Аджиева А. X., Гончаров В. М.

Державна установа «Високогірний Геофізичний Інститут» пр. Леніна, 2, Нальчик 360030, КБР, Росія Новиков В. Е.

Науково Технологічний Центр «ЕФО» НАН України Харків, Україна

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


Анотація Представлені результати розробки комплекту апаратури для дослідження фізики процесів у верхніх шарах атмосфери при порушенні її електромагнітним полем. Комплект апаратури складається з мобільного джерела електромагнітного сигналу і вимірювальної системи. Джерело сигналу складається з генератора, виконаного на основі взривомагнітних генератора (ВМГ) та антени. Малі габарити і вага джерела дозволяють здійснювати його доставку у верхні шари атмосфери з допомогою метеорологічної ракети.

I. Вступ

Одним з методів дослідження фізики атмосфери є обурення її потужним електромагнітним полем [1]. При проведенні досліджень у верхніх шарах атмосфери джерело зазвичай розміщують на землі, що призводить до необхідності значного збільшення випромінюваної потужності. Розміщення джерела у верхніх шарах атмосфери дозволяє спростити проведення експериментів, проте в даний час не може значними габаритами і масою джерела. Нижче наведені результати розробки мобільного джерела та вимірювальної системи, що дозволяє перейти до якісно нового етапу досліджень фізики верхніх шарів атмосфери.

II. Основна частина

Мобільні джерела для дослідження процесів у верхніх шарах атмосфери. Джерело складається з генератора і антени, що служить для випромінювання отриманих електромагнітних коливань. Специфіка проведення експериментів вимагає формування великих потужностей таким джерелом при його малій масі і габаритах. В Високогірний геофізичний інститут РФ (ВГІ) для побудови джерел використовуються взривомагнітних генератори [2]. Принцип їх роботи дозволяє позбавитися від громіздких проміжних джерел живлення, оскільки взривомагнітних генератори володіють великою питомою запасом енергії вибухової речовини, порядку (6 ^ -8 МДж / кг). Отримані в останній період результати по розробці нових типів ВМГ [3, 5] і антен [4] забезпечили створення на їх основі потужних мобільних джерел. Оснащення такими джерелами метеорологічних ракет дозволяє вийти на якісно новий етап досліджень. З цією метою була створена нова експериментальна стартова позиція метеорологічних ракет, оснащених такими джерелами (рис.1). Антени, також як і джерела, розроблялися з урахуванням особливостей способу доставки, механічних та електричних вимог, що пред’являються до подібних пристроїв. Розроблено два різних варіанти джерела. Перший з них розрахований на роботу з дипольної антеною, а в другому варіанті використана плазмова антена. В обох варіантах для узгодження ВМГ з антенами використовується індуктивний зв’язок. Використання плазмової антени вводить в схему джерела суттєві нелінійності, що дозволяє забезпечити додаткове посилення потужності вихідного сигналу (більше 10 дБ) і трансформувати спектр сигналу в високочастотну область.

Рис. 1. Стартова позиція метеорологічних ракет оснащених джерелами на базі МКГ.

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

Взривомагнітних генератори. Для побудови мобільних джерел інтенсивно проводилися дослідження по ряду принципово нових конструктивних рішень ВМГ. Одним з них є випромінювач, що базується на ударно хвильовому стисненні магнітного поля в монокристалічному робочому тілі. При своєму русі до центру монокристала циліндрична ударна хвиля втрачає стійкість. В цьому випадку електромагнітні процеси, що виникають на деформованому фронті ударної хвилі, здатні порушувати високочастотні коливання в випромінюючої системі. Детальні результати цих досліджень планується опублікувати найближчим час. Другим типом джерела є широкосмуговий радіочастотний ВМГ. Принципова схема двосекційного генератора наведена на рис.2 (для наочності на ній не показані активні і поверхневі опору секцій). Індуктивність L1 є робочою (індуктивність її змінюється в процесі роботи ВМГ), a L2 забезпечує фільтрацію низькочастотних складових отриманих коливань і виділення їх високочастотних складових. Між секціями обмотки L1 і L2 включений конденсатор С1. У початковий момент часу через обмотку ВМГ пропускають початковий струм. Зменшення індуктивності L1, викликане послідовним замиканням витків котушки індуктивності лайнером, призводить до зростання струму ВМГ. В послідовному коливальному контурі, утвореному індуктивністю L1 і ємністю С1, виникають коливання, частота яких визначається резонансною частотою контура. На ріс.З представлений сигнал на навантаженні 50 Ом, індуктивно пов’язаною з обмоткою трисекційного ВМГ. Випробування та моделювання взривомагнітних генератора частоти (ВМГЧ) [5] показують, що його спектр обмежується смугою 12 МГц.

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

Частота (MHz)

Рис. 3. Спектр сигналу в антені ВМГ Fig. 3. The signal spectrum in MCG antenna

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

Рис. 4. Блок-схема ІПРІ

Вимірювальна система. Розташування джерела на борту носія зажадало розробки наземної вимірювальної системи. Ця система забезпечує:

0. Надійну роботу в польових умовах.

1. Працездатність і завадостійкість при впливі ударних і акустичних хвиль.

2. Мобільність при проведенні експериментів на різних тестуючих майданчиках і в різних кліматичних зонах.

3. Можливість зміни базового складу апаратури в залежності від цілей, що проводяться.

4. Контроль справності вимірювальної апаратури безпосередньо в процесі проведення вимірювань.

Базовими вузлами вимірювального каналу системи є вимірювач параметрів радіоімпульсу (ІПРІ) і вимірювач параметрів частоти (ІПЧ), які вимірюють параметри радіоімпульсу. ІПРІ вимірює енергію радіоімпульсу, його пікову потужність і тривалість, а також кількість імпульсів у смузі пропускання приладу. ІПЧ вимірює максимальне і середнє значення частоти прийнятого сигналу в смузі пропускання приладу. Принцип вимірювань полягає в частотному детектуванні вхідного сигналу з подальшим перетворенням його значення в квазіпостійне напругу і наступним його запам’ятовуванням. Результати вимірювань виводяться на дисплей. Вимірювання проводяться в задається перед початком вимірювань тимчасовому інтервалі. Два вбудованих мікропроцесора дозволяють здійснити зв’язок приладу з комп’ютером. Блок схема ІПРІ наведена на рис.4. Зовнішній вигляд приладу наведено на рис. 5.

Puc. 5. Зовнішній вигляд ІПРІ Fig. 5. Appearance of RPPM

Функціональна схема вимірювальної системи наведена на рис.6. Вона є багатоканальним паралельним вимірником. Кожен канал включає в себе тестовий генератор (ТГ), ІПРІ, ІПЧ. Для управління вимірювальним каналом і сполучення з комп’ютером (ПК) до складу вимірювальної системи введені керуючий контролер (КК) і блок управління (БУ) ТГ. До складу системи також введений вимірювач тимчасових інтервалів (ИВИ), дозволяє вимірювати час між сигналами в кожному каналі.

Система складається з двох частин вимірювальної та перевірочної. Призначення перевірочної частини полягає в тестуванні працездатності вимірювального каналу до початку і після проведення експерименту. Кількість каналів і склад входить в канал апаратури може змінюватися і визначається цілями проведення експерименту. Система працює наступним чином.

Перед проведенням експерименту по команді, що надходить з ПК через КК і БО, тестує генератор кожного каналу видає сигнал заданої тривалості і потужності, що випромінюється антеною. В вимірювальний канал сигнал надходить через приймальні антени в ІПЧ і ІПРІ. Вимірники виробляють вимірювання параметрів прийнятого сигналу. Результати вимірювань надходять на ПК. При збігу результатів вимірювань з параметрами тестуючого сигналу видається дозвіл на проведення вимірювання. Далі виробляється власне вимір, результати якого передаються в комп’ютер, а вимірювальний канал тестується ще раз. Повторне тестування системи дозволяє уникнути втрати інформації під час проведення експериментів і опустити неправдиву інформацію, отриману в момент можливої ​​несправності системи.

Рис. 6. Блок схема вимірювальної системи

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 вимірює часовий інтервал між сигналами в різних ділянках частотного діапазону, після чого передає їх для подальшої обробки в ПК.

III. Висновок

Випробування мобільних джерел електромагнітного випромінювання, що розміщуються на метеорологічних ракетах, і комплекту вимірювальної апаратури показали їх придатність для проведення дослідження фізики процесів у верхніх шарах атмосфери.

IV. Список літератури

1. Борисов Н. Д, Гуревич А. В, Міліх Г. М. Штучно іонізована область в атмосфері. М. ІЗМІРАН, 1986, стор.184.

2. Сахаров А. Д. взривомагнітних генератори. УФН, 1966, т. 88, вип. 4. стр. 727-734.

3. Коняхин Г. Ф, Новиков В. Е, Синьков В. В, Сошенко В. А. взривомагнітних генератор радіочастотного діапазону. Системи ОБРОБКИ шформацН. Зб1рнік наукових праць. Вип. 1 (23). XapKiB, НАНУ, ПАНМ, ХВУ, 2003, стор 243.

4. Новиков В. Е, Синьков В. В,. Сошенко В. А. Ефект активного випромінювання плазмового струменя при взаємодії із зовнішнім електромагнітним полем. Системи ОБРОБКИ ИформацН. Зб1рнік наукових праць. Вип. 1 (23). XapKiB, НАНУ, ПАНМ, ХВУ, 2003, стор.120.

5. Третьяков Д. В. Вплив ізоляції проводів спірального магнітокумулятівних генератора на його функціонування. Електрика, 2001, № 6, с. 49-55.

Джерело: Матеріали Міжнародної Кримської конференції «СВЧ-техніка і телекомунікаційні технології», 2003р.