АППАРАТУРА ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ФИЗИКИ ПРОЦЕССОВ В ВЕРХНИХ СЛОЯХ АТМОСФЕРЫ ПРИ ВОЗМУЩЕНИИ МОЩНЫМ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫМ СИГНАЛОМ

August 3, 2012 by admin Комментировать »

Аджиев А. X., Гончаров В. М.

Государственное учреждение «Высокогорный Геофизический Институт» пр. Ленина, 2, Нальчик 360030, КБР, Россия Новиков В. Е.

Научно Технологический Центр «ЭФО» НАН Украины Харьков, Украина

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


Аннотация Представлены результаты разработки комплекта аппаратуры для исследования физики процессов в верхних слоях атмосферы при возбуждении её электромагнитным полем. Комплект аппаратуры состоит из мобильного источника электромагнитного сигнала и измерительной системы. Источник сигнала состоит из генератора, выполненного на основе взрывомагнитного генератора (ВМГ) и антенны. Малые габариты и вес источника позволяют осуществлять его доставку в верхние слои атмосферы с помощью метеорологической ракеты.

I.  Введение

Одним из методов исследования физики атмосферы является возмущение ее мощным электромагнитным полем [1]. При проведении исследований в верхних слоях атмосферы источник обычно размещают на земле, что приводит к необходимости значительного увеличения излучаемой мощности. Размещение источника в верхних слоях атмосферы позволяет упростить проведение экспериментов, однако в настоящее время затрудняется значительными габаритами и массой источника. Ниже приведены результаты разработки мобильного источника и измерительной системы, что позволяет перейти к качественно новому этапу исследований физики верхних слоев атмосферы.

II.  Основная часть

Мобильные источники для исследования процессов в верхних слоях атмосферы. Источник состоит из генератора и антенны, служащей для излучения полученных электромагнитных колебаний. Специфика проведения экспериментов требует формирования больших мощностей таким источником при его малой массе и габаритах. В Высокогорном Геофизическом Институте РФ (ВГИ) для построения источников используются взрывомагнитные генераторы [2]. Принцип их работы позволяет избавиться от громоздких промежуточных источников питания, поскольку взрывомагнитные генераторы обладают большим удельным запасом энергии взрывчатого вещества, порядка (6^-8 МДж/кг). Полученные в последний период результаты по разработке новых типов ВМГ [3, 5] и антенн [4] обеспечили создание на их основе мощных мобильных источников. Оснащение такими источниками метеорологических ракет позволяет выйти на качественно новый этап исследований. С этой целью была создана новая экспериментальная стартовая позиция метеорологических ракет, оснащенных такими источниками (рис.1). Антенны, также как и источники, разрабатывались с учетом особенностей способа доставки, механических и электрических требований, предъявляемых к подобным устройствам. Разработаны два различных варианта источника. Первый из них рассчитан на работу с дипольной антенной, а во втором варианте использована плазменная антенна. В обоих вариантах для согласования ВМГ с антеннами используется индуктивная связь. Использование плазменной антенны вводит в схему источника существенные нелинейности, что позволяет обеспечить дополнительное усиление мощности выходного сигнала (более 10 дБ) и трансформировать спектр сигнала в высокочастотную область.

Рис. 1. Стартовая позиция метеорологических ракет оснащенных источниками на базе МКГ.

Fig. 1. Start position of meteorological missiles equipped with sources on the base of MCG.

Взрывомагнитные генераторы. Для построения мобильных источников интенсивно проводились исследования по ряду принципиально новых конструктивных решений ВМГ. Одним из них является излучатель, базирующийся на ударно волновом сжатии магнитного поля в монокристаллическом рабочем теле. При своем движении к центру монокристалла цилиндрическая ударная волна теряет устойчивость. В этом случае электромагнитные процессы, возникающие на деформированном фронте ударной волны, способны возбуждать высокочастотные колебания в излучающей системе. Подробные результаты этих исследований планируется опубликовать в ближайшее время. Вторым типом источника является широкополосный радиочастотный ВМГ. Принципиальная схема двухсекционного генератора приведена на рис.2 (для наглядности на ней не показаны активные и поверхностные сопротивления секций). Индуктивность L1 является рабочей (индуктивность её изменяется в процессе работы ВМГ), a L2 обеспечивает фильтрацию низкочастотных составляющих полученных колебаний и выделения их высокочастотных составляющих. Между секциями обмотки L1 и L2 включен конденсатор С1. В начальный момент времени через обмотку ВМГ пропускают начальный ток. Уменьшение индуктивности L1, вызванное последовательным замыканием витков катушки индуктивности лайнером, приводит к возрастанию тока ВМГ. В последовательном колебательном контуре, образованном индуктивностью L1 и емкостью С1, возникают колебания, частота которых определяется резонансной частотой контура. На рис.З представлен сигнал на нагрузке 50 Ом, индуктивно связанной с обмоткой трёхсекционного ВМГ. Испытания и моделирование взрывомагнитного генератора частоты (ВМГЧ) [5] показывают, что его спектр ограничивается полосой 12 МГц.

Рис. 2. Принципиальная схема генератора Fig. 2. The generator circuit diagram

Частота (MHz)

Рис. 3. Спектр сигнала в антенне ВМГ Fig. 3. The signal spectrum in MCG antenna

Fig. 4. The radio-pulse parameters meter (RPPM) block-diagram

Рис. 4. Блок-схема ИПРИ

Измерительная система. Расположение источника на борту носителя потребовало разработки наземной измерительной системы. Эта система обеспечивает:

0.     Надежную работу в полевых условиях.

1.     Работоспособность и помехоустойчивость при воздействии ударных и акустических волн.

2.     Мобильность при проведении экспериментов на различных тестирующих площадках и в различных климатических зонах.

3.     Возможность изменения базового состава аппаратуры в зависимости от целей проводимых исследований.

4.     Контроль исправности измерительной аппаратуры непосредственно в процессе проведения измерений.

Базовыми узлами измерительного канала системы являются измеритель параметров радиоимпульса (ИПРИ) и измеритель параметров частоты (ИПЧ), которые измеряют параметры радиоимпульса. ИПРИ измеряет энергию радиоимпульса, его пиковую мощность и длительность, а также количество импульсов в полосе пропускания прибора. ИПЧ измеряет максимальное и среднее значения частоты принятого сигнала в полосе пропускания прибора. Принцип измерений заключается в частотном детектировании входного сигнала с дальнейшим преобразованием его значения в квазипостоянное напряжение и последующим его запоминанием. Результаты измерений выводятся на дисплей. Измерения производятся в задаваемом перед началом измерений временном интервале. Два встроенных микропроцессора позволяют осуществить связь прибора с компьютером. Блок схема ИПРИ приведена на рис.4. Внешний вид прибора приведен на рис. 5.

Puc. 5. Внешний вид ИПРИ Fig. 5. Appearance of RPPM

Функциональная схема измерительной системы приведена на рис.6. Она является многоканальным параллельным измерителем. Каждый канал включает в себя тестовый генератор (ТГ), ИПРИ, ИПЧ. Для управления измерительным каналом и сопряжения с компьютером (ПК) в состав измерительной системы введены управляющий контролер (УК) и блок управления (БУ) ТГ. В состав системы также введен измеритель временных интервалов (ИВИ), позволяющий измерять время между сигналами в каждом канале.

Система состоит из двух частей измерительной и проверочной. Назначение проверочной части заключается в тестировании работоспособности измерительного канала до начала и после проведения эксперимента. Количество каналов и состав входящей в канал аппаратуры может изменяться и определяется целями проведения эксперимента. Система работает следующим образом.

Перед проведением эксперимента по команде, поступающей с ПК через УК и БУ, тестирующий генератор каждого канала выдает сигнал заданной длительности и мощности, который излучается антенной. В измерительный канал сигнал поступает через приёмные антенны в ИПЧ и ИПРИ. Измерители производят измерение параметров принятого сигнала. Результаты измерений поступают на ПК. При совпадении результатов измерений с параметрами тестирующего сигнала выдается разрешение на проведение измерения. Далее производится собственно измерение, результаты которого передаются в компьютер, а измерительный канал тестируется еще раз. Повторное тестирование системы позволяет избежать потери информации во время проведения экспериментов и опустить ложную информацию, полученную в момент возможной неисправности системы.

Рис. 6. Блок схема измерительной системы

DEVICES FOR INVESTIGATION OF PHYSICAL PROCESSES IN HIGH LAYERS OF ATMOSPHERE AT DISTURBING WITH POWERFUL ELECTROMAGNETIC SIGNAL

Adzhiev A. H., Goncharov V. M.

High-Mountain Geophysical Institute Lenina 2, Nalchik 360030, KBR, Russia Novikov V. E.

Electrophysical Center NAS Ukraine Berezhnaja N. D., Palamarchuk V. P., Tishchenko.A. S., Sin’kov V. V, Soshenko V. A.

A. Usikov Institute of Radio Physics and Electronics of the National Academy of Sciences of Ukraine 12, Proskura Str., Kharkov 61085, Ukraine Tel: (+38 0572) 448395 e-mail: vas@nord.vostok.net

Abstract Presented in this paper are the results of design of equipment intended for investigation of physical processes in the upper atmosphere layers at its excitation by electromagnetic field. The equipment includes mobile source of electromagnetic signal and measuring system. The signal source consists of EMG based generator and antenna. Small dimensions and weight of the source make it possible to deliver it to the upper atmosphere layers using meteorological missile.

Fig. 6. Block-diagram of the measuring system

ИВИ измеряет временной интервал между сигналами в различных участках частотного диапазона, после чего передает их для дальнейшей обработки в ПК.

III.  Заключение

Испытания мобильных источников электромагнитного излучения, размещаемых на метеорологических ракетах, и комплекта измерительной аппаратуры показали их пригодность для проведения исследования физики процессов в верхних слоях атмосферы.

IV.  Список литературы

1.  Борисов Н. Д, Гуревич А. В, Милих Г. М. Искусственно ионизированная область в атмосфере. М. ИЗМИРАН, 1986, стр.184.

2.  Сахаров А. Д. Взрывомагнитные генераторы. УФН, 1966, т. 88, вып. 4. стр. 727-734.

3.  Коняхин Г. Ф, Новиков В. Е, Синьков В. В, Сошенко В. А. Взрывомагнитный генератор радиочастотного диапазона. Системи обробки шформацН. Зб1рник наукових праць. Вип. 1(23). XapKiB, НАНУ, ПАНМ, ХВУ, 2003, стр. 243.

4.  Новиков В. Е, Синьков В. В,.Сошенко В. А. Эффект активного излучения плазменной струи при взаимодействии с внешним электромагнитным полем. Системи обробки ЫформацН. Зб1рник наукових праць. Вип. 1(23). XapKiB, НАНУ, ПАНМ, ХВУ, 2003, стр.120.

5.  Третьяков Д. В. Влияние изоляции проводов спирального магнитокумулятивного генератора на его функционирование. Электричество, 2001, № 6, с. 49-55.

Источник: Материалы Международной Крымской конференции «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии», 2003г.

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