Сошенко В. А. Інститут радіофізики та електроніки ім. А. Я. Усикова НАН України 12, вул. Ак. Проскури, Харків, 61085, Україна Тел.: (+38 0572) 448395; e-mail: vas@nord.vostok.net

Анотація – Представлені апаратура для проведення досліджень щодо порушення плазмових струменів, результати випробувань плазмових антен при їх порушенні від іскрового генератора і радіочастотних взривомагнітних генераторів (РЧ ВМГ) з плазмової антеною.

I. Вступ

Незважаючи на те, що взривомагнітних генератори (ВМГ, МКГ) відомі тривалий термін (більше півстоліття) традиційне їх застосування полягає в забезпеченні інших пристроїв (потужних генераторів, лазерів тощо) електричною енергією [1]. Це дозволяє одержати практично автономний пристрій, що різко розширює можливості його використання.

Побудова на основі ВМГ генераторів високочастотних коливань [2, 3] дозволяє перейти до створення автономних джерел електромагнітних коливань. В роботі [2] теоретично показана можливість виникнення електричних коливань при включенні послідовно з обмоткою генератора паралельних коливальних контурів. В роботі [3] для генерації коливань в радіочастотному діапазоні запропоновано використовувати секціонірованние ВМГ. Така конфігурація схеми дозволяє забезпечити узгодження генератора з навантаженням і розширити частотний спектр сигналу при збільшенні його енергії. Зрозуміло, що для отримання електромагнітних сигналів до генератора необхідно підключити антену. Вибір антен для вибухових джерел пов’язаний з низкою конструктивних та електричних обмежень. Так, габарити і маса найбільш широко поширених антен призводять до зменшення мобільності ВМГ, одночасно ускладнюючи його конструкцію. Одним з можливих варіантів антени є використання випромінювачів у вигляді монониток [4], які розміщуються на корпусі приладу. Більш перспективним, на думку автора, рішенням є використання в якості антени джерела плазмового струменя, що утворюється в результаті винесення назовні продуктів вибуху. Слід зазначити, що ідея використання плазмового струменя в якості передавальної антени висловлювалася в 60-і роки минулого століття, проте ця ідея ще на практиці не реалізована.

В роботі [5] наведені результати випробувань по взаємодії плазмових струменів із зовнішнім електромагнітним полем. Представлені результати досліджень відносяться до плазмових струменів малої довжини (17 см). Ці експерименти дозволили зрозуміти фізичні процеси, що протікають в плазмових струменях, що формуються вибуховими методами, з’ясувати особливості взаємодії плазми з зовнішнім електромагнітним полем і визначити можливі варіанти пристроїв збудження плазмового струменя.

II. Основна частина

Для проведення досліджень щодо порушення плазмових струменів були підготовлені спеціальні заряди. Плазмові струменя, що формуються цими зарядами, візуально представляли собою стовп полум’я яскраво-жовтого кольору, довжиною близько 6 метрів і діаметром 30 см. Тривалість роботи зарядів перевищувала 12 с.

На рис. 1 представлена ​​схема установки для проведення експериментів щодо порушення плазмових струменів. Металева оболонка 1, в якій знаходиться спеціальної підготовлений склад заряду, незначно (На 7Н-9 см) заглиблений у поверхню грунту. Навколо нього розташований каркас 3 зі склопластику. Каркас укріплений на поверхні і жорстко зафіксований щодо оболонки 1. На каркасі намотана котушка індуктивності (L) 4. Каркас і металева оболонка встановлені соосно. На висоті 2,5 м по осі розташований розривної ключ 5.

Рис. 1. Схема проведення експериментів.

Fig. 1. The diagram of experimental circuit

Схема працює в такий спосіб. Після спрацьовування заряду формована ним струмінь, поширюючись в навколишньому просторі, впливає на розривної ключ 5, по якому протікає струм і розмикає його. Напруга, з розімкнутих контактів ключа 5, надходить на ключ реле, викликаючи його спрацьовування. Для порушення плазмового струменя використаний іскровий генератор, схема якого представлена ​​на рис.2. Контур генератора утворений індуктивністю L і конденсатором С. Індуктивність L розташована на каркасі (див. рис.1). Від блоку високої напруги через високоомний резистор R1 (20 МОм) проводиться заряд конденсатора С. Після спрацьовування реле його контакти К1 замикають конденсатор С на розрядник Р. Під дією високої напруги розрядник пробивається, при цьому його опір різко зменшується, підключаючи конденсатор З до індуктивності L. У паралельному контурі LC виникають затухаючі коливання, амплітуда яких визначається величиною початкової напруги на конденсаторі, а частота і швидкість загасання коливань визначаються параметрами контуру.

Рис. 3. Вихідний сигнал генератора.

Fig. 3. Output signal of the generator

На рис.4 наведено спектр сигналу цього генератора. Видно, що несуча частота генератора становить 42 МГц. Потужність сигналу плавно спадає, а рівень вищих гармонік у спектрі сигналу значно менше основної гармоніки (більш ніж на 16 дБ). Період дискретизації вхідного сигналу становив 4 нс, що визначає верхню частоту аналізу сигналу в 125 МГц.

Для вимірювання параметрів електромагнітних сигналів, випромінюваних плазмовим струменем, використовувався набір зондів у вигляді антен двох типів. Зокрема, для проведення вимірювань в частотному діапазоні до 50 Мгц використовувалися круглі рамкові антени діаметром 15 і 50 см. При проведенні вимірювань в частотному діапазоні більш 100 МГц використовувалися антени на основі укорочених симетричних вібраторів, плечі яких виконані у вигляді усічених конусів з діаметрами 4 і 1 см і довжиною 4 см. Прототипом цих антен є широкосмугова вимірювальна антена, описана в роботі [6]. Малі розміри такої антени по відношенню до робочої довжині хвилі забезпечують її широкополосность («150 МГц) і незначну нерівномірність амплітудно-частотної характеристики. Використання подібної антени дозволило уникнути необхідності налаштування антен на частоту генератора, яка змінювалася в процесі проведення експериментів.

Frequency (MHz)

Рис. 4. Спектр сигналу генератора.

Fig. 4. Spectrum of the generator

Результати експериментальних досліджень роботи генератора з плазмового струменя показали, що форма сигналу на виході прийомної антени також є затухаючим синусоїду, амплітуда якої більше 5 В. Значне перевищення цього сигналу, над сигналом випромінюваним генератором без плазмового струменя (0.14 В) свідчить

про випромінювання електромагнітних коливань плазмовим струменем. Для вимірювання діаграми спрямованості плазмового струменя навколо неї рівномірно, на відстані 7 м від центру, були встановлені чотири антени, сигнали з яких надходив на входи осцилографів. Виміри показали, що випромінювання практично рівномірно розподілено в просторі. Таким чином, діаграма спрямованості плазмового струменя близька до кругової. Незначні відмінності в амплітуді прийнятого з різних напрямків сигналу (менше 1,8 дБ) можна віднести за рахунок похибок вимірювань і перепадом місцевості на тестуючої майданчику. Нормований спектр цього сигналу представлений на рис. 5, верхня частота якого обумовлена ​​часом дискретизації осцилографа (4 не.). Як видно з наведених раннє даних (рис. 4), спектри збудливого струмінь генератора і випроміненого сигналу різко відрізняються наявністю вищих гармонік. При цьому, амплітудні співвідношення між складовими спектра змінюються, що вказує на наявність нелінійних процесів.

Таким чином, результати експерименту свідчать, що плазмовий струмінь може бути використана в якості передавальної антени. Така антена є нелінійним пристроєм, що обумовлено нелінійними властивостями плазми. Нелінійність вихідного сигналу визначається також рівнем збудливою потужності і способом збудження плазмового струменя.

Результати проведених випробувань джерела (ВМГ – плазмовий струмінь) показали, що спектр електромагнітного сигналу є практично суцільним, що визначається сигналом ВМГ. Ефективність випромінювання і спектр випроміненого сигналу суттєво залежать від способу збудження плазмового струменя і потужності збуджуючого сигналу. На рис. 6 наведено спектр сигналу, випромінюваного електромагнітним джерелом на основі радіочастотного ВМГ

[3], зареєстрований на виході укороченого симетричного диполя, навантаженого на опір 50 Ом. Зазначимо, що верхня частота сигналу ВМГ (без антени) становила 54 МГц, а його розширення визначається нелінійними властивостями плазмового струменя.

Рис. 5. Спектр сигналу на виході прийомної антени.

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

Frequency (MHz)

Puc. 6. Спектр сигналу ВМГ з плазмової антеною Fig. 6. Spectrum of MCG signal with the plasma antenna

Вимірювання параметрів випроміненого плазмової антеною сигналу, проведені за допомогою вимірювальної системи [7] зареєстрували в спектрі коливання з частотами до 9.5 ГГц, при цьому тривалість сигналу в різних ділянках частотного діапазону розрізнялася.

Представлені в даній роботі результати досліджень плазмової антени і джерела на основі РЧ ВМГ дозволяють перейти до практичного створення різних варіантів джерел електромагнітних сигналів на основі взривомагнітних генераторів і інших пристроїв.

IV. Список літератури

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 І. А., Ткач Ю. В. Концепція розвитку беспучкових генераторів мікрохвильового діапазону / / Електромагнітні явища. –

1998. – № 3.-стр.21-26.

3. Загвоздкін Б. В., Синьков В. В., Сошенко В. А. Мобільний джерело на базі магнітокумулятівних генератора. 13-та Міжнародна Кримська конференція по НВЧ-техніки і телекомунікаційних технологій (Севастополь, 8-12 вересня. 2003): Тез. докл. 2003. -Стр.606-608.

4. Поганих А. П., Шабанов. Д. С. Радіолокаційні відбивачі та їх застосування. Зарубіжна радіоелектроніка. № 8. 1992. стр. 77-110.

5. Синьков В. В., Сошенко В. А., Новиков В. Е. Взаємодія плазмового струменя з полем спіралі. 13-та Міжнародна Кримська конференція по НВЧ-техніки і телекомунікаційних технологій (Севастополь, 8-

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

6. Міхальов П. А., Огаренко О. В., Тищенко В. А. Широкосмугова вимірювальна антена. ПТЕ, № 2. 1985. стр.

103-105.

7. Аджиева А. X., Гончаров В. М, та ін Апаратура для дослідження фізики процесів у верхніх шарах атмосфери при обуренні потужним електромагнітним сигналом. 13-та Міжнародна Кримська конференція по СВЧ-техніки і телекомунікаційних технологій (Севастополь, 8-12 вересня. 2003): Тез. докл. 2003. – Стор

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.

Джерело: Матеріали Міжнародної Кримської конференції «СВЧ-техніка і телекомунікаційні технології»