ПРИЛОЖЕНИЕ E

VLF РАДИОСТАНЦИЯ JIM CREEK (США)

: общие сведения : : антенна и антенное поле : : передатчик : : параметры и оценки : : источники информации и иллюстраций :

 

Координаты: 48°12'13"N 121°55'01"W.

Позывной: NLK

Период работы: с 1953 г. (активна).

Рабочая частота: 24.8 кГц

Мощность передатчика: до 1000 (1200)* кВт

Мощность, излучаемая антенной: до 200 (250)* кВт;

Классы излучения: F1B (FSK и MSK), A1A (резервный).

* - см. комментарий в конце раздела передатчик.

Рис.E.1. Панорама VLF радиостанции Jim Creek

Справа - гора Blue Mountain, вдоль ее хребта - мачты антенного полотна; слева - гора Wheeler Mountain; на дне ущелья - река Джим Крик, течет по направлению стрелки; справа от реки - мачты антенных фидеров (красные); слева от реки - здание прередатчиков; участок бурого цвета - территория, на которой был вырублен лес.

 

Радиостанция Jim Creek расположена в глубоком ущелье, по дну которого протекает одноименная речушка, чуть менее, чем в 100 км от г. Сиэтла, штат Вашингтон, и примерно в 200 км от Тихого океана. Это одна из немногих станций, на которых для поддержания антенного полотна на большой высоте используются не гигансткие мачты, измеряемые несколькими сотнями метров, а естественные возвышенности рельефа. Такое решение позволяет существенно увеличить высоту подвеса антенного полотна над землей и исключить затраты на изготовление и установку монстрообразных высотных сооружений, а также облегчить монтаж и обслуживание антенного полотна.

Станция проектировалась и строилась в общей сложности около 6 лет и была запущена в эксплуатацию в ноябре 1953 года. Необходимость ее строительства была продиктована тем, что действовавшие в акватории Тихого океана на тот период VLF радиостанции США Summit (зона Панамского канала), Aguada (Пуэрто Рико), Yosami (Япония), а также станции Lualualei и Haiku на Гавайях уже не удовлетворяли возросшим требованиям по зонам покрытия и не позволяли обеспечить связь в режиме частотной манипуляции FSK/MSK.

При строительстве было выкорчевано около 2000 акров девственного таежного леса, на что ушел практически целый год, а также проложено около 12 миль вспомогательных дорог. Строительство самой станции заняло около трех с половивной лет. Поскольку она строилась в районе с повышенной сейсмической активностью, были предприняты меры по обеспечению сейсмоустойчивости строительных конструкций. В частности, сооружения устанавливались на мощные фундаменты, в т.ч. глубина фундамента здания передатчика составила около 10 метров.

Генеральным подрядчиком проектирования, монтажа и наладки станции была ведушая американская радиотехническая компания Radio Corporation of America - RCA. Она же изготовила и поставила для станции два VLF передатчика AN/FRT-3 мощностью по 500 кВт. Подготовку территории и строительство объектов осуществляли подразделения МО США, а изготовление и установку мачт и монтаж антенного полотна и фидеров вели Campbell-Atherton Construction Co. из Сиэтла и Pomeroy Electrical Contractors Inc. из Сан-Франциско.

 

Рис.E.2. Антенное поле VLF радиостанции Jim Creek

 

Спутниковое фото антенного поля с дорисованными проводниками антенного полотна и дополнительной поясняющей информацией приведено на рис.E.2. Ущелье, в котором расположена станция, образовано двумя возвышенностями, в т.ч. с северо-востока горой Wheeler Mountain высотой 976 метров и с юго-запада горой Blue Mountain высотой 915 метров. Высота над уровнем моря дна ущелья равна в среднем 210 метров, т.о. перепад высот рельефа равен 705 - 766 метров.

По обеим сторонам ущелья на верхних пологих участках возвышенностей установлены по 6 мачт высотой от 20 до 61 метра, между которыми растянуты зигзагом на изоляторах 10 проводников, изготовленных из стального 37-жильного троса диаметром 1 дюйм, жилы которого для уменьшения сопротивления и повышения коррозионной стойкости покрыты фосфористой бронзой. Суммарная длина проводников равна 48 км, при этом периметр образованного ими антенного полотна равен 7.1 км, а его площадь - 2.7 кв.км. Высота подвеса антенного полотна в наивысшей точке относительно нижнего уровня ущелья составляет около 795 метров. Для снижения нагрузок растяжения, в т.ч. при сильном ветре и обледенении, проводники имеют провисание до 324 метров.

Рис.E.3. Конструктивная схема антенны радиостанции Jim Creek

 

К средним точкам проводников антенного полотна подключены излучатели длиной от 306 до 366 метров (см. рис.E.3 и E.4), соединенные с помощью двух шестипроводных фидеров параллельно друг с другом в две группы в соответствии с делением антенны на секции, и далее через удлиняющие индуктивности-геликсы, расположенные в здании передатчиков, с выходами передатчиков. Излучатели содержат по два провода из полого медного кабеля диаметром 0,91 дюйма. С помощью оттяжек с противовесами они на большей части своей длины удерживаются в вертикальном положении.

Рис.E.4. Фидер и излучатели антенны радиостанции Jim Creek

 

Как и на большинстве VLF радиостанций на станции Jim Creek имеется искусственная сеть заземления, образованная заглубленными в грунт проводниками, расходящимися радиально от точки заземления передатчика. Суммарная длина проводников данной сети составляет около 220 миль, однако более подробные данные о заземлении (сопротивление, глубина, парамтеры проводниклв) в имеющихся источниках отстутствуют.

Эквивалентная электрическая схема антенны приведена на рис.E.5. Она фактически включает 10 Т-образных антенн, объединенных в секции A и B по 5 штук с помощью двух соответствующих фидеров. Вертикальные участки Т-образных антенн выполняют роль излучателей, а горизонтальные - роль верхних емкостных удлиняющих нагрузок. В связи с малым расстоянием между этими элементарными антеннами их электромагнитные поля складываются практически без интерференционных искажений, поэтому секции A и B можно рассматривать как две интегральные Т-образные антенны A и B с электрическими параметрами, определяемыми параметрами образующих их первичных Т-образных антенн.

В свою очередь, антенны A и B также расположены достаточно близко друг другу и при совместной синфазной работе на одной частоте их также можно рассматривать как единую Т-образную антенну с обобщенными параметрами. Интерференционные искажения в силу большего расстояния при этом будут несколько больше, чем в случае антенн A и B, но все еще достаточно малы, и диаграмму излучения такой объединенной антенны в первом приближении также можно считать круговой.

Рис.E.5. Эквивалентная электрическая схема антенны радиостанции Jim Creek

С1-С10 - емкости относительно земли проводников 1-10 антенного полотна; CфА и CфВ - паразитные емкости относительно земли фидеров А и B соответственно; Lh1 и Lh2 - удлиняюшие индуктивности-геликсы; G1 и G2 - передатчики.

 

Настройка антенных секций и их согласование с передатчиками осуществляется с помощью удлиняющих перестраиваемых индуктивностей Lh1 и Lh2. Они реализованы по стандартным для большинства VLF ситанций решениям и содержат основную постоянную индуктивность, последовательно с которой включена перестраиваемая индуктивность - вариометр.

По данным [4] антенна при одновременной работе обеих секций имеет следующие параметры в диапазаоне частот 14 - 30 кГц, в т.ч. на рабочей частоте 24.8 кГц:

• ширина полосы пропускания - от 4 до 105 Гц, в т.ч. на рабочей частоте 52 Гц;
• КПД: от 6-8 до 25%, в т.ч. на рабочей частоте 20%;
• эффектиная высота: от 105 до 116 м, в т.ч. на рабочей частоте 114 м;
• собственная емкость - 78 нФ;
• собственная резонансная частота (без удлиняющей индуктивности) - ;
• сопротивление излучения - от 0.04 до 0.21 ом, в т.ч. на рабочей частоте 0.16 ом;
• суммарное сопротивление (включая сопротивление заземления) - от 0.38 до 0.84 ом;

Антенна устойчива к обледенению с толщиной льда до половины дюйма, а также к ветру со скоростью до 65 миль в час.

 

Как видно, несмотря на большую высоту подвеса антенного полотна, превышающую высоту антенны станции Cutler, и большую длину сети заземления, КПД антенны станции Jim Creek весьма невысок, особенно в сравнении с КПД антенн упомянутой станции Cutler и станции Goliath, в силу чего огромная мощность ее передатчиков используется крайне нерационально и обеспечивает достаточно скромную зону покрытия (см. ниже). Одной из причин такого низкого КПД Jim Creek в [4] называется неудачная схема питания излучателей с помощью подвешенных на небольшой высоте однолинейных фидеров, имеющих большие собственные емкости относительно земли, которые оказывают сильное шунтирующее действие.

 

 

 

 

Как было упомянуто, станция была оснащена двумя передатчиками AN/FRT-3 мощностью по 500 кВт (разработчик и изготовитель - компания Radio Corporation of America). Они построены по классической для VLF радиостанций схеме и включают задающий генератор с кварцевой стабилизацией, предусилитель и два выходных усилителя мощности по 250 кВт, работающие на общую нагрузку. При этом в них предусмотрены специальные меры для повышения надежности и безотказности, в т.ч. зарезервированы вторичные источники питания, задающие генераторы и предусилители, а также использованы батареи анодных конденсаторов повышенной надежности в условиях высоковольтных импульсных нагрузок, обеспечиваемой их специальной конструкцией и схемой включения [4].

Выходные усилители мощности в передатчиках построены по классической двухтактной пушпульной схеме с трансформаторным выходом, при этом в каждом плече используется только по одному вакуумному триоду с максимальной рассеиваемой мощностью 285 кВт при водяном охлаждении, работающие в режиме класса С.

 

В публикациях, касающихся радиостанции Jim Creek, в т.ч. относящихся к одному и тому же периоду (см., например цитаты из журнальных статей на сайте [1]) приводятся два различных значения суммарной мощности ее передатчиков - 1000 кВт и 1200 кВт. В то же время в работе [3] ведущий специалист компании RCA, непосредственно участвовавший в разработке передатчика AN/FRT-3, однозначно указывает мощность станции по состоянию на 1967 год (14 лет со дня запуска станции), равную 1000 кВт. Еще одним авторитетным источникомя является упомянутый в предыдущей главе доклад «VLF Propagation in the Canadian Arctic», сделанный на конференции AGARD-CP-529. В этом докладе использованы данные NOSC (Naval Ocean System Center) по измерениям излучаемой мощности ряда VLF станций. Согласно этим данным излучаемая мощность станции Jim Creek на конец 80-х годов составляла 250 кВт, что с учетом КПД антенны, который на рабочей частоте равен 20%, дает значение подводимой к антенне мощности близкое к 1200 кВт. Можно предположить, что в процессе эксплуатации была проведена модернизация передатчиков с увеличением выходной мощности до 600 кВт, однако такие сведения не обнаружены.

 

Главным достижением станции Jim Creek является ее высокая отказоустойчивость - за первые 14 лет работы на ней не произошло ни одного катастрофического отказа. Что же касается дальнобойности станции, то, вопреки ее широкой рекламе в момент запуска как самой мощной в мире станции для связи с подводными лодками, сигнал которой достигает любой точки земного шара, реальные результаты оказались гораздо более скромными. На рис.E.6 приведена карта зоны покрытия станции, составленная по данным измерений ее сигнала в 2014-2016 годах фирмой GEM Systems Inc. (Канада).

Рис.E.6. Карта зоны покрытиия радиостанции Jim Creek (по данным GEM Systems Inc.)

Контур 54 dB соответствует уровню полезного сигнала 0.5 мВ/м, контур 48 dB - уровню 0.25 мВ/м (глубина замера и соотношение сигнал/шум не указаны, источник иллюстрации: www.gemsystems.ca)

 

Как видно, станция покрывает лишь незначительную часть акватории Тихого океана и практически не способна гарантировать связь с подлодками, находящимися в арктической области. В результате для обеспечения надежной связи в Тихоокеанском регионе позднее были дополнительно построены еще две VLF станции - новая станция Lualualei на Гавайях и станция Harold E.Holt (North West Cape) в Австралии.

 

1. US Navy Radio Communication. Naval Radio Station Jim Creek - NLK.

2. Jim Creek Naval Radio Station

3. Captain J.C.Walter, USNR, Ret. New Circuitry in Megawatt VLF Amplifier.

4. A.D.Watt. VLF Radio Enginieeing.

Jim Creek - романтический союз железа и дикой природы

 

* * * * * * * * *

 

 

Опубликовано 26.05.2020 Последнее изменение - нет

© Janto 2020 Все права защищены