ПРИЛОЖЕНИЕ F

VLF РАДИОСТАНЦИЯ LUALUALEI (США)

: общие сведения : : антенна и антенное поле : : передатчик : : зона покрытия : : источники информации и иллюстраций :

 

Координаты: 21°25'38"N 158°09'35"W.

Позывной: NPM

Период работы: с 1972 г. (активна).

Рабочие частоты: 23.4 кГц, 21.4 кГц

Мощность передатчика: до 1000 кВт

Мощность, излучаемая антенной: до 600 кВт;

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

Рис.F.1. Панорама и расположение на карте VLF радиостанции Lualualei

 

Радиостанция Lualaulei - одна из старейших VLF станций ВМС США. Она была построена на острове Оаху группы Гавайских островов в 1936 году. Ее конфигурация первоначально полностью повторяла конфигурацию большинства VLF радиостанций того времени, в т.ч. конфигурацию радиостанции Annapolis. В частности, ее антенна представляла собой наиболее распространенную в то время антенну типа Triatic Маркони - вертикальный излучатель, электрически удлиняемый индуктивностью - геликсом в основании и верхней емкостной нагрузкой из группы параллельных проводов, образующих т.н. антенное полотно (см. рис.F.2). На станции использовался ламповый передатчик TAW мощностью 300 кВт, а с 1940 года - его модернизированный вариант TAW-A мощностью 500 кВт.

Рис.F.2. Панорама и схема антенны VLF радиостанции Lualualei 1950 г.

 

С началом боевых действий на Тихом океане выяснилось, что станция не обеспечивает требуемую зону покрытия для поддержки подводного флота США. Кроме того, находясь на побережье, она подвергалась бомбардировкам. В связи с данными обстоятельствами в спешном порядке была сооружена в глубине этого же острова VLF радиостанция Haiku. Однако она, хотя и обеспечила определенное расширение зоны покрытия, не имела перспектив дальнейшего развития. По этой причине по окончании войны была предпринята попытка вдохнуть новую жизнь в старое железо станции Lualualei, для чего в 1945-1950 годах была проведена ее модернизация, в т.ч. установлен в два раза более мощный передачик AN/FRT-64, а в конце антенного полотна был добавлен второй излучатель, заземленный через второй геликс, и тем самым антенна приобрела признаки антенны Александерсона (см. схему на рис.F.2).

Однако данная модернизация не смогла кардинально улучшить параметры станции, т.к. реализации полной мощности мегаваттного передатчика AN/FRT-64 мешали различные конструктивные ограничения антенны. С учетом того, что надежды на построенную в 1952 году станцию Jim Creek также не оправдались в полной мере и проблема покрытия тихоокеанской акватории оставалась нерешенной, в конце 60-х годов было принято решение о демонтаже старой станции и строительстве новой. Она была введена в строй в 1972 году, сохранив в наследство от старой лишь территорию и здание геликса номер 1.

 

Подрядчиком проектирования антенны новой станции выступила DECO Electronics Inc, спроектировавшая к тому времени антенну самой совершенной VLF станции США Cutler. Однако антенна радиостанция Lualualei была спроектирована в совершенно другом ключе - разработчики не стали городить лес мачт, несущих многолепестковые антенные полотна со сложной системой растяжек и фидеров. Вместо этого задача была решена примитивно в лоб - установлены две классические зонтичные антенны, включенные параллельно, но сверхбольшой высоты - по 458 метров (1503 фута), т.е. более, чем в полтора раза выше центральных мачт антенны станции Cutler и более, чем в два раза выше центральных мачт антенны станции Goliath.

Рис.F.3. Антенное поле VLF радиостанции Lualualei

 

Мачты антенн выполняют функции вертикальных излучателей. Они изготовлены из стальных ферм треугольного сечения, изолированы от земли и зафиксированы пятью ярусами растяжек. Каждая мачта имеет по 16 проводов зонтичной емкостной нагрузки, опускающихся от их вершин под углом около 45 градусов и зафиксированных через высоковольтные изоляторы растяжками, закрепленными на уровне земли на бетонных якорях на расстоянии в среднем 450-500 метров от мачт.

Рис.F4. Конструкция антенны.

 

Антенны антенной системы могут работать как в монопольном режиме, когда одна из них подключена к выходу передатчика через геликс, а вторая при этом заземлена, так и в параллельном, когда обе антенны подключены к передатчику одновременно через один и тот же геликс. Данный режим является штатным. Монопольный же режим используется в случае отказа и ремонта одной из антенн или для проведения на ней профилактических работ.

Запитка антенн осуществляется сверху, при этом для обеспечения синхрофазирования антенн при большой разнице длин фидеров последние подключаются к мачтам на разной высоте, в т.ч. ближняя к геликсу антенна (западная) на уровне второй растяжки, а дальняя (восточная) - на уровне четвертой растяжки, соединяясь при этом на той же высоте еще и с двумя проводами «зонтика». Схема питания антенной системы приведена на рис.F.5.

Рис.F.5. Cхема питания антенной системы радиостанции Lualualei

G - передатчик; Lh - индуктивность геликса; A1 - ближняя (западная) антенна; A2 - дальняя (восточная) антенна; Cэ1, Cэ2 - эквивалентные емкости «зонтитков»; K1, K2 - антенные коммутаторы.

 

По топологии, конструкции и электрическим параметрам заземления данных не найдено. Однако можно предположить, что использованая стандартная звездообразная лучевая топология с медными проводниками, расходящимися от основания каждой мачты.

При испытаниях в конце 1971 года, т.е. непосредственно перед запуском радиостанции в эксплуатацию, антенная система показала следующие результаты на рабочей частоте 23.4 кгц при параллельной работе излучателей:

1. излучаемая мощность - 607 кВт при выходной мощности передатчика 800 кВт;
2. сопротивление излучения - 0,408 Ом;
3. эффективная высота - 205 м;
4. максимальный ток - 1220 А.

На рис.F.6. приведены графики зависимости некоторых параметров антенны от частоты и тока. Наилучшие показатели достигаются на частоте 28,5 кГц в режиме параллельной работы излучателей.

Рис.F.6. Графики зависимости параметров антенны радиостанции Lualualei от частоты.

Слева: верхние графики - эффективная высота, нижние - сопротивление излучения. Справа - зависимость излучаемой мощности от тока в диапазоне до 1600 А для частот 23.4 кГц и 14.7 кГц. (источник иллюстраций [3])

 

 

 

 

На радиостанции используется передатчик унифицированной серии ВМФ США AN/FRT-64 (установленный еще при предпоследней модернизации станции) с двумя усилителями мощности по 500 кВт на выходе, работающими на общую нагрузку. Т.о., максимальная выходная мощность передатчика составляет 1 мегаватт, однако, судя по информации многих источников, передатчик эксплуатируется в режиме выходной мощности 800 кВт, что возможно, связано, с ограничениями по предельно-допустимым режимам антенн.

Подробной информации о передатчике AN/FRT-64 в Сети нет. Известно лишь, что каждый его выходной каскад содержит по 50 вакуумных ламп, охлаждаемых водой, с максимальной рассеиваемой на аноде мощностью до 10 кВт.

Рис.F.7. Шкафы передатчика, вариометр и здание геликса радиостанции Lualualei

(источник иллюстраций [1])

 

К сожалению, станция Lualualei не попала в перечень станций, для которых канадская фирма GEM Systems проводила исследования уровня сигнала с построением зон покрытия, как она это сделала для станции Cutler, Jim Creek и целого ряда других станций США, Европы и Австралии. Лаборатория NRL (Naval Radio Lab) ВМФ США при упомянутых выше измерениях параметров станции Lualualei в 1971 году проводила измерения уровня сигнала на расстояниях до 100 км на различных частотах и в различных режимах. На рис.F.8 приведен соответствующий график для штатного режима работы: частота - 23.4 кГц, ток антенны - 1220 А, илучаемая мощность - 608 кВт, 2 параллельно работающие антенны. Как видно, на расстоянии 100 км над сушей уровень сигнала составляет порядка 80 дБ х мкв/м, (около 10 мВ/м). Данная цифра может служить основой для грубой оценки радиуса зоны покрытия в тихоокеанской акватории. Для расчета необходимо воспользоваться данными по затуханию VLF сигнала над морской поверхностью (см. главу 2), методикой ITU-R-P.684 и требуемыми уровнями VLF сигнала на границах зоны покрытия по данным фирмы GEM Systems. Подобный расчет выходит за рамки задач настоящего обзора, однако пытливые читатели могут, при желании, решить эту задачу самостоятельно.

Рис.F.8. График уровня сигнала для радиостанции Lualualei, полученный лабораторией NRL при испытаниях в конце 1971 года (источник иллюстрации [3])

 

1. US Navy Radio Communication. Lualualei Naval Radio Transmitting Facility.

2. Historic American Buildings Survey. Radio Transmitter Facility Lualualei.

3. Radiation Parameters of the VLF Transmitting Station NPM, Lualualei, Hawaii

* * * * * * * * *

 

 

Опубликовано 08.09.2020. Последнее изменение - нет

© Janto 2020 Все права защищены