Исследование преобразований частотного спектра в возмущенных условиях (стр. 5 из 5)
Для возбуждения нелинейных явлений в ионосферной плазме требуется достаточно высокая мощность воздействующего радиоизлучения. Исходя из этих соображений, суммарная мощность передатчиков этой установки составляет 1.4 МВт, что достигается сложением мощности двенадцати 120 кВт передатчиков. Каждый передатчик представляет из себя мощный линейный усилитель класса АВ2, использующий широкополосные ненастраиваемые предварительные усилители и драйвер (мощностью 1.5 кВт), так что настраивается только оконечный каскад передатчика. Последний имеет выходной П-образный контур, рассчитанный на перекрытие 2:1, выходной импеданс 50 Ом и подавление гармоник не менее 40дБ. В качестве антенны с высокой направленностью используются фазированные антенные решетки (ФАР), содержащие 6х6 скрещенных волновых вибраторов. Каждый ряд вибраторов восточно-западного направления запитывается от двух передатчиков. Такое включение позволяет путем соответствующего сдвига фаз на выходе этих передатчиков излучать волны с различной поляризацией (обыкновенной и необыкновенной моды, линейной моды), а кроме того путем сдвига фаз между решеткой соответствующих рядов имеется возможность наклонять главный лепесток диаграммы направленности ФАР в направлении север-юг на 400 от зенита. Для перекрытия диапазона 2.5-4; 3.8-5.7; 5.5-9 МГц, соответственно. Построение и питание каждой из ФАР одинаковые, поэтому коэффициент усиления антенны во всем рабочем диапазоне составляет 24 дБ относительно изотропного излучателя. Ширина диаграммы направленности антенны при этом равна 14.50.
Питание антенны осуществляется с помощью коаксиальных фидерных линий, в которые с целью согласования и симметрирования включены четвертьволновые короткозамкнутые отрезки. Такое включение позволяет дополнительно ослабить вторую гармонику частоты нагрева еще на 20-30 дБ. Таким образом, следует ожидать суммарного ослабления второй гармоники в нагревной установке не менее 60-70 дБ относительно уровня первой гармоники излучения. Эксперименты по регистрации сигнала второй гармоники, проведенные в Тромсе, то есть вблизи нагревного стенда, подтвердили это. Было показано отсутствие сигнала гармоники в диапазоне до 80 дБ ниже сигналов основной частоты. Все это дало основание утверждать, что источником сигнала второй гармоники является не нагревной стенд. Тем не менее исключать такую возможность нельзя.
Для того, чтобы быть уверенным, что принимаемый сигнал второй гармоники не сигнал нагревного стенда, условия эксперимента выбирались таковыми, чтобы сигнал первой гармоники мог отражаться от ионосферы (т.е. f1H < МПЧ), в то время как сигнал второй гармоники не мог распространяться к приемнику путем отражения от ионосферы (f2H< МПЧ). Другим способом, которым сигнал второй гармоники, генерируемый в передатчиках, может достигать пункта приема, является рассеяние на неоднородностях области Д и Е ионосферы, однако проведенные расчеты показали, что уровень сигнала второй гармоники, принятого в Мурманске, на три-четыре порядка превышает расчетный уровень сигнала рассеяния.
Дополнительную проверку того, не является ли излучение второй гармоники излучением нагревного стенда позволила провести сама природа. В эксперименте 6.03.84 г. МПЧ на трассе Тромсе-Мурманск изменялась во время сеанса от 13 МГц до 6 МГц, превышая в начале сеанса частоту второй гармоники и затем уменьшаясь становилась ниже этой частоты. Если бы при этом сигнал второй гармоники излучался нагревным стендом, то в начале сеанса уровень принимаемого сигнала должен быть на несколько порядков выше, чем в конце. В эксперименте же уровни сигнала второй гармоники как в начале, так и в конце сеанса, оставались одинаковыми.
Анализ спектрального состава сигнала гармоники
Анализ спектрального состава радиоизлучения на удвоенной частоте волны накачки (fH<= 5.5 МГц), регистрируемого в ходе описываемых выше экспериментов показали, что относительное уширение частотного спектра гармоники не превышало 10-7. Из графиков, представленных на рисунках (2-7,8,9) следует, что отношение ширины спектра сигнала гармоники к ширине спектра сигнала волны накачки не превышало 5. Из рисунков (2-10,11,12), на которых представлены величины уширения спектра сигнала гармоники, наблюдаемые в экспериментах, можно видеть, что максимальное уширение достигло 7 Гц. Таким образом, несмотря на то, что частота сигнала гармоники превышала, а иногда значительно превышала МПЧ радиотрассы, спектр сигнала был практически монохроматичным. Все это убедительно доказывает, что генерация сигналов второй гармоники не связана с нелинейностью аппаратуры и происходит в ионосфере.
Заключение
В электрических полях, превышающих по величине характерное плазменное поле, поляризуемость ионосферной плазмы Р становится нелинейной функцией приложенного поля:
Следовательно, часть энергии мощных радиоволн, распространяющихся в ионосфере, пойдет на возбуждение нелинейной поляризуемости и будет переизлучаться ионосферной плазмой на частотах, отличных от частот этих радиоволн. Способность переизлучать, а также спектр электромагнитного излучения будет определяться параметрами волны накачки и физическими условиями в ионосферной плазме, в частности, свойствами ее электрической восприимчивости
(Е). При воздействии на ионосферу двумя мощными радиоволнами реализуется процесс нелинейного смешения и ионосферная плазма становится источником излучения на разностной частоте. Крайне важным при этом является тот факт, что радиоизлучение на разностной частоте формируется на нижней границе ионосферы и вблизи точи отражения. Проблема нелинейного преобразования частоты в мощного радиосигнала в ионосфер представляется крайне актуальной для практики радиосвязи в высоких широтах. Результаты работы могут быть использованы в учебном процессе по дисциплине «Антенны и распространение радиоволн»Список используемой литературы
1. Гинзбург В.Л. "Распространение электромагнитных волн в плазме." -М., Наука, 2006. - 683 с.
2. А.В. Гуревич А.В. Шварцбург "Нелинейная теория распространения радиоволн в ионосфере" -М., Наука, 2003 г., 201 с.
3 "Радиолинии ионосферного рассеяния метровых воли." Под ред. Н.Н. Шумской - М., Связь, 1973г., 193 с.
4. К. Дэвис "Радиоволны в ионосфере." - М., Мир, 2001 г. - 501 с.
5. Пихтин А.Н. "Физические основы квантовой электроники и опто-электроники." - М., Высшая школа, 2005г. - 304 с.
6. А. М. Федорчеико Н.Я. Кодаренко "Абсолютная и конвективная не устойчивость в плазме и твердых телах." - М, Наука, 2001г. - 176с.