Распространение продольных волн (2018г.)

Достоверность: 100%
Связность: 8%
Противоречивость: 0%
Известно, что радиосигнал практически не идёт в воде. Для подводной радио связи используют низкочастотные диапазоны, преодолевая связанные с этим технические трудности. При этом глубина передачи сигнала всё равно остаётся небольшой. А для обнаружения ПЛ на глубине данный метод вообще не пригоден. Чтобы решить эту проблему, предлагается применить иной принцип организации передающей и приёмной антенн.

В решении используется полуволновой диполь с сосредоточенными параметрами. Конструкция приёмника представлена на рисунке 1. Конструкция передатчика представлена на рисунке 2.


Рисунок 1. Передатчик

Рисунок 2. Приёмник

1. Электроды;
2. Крепления из диэлектрика;
3. Миллиамперметры;
4. Балун;
5. Соединительные изолированные провода;
6. Плавучая платформа;
7. SDR-RTL приёмник.

Для расчёта антенны примем каждый электрод точечным пульсирующим зарядом. Их полярность будет противоположной в каждый момент времени. А их электрические поля будут описываться законом Гаусса.
Рассмотрим прохождение волны из положительного электрода в направлении отрицательного электрода. Т.к. длина диполя составляет половину длины волны, в тот момент, когда волна электрического поля дойдёт до второго электрода, потенциал на нём поменяет знак на противоположный. Дальше волны от обоих диполей в направлении оси будут складываться. Тогда рассчитав по закону Гаусса распространение электрического поля от каждого из диполей, сложим их с учётом запаздывания по времени. Численный расчёт приведён на рисунке 3.


Рисунок 3. Распространение электромагнитного сигнала

Имеем сигнал в виде расходящегося луча в направлении оси диполя.
Чтобы принять такой сигнал, в идеальном случае необходимо установить аналогичного устройства приёмную антенну в направлении оси передатчика. При этом ось приёмника должна быть также направлена вдоль оси передатчика.
Экспериментальная проверка гипотезы была выполнена в водах р. Москва. Расстояние, на которое удалось передать сигнал составило около 886м. Карта приведена на рисунке 4.

Рисунок 4. Место проведения эксперимента

Используемая аппаратура:
Передатчик:
1. Радиостанция CB-диапазона Apollo;
2. Полуволновой диполь с распределёнными параметрами. Длина 617мм. Размеры электродов 300х400мм;
3. Антенный тюнер MFJ-929;
4. Балун BR-100;
5. Аккумулятор ёмкостью 65Ач напряжением 12В;
6. Соединительные радиочастотные кабели 50Ом.

Приёмник:
1. Полуволновой диполь с распределёнными параметрами. Длина 617мм. Размеры электродов 150х200мм;
2. SDR-RTL приёмник;
3. Ноутбук Acer;
4. Программа SDR-sharp;
5. Соединительные радиочастотные кабели 50Ом.

Погодные условия:
1. Температура воздуха - 30°С;
2. Температура воды - 20°С;
3. Волнение воды незначительное;
4. Время проведения эксперимента – 11:00 – 14:00.

Результаты испытаний:
Прохождение последовательного высокочастотного сигнала частотой 27МГц.
Контрольная связь на расстоянии 15м. Сигнал в воздухе и воде практически одинаков. Ток на электродах передатчика 50мА. При заглублении возрастает до 120мА. Отношение сигнал / шум зашкаливает.
На расстоянии 886м на воздухе соотношение сигнал / шум составило 8Дб. При заглублении уровень сигнала варьируется в пределах 10-12Дб. При ориентации приёмника и передатчика вдоль соединяющей их оси соотношение сигнал / шум возрастает до 14.6Дб.
Мощность выходного сигнала передатчика составила 4.8Вт.

Вывод:
Сигнал идёт как по воде, так и по воздуху. С увеличением расстояния и общем ослаблении сигнала на приёме отношение сигнал / шум в воде увеличивается по отношению к показаниям в воздухе.
Имеется непосредственная связь ориентации антенн с уровнем сигнала.
Разместил
Дмитрий Савин
Что объясняет:
Обсудить в ВК

Веб-портал в разработке