Об особенности испытания одно и много модульных моделей ЛМА для СДВ диапазона электромагнитных волн (часть 2)

1. Как было отмечено в статье [9] практическое применение ЛМА может быть осуществлено либо в виде одно- или в много модульном варианте, как это описано в статьях [1. 2 3, 4, 5, 6, 7, 8] при описании «шестимодульной» модели, или одномодульной модели ЛМА№ 20м1. Целесообразность использования много (при числе модулей n > 1) модульной модели при одном и том же амплитудном значении тока «возбуждения» в соленоидах, создающих продольное магнитное поле каждой из моделей, возникает ни столько с целью увеличить подводимую мощность в n раз, избегая в отдельно взятой модели возможность превысить допустимую величину индукции продольного магнитного поля, сколько для увеличения коэффициента ξ эффективности излучаемой ей электромагнитной энергии в окружающую среду, при этом ξ = Ррад/ Ра (1 — 1), где

Ра — мощность подводимая к антенному контуру тока «возбуждения» много модульной антенны, а Ррад — излучаемая в окружающее пространство ей мощность электромагнитного потока.

Целью настоящей работы является показать, что при использовании в двухмодульной модели ЛМА (число n = 2) однотипных по своим параметрам, упомянутых в предыдущих статьях автора моделей ЛМА№ 20м и ЛМА№ 20м1, эффективность излучения возрастает практически не менее, чем в 4 раза (n ² ).

2. На Фото.1 в лабораторном помещении с левой стороны представлен внешний вид в герметичной оболочке модели ЛМА№ 20м, а справой его стороны — внешний вид в герметичной оболочке модели ЛМА№ 20м1. При параллельном расположении продольных осей этих моделей на расстоянии 32 см.

Фото.1.

На частоте 1 КГц индуктивность La1 = 1.556 мГн соленоида тока «возбуждения» модели ЛМА№ 20м1, тогда как индуктивность La2 = 2.436 мГн. Их обмотки «возбуждения» можно соединить последовательно двумя способами : «согласовано» и «не согласовано» при этом в силу размещения этих моделей в герметичные корпуса и концы их обмоток выведены на одну и ту же сторону, поэтому трудно определить вид ( «правая или левая» намотка) их обмоток и какой из двух проводов концов их обмоток «возбуждения» является «началом» или «концом» обмотки соленоида конкретной модели. Под «согласованным» включением последовательно соленоидов этих моделей понимаем такое соединение одного выхода обмотки соленоида одной модели с одним из концов соленоида другой модели, когда удаётся использовать оставшиеся свободными концы в качестве выхода образованной таким образом некой " приёмной ферритовой антенны" при условии принять с «эфира» один и тот же сигнал с максимально возможным уровнем. Естественно, что при другом варианте «не согласованного» последовательного соединения соленоидов «возбуждения» данных моделей уровень принятого сигнала будет минимальным. «Согласованное» соединение гарантирует, что при подаче тока в обмотки «возбуждения» магнитный поток этих двух моделей будет идти в одно и том же направлении, что будет гарантией получения во вешнем пространстве максимально возможного уровня излучаемого ею электромагнитного потока. При «согласованном» последовательном включении обмоток соленоидов «возбуждения» измеренное на 1 КГц значение результирующей индуктивности Lasum = 3.631 мГн, а не (La1 = 1.556 мГн)+( La2 = 2.436 мГн)=3.992 мГн. При

«согласованном» последовательном соединении обмоток соленоидов тока «возбуждения» имеет место отрицательная обратная магнитная связь. Для расстояния равным 32 см между продольными осями параллельно расположенных этих моделей коэффициент магнитной связи Ксв = 0.09. Эти измерения индуктивностей (так же как и их добротность и эквивалентное сопротивление) были произведены на стандартном цифровом " L — C — R" мосте.

3. На Фото.2 представлено расположение этой двух модульной передающей модели ЛМА, размещённой вне лабораторного помещения в месте с двумя конденсаторами, образующими резонансную емкость Со = 2.605 нФ, ( размещёна в едином герметичном корпусе, внешний вид которого представлен между корпусами ЛМА№ 20м и ЛМА№ 20м1 на Фото.1).

Фото.2.

Фото.3

В нижней части Фото.3 усилитель мощности УМ , обеспечивающий необходимую величину тока «возбуждения» Ia в соленоидах «возбуждения» продольного магнитного потока в этой двух модульной модели ЛМА, соединённой с ним 15 м фидером.

Для анализа работоспособности этой сдвоенной модели ЛМА использована та же самая измерительная аппаратура и те же приспособления, что подробно были описаны в предыдущей авторской статье [ 9 ] при перечне устройств, изображённых там на Фото.5. Исключением составляет используемое в данной ситуации согласующий трансформатор СТ с измененным значением коэффициента трансформации за счёт изменения значений индуктивности его первичной и вторичной обмоток и для мониторинга амплитудного значения напряжения на выходе вторичной обмотки СТ для предохранения 2-го канала АКИП-4110/1 использован делитель 1:9. Этот делитель можно видеть на Фото.3 размещённого в нижней части слева над поверхностью УМ.

Фото.4

На Фото.4 представлены в лабораторном помещении на расстоянии порядка 10 метров от места установки (см. Фото.2) передающих моделей ЛМА№ 20м и ЛМА№ 20м1 пассивные приёмные антенны МА№ 7, МА№ 2 и установленный на штативе портативный измеритель напряжённости электрической или магнитной составляющей электромагнитного поля АКИП-4210/3.

4. Определим эффективность излучения этой двух модульной модели на частоте несущей порядка 49.5 КГц для двух её режимов работы 4.1) при амплитудном значении тока «возбуждения» Iam = 3.06 А , 4.2) при амплитудном значении тока «возбуждения» Iam = 5.64 А

4.1.

Изо.1.

Изо.2.

Изо.3.

Изо.4

На Изо.1 и Изо2. представлен вид АЧХ напряжений: на первом канале Urt(Rt=0.05 Ом) — пропорционального току Ia «возбуждения», на втором канале Utr.out — на выходе вторичной обмотки СТ, на третьем и четвёртом каналах соответственно на выходе первого и второго каналов УМ, позволяющие определить частоту максимума величины тока «возбуждения» и величину «Полосы пропускания» BW на уровне — 3 дБ. Тогда как на Изо.3 представлено изображение формы этих напряжений в момент резонанса частоты несущей f = 49.7 КГц с собственной резонансной частотой fо антенного контура тока «возбуждения» в момент совпадения фазы напряжения Urt(Rt=0.05 Ом) и Utr.out.

На Изо.4 представлен вид спектральной плотности выходного напряжения пассивных приёмных ферритовых антенн, что на Фото.4 в момент регистрации кривых упомянутых напряжений, форма которых представлена на Изо.3.

Фото.5.

В тексте в нижней части Изо.3 и Изо. 4 представлены результаты измерений и величины расчёта основного режима работы УМ и изображённой на Фото.2 удвоенной модели ЛМА, а также измеренные значения уровней сигнала при частоте несущей f = 49.67 КГц, излучаемой ей, зарегистрированного приёмными ферритовыми антеннами и АКИП-411/3 на расстоянии 10м.

Итак, получены следующие данные: а) Частота несущей f = 49.7 КГц при значении ёмкости резонансного конденсатора Со =2.605 нФ. б) Амплитудное значение тока «возбуждения» Iam = 3.06 А, в) напряжение на входе фидера, идущего к удвоенной модели ЛМА Utr.out=108.1 В, г) подводимая с помощью 15 фидера к удвоенной модели ЛМА мощность Ра=165 Ватт, д) эквивалентное сопротивление собственных потерь антенного контура (в 15 м фидере, в резонансных конденсаторах, в материале магнитопровода и каркаса, в проводниках обмотки соленоида тока «возбуждения», и «потерь на излучение в окружающее пространство» этими антеннами) r_n =35.33 Ом ; е) полоса пропускания BW = 1.45 КГц; ж) волновое сопротивление антенного контура ρ_а =1225 Ом, з) эквивалентная индуктивность антенного контура L_а = 3.91 мГн; и) его «добротность» Q_а = 34.7; и) амплитудное суммарное напряжение на обмотках соленоидов «возбуждения», или на резонансных конденсаторах Со1 и Со2 антенного контура U_amax = 3751 В; к) уровень принятого сигнала на дистанции 10 м, зарегистрированный, соответственно, пассивной антенной МА№ 2 GUМА№ 2 = - 15.3 дБВ, пассивной антенной МА№ 7 GUМА№ 2 = - 18 дБВ; л) портативный спектр анализатор АКИП-4210/3 зафиксировал эффективное значение электрической составляющей напряжённости электромагнитного поля Е_тест (10 м)= 4.221 В/м , что подтверждает значение на его дисплеи (Фото. 5).

На основании материала, изложенного автором в [7] эффективное значение электрической составляющей напряжённости электромагнитного поля

Е_тест (1000 м)= 4.221 ( 10/1000)^1.21 В/м =16 мВ/м поэтому (см.п.24[7] ) мощность излученная в эфир этой удвоенной моделью ЛМА Р_рад = 8.53 Ватт, а её радиационная эффективность для частоты 49,7 КГц составит величину

ξ = Ррад/ Ра = 8.53/ 165 = 4.8 %.

4.2.

Изо.5.

Изо. 6.

В тексте в нижней части Изо.5 и Изо. 6 представлены результаты измерений и величины расчёта основного режима работы УМ и изображённой на Фото.2 удвоенной модели ЛМА, а также измеренные значения уровней сигнала, излучаемой ей, зарегистрированного приёмными ферритовыми антеннами и АКИП-411/3 на расстоянии 10м.

Итак, получены следующие данные: а) Частота несущей f = 49.67 КГц при значении ёмкости резонансного конденсатора Со =2.605 нФ. б) Амплитудное значение тока «возбуждения» Iam = 5.64 А, в) напряжение на входе фидера, идущего к удвоенной модели ЛМА Utr.out=153.5 В, г) подводимая с помощью 15 фидера к удвоенной модели ЛМА мощность Ра=439 Ватт, д) эквивалентное сопротивление собственных потерь антенного контура (в 15 м фидере, в резонансных конденсаторах, в материале магнитопровода и каркаса, в проводниках обмотки соленоида тока «возбуждения», и «потерь на излучение в окружающее пространство» этими антеннами) r_n =27.22 Ом ; е) полоса пропускания BW = 1.5 КГц; ж) волновое сопротивление антенного контура ρ_а =1230 Ом, з) эквивалентная индуктивность антенного контура L_а = 3.941 мГн; и) его «добротность» Q_а = 45.2; и) амплитудное суммарное напряжение на обмотках соленоидов «возбуждения», или на резонансных конденсаторах Со1 и Со2 антенного контура U_amax = 6938 В; к) уровень принятого сигнала на дистанции 10 м, зарегистрированный, соответственно, пассивной антенной МА№ 2 GUМА№ 2 = - 10.3 дБВ, пассивной антенной МА№ 7 GUМА№ 2 = - 13.1 дБВ;

л) портативный спектр анализатор АКИП-4210/3 зафиксировал эффективное значение электрической составляющей напряжённости электромагнитного поля Е_тест (10 м)= 14.96 В/м , что подтверждает значение на его дисплеи Фото. 6, а магнитная составляющая индукции электромагнитного поля В_тест (10 м)=7.034 нТл, что подтверждает значение на его дисплеи (Фото. 7)..

Фото.6.

Фото.7

На основании материала, изложенного автором в [7] эффективное значение электрической составляющей напряжённости электромагнитного поля

Е_тест (1000 м)= 14.96 В/м ( 10/1000)^1.21 В/м =57 мВ/м поэтому (см.п.24[7] ) мощность излученная в эфир этой удвоенной моделью ЛМА Р_рад = 108.3 Ватт, а её радиационная эффективность для частоты 49,67 КГц составит величину

ξ = Ррад/ Ра = 108.3/ 439 = 24.7 %.

5. К сожалению при частоте несущей f = 49.67 КГц и выходной мощности выше 300 Ватт используемый автором профессиональный аудио усилитель УМ типа RMX 2450s в пределах частот 30 Гц — 20 КГц c выходной мощностью не менее 2000 Ватт при использовании в качестве нагрузки в момент резонанса антенного контура тока «возбуждения» продольного магнитного поля этой двух модульной модели интенсивно нагревается, и его внутренняя автоматическая защита за интервал менее 10 минут переводит его в состояние "«Mute»

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), «Евразийский научный журнал» № 7, Июль 2016 г.
4. 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», «Евразийский научный журнал» № 8, Август 2016 г.
5. А.Б. Ляско, «Об испытании модели линейной магнитной антенны ЛМА№ 20м1 (Часть 1)», «Евразийский научный журнал» № 11, Ноябрь 2016 г.
6. А.Б. Ляско, «Об испытании модели линейной магнитной антенны ЛМА№ 20м1 (Часть 2)», «Евразийский научный журнал» № 12, Декабрь 2016 г.
7. А.Б. Ляско, «Об испытании модели линейной магнитной антенны ЛМА№ 20м1 (Часть 3)», «Евразийский научный журнал» № 1, Январь 2017 г.
8. А.Б. Ляско, «Испытание излучения мобильной ушестерённой модели линейной магнитной антенны на пересечённой местности в СВД диапазоне» , «Евразийский научный журнал» № 1, Январь 2017 г.
9. А.Б. Ляско, «Об особенности испытания одно и многомодульных моделей ЛМА для СВД диапазона электромагнитных волн», «Евразийский научный журнал» № 2, Февраль 2017 г.