораторном помещении в качестве приёмной пассивной антенны на дистанции приблизительно 10 м от места установки на АПУ Модели ЛМА№ 5ВЧ во время её излучения по уровню принятого сигнала в сравнении с уровнем сигнала, зарегистрированного 1 м Вертикальной пассивной Антенной (VA1m), расположенной рядом с Моделью ЛМА № 6ВЧ на Фото.7. На Фиг.6 представлена временная форма сигналов зарегистрированных Моделью ЛМА№ 9ВЧ (кривая синего цвета первого канала) и VA1m (кривая красного цвета второго канала) при помощи Виртуального цифрового двух канального Осциллографа — Спектра Анализатора АКИП-72205А, корпус серого цвета которого можно видеть справа внизу на Фото.7. На Фиг. 7 представлена их спектральная плотность.


Фото.7

В справочной литературе утверждается [7, на стр.276 в Таблице: строка 5 столбец 6)]. что «короткий вибратор на идеально проводящей земле » обладает «Действующей высотой» равной половине его высоты. Поэтому чисто условно, если предположить, что вертикальная штыревая телескопическая антенна VA1m длиной 1 м обладает Нэфф=0.5 м, то на частоте 5.304 МГц Приёма — Передающей Антенны ЛМА№ 9ВЧ обладает величиной эффективной высоты Нэфф =6.7 м


Фиг.6


Фото.8


Фиг.7

13. 25 Февраля на АПУ вместо Модели ЛМА№ 7ВЧ, предназначенной только для использования во Втором ВЧ Любительском диапазоне, была установлена Модель ЛМА№ 9ВЧ впереди Модели ЛМА5ВЧ, которая, как можно видеть на Фото.8 размещена на другом АПУ позади и параллельно Модели ЛМА№ 9ВЧ. Они обе предназначенные для


Фиг.8


Фиг.9


Фиг.10

использования только в Третьем ВЧ Любительском диапазоне. После установки утром вне помещения лаборатории Модели ЛМА№ 9ВЧ на АПУ через несколько часов для её адаптации перед тем в лаборатории, как выходной разъём ведущего от торца внешней герметичной оболочки силового 22 м коаксиального кабеля типа RG-213 подсоединить к выходу ФГ, с помощью Измерителя АА-54 проводилось измерение частотной характеристики (ЧХ) параметра КСВ, представленной на Фиг.8. На следующие день результат измерение ЧХ КСВ на конце этого кабеля представлен на Фиг.9. Как можно видеть влияние изменившихся внешних факторов привело к некоторому смещению частоты f* минимального значения КСВ. Так же была снята ЧХ КСВ Антенного тракта ( его основные параметры представленные на Фиг.10) перед проведением теста основных характеристик Модели ЛМА№ 9ВЧ в рабочих точках режима её работы. Результат этих исследований представлен кривыми Фиг.11 и Фиг.12,


Фиг.11

Контрольными точками режима работы моделей ЛМАВЧ автор обычно считает: а) Uret — напряжение «обратной связи» на конце коаксиального кабеля, подсоединённого к одновитковой петли, охватывающую поверхность внешней оболочки Модели ЛМАВЧ вблизи одного из её торца; б) Падение напряжения Uart(0.2 Ом) и Urt(0.05 Ом) на калиброванных сопротивлениях, находящихся соответственно внутри внешней оболочки Модели ЛМА№ВЧ и в специальной Измерительной Коробке (ИК); в) Напряжение Uout на выходе источника ВЧ мощности, в конечном счёте подаваемое на на силовой фидер, идущий в направлении к ВЧ разъёму на торце внешней оболочки ЛМАВЧ; и др. величины, такие как уровень Напряжённости электрическогополя Етест и уровень Индукции магнитного поля Нтест в заданном месте лабораторного помещения с помощью Измерителя АКИП 4210/3 (см. Фото.7).

14. В нижней части Фиг.11 и Фиг.12 изображений временных характеристик и Спектральной плотности сигналов в контрольных точках Примечаний приведены исходные параметры и измеренные значения. На основании этих данных можно с помощью Фиг.11 и Фиг.12 получить интересуемую информацию.

14.1. При Со=23.5 рФ эквивалентное значение Индуктивности Laэфф(5.3 МГц)=38.37 мкГн, Волновое Сопротивление ρа=1278 Ом. Зная полосу пропускания BW=198.5 КГц определяем Qэфф=26.7 МГц, и последовательное активное сопротивление rэфф= 47.9 Ом во время резонанса. Можно видеть, что расчётная величина rэфф близка к значению активной части Импеданса 51.8 Ом Антенного токового контура ЛМА№ 9ВЧ , показанного в таблице значений Фиг.10.


Фиг.12.

14.2 Зная величину Индуктивности обмотки соленоида вне магнитопровода Lo=1.5 мкГн, определяем значение μэфф=25,8. Зная Uart(0.2 Ом)=2.344 В, можем определить величину тока Ia = 2.334/0.2=11.67 A. Определяем значение напряжённости магнитного поля в магнитопроводе Нм=483.3 А / м. Зная μэфф=25,8 определяем Максимальное значение Индукции Вм=15.67 мТл в теле магнитопровода (на его торцах). Зная расстояние D=10 м, диаметр обмотки соленоида dc=4.5 см и значение Втест(D=10 м)=152.6 нТл в трёхмерной системе с учётом, что в одномерной системе В(10 м)=88.2 нТл (это не трудно показать), можно определить из соотношения  значение величины х=2.25. Для данной частоты несущей f длина волны λо=56.6 м. Полагая, что закон изменения Индукции обратно пропорционален степени х отношения дистанций до расстояния равного λо =56.6 м, тогда В(λо)=1.78 нТл и далее изменение Индукции магнитного поля обратно пропорционально первой степени изменения величины расстояния. При этом Напряжённость магнитного поля Н(λо)= 1.41 мА/м, а Напряжённость Электрического поля

Е(λо)=0.54 В / м. В таких случаях предполагают для расчёта величины Мощности излучения Антенны Ррад использование формулы . Излученная мощность Моделью ЛМА№ 9ВЧ Ррад=15.6 Ватт. (см. ниже Приложение № 1)


Фото.9.


Фото.10


Фото.11.

14.3 На Фото.9 и Фото.10 представлен вид слева стабилизированного источника питания (Трансивера IC 7300) постоянного напряжения 13.5 В при максимальном токе до 30 А, отдаваемого в нагрузку; а справа от него — Измеритель Мощности и КСВ типа CN-501H2. На Фото.10 рядом с ним расположено устройство управления АПУ, на котором установлена Модель ЛМА№ 9ВЧ, а выше над ним расположен блок предварительного ВЧ усиления и коммутации типа MFJ- 1040C. На второй полке частично видны корпусы ФГ АКИП 3409/2 и Трансивера IC 7300. Выход Трансивера IC 7300 коаксиальным кабелем соединён с выходом измерительной коробки ИК, в которой находится сопротивление Rt=0.05 Ом, ВЧ вход которой соединён коаксиальным кабелем с входом устройства MFJ- 1040C, выход которого в свою очередь коаксиальным кабелем к входу измерителя CN-501H2, к входу которого и подсоединён силовой коаксиальный кабель RG-2013, подсоединяемый к Модели ЛМА№ 9ВЧ. Вся эта ВЧ цепочка входит в «ВЧ тракт Антенного тока».

15.1 В момент трансляции Трансивера IC 7300 отсчёт показаний Измерителей на Фото.10 свидетельствует, что поступающая в силовой коаксиальный кабель выходная ВЧ мощность Рвых=20 Ватт и КСВ=1.0. Ток потребляемый Трансивером IC 7300 составляет 12 А На Фото.11 представлен вид передней панели Трансмиттера IC 7300. Как видим, во


Фото.12, Фото.13

время описанного теста на несущей частоте f = 5.301 МГц, как это отмечено в текстовой части Фиг.11 и Фиг.12 использовался RTTY вид трансмиссии, при этом ВЧ мощность на выходе IC 7300 по его шкале составила чуть меньше 25 Ватт, однако измеритель CN-501H2 фиксировал на входе силового ВЧ фидера ВЧ Мощность равную 20 Ватт, тогда оба показали величину КСВ = 1.0.

15.2. По этому можно утверждать, что эффективность излучения модели ЛМА№ 9ВЧ порядка ζ рад= 15.6 /20=0.78, или иначе 78 %.

15.3. Как отмечалось в текстовой части Фиг.11 и Фиг.12, производился отсчёт показаний Индукции Магнитного поля в отсутствии трансмиссии (Фото.12) и вовремя её осуществления (Фото.13) и Напряжённости Электрического поля в отсутствии трансмиссии (Фото.14) и во время её отсутствия (Фото.15) Цифровым измерителем АКИП 4210/3, вешний вид передней панели которого представлен на Фото.7. 12, 13, 14, 15, в лабораторном помещении на расстоянии примерно 10 метров по прямой от места установки Модели ЛМА№ 9ВЧ (именно эти значения на их табло и были использованы там).


Фото.14, Фото.15

15.4. Как можно видеть на Фото.7 правее Измерителя АКИП 4210/3 чуть выше размещены для регистрации сигнала излучения Моделью ЛМА№ 9ВЧ на расстояние примерно 10 м по прямой от Модели ЛМА№ 9ВЧ на АПУ упомянутые пассивные Приёма — Передающая Модель ЛМА№ 6ВЧ и приёмная Вертикальная 1 м Антенна VA1m с целью контроля реальной обстановки в эфире в 5 МГц диапазоне. В момент регистрации кривых сигналов в рабочих точках режима работы Модели ЛМА№ 9ВЧ на Фиг.11 и Фиг.12 с помощью Измерителя АКИП-72205А были получены, представленные на Фиг.14 и Фиг.13 графики временной характеристики и спектральной плотности сигналов, зарегистрированных выше назваными приёмными антеннами, соответственно.

Ранее предполагали, на основании идеализации , что «Действующая Высота

Нэфф VA1m=0.5 м. Но в настоящий момент, зная значение Етест(10 м)=31 В/м в соответствии с изображением на экране Фото.15 Измерителя АКИП 4210/3, находящегося рядом с Антенной VA1m (в соответствии с их изображением на Фото.7), и зная величину выходного напряжения Uout VA1m=65.6 мВ (из информации из Фиг.14), можем на основание расчёта 65.6 мВ / 31 В/м=0.0021 м считать, что действующая высота Антенны НэффVA1m=0.002 м. Из текстовой части Примечания Фиг.7 следует, что значение выходного напряжения Модели ЛМА№ 9ВЧ было выше выходного напряжения Антенны VA1m в 13.4 раза, поэтому для частоты 5.3 МГц фактически НэффЛМА№ 9ВЧ= 0.027 м.

15.5. При амплитудном значении напряжения на выходе Трансивера равном

66.6 В (см. Фиг.11) на обмотке соленоида ЛМА№ 9ВЧ амплитудное значение Ua, зная значение волнового сопротивления ρa=1278 Ом и величину тока Ia = 11.67 А, может быть рассчитано: Ua=14845 В. Это значит, что и резонансный конденсатор в процессе трансмиссии находится под воздействием такого же очень высокого напряжения.


Фиг.13.


Фиг.14

Приложение 1


Фиг.15

Для элементарного Магнитного Диполя Герца, условно в открытом пространстве представленного на Фиг.15, когда длина его тела много меньше площади его поперечного сечения и много меньше длины волны λ им излучаемой, — принято описывать основные параметра создаваемого им электромагнитного поля в основном следующими уравнениями [8, 9, 10].


где  (2 — 4),  (2 — 5), где

Jm — «Магнитный ток» протекаемый в теле ПЛМА, [В ] ;

где  (1- 7)  (1 — 8)

 — вектор напряженности электрической составляющей электромагнитного поля
с единицей измерения, [Вольт / м].

 — вектор напряженности магнитной составляющей электромагнитного поля

с единицей измерения, [Ампер / м].

— вектор индукции магнитной составляющей электромагнитного поля

с единицей измерения, [Тесла], или [Вольт сек / м2], или [Вебер / м2] .

 — коэффициент диэлектрической проницаемости в вакууме, [Ампер сек / Вольт м],

или [Фарад / м], где

 , (1 — 9)

 — относительная величина диэлектрической проницаемости среды,

 — коэффициент магнитной проницаемости в вакууме, [Вольт сек / Ампер м],

или [Генри / м], где  (1 — 10)

 — относительная величина магнитной проницаемости среды,

 (1 — 11)

f — частота несущей, излучаемая ЛМА в Гц.

 (1 — 12)

 (1 — 13)


W0 , W — волновое сопротивление в «открытом пространстве (вакууме) и в окружающей среде, соответственно, [Ом],

d — диаметр стержня цилиндра, изображённого вертикально в центре координатной системы, [м ],

lм — длина стержня, обозначающего тело Линейной Магнитного Антенны (ЛМА) [м ],

как разновидности Элементарного Магнитного Диполя Герца (МГД):

Ниже приводится материал теоретического расчёта с помощь Компьютерной лицензированной программы [11], сохранившийся у автора вместе с ноутбуком IBM ThinkPad R40 с системой MS Windows XP, по этому ниже результат действия данной программы приходится на современном ноутбуке приводить в «графическом» виде, как рабочий материал для значения Iam= 11.67 A, lm= 1 м, и для двух дистанций равной 10 м и равной (длине волны) 56.7 м.




Итак, проведённый анализ с использованием аналитических выражений для виртуальной антенны типа МГД с размерами магнитопровода Модели ЛМА№ 9ВЧ и при значении антенного тока равного 11.65 А в процессе её теста, описанного выше для величины Напряжённости Электрического поля на дистанции 10 метров выдал амплитудное значение 37.9 В / м, практически совпадающим с эффективным значением Етест(10 м)=31 В/м для неё на экране Фото.15.




Интересно отметить, что приведённые выше теоретические расчёты для дистанции 56.7 м при заданном значении протекаемого по ней тока а) дали амплитудное значение напряжения на индуктивности обмотки соленоида равное 14.91 КВ, что одного порядка со значением Ua=14845 В, вычисленным ранее для модели ЛМА№ 9ВЧ, б) и при дистанции равной 56.7 м имеет место совпадение расчёта мощности излучения 15.161 Ватт для виртуальной модели Антенны типа МГД с расчётным значением мощности Ррад=15.6 Ватт излученной в эфир Моделью ЛМА№ 9ВЧ при к ней

подводимой в силовой фидер от Трансивера IC 7300 мощности равной 20 Ватт на частоте несущей 5.3 МГц.

Приложение 2

  1. Основные уравнения для магнитной () и электрических

 составляющих напряжённостей электромагнитного поля для Виртуальной модели Фиг. 16 Линейных Электрических Антенн (ЛЭА), относящихся к излучателям типа Элементарного Электрического Диполя Герца (ЭГД) выведенные автором монографии [8] в право ориентированной сферической системе ортогональных координат являются моно гармоническими функциями круговой частоты ω, пространственных координат (ρ, θ, φ) и времени t вида:


где амплитудные их значения описываются выражениями:


где  (2- 7)  (2 — 8)

 — вектор напряженности электрической составляющей электромагнитного поля
с единицей измерения, [Вольт / м].

 — вектор напряженности магнитной составляющей электромагнитного поля

с единицей измерения, [Ампер / м].

— вектор индукции магнитной составляющей электромагнитного поля

с единицей измерения, [Тесла], или [Вольт сек / м2], или [Вебер / м2] .

— вектор плотности электрического тока, [Ампер / м2].

— вектор плотности «магнитного тока», [Вольт / м2].

 — коэффициент диэлектрической проницаемости в вакууме, [Ампер сек / Вольт м],

или [Фарад / м], где

 , (2 — 9)

 — относительная величина диэлектрической проницаемости среды,

 — коэффициент магнитной проницаемости в вакууме, [Вольт сек / Ампер м],

или [Генри / м], где  (2 — 10)

 — относительная величина магнитной проницаемости среды,

 (2 — 11)

f — частота несущей, излучаемая ЛМА в Гц.

 (2 — 12)

 (2— 13)

 — эффективное значение относительной величины диэлектрической проницаемости морской воды,

 — эффективное значение относительной величины магнитной проницаемости морской воды,


W0 , W — волновое сопротивление в «открытом пространстве (вакууме) и в окружающей среде, соответственно, [Ом],

d — диаметр стержня цилиндра, изображённого вертикально в центре координатной системы, [м ],

le — длина стержня, обозначающего тело Линейной Электрической Антенны (ЛЭА) [м ],

и при условиях:

 (2 — 21)  (2 — 22) является элементарным Электрическим Диполем Герца (ЭГД).

Iam = je Fa (2 — 23)  (2 — 24)  (2 — 25)

Iam — амплитудное значение тока проходящий по телу ЭГД [А],

Fa — сечение поперечное сечение цилиндрического тела ЭГД [кв.м],

Уравнения (2 — 4, 5, 6) можно привести к виду:


В «Дальней зоне» когда  (2 — 29) остаются лишь две компоненты напряжённостей электромагнитного потока, изучаемого ЭГД в свободном окружающее пространство:


Амплитудное значение  вектора Умова-Пойнтинга, который с физической точки зрения являющейся плотностью секундного «расхода» электромагнитной энергии:

 (2 — 33).

в право ориентированной системе ортогональных векторов (Е, Н, S) «Волновое сопротивление»  (1 — 34) , (1 — 35 ) ,. исходя из значений выражений (1 — 31) и (1 — 32) является отрицательной величиной, где Wo =377 Ом.

В отличие от МГД, где ориентация ортогональных векторов  излучаемого потока электромагнитной энергии является «правосторонней», для ЭГД ориентация ортогональных векторов  излучаемого электромагнитного потока является «левосторонней». Для устранения этого «казуса» поэтому анализ Сферических волн, излучаемых ЭГД , требуется проводить [9] в «естественной» для ЭГД левосторонней сферической системе ортогональных координат, как это проиллюстрировано на Фиг.16


Фиг.16

Ниже приводится материал теоретического расчёта с помощь Компьютерной лицензированной программы [11], сохранившийся у автора вместе с ноутбуком IBM ThinkPad R40 с системой MS Windows XP, по этому ниже результат действия данной программы приходится на современном ноутбуке приводить в «графическом» виде, как рабочий материал. При этом заложено было в программу, что длина le=1 м, частота f=5.3 МГц, амплитуда протекаемого по всей его длине по нему тока Iam =11.87 А (вообще говоря, практически не возможно в такой длины отрезок проводящего металлического стержня, например, в электрическую вертикальную антенну на такой частоте «загнать» такой величины ток) для двух значений дистанций 10 м и (равной длине волны) 56.7 м.





Заключение

Модель ЛМА№ 9ВЧ представляет собой в основном приёма — передающую антенну для ВЧ диапазона, относящуюся к Антеннам типа МГД, хотя из за наличия в её конструкции медного стержня внутри её магнитопровода, через который проходит антенный ток, обладает свойствами, относящимися в некотором смысле к ВЧ антеннам типа ЭГД, что не может не внести вклад и в её эффективность и её диаграмму направленности.

После того, как будет возможно (летом) провести её тест в данном любительском диапазоне, когда в близи места её установки на АПУ не будет расположена иная антенна, станет возможным с достаточной достоверностью определить её диаграмму направленности в горизонтальной плоскости и реальную величину излучаемой ею в эфир мощности

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, «Об испытании излучения передающей ВЧ модели ЛМА№ 4ВЧ с помощью ВЧ модели ЛМА№ 6ВЧ», «Евразийский Научный Журнал», № 10, Октябрь20173.
  3. А.Б Ляско. «Передающие линейные магнитные антенны для ВЧ диапазона », «Евразийский Научный Журнал, № 7, Раздел «Технические Науки», Июль 2018 г.
  4. А.Б. Ляско «Передающие линейные магнитные антенны для ВЧ диапазона. Часть 2» «Евразийский Научный Журнал», № 12, Раздел "Технические Науки"Декабрь, 2018
  5. А.Б. Ляско, Заявка № 2018147389 для патентования изобретения " Линейная Магнитная Антенна для ВЧ диапазона«, 28 Декабря 2018 г., ФИПС, Москва
  6. А.Б. Ляско «Передающие линейные магнитные антенны для ВЧ диапазона. Часть 3» «Евразийский Научный Журнал», № 2, Раздел «Технические Науки» Февраль, 2019 г.
  7. Х. Мейнкин и Ф.В. Гундлках, "Радиотехнический Справочник",ГосЭнерг.Издат, Москва,
  8. Г. З. Айзенберг, Монография " Антенны Ультракоротких Волн", Гос. Изд. Лит. по вопросам Связи и Радио", Москва, 1957 г.
  9. Arie Lyasko"Теоретическое приложение и инженерный метод расчёта" US Patent 4458248 Jul.3.1984. "Parametric Antenna
  10. А.Б. Ляско, «Сферические волны передающих Линейных Магнитных Антенн (Часть I), «Евразийский Научный Журнал», № 6, 2016 г.
  11. Компьютерная программа «MathCAD», MathSoft. Inc., 1999 г.