ИСТОЧНИКИ ЭЛЕКРОМАГНИТНОГО СИГНАЛА НА ОСНОВЕ ВЗРЫВНЫХ УСТРОЙСТВ

May 13, 2012 by admin Комментировать »

Сошенко В. А. Институт радиофизики и электроники им. А. Я. Усикова НАН Украины 12,    ул. Ак. Проскуры, Харьков, 61085, Украина Тел.: (+38 0572) 448395; e-mail: vas@nord.vostok.net

Аннотация – Представлены аппаратура для проведения исследований по возбуждению плазменных струй, результаты испытаний плазменных антенн при их возбуждении от искрового генератора и радиочастотных взрывомагнитных генераторов (РЧ ВМГ) с плазменной антенной.

I.  Введение

Несмотря на то, что взрывомагнитные генераторы (ВМГ, МКГ) известны длительный срок (более полувека) традиционное их применение заключается в обеспечении других устройств (мощных генераторов, лазеров и пр.) электрической энергией [1]. Это позволяет получить практически автономное устройство, что резко расширяет возможности его использования.

Построение на основе ВМГ генераторов высокочастотных колебаний [2, 3] позволяет перейти к созданию автономных источников электромагнитных колебаний. В работе [2] теоретически показана возможность возникновения электрических колебаний при включении последовательно с обмоткой генератора параллельных колебательных контуров. В работе [3] для генерации колебаний в радиочастотном диапазоне предложено использовать секционированный ВМГ. Такая конфигурация схемы позволяет обеспечить согласование генератора с нагрузкой и расширить частотный спектр сигнала при увеличении его энергии. Понятно, что для получения электромагнитных сигналов к генератору необходимо подключить антенну. Выбор антенн для взрывных источников связан с рядом конструктивных и электрических ограничений. Так, габариты и масса наиболее широко распространенных антенн приводят к уменьшению мобильности ВМГ, одновременно усложняя его конструкцию. Одним из возможных вариантов антенны является использование излучателей в виде мононитей [4], которые размещаются на корпусе прибора. Более перспективным, по мнению автора, решением является использование в качестве антенны источника плазменной струи, образующейся в результате выноса наружу продуктов взрыва. Следует отметить, что идея использования плазменной струи в качестве передающей антенны высказывалась в 60-е годы прошлого столетия, однако эта идея еще на практике не реализована.

В работе [5] приведены результаты испытаний по взаимодействию плазменных струй с внешним электромагнитным полем. Представленные результаты исследований относятся к плазменным струям малой длины (17 см). Эти эксперименты позволили понять физические процессы, протекающие в плазменных струях, формируемых взрывными методами, выяснить особенности взаимодействия плазмы с внешним электромагнитным полем и определить возможные варианты устройств возбуждения плазменной струи.

II.  Основная часть

Для проведения исследований по возбуждению плазменных струй были подготовлены специальные заряды. Плазменные струи, формируемые этими зарядами, визуально представляли собой столб пламени ярко-желтого цвета, длиной около 6 метров и диаметром 30 см. Длительность работы зарядов превышала 12 с.

На рис. 1 представлена схема установки для проведения экспериментов по возбуждению плазменных струй. Металлическая оболочка 1, в которой находится специальной подготовленный состав заряда, незначительно (на 7н-9 см) заглублен в поверхность грунта. Вокруг него расположен каркас 3 из стеклопластика. Каркас укреплен на поверхности и жестко зафиксирован относительно оболочки 1. На каркасе намотана катушка индуктивности (L) 4. Каркас и металлическая оболочка установлены соосно. На высоте 2,5 м по оси расположен разрывной ключ 5.

Рис. 1. Схема проведения экспериментов.

Fig. 1. The diagram of experimental circuit

Схема работает следующим образом. После срабатывания заряда формируемая им струя, распространяясь в окружающем пространстве, воздействует на разрывной ключ 5, по которому протекает ток и размыкает его. Напряжение, с разомкнутых контактов ключа 5, поступает на ключ реле, вызывая его срабатывание. Для возбуждения плазменной струи использован искровой генератор, схема которого представлена на рис.2. Контур генератора образован индуктивностью L и конденсатором С. Индуктивность L расположена на каркасе (см. рис.1). От блока высокого напряжения через высокоомный резистор R1 (20 МОм) производится заряд конденсатора С. После срабатывания реле его контакты К1 замыкают конденсатор С на разрядник Р. Под действием высокого напряжения разрядник пробивается, при этом его сопротивление резко уменьшается, подключая конденсатор С к индуктивности L. В параллельном контуре LC возникают затухающие колебания, амплитуда которых определяется величиной начального напряжения на конденсаторе, а частота и скорость затухания колебаний определяются параметрами контура.

Рис. 3. Выходной сигнал генератора.

Fig. 3. Output signal of the generator

На рис.4 приведен спектр сигнала этого генератора. Видно, что несущая частота генератора составляет 42 МГц. Мощность сигнала плавно спадает, а уровень высших гармоник в спектре сигнала значительно меньше основной гармоники (более чем на 16 дБ). Период дискретизации входного сигнала составлял 4 нс, что определяет верхнюю частоту анализа сигнала в 125 МГц.

Для измерения параметров электромагнитных сигналов, излучаемых плазменной струей, использовался набор зондов в виде антенн двух типов. В частности, для проведения измерений в частотном диапазоне до 50 Мгц использовались круглые рамочные антенны диаметром 15 и 50 см. При проведении измерений в частотном диапазоне более 100 МГц использовались антенны на основе укороченных симметричных вибраторов, плечи которых выполнены в виде усеченных конусов с диаметрами 4 и 1 см и длиной 4 см. Прототипом этих антенн является широкополосная измерительная антенна, описанная в работе [6]. Малые размеры такой антенны по отношению к рабочей длине волны обеспечивают ее широкополосность (« 150 МГц) и незначительную неравномерность амплитудно-частотной характеристики. Использование подобной антенны позволило избежать необходимости настройки антенн на частоту генератора, которая изменялась в процессе проведения экспериментов.

Frequency (MHz)

Рис. 4. Спектр сигнала генератора.

Fig. 4. Spectrum of the generator

Результаты экспериментальных исследований работы генератора с плазменной струи показали, что форма сигнала на выходе приемной антенны также представляет собой затухающую синусоиду, амплитуда которой более 5 В. Значительное превышение этого сигнала, над сигналом излучаемым генератором без плазменной струи (0.14 В) свидетельствует

об излучении электромагнитных колебаний плазменной струей. Для измерения диаграммы направленности плазменной струи вокруг нее равномерно, на расстоянии 7 м от центра, были установлены четыре антенны, сигналы с которых поступал на входы осциллографов. Измерения показали, что излучение практически равномерно распределено в пространстве. Таким образом, диаграмма направленности плазменной струи близка к круговой. Незначительные различия в амплитуде принимаемого с различных направлений сигнала (менее 1,8 дБ) можно отнести за счет погрешностей измерений и перепадом местности на тестирующей площадке. Нормированный спектр этого сигнала представлен на рис. 5, верхняя частота которого обусловлена временем дискретизации осциллографа (4 не.). Как видно из приведенных раннее данных (рис.4), спектры возбуждающего струю генератора и излученного сигнала резко отличаются наличием высших гармоник. При этом, амплитудные соотношения между составляющими спектра изменяются, что указывает на наличие нелинейных процессов.

Таким образом, результаты эксперимента показывают, что плазменная струя может быть использована в качестве передающей антенны. Такая антенна является нелинейным устройством, что обусловлено нелинейными свойствами плазмы. Нелинейность выходного сигнала определяется также уровнем возбуждающей мощности и способом возбуждения плазменной струи.

Результаты проведенных испытаний источника (ВМГ – плазменная струя) показали, что спектр электромагнитного сигнала является практически сплошным, что определяется сигналом ВМГ. Эффективность излучения и спектр излученного сигнала существенно зависят от способа возбуждения плазменной струи и мощности возбуждающего сигнала. На рис. 6 приведен спектр сигнала, излучаемого электромагнитным источником на основе радиочастотного ВМГ

[3]      , зарегистрированный на выходе укороченного симметричного диполя, нагруженного на сопротивление 50 Ом. Отметим, что верхняя частота сигнала ВМГ (без антенны) составляла 54 МГц, а его расширение определяется нелинейными свойствами плазменной струи.

Рис. 5. Спектр сигнала на выходе приемной антенны.

Fig. 5. Spectrum of the signal on output receiving antenna

Frequency (MHz)

Puc. 6. Спектр сигнала ВМГ с плазменной антенной Fig. 6. Spectrum of MCG signal with the plasma antenna

Измерения параметров излученного плазменной антенной сигнала, проведенные с помощью измерительной системы [7] зарегистрировали в спектре колебания с частотами до 9.5 ГГц, при этом длительность сигнала в различных участках частотного диапазона различалась.

Представленные в настоящей работе результаты исследований плазменной антенны и источника на основе РЧ ВМГ позволяют перейти к практическому созданию различных вариантов источников электромагнитных сигналов на основе взрывомагнитных генераторов и других устройств.

IV. Список литературы

1.  Altgilbers L. L, Brown М. D. J., GrishnaevI., Novae В. М., Smith I. R., Tkach Ya., Tkach Yu. Magnetocumulative Generators. – New York: Springer-Verlag, 2000. – 422 p.

2.  Пащенко A. В., Новиков В. E„ Пащенко И. А., Ткач Ю. В. Концепция развития беспучковых генераторов микроволнового диапазона // Электромагнитные явления. –

1998.-№3.-стр.21-26.

3.  Загвоздкин Б. В., Синьков В. В., Сошенко В. А. Мобильный источник на базе магнитокумулятивного генератора. 13-я Международная Крымская конференция по СВЧ- технике и телекоммуникационным технологиям (Севастополь, 8-12 сент. 2003): Тез. докл. 2003. -стр.606-608.

4.  Плохих А. П., Шабанов. Д. С. Радиолокационные отражатели и их применение. Зарубежная радиоэлектроника. № 8. 1992. стр. 77-110.

5.  Синьков В. В., Сошенко В. А., Новиков В. Е. Взаимодействие плазменной струи с полем спирали. 13-я Международная Крымская конференция по СВЧ-технике и телекоммуникационным технологиям (Севастополь, 8-

12 сент. 2003): Тез. докл. 2003. – стр. 609-611.

6.  Михалев П. А., Огаренко О. В., Тищенко В. А. Широкополосная измерительная антенна. ПТЭ, № 2. 1985. стр.

103-105.

7.  Аджиев А. X., Гончаров В. М, и др. Аппаратура для исследования физики процессов в верхних слоях атмосферы при возмущении мощным электромагнитным сигналом. 13-я Международная Крымская конференция по СВЧ-технике и телекоммуникационным технологиям (Севастополь, 8-12 сент. 2003): Тез. докл. 2003. – стр.

601 -603.

SOURCE OF ELECTROMAGNETIC SIGNAL ON THE BASE OF EXPLOSIVE DEVICES

Soshenko V. A.

The A. Usikov Institute of Radio Physics and Electronics of the National Academy of Sciences of Ukraine

12,   Proskura St., Kharkov, 61085, Ukraine Tel: (+38 0572) 448395;

E-mail: vas@nord.vostok.net

Abstract – The test equipment for plasma jet excitation and test results for plasma antennas excited by means of spark-gap converter and RF explosive magnetic generator with a plasma antenna are presented.

Источник: Материалы Международной Крымской конференции «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии»

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты