Евразийский
научный
журнал

Об испытании излучения передающей ВЧ модели ЛМА№4ВЧ с помощью приёмной ВЧ модели МА№9ВЧ

Поделитесь статьей с друзьями:
Автор(ы): Ляско Арий Борисович
Рубрика: Технические науки
Журнал: «Евразийский научный журнал №10 2017»  (октябрь, 2017)
Количество просмотров статьи: 1191
Показать PDF версию Об испытании излучения передающей ВЧ модели ЛМА№4ВЧ с помощью приёмной ВЧ модели МА№9ВЧ

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

1. Впервые в настоящем году была создана автором малогабаритнаz ВЧ передающая линейная магнитная антенна для использования в Мегагерцовом диапазоне электромагнитных волн. На Фото.1 представлен вид модели ЛМА№ 4ВЧ в герметичном корпусе длиной 84 см и диаметром порядка 11 см, рассчитанной на подведённую к ней мощность не менее 300 Ватт для возможного использования в диапазоне от 1 до 8 МГц.

Её соленоид, создающий продольное магнитное поле рассчитан на подачу переменного тока амплитудой не менее 25 Ампер и работу при переменном напряжении не менее 5 Киловольт.

ia2ary_1.jpg

Фото.1.

На поверхности поперечного отсека она обладает двумя ВЧ разъёмами: один для подсоединения коаксиального 50 Ом кабеля для подачи от УМ ВЧ тока питания соленоида продольного магнитного потока в теле модели ЛМА№ 4ВЧ, являющегося источником её электромагнитной радиации, а второй — для снятия переменного напряжения пропорционального величине упомянутого тока. В данном отсеке размещается конденсатор резонансной ёмкости Со, подсоединённой последовательно с индуктивностью упомянутого соленоида продольного магнитного поля, образуя тем самым последовательный колебательный контур упомянутого тока «возбуждения» ВЧ продольного магнитного поля. В процессе испытаний данная модель ЛМА№ 4ВЧ установлена наружи лабораторного помещения и соединена с Усилителем Мощности (УМ) фидером длиной 20 м в направлении её продольной оси «Юг — Север», как это можно увидеть на Фото. 2.

ia2ary_2.jpg

Фото.2.

Испытания проводились на частоте несущей f = 5.3 МГц , поданной к модели ЛМА№ 4ВЧ. Для данной частоты несущей f = 5.3 МГц длина волны λ = 56.6 м. Как принято зону дистанций D тсчёта уровня радиоизлучения (приёма) от источника электромагнитного излучения ИЭИ (от передающей антенны) , находящуюся в пределах Dбз= λ/2π принято считать его «Ближней зоной» излучения, характеризуемой сложным законом изменения уровня радиоизлучения при изменении дистанции D. В данном случае Dбз = 9 м. В инженерных кругах принято считать, что «Дальняя зона» излучения начинается с дистанций Dдз=3 λ. В данном случае Dдз=169.8 м.

П.С. Ляско [1], проводивший измерения уровня принятого сигнала в ряде пунктов от передающей модели ЛМА№ 4ВЧ на пересечённой местности, изобразил их на карте, представленной на Фиг.1

ia2ary_3.jpg

Фиг.1

2. В лабораторном помещении расположена контрольно- измерительное и силовое оборудование для контроля режима работы как самой передающей антенны ЛМА№ 4ВЧ, так и обеспечивающих её нормальное функционирование устройств.

ia2ary_4.jpg

Фото.3.

ia2ary_5.jpg

Фото.4.

ia2ary_6.jpg

Фото.5.

Это: а) двух канальный Функциональный Генератор (ФГ) типа АКИП- 3409/2 на частоты до 10 МГц (расположен слева на второй полке Фото.5), б) Линейный ВЧ усилитель мощности типа KL505 (расположен справа внизу Фото.5), питаемый от источника постоянного напряжения 13.5 В при токе до 30 А на диапазон от 1.7 МГц до 30 МГц, в) Линейный ВЧ усилитель мощности типа BLA350 , питаемый от сети переменного напряжения 50 Гц, на диапазон от 1.7 МГц до 30 МГц (расположен слева внизу на Фото.5), и г) виртуальный цифровой 12 бит четырёхканальный осциллограф — анализатор спектра до 10 МГц типа АКИП-4110/1 (на второй полке слева над ФГ на Фото.5)

3. На Фото.3 представлен на штативе вид стандартной активной с 35 дБ предусилителем приёмной антенны на диапазон от 9 КГц до 30 МГц типа MDF 930x. На Фото.4 а) в верхней часть слева представлен вид в герметичном корпусе (диаметр 4 см, длина 33 см) собственноручно разработанная и изготовлена автором пассивной ферритовой приёмной антенны МА№ 9ВЧ для измерений частоты в диапазоне от 0.1 МГц до 8 МГц, б)

Цифровой прецизионный приёмо — передатчик типа IC-7300 , используемый автором исключительно как высоко чувствительное приёмное устройство на диапазон от 30 КГц до 30 МГц со штыревой 80 см телескопической приёмной антенной (ШТПА). 3.1.Автором предварительно было проведено сравнение возможности регистрации уровня сигнала, излученного в «Ближней зоне» от модели ЛМА№ 4ВЧ в интересуемой полосе частот, при использовании приёмной активной антенны типа MDF 930x и модели МА№ 9ВЧ во время снятия амплитудно — частотной характеристики (АЧХ) модели ЛМА№ 4ВЧ в близи частоты несущей f = 5.3 МГц, представленной на Фиг.2.

ia2ary_7.gif

Фиг.2

Можно на основе сравнения результатов измерения уровня сигнала и их АЧХ, приведённых на Фиг.3 и Фиг.4, при нахождении обеих на одном и том же расстоянии в лабораторном помещении от места размещения модели ЛМА№ 4ВЧ (см. Фото.2) для f=5.113 МГц и f=5.286 МГц, — было прийти к решению, что измерения на пересечённой местности нужно производить, используя для регистрации сигнала от ЛМА№ 4ВЧ в качестве приёмной антенны модель МА№ 9ВЧ и Виртуальный 8 бит двуканальный осциллоскоп- анализатор спектра типа АКИП-72205А, внешний вид которого представлен справа от ШТПА сверху IC-7300 на Фото.4.

ia2ary_8.gif

Фиг.3

ia2ary_9.gif

Фиг.4.

3.2. Перед проведением описываемого испытания автор вынужден был оценить так называемую «Действующею высоту» Нэфф модели МА№ 9ВЧ, воспользовавшись сравнением

работоспособности измерять реальный эфирный фон с помощью IC-7300 при использование по очереди в качестве приёмной антенны упомянутую 80 см ШТПА и модель МА№ 9ВЧ для регистрации одного и того же сигнала из эфира, близкого к упомянутой несущей частоте f = 5.3 МГц. На Фиг. 5 представлена кривая спектральной плотности одного из эфирных сигналов, принятых IC-7300 и МА№ 9ВЧ.

ia2ary_10.gif

Фиг.5.

ia2ary_11.gif

Фиг.6.

Следует принять во внимание, что приёмное устройство IC-7300 для сигналов передатчиков работающих в режиме CW ( без модуляции — только на частоте несущей) обладает чувствительностью порядка 0.1 мкВ, тогда как АКИП-72205А имеет минимальную шкалу в 50 мВ. Это значит, что вряд ли возможно измерение сигналов в 5 МГц диапазоне менее 5 мкВ. Как следует из текста в нижней части Фиг.5, уровень принятого сигнала с помощью АКИП-72205А составил величину 38.5 мкВ. При использовании 80 см ШТПА IC-7300 зарегистрировал уровень сигнала данной станции близкий к значению 7.2 дБ, тогда как при использовании им МА№ 9ВЧ он зарегистрировал уровень близкий значению 4.5 дБ. Таким образом, «Действующая высота» 80 см ШТПА выше на 2.7 дБ (в 1.36 раз) «Действующей высоты» МА№ 9ВЧ. Принято считать, что «Действующая высота» 80 см ШТПА равна половине её длины, поэтому можно считать, что Нэфф МА№ 9ВЧ=0.294 м.

4. Измерения уровня принятого сигнала в ряде пунктов от передающей модели ЛМА№ 4ВЧ на пересечённой местности проходили 20.10 с.г в полдень в течении не превышающим 45 минут.

Результаты измерения в указанных на карте Фиг.1 пунктах приведены с помощью Спектрограмм ниже начиная с Фиг. 6 по Фиг.15

ia2ary_12.gif

Фиг.7.

ia2ary_13.gif

Фиг.8

ia2ary_14.gif

Фиг.9

ia2ary_15.gif

Фиг.10

ia2ary_16.gif

Фиг.11

ia2ary_17.gif

Фиг.12

ia2ary_18.gif

Фиг.13

ia2ary_19.gif

Фиг.14

ia2ary_20.gif

Фиг.15

В Таблицу 1 сведены измеренные на пересечённой местности значения электрической составляющей напряжённости электромагнитного поля, созданной излучением на частоте несущей f = 5.3 МГц моделью ЛМА№ 4ВЧ беспрерывно в продолжительности всего процесса измерений в пунктах, отмеченных на карте Фиг.1.

Таблица 1.

Дистанция в м Горизонтальная составляющая Ег в мкВ/м Вертикальная составляющая Ев в мкВ.м
10 1580
66 138
90 189 113
175 43.5
180 86.9
300 108
330 43.5
380 66.8
410 27.2

5. В момент процесса измерений вне лабораторного помещения, автор осуществлял с помощью имеющейся аппаратуры процесс излучения модели ЛМА№ 4ВЧ на частоте несущей f = 5.3 МГц, непрерывно контролируя значения тока «возбуждения» продольного магнитного потока в её теле. В связи с тем обстоятельством, что УМ типа KL505 и BLA350 нормально функционируют при подаче на их вход электрический сигнал мощностью от 1 ватта до 10 Ватт. Нужно учесть, что автор располагает лишь типом ФГ, который в состоянии на нагрузку 50 Ом выдать напряжение с удвоенным амплитудным значением 10 В. Это означает, что выходная мощность ФГ данного типа не превышает 0.25 Ватт. Поэтому автору, за не имением альтернативы, приходится последовательно соединять имеющиеся у него два упомянутых выше типа УМ. В целях безопасности приходится удалять модель ЛМА№ 4ВЧ на расстояние порядка 10 м. Что привело к применению 20 метрового 50 Ом фидера, идущего от выхода оконечного УМ, в данном случае типа BLA350. Таким образом пришлось использовать УМ типа KL505 не по назначению, — как предварительный усилитель для ФГ типа АКИП- 3409/2. В связи с отсутствием в распоряжении автора Network Analyzer для ВЧ диапазона усложнилось точное определение основных параметров всего тракта от выхода оконечного УМ минуя 20 м 50 Ом фидер (коаксиального 50 Ом кабеля повышенной мощности) к модели и модели ЛМА№ 4ВЧ, как транслятора электромагнитной энергии, и следовательно, усложнилась возможность подбора необходимого согласующего трансформатора (СТ) для неё, чтоб свести к манимому отражение от нее в подводящем фидере, и, следовательно возможность осуществления оптимального согласования её входного сопротивление в данном диапазоне частот с волновым сопротивлением фидера, и, как следствие, — с выходным сопротивлением конечного УМ. Достаточно сказать, что измеренное значение электрической ёмкости упомянутого «силового 50 Ом 20 м коаксиального кабеля на частоте 1 КГц с помощью цифрового R-C-L моста составило величину 2.1 нФ, тогда как значение ёмкости резонансного конденсатора в цепи тока «возбуждения», находящегося внутри корпуса модели ЛМА№ 4ВЧ, составляет величину 69 пФ для обеспечения использования 5 МГц диапазона.

УМ типа BLA350 обладает автоматическим обеспечением его рабочих характеристик: имея фиксированный набор НЧ Фильтров на выходе, контроль за выходными допустимыми параметрами тракта фидер — антенна, а так же обладает электромагнитным стрелочным прибором для относительного контроля выходной мощности. К сожаления он имеет лишь четыре деления, однако без указания величины мощности соответствующего положения стрелки на этой шкале. Для контроля тока поступающего в ЛМА№ 4ВЧ автору пришлось внутрь её герметичного корпуса включить последовательно в токовую цепь контура «возбуждения» калиброванное сопротивление Rt=0.05 Ом, подсоединив параллельно к нему контакты упомянутого ранее BNC типа разъема, изображённого рядом с «силовым ВЧ разъёмом» на Фото.1.

Для представления вида АЧХ и режима работы модели ЛМА№ 4ВЧ при данном испытании предшествовавшему моменту осуществления такового, ниже приводится ряд АЧХ, спектральных и временных осциллограмм для 5 МГц диапазона модели ЛМА№ 4ВЧ, представленных на Фиг.16 — Фиг.22.

ia2ary_21.gif

Фиг.16.

ia2ary_22.gif

Фиг.17

ia2ary_23.gif

Фиг.18

ia2ary_24.gif

Фиг.19

ia2ary_25.gif

Фиг.20

ia2ary_26.gif

Фиг.21

ia2ary_27.gif

Фиг.22

Итак. данная группа изображений описывает «характер поведения» напряжения Urt(0.05 Ом), полученного на выходе 20 м 50 Ом коаксиального кабеля с BNC типа ВЧ упомянутого разъёма, находящегося на внешней герметичной оболочке модели ЛМА№ 4ВЧ и изображённого на Фиг.1. И выходного напряжения UoutMDF930x, снятого с конца 3 м 50 Ом коаксиального кабеля, подсоединённого к выходному BNC типа ВЧ разъёму «пассивной» приёмной ферритовой антенны МА№ 9ВЧ. Место нахождения которой в лабораторном помещении и её расположение можно видеть на Фото.4.

Изображение формы этих двух напряжений ( Urt(0.05 Ом)-синего цвета график 1 канала измерителя АКИП-4110/2 , а UoutMDF930x — красного цвета 2 его канала) представлены на Фиг.16. В тексте в нижней его части автором приведена количественная оценка уровня этих напряжений и необходимая информация об заданных параметрах режима работы ФГ и УМ PL505 и BLA350. В том числе вычисленное значение амплитуда тока «возбуждения», протекаемого по обмотке соленоида, создающего продольно магнитный поток в теле модели ЛМА№ 4ВЧ, а именно Iam=2.68 А при частоте несущей f = 5.3 МГц , установленной на ФГ при о амплитуде напряжения в 4.5 В на его выходе. По форме тока Ia можно с уверенностью сказать, что без всякого согласующего трансформатора ВЧ тракт антенного тока находится в приемлемом для BLA350 согласовании с его ВЧ выходом как по сопротивлению, так и по величине возможного возврата к нему подаваемой в силовой фидер к ЛМА№ 4ВЧ ВЧ энергии. При этом стрелка его электродинамического прибора отклоняется на 30% отрезка от нулевого до первого деления его шкалы указателя выходной мощности. Если вся его шкала соответствует значению его максимально возможной выходной мощности, равной 350 Ватт, то можно считать, что его выходной мощностью в данном случае является величина, равная 26.25 Ватт. Но если считать, что в режиме CW его номинальной выходной мощностью длительного цикла непрерывной его работы является величина, равная 100 Ватт, то в данном случае выходная его мощность составляет величину, равную только 7.5 Ватт. Характер спектральной плотности упомянутых напряжений отражён на Фиг.17. О виде АЧХ и ширине полосы функционирования модели ЛМА№ 4ВЧ можно судить по графикам АЧХ упомянутых напряжений на Фиг.18 и Фиг.19. Видим, что максимум напряжения Urt(0.05 Ом) достигается в 5 МГц диапазоне при частоте несущей f = 5.3 МГц и на уровне 0.7 или — 3 дБ его ширина BW=0.53 МГц. Изображение Фиг.20, Фиг. 21 и Фиг.22 дают возможность понять выбранный автором для данного эксперимента режим работы, а именно, а) значение выходного напряжения и частоты несущей, установленные на ФГ, б) установку переключателя коэффициента усиления УМ типа PL505 в положении № 1, находящегося на его передней панели (см. Фото.5) и указана величина постоянного тока потребляемая им от источника постоянного напряжения, внешний вид которого можно видеть на Фото.5 внизу справа от него, в) указано положение переключателя НЧ фильтра на выходе на передней панели УМ типа BLA350 (см. Фото.5) при подаче ВЧ энергии в фидер в направлении модели BLA350, а именно 7.5 МГц.

6. Как было отмечено ранее почти час во время этого эксперимента вся контрольно- силовая аппаратура в лабораторном помещении непрерывно функционировала на указанной частое несущей, хотя в документации к УМ PL505 и BLA350 указан ограниченный интервал времени их применения в режиме CW ) без принятой в радиолюбительской практике вида модуляции несущей). Ниже приведённые изображения на Фиг.23, Фиг.24 и Фиг.25 дают представление о режиме работы в момент проведения измерений уровня сигнала на пересечённой местности, излучаемого непрерывно на частоте несущей f = 5.3 МГц моделью ЛМА№ 4ВЧ практически за пределами «Ближней зоны», доказывая, что ЛМА [2] могут так же быть использованы в МГц диапазоне как передающие антенны.

Модель ЛМА№ 4ВЧ была создана в соответствии с существующем Патентом РФ [2].

В основном, размещённое тело модели ЛМА№ 4ВЧ в герметичном корпусе собственноручно изготовлено П.С. Ляско.

Материалы измерений, произведённых вне помещения лаборатории, автору любезно были представлены в лице П.С. Ляско компанией «О.О.О. Л.Р.Э.Т.»

ia2ary_28.gif

Фиг.23.

ia2ary_29.gif

Фиг. 24

ia2ary_30.gif

Фиг.25.

Список литературы:

  1. П.С. Ляско. Сайт Компании «О.О.О. Л.Р.Э.Т.», www.lret.ru, 2017.
  2. Патент РФ № 2428774 на Изобретение «Передающие Линейные Магнитные Антенны (ЛМА)». 10 Сентября 2010 г., ФИПС, Москва.