Напечатать документ Послать нам письмо Сохранить документ Форумы сайта Вернуться к предыдущей
АКАДЕМИЯ ТРИНИТАРИЗМА На главную страницу
Институт Физики Вакуума - Эксперимент

Смелов М.В.
Распространение заузленных электромагнитных волн в воде

Oб авторе


Аннотация

Проведены натурные исследования в безэховых условиях на неотражающем стенде в солёной воде трилистника и полуволнового вибратора.

Из результатов исследования следует, что при затухании сигнала для антенны трилистника и полуволнового вибратора уровень сигнала полуволнового вибратора на 25 дБ ниже, чем для трилистника и находится ниже порога чувствительности телевизора. Или, наоборот, наблюдается усиление сигнала на 25 дБ при использовании антенны трилистника, чем сигнал полуволнового вибратора. При этом погонное затухание сигнала для антенн трилистников слабо увеличивается примерно на 0,5 дБ при удвоении дистанции радиосвязи, тогда как погонное затухание сигнала для антенн полуволнового вибратора продолжает увеличиваться по экспоненциальному закону и быстро уходит в шум измерительной схемы даже при увеличении мощности сигнала до 16 дБм.

Исследования проведены совместно с Фондом перспективных технологий и новаций (Исполнительный директор В.Ю. Татур) в рамках программ «Новые физические принципы электромагнитной связи» и при содействии компании "KeySight Technologies" (США), предоставившей прецизионную радиоизмерительную технику.


 

Цель эксперимента.

Доказать существование заузленной электромагнитной волны на дистанции радиосвязи до трёх длин волн в солёной воде обладающей электропроводимостью.


Условия эксперимента

Место проведения эксперимента: Московская область

Время проведения эксперимента: 13.09. 2016 г.

Условия проведения эксперимента: температура 140С, высокая влажность 90%, пасмурно дневное время.


Оборудование.

Универсальное измерительное оборудование.

Векторный анализатор цепей типа N9917A (Field Fox) до 18 ГГц фирмы KeySight, аналоговый телевизор SONY, генератор сигналов 33600A фирмы KeySight.

Специальное оборудование.

Используемые антенны в виде трилистника показаны на рис. 1. Каждый элемент ФАР выполнен в виде трилистника на резонансную частоту петли 70 ГГцч 100 ГГц (длина волны λ~ 420 см равна длине одной петли в солёной воде с диэлектрической проницаемостью равной 80).

Длина возбуждающего стержня по оси симметрии равна ~λ/2 (подбирается экспериментально по минимуму КСВн), а возбуждается этот стержень по 75-ти омному кабелю. Специфической особенностью данного типа антенн, работающих в воде, это герметичность всех электрических элементов антенн. Однако в отличии от ранее созданной подводной трилистниковой антенны, помещённой в герметичный короб с дистиллированной и деионизированой водой габаритом ~λ/2, ранее описанной в литературе, данная антенна имела худшие условия для работы на возбуждение ЭМВ, так как в ближней зоне её окружала солёная вода (электролит), не давая возможность полностью сформироваться волновому пакету ЭМВ, поэтому потери в ней возросли, в частности погонные потери на распространение заузленной продольной компоненты ЭМВ.


Рис.1 Подводные трилистниковые антенн покрытые силиконовым герметиком.

На рис. 1 слева показан вариант антенны без экрана-противовеса, а справа антенна с противовесом, лучшие результаты показала антенна без противовеса, поэтому все нижеследующие результаты экспериментов относятся к этой антенне. Для сравнения были созданы полуволновые вибраторы на полволны именно в воде размером 210 мм, они также герметизированные силиконовым герметиком, вибратор соединён с 75-ти омным коаксиальным волноводом симметрирующим и согласующим полуволновым шлейфом (аналогом U-колена), так же герметизированным. Вид вибратора показан на рис. 2.


Рис. 2 Фото подводных полуволновых вибраторов покрытых силиконовым герметиком

На рис. 2 показаны полуволновые вибраторы для подводных экспериментов с симметрирующим и согласующим шлейфом покрытые герметиком

Принципиальная схема стенда показана на рис. 3.


Рис. 3 Принципиальная схема стенда для подводных экспериментов.

На рис. 3 в качестве анализатора спектра использовался анализатор цепей

типа N9917A в опции «анализатора спектра».

С целью оперативности получения информации в процессе измерения использовался стенд по схеме на рис. 4.


Рис. 4 Измерительная схема с измерительным прибором N33600A.

На рис. 4 выход сканирующего генератора анализатора цепей N33600A возбуждал передающую трилистниковую антенну, на вход его подавался сигнал от приёмной трилистниковой антенны, выходная мощность генератора 1 мВт и регулировкой эта мощность поднималась до 5 дБм (примерно 3 мВт). Схема на рис. 3 имеет преимущество в том, что позволяла увеличивать мощность генератора до 22 дБм (22дБмВт), т.е. в 100 раз до 300 мВт, что важно для определения влияния мощности сигнала на эффект прохождения заузленной ЭМВ через воду.

Для проведения демонстрационного эксперимента прохождения телевизионного сигнала 3 ТВ канала (частотой 77,25 МГц) в этом окне прозрачности солёной воды создавался стенд по схеме на рис. 5.


Рис. 5 Схема демонстрационного стенда

На рис. 5 показана схема демонстрационного эксперимента. Где сигнал эфирного телевидения с полуволнового вибратора антенны на центральной частоте 77, 25 МГц длиной 3,88 м усиливался антенным усилителе на 30 дБ и величиной ~1 мВ подавался на передающую трилистниковую антенну в солёной воде.


СПРАВКА: 1мВ соответствует ч–50 дБм, 10 мВ - –30 дБм, 100 мВ - –10 дБм и т.д.


Сигнал с приёмной подводной трилистниковой антенны подавался непосредственно на вход аналогового телевизора типа SONY.

Для сравнения был создан стенд с антеннами типа герметизированного полуволнового вибратора в воде. Схемы с этой антенной аналогичны схемам на рис. 3чрис. 5, но вместо трилистниковых антенн установлены вибраторы.

Фото стенда с трилистниковыми антеннами в воде показано на рис.6.




Рис. 6 Фото стенда с трилистниковыми антеннами в воде на дистанции связи равной λ длине волны в воде - 0,42 м. В этом случае сигнал на телевизионном экране наблюдается.

На фото рис. 6 показаны трилистниковые антенны в воде на дистанции связи равной одной длине волны 0,42 м. Ёмкость с водой представляет собой цементную ванна диэлектрической проницаемостью 6 и сопротивлением ~1 МОм, облицованную фарфоровой глазурью, т.е. фактически эта ёмкость является керамикой. На телевизионном экране есть изображение, так как сигнал продольной заузленной ЭМВ проходит через воду, развёртка не согласована с импульсом срабатывания электронного фотоаппарата.

На фото рис. 7 показаны полуволновые вибраторы в воде.




Рис. 7 Фото полуволновых вибраторов в воде на дистанции радиосвязи λ. Сигнал на телевизионном экране отсутствует.


В случае полуволновых вибраторов в воде, как на фото рис. 7, изображение на телевизионном экране отсутствует, так как сигнал поперечной ЭМВ не проходит через воду.


Результаты измерений.

Определение уровня приборных собственных шумов измерительной схемы в воде

Уровень приборных собственных шумов измерительной схемы в воде равен в среднем –77дБм.


Определение суммарных потерь в приёмном кабеле

Измерены суммарные потери в приёмном кабеле длиной 6 м. и передающем кабеле длиной 14 м по сути это и есть калибровка схемы измерения. График затухания в кабеле показан на рис. 8.


Рис. 8 График уровня потерь в кабеле длиной 20 м.

Из графика видно, что средний уровень потерь в кабеле – 2дБм, который надо вычитать из всех последующих результатов измерений затухания сигнала в воде.


Определение затухания сигнала поперечной ЭМВ в воде для двух полуволновых вибраторов

Проведено измерение затухания сигнала поперечной ЭМВ для двух полуволновых вибраторов в воде. Результат измерения для уровня сигнала 16 дБм от генератора 33600A (в 40 раз превышающий уровень 1 мВт), измеренный анализатором цепей N9917A в опции «анализатор спектра» показан на рис. 9 в виде графика затухания сигнала в воде поперечной ЭМВ, излученной и принятый полуволновыми вибраторами в воде на дистанции связи 2λ (две длины волны в воде 2λ = 0,84 м). То же на рис. 10, но при мощности 2 дБм от генератора 33600A.


Рис. 9 График затухания сигнала в воде поперечной ЭМВ излученной и принятый полуволновыми вибраторами в воде на дистанции связи 2λ (две длины волны в воде 2λ = 0,84 м). Мощность генератора 16 дБм.

Из рис. 9 видно, что затухание сигнала (метка 2) на частот77,25 МГц (3 канала ТВ) –65,77 дБм, поэтому сигнал на телевизор не принимается (ниже его уровня чувствительности –60 дБм даже при высоком уровне мощности генератора сигнала.


Рис. 10 График затухания сигнала в воде поперечной ЭМВ излученной и принятый полуволновыми вибраторами в воде на дистанции связи 2λ (две длины волны в воде 2λ = 0,84 м). Мощность генератора 2 дБм.

Из рис. 10 видно, что сигнал на уровне –74 дБм уходит в шумы.

Сигнал в воде принимается полуволновым вибратором только на дистанции связи 0,5λ, то есть в ближней зоне, график затухания показан на рис. 11.


Рис. 11 График затухания сигнала в воде для полуволновых вибраторов на дистанции радиосвязи 0,5λ, то есть в ближней зоне.

 

Эксперимент с трилистниковыми антеннами в воде.

График затухания сигнала при мощности 16 дБм на дистанции радиосвязи показан на рис. 12.

Рис. 12 График затухания сигнала в воде для трилистниковых антенн на дистанции радиосвязи 2λ и мощности сигнала генератора 16 дБм.

Из рис. 12 видно, что на дистанции радиосвязи 2λ уровень сигнала на частоте 77, 25 МГц (и выше) находится на уровне уверенного приёма 3 канала ТВ. При этом изображение на экране телевизора присутствует. Даже понижение уровня сигнала на 14 дБ в 25 раз от 16 дБм до 2 дБм (см. рис. 13) не уменьшает уровень сигнала ниже уверенного приёма, это уменьшение сигнала эквивалентно увеличению дистанции радиосвязи в 5 раза с 2λ=0,84 м до 10λ=8,4 м. На рисунках 12, 13 наблюдаются окна прозрачности по продольной заузленной компоненте ЭМВ на маркерах 2, 3, 4, соответствующие частотам 77, 25 МГц, 85 МГц, 93, 85 МГц.


Рис. 13 График затухания сигнала в воде для трилистниковых антенн на дистанции радиосвязи 2λ при пониженной мощности сигнала генератора 2 дБм.


Рис. 14 График затухания сигнала в воде для трилистниковых антенн на дистанции радиосвязи λ при пониженной мощности сигнала генератора 2 дБм.

Важно сравнить затухание сигнала при увеличении дистанции связи в два раза.

Из графиков на рис 13 и 14 видно, что при удвоении дистанции радиосвязи затухание при распространении (погонное затухание) на маркере 3. 4 в среднем 1 дБ, причём обнаружено, что прибор систематически занижает затухание на 0,5 дБ, т.е. фактически реальное затухание примерно 0,5 дБ.


СПРАВКА: для поперечной ЭМВ на воздухе это затухание равно 6 дБ.


Кроме того, следует отметить, что ранее получен и опубликован в печати результат погонного усиления сигнала на 4 дБ для трилистников, помещённых в герметический короб с дистиллированной водой, а короб размещён в мини бассейне больших размеров, это способствует более эффективному заузливанию ЭМВ в ближней зоне антенны и законченному формированию волнового пакета в волновой зоне Френеля, где начинается электрон-ионное шнурование энергии в топологической косе луча ЭМВ в воде.

Поперечная компонента ЭМВ полуволновых вибраторов в воде быстро затухает по экспоненциальному закону, т.е. при увеличении дистанции радиосвязи сигнал сильнее затухает, чем для трилистников, что демонстрируется на рис. 15 - графике затухания сигнала вибраторов на дистанции радиосвязи λ равной длине волны.


Рис 15 График затухания сигнала в воде для полуволнового вибратора на дистанции радиосвязи λ и мощности сигнала генератора 2 дБм, который является пороговым уровнем данного телевизора, когда сигнал уже не наблюдается на экране.

На рис. 15 показан график затухания сигнала в воде для полуволнового вибратора на дистанции радиосвязи λ и мощности сигнала генератора 2 дБм. Этот уровень мощности является пороговым уровнем данного телевизора, когда сигнал уже не наблюдается на экране.


Усиление гидроизоляции антенн.

Для исключения любых возможных контактов с водой антенн, что приводило бы к ухудшению показаний и ошибкам в измерениях, была произведена дополнительная гидроизоляция путём покраски антенн водостойкой краской.

После улучшения гидроизоляции трилистниковых антенн были получены следующие результаты. Для дистанции связи 2λ=0,84 м приведен график на рис. 16.


Рис. 16 График затухания на дистанции связи. Среднее затухание равно -49,3дБм.

На рис.17 показан график на дистанции связи λ=0,42 м.


Рис. 17 График затухания на дистанции связи λ=0,42 м. Среднее затухание равно -47,32 дБм.

Из сравнения графиков на рис. 16 и 17 видно, что возрастание затухания при увеличении дистанции связи в два раз равно 1,98 дБ. Изменение затухания равно в среднем 2 дБ, при этом на маркере «3» увеличение затухания минимально и равно 1,17 дБ.

Для проверки симметрии приемопередающих антенн разъёмы менялись местами, т.е. менялось назначение каждой из приёмопередающих антенн. График затухания на дистанции связи 2λ=0,84 показан на рис. 18


Рис. 18 График затухания на дистанции связи 2λ=0,84 м. Среднее затухание -49,74 дБм.

График затухания на дистанции связи λ=0,42 м показан на рис. 19


Рис. 19 График затухания на дистанции связи λ=0,42 м. Среднее затухание -48,53 дБм.

Из сравнения рисунков 18 и 19 следует, что возрастание затухания при увеличении дистанции связи в два раза равно в среднем 1,21дБ.

Следовательно, из двух измерений при переключении разъёмов возрастание затухания равно 1,6 дБ.

При этом увеличение затухания по экспоненте для полуволновых вибраторов равно 30 дБ.

 

ВЫВОД

Из сравнения графиков 14 и 15 затухания для антенны трилистника и полуволнового вибратора видно, что уровень сигнала полуволнового вибратора на 25 дБ ниже, чем для трилистника и находится ниже порога чувствительности телевизора. Или, наоборот, наблюдается усиление сигнала на 25 дБ при использовании антенны трилистника, чем сигнал полуволнового вибратора. При этом погонное затухание сигнала для антенн трилистников слабо увеличивается примерно на 0,5 дБ при удвоении дистанции радиосвязи, тогда как погонное затухание сигнала для антенн полуволнового вибратора продолжает увеличиваться по экспоненциальному закону и быстро уходит в шум измерительной схемы (см. рис. 10) даже при увеличении мощности сигнала до 16 дБм, как на рис. 9. Что и требовалось доказать в данном эксперименте



Смелов М.В., Распространение заузленных электромагнитных волн в воде // «Академия Тринитаризма», М., Эл № 77-6567, публ.22530, 20.09.2016

[Обсуждение на форуме «Публицистика»]

В начало документа

© Академия Тринитаризма
info@trinitas.ru