[ X ]

 

 

2. РАДИОПЕРЕДАЮЩАЯ ЯЧЕЙКА HAARP

Краткие базовые сведения об инструментальных комплексах HAARP уже были даны в предыдущей главе. В настоящей главе будет детально рассмотрена схема и конструкция радиопередающей ячейки, являющейся базовым элементом построения комплекса IRI.

 

2.1. СТРУКТУРНАЯ СХЕМА

Радиопередающая ячейка включает:

  • кросс-диполь LBD (low band dipole) нижнего диапазона 2.8 - 7.6 мГц, образованный двумя взаимно перепендикулярными диполям LBDx и LBDy, расположенными по осям x и y;
  • кросс-диполь HBD (high band dipole) верхнего диапазона 7.6 - 10 мГц, образованный двумя взаимно перепендикулярными диполям HBDx и HBDy, также расположенными по осям x и y;
  • согласующие устройства AMU (antenna matching unit) по одному на каждый диполь для согласования волновых сопротивлений диполей и фидеров и симметрирования фидеров относительно земли;
  • сетчатый экран-отражатель, выполняющий функцию рефлектора для диполей и защитного экрана для территории антенного поля;
  • сдвоенный передатчик TRxy для питания диполей x и y;
  • переключатели Sx и Sy для подключения выходов передатчика к диполям нужного диапазона;

радиопередающая ячейка комплекса IRI HAARP

Рис.2.1. Радиопередающая ячейка комплекса IRI HAARP

 

Диполи секций X и Y питаются синусоидальными напряжениями Ux(t) и Uy(t), имеющими одну и ту же частоту. Путем изменения соотношения амплитуд и фаз данных напряжений производится управление типом и параметрами поляризации излучения. В частности, при сдвиге фаз 0° и 180° получается линейная поляризация с углом наклона, определяемым соотношением амплитуд. При сдвиге фаз 90° или 270° и равенстве амплитуд излучение имеет соответственно левую или правую круговую поляризацию. В остальных случаях имеет место левая или правая эллиптическая поляризация.

 

2.2. КРОСС-ДИПОЛИ

Основным требованием к кросс-диполям является широкополосность. Она достигается электрическим утолщением вибраторов путем образования их с помощью нескольких параллельно соединенных и разнесенных в пространстве проводников. Электрическое утолщение вибраторов диполей HBD верхнего диапазона производится путем придания им формы плоских лепестков, согнутых под углом по осевой линии, а вибраторов диполей LBD нижнего диапазона - путем объединения лепестка, аналогичного лепестку диполей HBD, с плоским лепестком, в пирамидальную конструкцию, электрически соединенную с толстой несущей траверсой, что в итоге обеспечивает бОльшую широкополосность, чем у диполя HBD.

геометрия, размеры и импедансы кросс-диполей антенны HAARP

Рис.2.2. Геометрия, размеры и импедансы кросс-диполей антенны HAARP

 

Кросс-диполь нижнего диапазона находится сверху на высоте около 16,6 м. Его несущей конструкцией являются 4 алюминиевые траверсы, параллельные земле и удерживаемые с помощью растяжек, закрепленных в верхней точке антенной мачты. Они электрически соединенные с элементами вибраторов, которые выполнены из алюминиевого провода и удерживаются в нужной конфигурации с помощью сложной системы внутренних и внешних кевларовых растяжек.

Кросс-диполь верхнего диапазона находится под кросс-диполем нижнего диапазона на высоте около 13,5 м, использует в качестве несущей конструкции траверсы кросс-диполя нижнего диапазона, от которых электрически изолирован, полностью выполнен из провода и фиксируется с помощью системы внешних кевларовых растяжек.

элементы конструкции кросс-диполей антенны HAARP

Рис.2.3. Элементы конструкции кросс-диполей антенны HAARP

 

Вибраторы каждого из диполей в вертикальной плоскости расположены под тупым углом к друг другу, что дает сужение диаграммы направленности и, соответственно, повышение коэффициента усиления антенны. Растяжки при этом крепятся к специальным монтажным фланцам, расположенным вблизи оснований антенных мачт.

Геометрия и размеры данной антенной системы из двух изолированных переключаемых кросс-диполей защищены патентом US-5418544.

 

Технические решения антенны эволюционировали в процессе разработки, строительства и доводки комплекса HAARP. Первоначально, в соответствии с патентом US-5293176, предполагалось использование двух соединенных по периферии плоских кросс-диполей, образующих некое подобие петлевого кросс-вибратора, что позволило перекрыть диапазон частот в одну октаву, т.е. в два раза.

первоначальный вариант антенны HAARP по патенту US-5293176

Рис.2.4. Первоначальный вариант антенны HAARP по патенту US-5293176

 

Однако такой широкополосности оказалось недостаточно, поэтому было разработано описанное здесь решение с двумя изолированными друг от друга переключаемыми кросс-диполями, охватывающими диапазон 1:3,6, т.е. почти в две октавы. Это удовлетворило требованиям проекта, однако усложнило конструкцию и фидерную систему.

В патенте US-5796372 была предпринята попытка модернизировать отвергнутое первоначальное решение по патенту US-5293176, для чего было предусмотрено изготовление вибраторов диполей из сетки или другого проводящего материала полностью или частично, что могло позволить увеличить их эквивалентное электрическое сечение и дополнительно расширить полосу частот. Кроме того, в этом же патенте был заложен вариант, в котором петлевой кросс-диполь запитывался не со стороны нижнего элемента, а со стороны верхнего. Однако ни то, ни другое решение применения в антенне комплекса HAARP так и не нашли.

вариант антенны HAARP по патенту US-5796392

Рис.2.5. Вариант антенны HAARP по патенту US-5796392

 

 

2.3. ФИДЕРНАЯ СИСТЕМА

При питании диполей по коаксиальному кабелю требуется симметрирование последнего. Кроме того, как видно из частотных характеристик кросс-диполей, представленных на рис. 2.2, их импеданс имеет значительную реактивную составляющую и меняется по диапазону в весьма существенных пределах. Вследствие этого для снижения коэффициента стоячей волны (КСВ) фидера и, соответственно, потерь, необходимо нейтрализовать реактивную составляющую импеданса диполей и привести величину его активной составляющей к номинльному значению волнового сопротивления использованного коаксиального кабеля (вероятно, 50 ом).

Для решения этих задач каждый диполь антенной системы подключается к фидеру через свое согласующее устройство AMU, которое содержит:

  • коаксиальный симметрирующий трансформатор, обеспечивающий симметрирование фидера относительно земли;
  • симметричный индуктивно-емкостной фильтр для согласования импедансов диполя и фидера и подавления внеполосных излучений передатчика;
  • пару искровых разрядников Gap для защиты от перенапряжений;
  • размыкатели S для отключения AMU от диполя при необходимости, например, при грозе, ремонте, настройке, диагностике и пр.

согласующие устройства диполей HAARP

Рис.2.6. Согласующие устройства диполей HAARP

(Источник иллюстрации - The HAARP Facility)

 

Использование данных согласующих устройств позволило обеспечить КСВ (SWR) во всем диапазоне частот не более 3,2:1.

Конструктивно каждое согласующее устройство выполнено в виде цилиндра, в который входит коаксиальный кабель фидера, идущий от переключателя диапазонов, и из которого выходят две мощные плоские шины, соединяемые с точками питания диполей.

фидер и согласующие устройства диполей HAARP и их размещение на мачте

Рис.2.7. Фидер и согласующие устройства диполей HAARP и их размещение на мачте

(Источник иллюстрации - HAARP Antenna Array Photographic Tour)

 

Кроме AMU на ярусе каждого кросс-диполя установлено по 2 блока неизвестного назначения. Они присутствуют на всех фотографиях, но в текстах никогда не упоминаются. Какие-либо коммуникации к ним не подводятся. Их особенностью является наличие в верхней части жалюзей охлаждения, а в нижней части - вентилляционной решетки, а также разъема, по размерам походящего для подключения разъемов фидеров диполей. Исходя из данных признаков можно предположить, что в них находятся эквиваленты антенных нагрузок для передатчика, на которые при необходимости перебрасываются кабели, идущие на AMU. Такая необходимость может теоретически возникнуть при отладке, отказе и диагностике AMU или диполя.

 

Фидерная система подвергалась модернизации в процессе доводки комплекса. В первоначальном описании упоминается, что устройство симметрирования (balun) расположено в отдельном блоке и не входит в состав AMU. Сами AMU при этом размещались в прямоугольных корпусах. Однако со временем внешний вид элементов фидерной системы изменился, что свидетельствует о проведенной доработке.

модернизация фидерной системы антенн комплекса HAARP

Рис.2.8. Модернизация фидерной системы антенн комплекса HAARP

(источники иллюстрации: архивная версия сайта HAARP и сайт компании RFS rfsworld.com)

 

 

2.4. АНТЕННАЯ МАЧТА

Общая высота антенной мачты составляет около 73 футов (около 22 м). Она включает заглубленную в грунт термосваю, выступающую над землей на 1,2 м, и установленную на нее с помощью фланцев собственно саму мачту, зафиксированную примерно на половине высоты растяжками. Термосвая обеспечивает поддержание отрицательной температуры в своей верхней части, тем самым исключая оттаивание вокруг нее поверхностного слоя вечной мерзлоты, сохраняя таким образом прочность своей фиксации.

антенная мачта комплекса HAARP

Рис.2.9. Антенная мачта комплекса HAARP

(источники иллюстрации: архивная версия сайта HAARP, HAARP Antenna Array Photographic Tour)

 

В соответствии с первоначальным проектом собственно сама мачта представляла собой цельную металлическую трубу. Однако в реализованном варианте верхняя часть, по длине равная примерно половине общей длины мачты, представляет собой ферму квадратного сечения. Это, очевидно, связано с тем, что ферма лучше приспособлена для крепления элементов фидерной системы, а также для работы персонала на высоте. Следует также отметить, что в проекте были предусмотрены траверсы и для нижних кросс-диполей, но в штатной конфигурации они не присутствуют.

 

2.5. ЭКРАН-ОТРАЖАТЕЛЬ

Как уже было отмечено в предыдущей главе, на высоте 4,5 м от земли установлен общий для всех радиопередающих ячеек экран из токопроводящей сетки, снижающий уровень электромагнитного излучения в прилегающей зоне до допустимых пределов. Одновременно он выполняет функцию отражателя (рефлектора) для диполей, увеличивая коэффициент усиления антенной решетки в направлении основного излучения.

Размер ячеки сетки составляет 3 фута (около 0,9 м). Провода сетки соединяются между собой с помощью специальных обжимных соединителей. По периферии экран закреплен на стойках, установленых на такие же термосваи, как и антенные мачты.

экран-отражатель комплекса HAARP

Рис.2.10. Экран-отражатель комплекса HAARP

(источники иллюстрации: HAARP Antenna Array Photographic Tour, страница HAARP в соцсети Facebook)

 

 

2.6. ПЕРЕДАТЧИК

Фотографии для создания всех иллюстраций в данном параграфе взяты со страницы проекта HAARP в социальной сети Facebook.

 

Передатчики размещаются в утепленных боксах по 6 штук, при этом каждый передатчик занимает 1 приборный шкаф из трех секций. В средней секции шкафа размещается блок питания, панель управления и другие функциональные блоки, общие для каналов X и Y. В крайних секциях размещаются блоки, принадлежащие каналам X и Y и не являющиеся общими - цифровые синтезаторы сигналов, а также предоконечные и оконечные усилители мощности. Несмотря на отсутствие каких-либо сведений о схемотехнике передатчиков HAARP, такой набор функциональных блоков каналов вытекает из информации, которую можно получить из фотографий передатчиков, а также из общих принципов построения устройств подобного класса и назначения.

бокс с передатчиками HAARP

Рис.2.11. Бокс с передатчиками HAARP (вид снаружи и изнутри)

 

шкаф передатчика HAARP

Рис.2.12. Шкаф передатчика HAARP

 

предоконечный усилитель мощности передатчика HAARP

Рис.2.13. Предоконечный усилитель мощности одного канала передатчика HAARP

 

оконечный усилитель мощности передатчика HAARP

Рис.2.14. Оконечный усилитель мощности одного канала передатчика HAARP

 

Оконечный усилитель мощности собран по двухтактной схеме на мощных вакуумных электронных лампах 4CX 10.000 в металлокерамических корпусах. Усилитель работает в классе А, обеспечивающем высокую линейность, что позволяет минимизировать высшие гармоники в усиленном сигнале и, соответственно, побочные частоты в спектре излучения комплекса. КПД усилителя при этом не превышает 50%. Усилитель обеспечивает номинальную подводимую к антенне мощность 10 кВт, в максимуме - до 12,5 кВт.

цифровой «мозг» передатчика HAARP

Рис.2.15. Цифровой «мозг» передатчика HAARP

 

«Мозгом» каждого канала передатчика является цифровой синтезатор, формирующий синусоидальный сигнал с заданной частотой, амплитудой и фазой, подаваемый на вход RF INPUT предоконечного усилителя мощности. Параметры сигнала, а также режим работы передатчика, поступают на синтезаторы каналов от панели управления, которая, в свою очередь, получает необходимые задания по последовательным каналам информационного обмена с центрального пункта управления комплексами HAARP.

Изменяя амплитуду и фазу выходных сигналов каналов X и Y можно не только управлять параметрами поляризации излучения, о чем было сказано в начале данной главы, но и изменять суммарную величину его мощности, а также осуществлять модуляцию сигнала, например амплитудную, частотную и др. Кроме того, управление параметрами излучения, в первую очередь фазой всех радиопередающих ячеек антенной решетки, необходимо для формирования требуемой диаграммы направленности излучения и режима сканирования требуемой области ионосферы.

Более подробно реализуемые параметры и режимы будут описаны в следующей главе при рассмотрении работы антенной решетки комплекса и способов воздействия комплекса HAARP на ионосферу.

 

Продолжение следует, следите за обновлениями!

 

* * *

 

 

поделиться ссылкой

 

Перепечатка без согласования с автором запрещена.
При цитировании обязательно указание автора, названия и активной ссылки на данную страницу
или ссылки на титульную страницу публикации.

 

наверх

 

 

Радиопередающая ячейка HAARP

Опубликовано 12.07.18. Последнее изменение - нет.

© Janto 2018