Передающие линейные магнитные антенны (лма)

Передающие линейные магнитные антенны (лма)

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к области радиотехники, в частности к передающей линейной магнитной антенне. Она может быть применена при использовании дискретной фазовой манипуляции (PSK - Phase Sift Key) в Передающих Системах Подвижных Объектов (ПСПО), излучающих электромагнитные волны в диапазоне (ELF, VF, VLF, LF) частот от 300 герц (длина волны λ=1000 км) до 60000 герц (длина волны λ=5 км), расположенных в глубине моря, подо льдом или в земле, в воздушном пространстве над водной, ледовой или земной поверхностью в пределах так называемой «ближней зоны» (в пределах дистанций D≤λ/2π).

Из уровня техники известны антенны, состоящие из внешней обмотки вокруг ферритового стержня в один слой (EP 2048738, 15.04.2009; JP 7303006, 14.11.1995; JP 59006602, 13.01.1984; US 7034767, 25.04.2006; RU 2145137, 27.01.2000; RU 2160947, 20.12.2000).

В Европейской заявке №2048738 раскрыто, что ферритовый стержень приемной антенны выполнен полым, при этом ферритовый стержень может состоять из плотно соединенных ферритовых кольцевых частей и внутри него расположены радиодетали.

Известна коммуникационная система, предназначенная для использования в нижней части диапазона радиочастот параметрической магнитной дипольной антенны. Эта антенна включает удлиненный магнитопровод, преимущественно сформированный из плотной шестиугольной связки ферритовых стержней, каждый из которых набирается встык из имеющих продольное отверстие ферритовых чашечек, образуя простирающийся по всей длине соответствующего ферритового стержня центрально-осевой канал. Обмотка соленоида, плотно примыкающая к внешней поверхности магнитопровода, расположена в центральной части антенны, а переменный управляющий ток «накачки», протекаемый по обмотке, простирающийся по продольно-осевому каналу стержня магнитопровода, создает циркулирующий переменный магнитный поток «накачки» в каждом стержне, ортогональный магнитному потоку, созданному в нем внешним соленоидом антенны. Этот переменный управляющий ток «накачки» когерентен по фазе току, протекаемому по обмотке соленоида антенны (US 4458248, 03.07.1984).

Недостатками данного устройства являются требование использования усилителей мощности на частоте несущей с высоковольтным (достигающим сотен киловольт) выходным напряжением при амплитуде тока, достигающей десяток и сотен ампер, недостаточно высокая радиационная эффективность и недостаточно широкая полоса пропускания для возможности использования в системах передачи цифровой информации с подвижного объекта или подвижному объекту в средах, указанных выше.

Технический результат, достигаемый при реализации данного изобретения, заключается:

- в использовании низковольтных усилителей мощности,

- в обеспечении высокой радиационной эффективности (не менее 25%),

- в расширении полосы пропускания и, соответственно,

- в возможности использования в системах передачи цифровой информации.

- в снижении технических и финансовых затрат на построение такой ЛМА или системы, из них, одновременно создавая такие же преимущества при построении «передатчика» с использованием промышленных низковольтовых образцов Интегральных Операционных Усилителей Мощности (ИОУМ).

С целью возможности применения современных ИОУМ в качестве источников тока, создающих магнитное поле в магнитопроводе тела ЛМА, используется лишь один цилиндрический составной ферритовый стержень, а однослойная обмотка внешнего цилиндрической формы соленоида выполнена плоским «многожильным» (n-медных в электрической изоляции «жил», n=2, 3, 4,…) кабелем.

С целью увеличения ширины полосы BW и уменьшения сопротивления «нагрузки» при работе на выбранной частоте f «несущей» каждая из п «жил» обмотки внешнего соленоида образует отдельный (последовательный) резонансный (колебательный) контур с использованием отдельного конденсатора или их набора, то есть используется n-контурная антенная цепь, настраиваемая на резонансную частоту «несущей».

С целью увеличения мощности излучаемых электромагнитных волн используется в пространстве между боковой поверхностью магнитопровода и простирающейся внутренней поверхностью каркаса внешнего соленоида эффект «искусственного синтеза» Вектора Умова-Пойнтинга («Искусственный синтез» (The crossed field antennas, SFA) Вектора Умова-Пойнтинга в передающей антенне типа Электрического диполя Герца, описан в US 5155495, 13.10.1992, и US 5495259, 27. 02.1996, в последнем - для создания магнитного поля используются симметрично расположенные по бокам два внешних соленоида со своими магнитопроводами, создающими магнитное поле внутри и над центральным внешним соленоидом, внутри которого находится контейнер, наполненный смесью «магнитного и электрически активного» вещества) при использовании ферритовых чашечек P-типа. А при использовании чашечек PM-типа в цилиндрическом ферритовом стержне магнитопровода ЛМА для дополнительного «искусственного синтеза» Вектора Умова-Пойнтинга применяется внутренний соленоид, образованный из однослойных обмоток во внутренней полости PM-типа ферритовых чашечек.

Для сведения на нет влияния нелинейных эффектов, возникающих в материале магнитопровода ЛМА и с целью передачи цифровой информации при модуляции сигнала частоты f «несущей» используется дискретная манипуляция ее фазы из заранее заготовленного дискретного их набора, а именно QPSK или HPSK, где QPSK - четырехфазовая модуляция при фиксированном наборе четырех фаз с интервалом 95 градусов, а HPSK - шестнадцатифазовая модуляция из фиксированного набора шестнадцати фаз с интервалом 22,5 градуса.

Данная передающая линейная магнитная антенна (ЛМА) для увеличения общей мощности радиации может служить элементом двухмерных или трехмерных антенных систем с согласованном по фазе включением и при параллельности осей их магнитопровода с применением матричных образований из современных ИОУМ в качестве источников тока для такой антенной системы.

Указанный технический результат достигается в передающей линейной магнитной антенне, содержащей:

ферромагнитный магнитопровод, состоящий из множества ферритовых чашечек, каждая из которых имеет внутреннее отверстие для образования сквозного центрального осевого канала, внутри которого расположен кабель постоянного управляющего тока,

диэлектрическую оболочку (каркас), охватывающую внешнюю поверхность магнитопровода и поверх которого размещен внешний соленоид с однослойной спиральной обмоткой, представляющей собой плоский, по меньшей мере, двухжильный (К-жильный кабель, где К=2, 3, 4, … n) кабель, в котором жилы уложены параллельно, при этом каждая жила размещена в изоляционной оболочке и дает возможность образования при добавлении внешнего конденсатора или группы внешних конденсаторов отдельного последовательного резонансного контура с подсоединением последовательно одного или двух (при балансной схеме подключения) резонансных электрических конденсаторов.

При образовании магнитопровода ЛМА используются P-типа или PM-типа ферритовые чашечки, расположены впритык друг к другу. Внешний диаметр ферритовой чашечки определяет диаметр магнитопровода ЛМА, величина которого выбирается в зависимости от требуемой радиационной мощности ЛМА.

При формировании магнитопровода ЛМА из ферритовых чашечек PM-типа внутри каждой размещается однослойная спиральная «внутренняя» обмотка. Комбинированное соединение «внутренних» обмоток ферритовых чашечек PM-типа магнитопровода ЛМА образует «внутренний» соленоид ЛМА. Этот «внутренний» соленоид при наличии внешнего конденсатора или группы внешних конденсаторов образует последовательный резонансный контур «внутреннего» соленоида ЛМА.

Для повышения радиационной эффективности длина магнитопровода выбирается не менее чем в 20-30 раз больше диаметра внешнего соленоида ЛМА. Тогда как длина внешнего соленоида, расположенного симметрично в центральной части ЛМА, должна составлять от трети до половины длины магнитопровода.

ЛМА дополнительно содержит одновитковую петлю, выполненную из коаксиального кабеля для обратной связи «замкнутого контура автоматического регулирования собственной резонансной частоты» антенного контура. Эта одновитковая петля плотно обволакивает поверхность внешнего соленоида в его центральной части, и индуцируемое в ней переменное напряжение пропорционально величине напряжения, возникающего на одном витке внешнего соленоида ЛМА.

Для однозначности нахождения «рабочей точки» на кривой намагничивания магнитопровода ЛМА и для плавной подстроки эффективного значения резонансной частоты антенного контура ЛМА используется постоянный управляющий ток I₀, проходящий по управляющему кабелю, продетому через центрально осевой канал магнитопровода ЛМА.

Из источника http://www.pacificsites.com/~broke/FA.shtm1: принята в США следующая классификация поддиапазонов в нижней части электромагнитных волн:

а) ULF - это поддиапазон длин волн в свободном пространстве от 100000 км до 10000 км (от 3 герц до 30 герц соответственно) при этом указаны «официальные пользователи» приведенных ниже частот:

7 герц - «Schumann fundamental»;

13 герц - ((Schumann second harmonic»;

16 2/3 герц - ((Mains Power Grid».

б) ELF - это поддиапазон длин волн в свободном пространстве от 10000 км до 1000 км (от 30 герц до 300 герц соответственно) при этом указаны «официальные пользователи» приведенных ниже частот:

45 герц - «Sub coms»;

50 герц и 60 герц - «Main Power Grid»;

76 герц - ((SANGUINE - Project ELF».

в) VF - это поддиапазон длин волн в свободном пространстве от 1000 км до 100 км (от 300 герц до 3000 герц соответственно);

г) VLF - это поддиапазон длин волн в сводном пространстве от 100 км до 10 км (от 3000 герц до 30000 герц) при этом указаны «официальные пользователи» приведенных ниже частот:

от 10000 герц до 15000 герц - «Earth Whistlers»;

от 11 900 герц до 21000 герц - «Coms SW RTTY»;

11 904,7761 герц; 12 648,809 герц; 14 880,952 герц - «RSDN-20» - это глобальная морская навигационная система «Омега»;

21 400 герц - «NNS - another NNS page off the air»;

от 14000 герц до 30000 герц - «Navy sub corns».

д) LF - это поддиапазон длин волн в свободном пространстве от 10 км до 1 км (от 30000 герц до 300000 герц соответственно) при этом указаны «официальные использователи» приведенных ниже частот:

от 30000 герц до 60000 герц - «Navy sub corns»;

60000 герц - «WWVB Time»….

Из вышеприведенного списка для ЛМА существует огромное поле применения.

С целью использования при проникновении радиации, созданной ЛМА на большую морскую глубину, или на большие дистанции в морской среде, при расположении ЛМА внутри ее, - предпочтительней использование частоты электромагнитной «несущей» f менее 13000 герц.

Сущность изобретения поясняется чертежами:

на фиг.1 и фиг.3 изображена эквивалентная схема балансного «мостового» подключения выходов пары ИОУМ при двухконтурной резонансной цепи антенного контура ЛМА, обмотка внешнего соленоида которой выполнена плоским двухжильным кабелем;

на фиг.2 и фиг.7 - схема двухконтурной резонансной антенной цепи внешнего соленоида ЛМА с бифазным возбуждением, обмотка внешнего соленоида которой выполнена плоским двухжильным кабелем;

на фиг.4 - график частотного спектра, излучаемого ЛМА в открытое пространство, регистрируемое с помощью Рамочной Антенны при фиксированном одном из m (m=4, или m=16) дискретных значении фазы частоты f «несущей»;

фиг.5 - вид частотной характеристики (для определения полосы BW пропускания при резонансной частоте fo=46,76 кГц) антенного контура ЛМА;

на фиг.6 - картина ориентации электрической (E_φ) и магнитных (H_ρ и H_θ) составляющих электромагнитного поля в открытом пространстве при представлении ЛМА в виде элементарного магнитного диполя Герца;

на фиг.8 - принципиальная схема балансного одноконтурного включения обмотки внешнего соленоида, выполненного плоским двухжильным кабелем;

на фиг.9-11 - общий вид ЛМА в разрезе при использовании ферритовых чашечек P-типа и PM-типа, когда, для простоты, обмотка внешнего соленоида выполнена плоским четырехжильным кабелем, содержащим два полных витка;

на фиг.12 - эквивалентная схема четырехконтурной антенной резонансной цепи обмотки внешнего соленоида ЛМА, выполненная в один слой плоским четырехжильным кабелем;

на фиг.13 - частичный разрез пары ферритовых чашечек PM-типа фрагмента магнитопровода ЛМА, образованного из PM-типа ферритовых чашечек;

на фиг.14 - схема подключения однослойной обмотки внешнего соленоида ЛМА, выполненного плоским К (К=4) жильным кабелем при подключении его К жил в виде последовательной одноконтурной (к=1) резонансной цепи к паре ИОУМ, при балансной (мостовой) схеме подсоединения их выходов;

фиг.15 - ЛМА при числе жил K=4 плоского кабеля обмотки внешнего соленоида ЛМА, образующей антенную резонансную цепь в виде двух (к=2) последовательных резонансных контуров, при балансной схеме подсоединения каждого антенного контура к своей паре ИОУМ;

на фиг.16 - ЛМА при числе K=4 жил плоского кабеля обмотки внешнего соленоида, образующего антенную цепь в виде четырех (к=4) последовательных резонансных контуров, каждый из которых подсоединен по балансной схеме к своей паре ИОУМ;

фиг.17 - общая блок-схема передающего устройства, включая обобщенную схему подсоединения ЛМА к функциональным блокам, обеспечивающим нормальное оптимальное функционирование ЛМА.

В качестве иллюстрации описываются параметры одной из лабораторных моделей ЛМА (LMA#5). Модель LMA#5 имеет в ее центральной части однослойную обмотку внешнего соленоида, выполненную плоским двухжильным кабелем, при числе витков N=126. Эквивалентная упрощенная схема включения ее внешнего соленоида при образовании двухконтурной резонансной антенной цепи ЛМА изображена на фиг.1. Поэтому внешний соленоид ЛМА состоит из двух параллельно намотанных однослойных электрически изолированных спиральных обмоток с числом витков N1=N2=126. Концы каждой из этих двух параллельных обмоток сквозь пару постоянных конденсаторов C01 и C02 для одной из них и C11 и C12 для другой подключены «согласованно» и параллельно сквозь 20-метровый двухпроводный кабель к выходам пары Интегральных Операционных Усилителей Мощности (ИОУМ). На входы пары ИОУМ подается равный по амплитуде гармонический сигнал «несущей» частоты в противофазе. Из фиг.1 видно, что каждая из двух параллельных обмоток со своей парой симметрично по концам расположенных двух конденсаторов образуют свой последовательный резонансный контур антенной цепи, хотя они и соединены параллельно к паре ИОУМ, выходы которых соединены по «мостовой» схеме к антенной двухконтурной резонансной цепи. C01=8,901 нФ, C02=8,839 нФ, C11=8,835 нФ, C12=8,841 нФ. Величина электрической емкости упомянутых постоянных конденсаторов измерялась с помощью прецизионного цифрового измерителя типа Tensly 6401 Databridge на частоте 1 кГц.

Для модели LMA#5 конденсатор C01 и C11 расположены в левой герметичной пластмассовой прямоугольной коробке, а конденсаторы C02 и C12 - в правой. Каждый из этих конденсаторов образован набором соединенных параллельно и последовательно групп современных высоковольтных малогабаритных конденсаторов с тангенсом угла потерь порядка 3∗10^-4 в диапазоне частот до 1000000 Гц при рабочем напряжении 900-1800 вольт с номиналом от 1,2 нФ до 470 нФ. Что позволило создание конденсаторов C01, C02, C11, C12, способных работать в частотном диапазоне не ниже 100000 герц, при тангенсе угла потерь не хуже 3∗10^-4, при амплитуде переменного тока до 10 ампер и при амплитуде переменного напряжения до 3600 вольт.

Конденсаторы C01 и C11 образуют результирующую резонансную емкость C1^∗=4,42 нФ для первого последовательного контура, а C11 и C12 образуют C2^∗=4,43 нФ для второго последовательного контура антенной резонансной цепи внешнего соленоида ЛМА. Для правой и левой стороны концов обмотки внешнего соленоида дополнительно включены последовательно к каждой «жиле» двухпроводного кабеля конденсаторы C03, C13 в левой части и C04, C14 - в правой части. Это сделано для того, чтобы приблизить эффективное значение собственной резонансной частоты f_o антенного контура к желаемому значению 51200 герц. В результате измеренное значение эквивалентной резонансной результирующей емкости C1=4,300 нФ в первом последовательном резонансном контуре внешнего соленоида ЛМА, а во втором - C2=4,413 нФ.

В результате эквивалентная схема двухконтурной резонансной антенной цепи внешнего соленоида ЛМА с бифазным возбуждением может быть представлена так, как это показано на фиг.3, где C1 и C2 - эквивалентные емкости, a r1 и r2 - эквивалентные сопротивления потерь соответственно первого и второго резонансных контуров внешнего соленоида ЛМА. Естественно, обмотка образованная каждой жилой плоского двухпроводного кабеля внешнего соленоида ЛМА является эквивалентной индуктивностям L_eff1 и L_eff2 соответственно первого и второго резонансных контуров антенной цепи внешнего соленоида, питаемых в противофазе когерентными источниками гармонического сигнала частоты f «несущей». Соответственно правый ИОУМ представлен в виде кружочка на фиг.3 с размещенной внутри цифрой 0, а левый ИОУМ - кружочком с размещенной внутри цифрой 180. Это эквивалентная схема балансного «мостового» подключения выходов пары ИОУМ двухконтурной резонансной цепи внешнего соленоида антенного контура ЛМА. По каждому ИОУМ из пары протекает суммарный переменный ток с частотой «несущей» f с амплитудным значением I_m [A].

Этот суммарный ток и создает с помощью N=126 витков обмотки плоского двужильного провода внешнего соленоида ЛМА в магнитопроводе и внутри на него надетой оболочки продольное переменное частоты f «несущей» магнитное поле с амплитудным значением H_m [А/м], являясь побудителем электромагнитной радиации в окружающее пространство ЛМА.

Из фиг.2 видно, что каждый смежный виток обмотки вешнего соленоида (то есть жилы кабеля) находится под напряжением, равным амплитудному значению напряжения, возникшему на отдельно взятой обмотке, что гарантирует равномерное распределение напряженности продольного магнитного поля в теле ЛМА и циркулирующего электрического поля вокруг тела ЛМА. Обычно такая схема использует не один ИОУМ в каждом контуре, а пару ИОУМ, выходы которых включены по балансной мостовой схеме.

По обеим ИОУМ протекает постоянный ток I₀ [Adc] при двухполярном питании пары ИОУМ от двух импульсных источников постоянного напряжения - Е [Vdc]=-24,1 и +E [Vdc]=+24,1.

Два упомянутых однотипных импульсных источников постоянного напряжения выполнены с изолированными от корпуса выходными клеммами, так что каждый из них может быть источником относительно клеммы заземления либо источником положительного или отрицательного постоянного напряжения. Это импульсные источники стабилизированного постоянного напряжения, каждый из которых может обеспечить уровень постоянного тока до 5,6 Adc при установке выходного напряжения в пределах 23,8-24,8 Vdc. На их вход может быть подано переменное напряжение 50-60 герц в пределах эффективного значения напряжения 110 или 230 V(rms).

Два модуля ИОУМ выполнены на малошумящем ультралинейном Интегральном Операционном Усилителе Мощности фирмы National типа LF3886. Каждый из пары ИОУМ может выдать в «активную» нагрузку мощность не менее 68 ватт в диапазоне от 0 до 500000 герц при нелинейных искажениях гармонического сигнала не хуже 10^-4. Каждый модуль, использующий данный ИОУМ, обеспечивает работу в диапазоне частот ULF, ELF, VF, VLF от 10 герц до 100000 герц при рекордной линейности его амплитудной характеристике и рекордно малом уровне шумов, включая и «фазовые». Разработана принципиальная схема такого модуля ИОУМ. Была разработана печатная плата, были изготовлены несколько печатных плат, на которых заявитель самостоятельно изготовил несколько таких пар ИОУМ, два из которых в двухканальном усилителе мощности PA#2, герметичный цельнолитой корпус которого выполнен из алюминиевого сплава, являющийся одновременно радиатором, отводящим тепло изнутри наружу. Другие два размещены, включая упомянутые два источника постоянного напряжения, в условно названном двухканальном бифазовом усилителе мощности PA#1.

Усилитель мощности PA#1 размещен с контрольно измерительной аппаратурой в помещении на расстоянии «по прямой» не менее 15 м от места установки ЛМА в другом помещении. Модель LMA#5, подключена к усилителю мощности PA#1 в соответствии с эквивалентной схемой фиг.1, двухжильным кабелем длиной 20 м.

Этот кабель аналогичен кабелю, используемому при изготовлении обмотки внешнего соленоида, но диаметр его медного провода жилы равен 1,3 мм.

Внутри цилиндрической диэлектрической оболочки (трубы), внешний диаметр которой de=50 mm, а внутренний диаметр di=32 мм, при длине 2 м, размещен ферритовый цилиндрический с центральным сквозным осевым отверстием (каналом) магнитопровод (стержень). Он выполнен в соответствии с технологией по патенту US 4458248.

Длина ферритового цилиндрического магнитопровода (стержня) lm[m]=1,92. Его внешний диаметр dm[cm]=3, внутренний диаметр - dmi[mm]=5. Эффективное поперечное сечение магнитопровода (стержня) Fm[кв. мм]=272. Эффективный объем магнитопровода Vm[куб. мм]=616421. Он содержит 202 ферритовые чашечки типа «P» марки A-30 M-30 при относительной величине начальной магнитной проницаемости их материала, равной 3200, и индукции насыщения 350 тТ (3500 гаусс). Длина обмотки внешнего соленоида 1c[м]=1.1. Диаметр одной жилы (по меди) dw[mm]=1,82 в полителеновой оболочке. Расстояние между центрами жил [мм]=3,4. Высота плоской обмотки (плоского двухжильного кабеля в изоляции) [мм]=5. Ширина (одного витка) плоского двужильного кабеля обмотки внешнего соленоида [мм]=8.

Измеренная с помощью Tensly 6401 Databridge на частоте 1000 герц величина электрической емкости между двумя жилами обмотки внешнего соленоида LMA#5 равна 1489 нФ, величина эквивалентного параллельного сопротивления потерь R=9,5 МОм при ее добротности Q=90.

Измеренное значение с помощью Tensly 6401 Databridge на частоте 1000 герц электрической емкости между любой жилой плоского кабеля обмотки внешнего соленоида LMA#5 и проводом кабеля, продетого сквозь ее центральный осевой канал магнитопровода, равно 158 нФ, ее добротность равна 90, а эквивалентное параллельное сопротивление потерь равно 40 МОм.

Для обеих жил обмотки внешнего соленоида измерения с помощью Tensly 6401 Databridge на частоте 1000 герц дали следующие результаты:

- в присутствии магнитопровода индуктивность одной отдельно взятой (жилы) обмотки L1=1,149 мГн, в отсутствие - Lo1=0,045 мГн (то есть относительная магнитная проницаемость равна 25,5). Последовательное сопротивление потерь ra1=0,239 Ом, а добротность Q1=28,69.

В присутствии магнитопровода индуктивность второй (жилы) обмотки L2=1,149 мГн, последовательное сопротивление потерь ra2=0,251 Ом.

Индуктивность провода, продетого сквозь центральный осевой канал (обмотки постоянного тока «управления»), La rad=0,764 мГн, последовательное сопротивление потерь ra rad=0,112 Ом, a Qa rad=37,1.

Диаметр провода по меди draw=4 мм, продетый сквозь осевой канал магнитопровода, а его длина равна 2 м.

Измеренное значение индуктивности, образованной согласованным последовательным соединением обмоток внешнего соленоида La=4,586 мГн, последовательное сопротивление потерь ra=0,434 Ом, а добротность Qa=59. Вычисления дают значение коэффициента магнитной связи между двумя (жилами) обмотками внешнего соленоида ka=0,995, а значение взаимоиндукции Ma12=1,143 мГн.

Вот почему в двухконтурной схеме включения эффективное значение индуктивности каждой (жилы) обмотки внешнего соленоида фактически в два раза выше, чем измеренное значение отдельно взятой ее индуктивности.

Если принять значение удельного сопротивления медного провода равным 0,0175 Ом·кв.мм/м, то сопротивление постоянному току rwc1=rwc2=0,146 Ом отдельно взятой жилы обмотки внешнего соленоида длиной в 21,77 м при сечении по меди провода жилы 2,6 кв. мм. Это в два раза меньше измеренного значения на частоте 1000 герц. На частоте 1000 герц значение тангенса угла потерь для данного материала магнитопровода не превышает величины 0,002, и эквивалентное сопротивление потерь в материале магнитопровода не должно было бы превышать 0,029 Ом.

Рассчитанное значение сопротивления постоянному току жилы 20-метрового кабеля, подсоединяющего ЛМА к усилителю мощности PA#1, равно 0,527 Ом. Измеренное его значение на частоте 100 герц составило 0,576 Ом, а на частоте 1000 герц оно составило 0,577 Ом.

На частоте 25700 герц эквивалентное сопротивление потерь одной жилы в этом 20 м кабеле составило 0,6 Ом, а на частоте 51500 герц составило 1 Ом. Это объяснимо потерями, обусловленными «вихревыми токами», потерями в материале изоляции отдельно взятой жилы и в материале внешней оболочки этого 20-метрового плоского двух жильного кабеля.

В ферритом магнитопроводе тела LMA#5 при ее подключении к ИОУМ в соответствии с приведенной выше схемой фиг.1 по мере увеличения сигнала на входе ИОУМ должны проявляться нелинейные процессы, изменяющие магнитоэлектрические свойства ЛМА (ее индуктивность, взаимоиндуктивность, добротность, а следовательно, и собственную резонансную частоту).

Для изучения этого явления были проведены опыты, результаты которых будут приведены ниже.

Io[Adc] - постоянный ток, потребляемый парой ИОУМ от источников питания +Е и -E.

Uout[V peak] - амплитудное значение напряжения на выходе пары ИОУМ, измеренное двухканальным осциллографом «Oscilloscope 3502C».

Uin[mV rms] - эффективное значение напряжения с выхода «Трэкин-генератора» анализатора электрических сигналов» Hp 3581A Wave Analyzer.

Umret[V rms] - эффективное значение напряжения «обратной связи», наведенное в маленькой одновитковой рамочке, которая размещена в центральной части внешнего соленоида ЛМА, выполненной из коаксиального 75 Ом кабеля RG-6. Общая длина этого кабеля в данном случае 20 м. Длина этого кабеля, образующего эту одновитковую экранированную петлю равна 0,2 м, а коэффициент «связи» равен 0,91. Эффективная площадь этой «петли обратной связи» равна 0,00318 кв.м. На конце этого кабеля RG-6 имеется «пад» (аттенюатор) в 2.0 dB и терминал 75 Ом 2 ватта при подсоединении к входу Hp 3581A Wave Analyzer, с помощью которого измерялась величина «напряжения обратной связи» в V rms и в dBV.

Основные параметры измеряющих магнитную составляющую электромагнитной радиации от ЛМА приемных «Рамочных антенн» (Loop Antennas), условно названных LA#1,LA#2.

Они являются плоскими квадратными многовитковыми рамками, длина стороны которых равна 0,5 м. Обмотки уложены в пластмассовый каркас прямоугольного сечения: ширина равна 15 мм, а высота равна 10 мм. Обмотки произведены изолированным проводом диаметром (по меди) 0,315 мм. Число витков NLA#2 равно 25, a NLA#1 равно 100. Измеренные с помощью Tensly 6401 Databridge на частоте 1000 герц значения последовательной эквивалентной индуктивности и эквивалентного сопротивления для LA#1 соответственно равны 16,24 мГн и 44,2 Ом, а для LA#2 - 1,256 мГн и 11,2 Ом соответственно.

Возникшее на выходе LA#1 переменное напряжение ULA#1 подано на один из входов прецизионного спектрометрического 16 бит аналого-цифрового преобразователя Pico Technology Limited Virtual Instrument ADC-216, обладающего рекордно низким (-130 dBV) уровнем собственного шума и который соединен с USB - портом переносного персонального компьютера HP Compaq Presario 2500. По пику спектрограммы определялись частота и амплитудное значение зарегистрированного сигнала в dBV (как это показано на фиг.4).

Проводились измерения зарегистрированного сигнала LA#1 от LMA№5.

Измерялись с помощью прецизионного селективного вольтметра «анализатора электрических сигналов» HP 3581A Wave Analyzer при разрешающей способности BW=3 герц:

а) амплитуда сигнала Uin[mV] с его «Трэкин-генератора», поданного на вход усилителя мощности PA#1:

б) амплитудное значение сигнала с «петли обратной связи» модели LMA#5,

в) полоса пропускания BW антенной цепи LMA,

г) эффективная собственная резонансная частоту f_o антенной цепи LMA для различных значений выходного напряжения «Трэкин-генератора», поданного на вход PA#1.

Результаты измерения сведены в Таблицу 1.

ТАБЛИЦА 1
Uin	Uret	Uout	I0	f0	BW	GULA#1		Heff	ULA#1	E[V/m]
[mV]	[V]	[V]	[Adc]	[Hz]	[Hz]	[m]	[V]
10	0.48	0.1	0.2	50009	362	-44.76	5998.9	0.026	0.006	0.22
10	0.46	0.5	0.2	50016	361	-43.66	5998.1	0.026	0.007	0.25
52	1.55	2.4	0.5	49828	584	-34.16	6020.7	0.026	0.020	0.75
100	2.35	4.7	0.7	49724	761	-30.32	6033.3	0.026	0.030	1.17
200	3.55	9.3	1.0	49651	563	-25.90	6042.2	0.026	0.051	1.95
315	4.60	14.5	1.4	49625	1173	-24.34	6045.3	0.026	0.061	2.34
440	6.85	20.0	1.7	49756	1312	-21.50	6029.4	0.026	0.084	3.23
500	6.30	22.5	1.8	49852	1314	-21.14	6017.8	0.026	0.088	3.36
625	7.60	28.5	2.2	50156	1366	-20.46	5981.3	0.026	0.095	3.61
700	8.30	32.0	2.4	50472	1369	-19.62	5943.9	0.026	0.104	3.95
880	9.20	36.0	2.7	51023	1508	-19.92	5879.7	0.027	0.101	3.78
880	9.20	36.0	2.7	51100	1508	-19.62	5870.8	0.027	0.104	3.90
880	9.20	36.0	2.7	51200	1508	-19.76	5859.4	0.027	0.103	3.83
880	8.20	36.0	2.7	51300	1508	-19.92	5848.0	0.027	0.101	3.76
880	8.20	36.0	2.5	51200	1508	-20.42	5859.4	0.027	0.095	3.55

Где - длина волны, a Heff[m] - действующая «высота» Рамочной Антенны LA#1, E[V/m] - значение напряженности «электрической составляющей» электромагнитного поля в точке регистрации LA#1, H[A/m] - значение напряженности магнитного поля в центре Рамочной антенны LA#1.

H[A/m]=E[V/m]/W₀, где W_o=377 Ом.

Рассчитанные значения параметров LMA#5 в Таблице 2, 3, 4,

ТАБЛИЦА 2
Uin	L1	L2	Leff	La	p1	p2	peff	ULa	Im1	Im2
[mV]	[мГн]	[мГн]	[мГн]	[мГн]	[Ohm]	[Ohm]	[Ohm]	[Vpeak]	[A]	[A]
10	2.355	2.295	1.162	4.649	740	721	365	94	0.13	0.13
52	2.373	2.312	1.171	4.684	743	724	367	90	0.12	0.12
100	2.383	2.322	1.176	4.704	744	725	367	304	0.41	0.42
200	2.390	2.328	1.179	4.718	745	726	368	460	0.62	0.63
315	2.392	2.331	1.181	4.723	746	727	368	695	0.93	0.96
440	2.379	2.319	1.174	4.698	744	725	367	901	1.21	1.24
500	2.370	2.310	1.170	4.680	742	723	366	1341	1.81	1.85
625	2.342	2.282	1.156	4.623	738	719	364	1234	1.67	1.72
700	2.312	2.253	1.141	4.566	733	715	362	1488	2.03	2.08
880	2.263	2.205	1.117	4.468	725	707	358	1625	2.24	2.30
880	2.256	2.198	1.113	4.454	724	706	357	1801	2.49	2.55
880	2.247	2.190	1.109	4.437	723	704	357	1801	2.49	2.56
880	2.238	2.181	1.105	4.419	721	703	356	1801	2.50	2.56
880	2.247	2.190	1.109	4.437	723	704	357	1606	2.22	2.28

где peff[Ohm] - эффективное значение волнового сопротивления антенного контура модели LMA#5. Ceff=C1+C2. Ceff=8,713 нФ, Leff[мГн] - эффективное значение индуктивности внешнего соленоида LMA,

L1[мГн], L2[мГн] - эквивалентное значение индуктивности первой и второй обмоток внешнего соленоида LMA#5.

ULa[Vpeak] - амплитудное значение напряжения на обмотке внешнего соленоида LMA#5. Im[A peak]=Im1[A]+Im2[A] - амплитудное значения суммарного тока, протекаемого по обмотке LMA#5.

ТАБЛИЦА 3
Uin		BW	Im[A			p[A/	Hd		Ud	Hm
[mV]	Q	[Hz]	пик]	peff	Im/Io	sq.m]	[mA/m]	Q∗	[mV]	[A/m]
10	187.98	361	0.26	52	1.29	1.025	0.223821	138.5	0.00703	16.05
52	37.53	584	0.25	52	0.49	0.986	0.215305	85.3	0.00676	15.33
100	64.58	761	0.83	52	1.18	3.330	0.727001	65.3	0.02284	51.54
200	49.75	563	1.25	52	1.25	5.056	1.103848	88.2	0.03468	78.02
315	47.94	1173	1.89	52	1.35	7.642	1.668389	42.3	0.05241	117.80
440	45.04	1312	2.45	52	1.44	9.876	2.156164	37.9	0.06774	153.04
500	59.61	1314	3.66	52	2.03	14.679	3.204626	37.9	0.10068	228.34
625	43.29	1366	3.39	51	1.54	13.418	2.929456	36.7	0.09203	211.29
700	46.51	1369	4.11	51	1.71	16.086	3.511822	36.9	0.11033	256.49
880	45.15	1508	4.54	50	1.68	17.378	3.793862	33.8	0.11919	283.18
880	50.04	1508	5.04	49	1.87	19.233	4.198908	33.9	0.13191	314.35
880	50.04	1508	5.05	49	1.87	19.195	4.190707	34.0	0.13165	314.97
880	50.04	1508	5.06	49	1.87	19.158	4.182538	34.0	0.13140	315.58
880	44.60	1508	4.50	49	1.80	17.109	3.735195	34.0	0.11734	280.73

ТАБЛИЦА 4
Uin	Rn	Prad[W]	Rrad	Pout	Po[W]	Pterm[W]	reff	r[Ohm]
[mV]	[Ohm]	[Ohm]	[W]	[Ohm]
10	0.51	0.13	3.97	0.02	9.64	9.62	1.94	2.64
52	2.03	0.17	5.61	0.06	24.10	24.04	9.77	4.30
100	2.90	1.52	4.46	0.99	33.74	32.75	5.69	5.62
200	3.76	3.70	4.73	2.94	48.20	45.26	7.40	4.17
315	4.90	10.27	5.76	8.73	67.48	58.75	7.68	8.70
440	5.91	14.72	4.89	17.79	81.94	64.15	8.15	9.68
500	5.46	28.16	4.20	36.61	86.76	50.15	6.15	9.66
625	6.64	30.48	5.31	38.11	106.04	67.93	8.41	9.92
700	6.93	35.21	4.17	58.60	115.68	57.08	7.78	9.82
880	7.05	42.19	4.09	72.64	130.14	57.50	7.93	10.58
880	7.14	38.53	3.03	90.71	130.14	39.43	7.14	10.55
880	7.13	41.16	3.23	90.89	130.14	39.25	7.13	10.51
880	7.12	39.70	3.10	91.07	130.14	39.07	7.12	10.47
880	8.00	38.12	3.76	81.01	120.50	39.49	8.00	10.51

где - Rn[Ohm] - сопротивление нагрузки антенного контура внешнего соленоида LMA#5, Prad[W] - мощность радиации, Pout[W] - мощность на выходе PA#1, a Po[W] - мощность, потребляемая от источников постоянного напряжения +E и -E, r[Ohm]- сопротивление потерь в контуре обмотки внешнего соленоида LMA.

На фиг.7 приведена принципиальная схема подсоединения однослойной обмотки внешнего соленоида модели ЛМА, выполненного плоским двужильным кабелем с числом витков N=126 при использовании последовательной балансной одноконтурной резонансной цепи, подсоединенной к двум ИОУМ при мостовом способе соединения их выходов. Прецизионные сопротивления Rt1, Rt2 (равные в конкретном случае 0.47 Ом) позволили в процессе испытания ЛМА определить частотный спектр, форму, величину и фазу протекаемого по обмоткам внешнего соленоида тока «намагничивания». Сигнал с этих сопротивлений позволил обнаружить резонансную частоту f₀ и определить полосу пропускания BW (на уровне - 3dB). Автор, как и в предыдущем случае, использует в качестве ИОУМ стандартные интегральные операционные усилители фирмы National, в частности LM3886, которые при питании от двух упомянутых стабилизированных импульсных источников постоянного напряжения питания +24,2 вольта и -24,2 вольта при постоянном токе до 5,6 ампер позволяют на выходе ИОУМ достичь переменное напряжение (ниже границы заметного на глаз начала ограничения по амплитуде выходного напряжения ИОУМ, например, с использованием осциллоскопа) амплитудой, равной 44 вольта, и при резонансе в антенной цепи достичь амплитуд «намагничивающего тока» до 4 ампер при потреблении каждым ИОУМ от источников питания постоянного тока до 2,6 ампер.

При выполнении однослойной обмотки внешнего соленоида ЛМА