Электромагнитный излучатель направленного действия: Как сделать простой эми излучатель своими руками!

Содержание

Электроника НТБ – научно-технический журнал – Электроника НТБ

Начало эпохи информационных войн, пришедшееся на рубеж тысячелетий, ознаменовалось появлением новых видов оружия – электромагнитного импульса (ЭМИ) и радиочастотного. По принципу поражающего действия оружие ЭМИ имеет много общего с электромагнитным импульсом ядерного взрыва и отличается от него, среди прочего, более короткой длительностью. Разработанные и испытанные в ряде стран неядерные средства генерации мощного ЭМИ способны создавать кратковременные (в несколько наносекунд) потоки электромагнитного излучения, плотность которых достигает предельных значений относительно электрической прочности атмосферы. При этом чем короче ЭМИ, тем выше порог допустимой мощности генератора.
По мнению аналитиков [2], наряду с традиционными средствами радиоэлектронной борьбы использование ЭМИ- и радиочастотного оружия для нанесения электронных и комбинированных электронно-огневых ударов с целью вывода из строя радиоэлектронных средств (РЭС) на расстояниях от сотен метров до десятков километров может стать одной из основных форм боевых действий в ближайшем будущем. Кроме временного нарушения функционирования (функционального подавления) РЭС, допускающего последующее восстановление их работоспособности, ЭМИ-оружие может осуществлять физическое разрушение (функциональное поражение) полупроводниковых элементов РЭС, в том числе находящихся в выключенном состоянии. Следует отметить также возможность поражающего действия мощного излучения ЭМИ-оружия на электротехнические и электроэнергетические системы вооружения и военной техники (ВВТ), электронные системы зажигания двигателей внутреннего сгорания (рис.1). Токи, возбуждаемые электромагнитным полем в цепях электро- или радиовзрывателей, установленных на боеприпасах, могут достигать уровней, достаточных для их срабатывания [3]. Потоки высокой энергии в состоянии инициировать детонацию взрывчатых веществ (ВВ) боеголовок ракет, бомб и артиллерийских снарядов, а также неконтактный подрыв мин в радиусе 50–60 м от точки подрыва ЭМИ-боеприпаса средних калибров (100–120 мм).

В отношении поражающего действия ЭМИ-оружия на личный состав, как правило, речь идет об эффектах временного нарушения адекватной сенсомоторики человека, возникновения ошибочных действий в его поведении и даже потери трудоспособности. Существенно, что негативные проявления воздействия мощных сверхкоротких СВЧ-импульсов не обязательно связаны с тепловым разрушением живых клеток биологических объектов. Поражающим фактором зачастую является высокая напряженность наведенного на мембранах клеток электрического поля, сравнимая с естественной квазистатической напряженностью собственного электрического поля внутриклеточных зарядов [4]. В опытах на животных [5] установлено, что уже при плотности импульсно-модулированного СВЧ-облучения на поверхности биологических тканей в 1,5 мВт/см2 имеет место достоверное изменение электрических потенциалов мозга. Активность нервных клеток изменяется под действием одиночного СВЧ-импульса продолжительностью от 0,1 до 100 мс, если плотность энергии в нем достигает 100 мДж/см2 [6]. Последствия подобного влияния на человека пока мало изучены, однако известно [7], что облучение импульсами СВЧ иногда порождает звуковые галлюцинации, а при усилении мощности возможна даже потеря сознания.
Сегодня в различных странах изучается влияние нетеплового медико-биологического действия электромагнитного излучения различных частот и интенсивности на людей и другие биологические объекты. В июне 2003 года в штате Техас состоится уже Третий международный симпозиум по этой проблеме при спонсорстве научно-исследовательского управления ВВС США (AFOSR)
(www.electromed2003.com).

РЕАЛИЗАЦИЯ ЭМИ-ОРУЖИЯ
ЭМИ-оружие может быть создано как в виде стационарных и мобильных электронных комплексов направленного излучения, так и в виде электромагнитных боеприпасов (ЭМБ), доставляемых к цели с помощью артиллерийских снарядов, мин, управляемых ракет (рис.2), авиабомб и т. п.

Возможна разработка и компактных образцов ЭМИ-оружия для диверсионных и террористических целей.

О том, насколько серьезно воспринимают такую угрозу американские аналитики, свидетельствует сценарий “цифровой какофонии”, которая могла бы возникнуть в США в случае применения террористами ЭМИ- или радиочастотного оружия против зданий, впоследствии разрушенных 11 сентября 2001 года [8]. (Авторы еще в 1996 году предусмотрели подобные события, описав разрушительное влияние разгрома финансовых баз данных на состояние мировой экономики.)
В основу ЭМБ положены методы преобразования химической энергии взрыва, горения и электрической энергии постоянного тока в энергию электромагнитного поля высокой мощности. Решение проблемы создания ЭМИ-боеприпасов связано, прежде всего, с наличием компактных источников излучения, которые могли бы располагаться в отсеках боевой части управляемых ракет, а также в артиллерийских снарядах.
Наиболее компактными на сегодня источниками энергии для ЭМБ считаются спиральные взрывомагнитные генераторы (ВМГ), или генераторы с взрывным сжатием магнитного поля [1, 2, 9, 10], имеющие наилучшие показатели удельной плотности энергии по массе (100 кДж/кг) и объему (10 кДж/см3), а также взрывные магнитодинамические генераторы (ВМДГ) [1]. В ВМГ с помощью взрывчатого вещества происходит преобразование энергии взрыва в энергию магнитного поля с эффективностью до 10%, а при оптимальном выборе параметров ВМГ – даже до 20%. Такой тип устройств способен генерировать импульсы энергией в десятки мегаджоулей и длительностью до 100 мкс. Пиковая мощность излучения может достигать 10 ТВт [2]. ВМГ могут применяться автономно или как один из каскадов для накачки генераторов СВЧ-диапазона. Ограниченная спектральная полоса излучения ВМГ (до нескольких мегагерц) делает их влияние на РЭС довольно избирательным. Вследствие этого возникает проблема создания компактных антенных систем, согласованных с параметрами генерируемого ЭМИ [1].

В ВМДГ взрывчатка или ракетное топливо применяются для образования плазменного потока, быстрое перемещение которого в магнитном поле приводит к возникновению сверхмощных токов с сопутствующим электромагнитным излучением.

Основное преимущество ВМДГ – многоразовость применения, поскольку картриджи со взрывчаткой или ракетным топливом могут закладываться в генератор многократно. Однако его удельные массогабаритные характеристики в 50 раз ниже, чем у ВМГ [11], и вдобавок технология ВМДГ еще не достаточно отработана, чтобы в ближайшей перспективе делать ставку на эти источники энергии.
К разряду более мощных ЭМИ-систем радиочастотного диапазона относится виркаторный генератор [1]. При соответствующем подборе параметров конструкции и режима генерации виркатор может создавать импульс с пиковой мощностью до 40 ГВт в дециметровом и сантиметровом диапазонах волн [2]. Благодаря высокой скорости нарастания тока в тандемах виркатор–ВМГ возможна генерация сверхкоротких радиоимпульсов, длительность которых ограничена временем плавления анода. Представление о радиусе действия такого боеприпаса дает методика, приведенная в работе [12]. Однако в качестве примера следует указать, что для виркаторного генератора с несущей 5 ГГц и мощностью 10 ГВт конус поражающего действия электромагнитного излучения имеет диаметр до 500 метров в основании на расстоянии нескольких сотен метров от точки подрыва (напряженность поля, наведенного на кабели и антенны в этом основании, достигает 1–3 кВ/м) [2].

Таким образом, электромагнитные боеприпасы потенциально обладают значительно большим радиусом поражения РЭС, чем традиционные, однако для достижения их максимальной эффективности необходимо выводить боеприпас по возможности как можно ближе к объектам поражения с помощью высокоточных систем наведения.
В Уральском отделении Института электрофизики РАН (Екатеринбург) разработана серия многоразовых мобильных SOS-генераторов ЭМИ, проникающая способность излучения которых намного выше, чем у ВМГ. Принцип действия SOS-генераторов основан на эффекте наносекундной коммутации сверхплотных токов в полупроводниковых приборах (SOS – Semiconductor Opening Switch) [13]. SOS-эффект представляет собой качественно новый вариант коммутации тока – развитие процесса стремительного падения тока происходит не в низколегированной базе полупроводниковой структуры, как в других приборах, а в ее узких высоколегированных областях.

База и p-n-переход остаются при этом заполненными плотной избыточной плазмой, концентрация которой приблизительно на два порядка превышает исходный уровень легирования. Эти два обстоятельства и приводят к сочетанию высокой плотности коммутируемого тока с наносекундной длительностью его отключения.
Другое важное свойство SOS-эффекта – в том, что стадия срыва тока характеризуется автоматическим равномерным распределением напряжения по последовательно соединенным полупроводниковым структурам. Это позволяет создавать прерыватели тока с напряжением мегавольтного уровня путем простого последовательного соединения SOS-структур.
SOS-эффект обнаружен в 1991 году в обычных высоковольтных выпрямительных полупроводниковых диодах подбором определенного сочетания плотности тока и времени накачки. В дальнейшем была разработана специальная полупроводниковая структура со сверхжестким режимом восстановления, на основе которой удалось создать высоковольтные полупроводниковые прерыватели тока нового класса – SOS-диоды, имеющие рабочее напряжение в сотни киловольт, ток коммутации в десятки килоампер, время коммутации – единицы наносекунд и частоту следования импульсов – килогерцы. Типовая конструкция SOS-диода (рис.3) – это последовательная сборка элементарных диодов, взаимно стянутых диэлектрическими шпильками между двумя пластинами-электродами. На рис.4 приведена типичная форма обратного тока через SOS-диод с площадью структуры 1 см2. Значение коммутируемого тока – 5,5 кА, время его срыва (падения с 0,9 до 0,1 амплитуды) – 4,5 нс. Скорость коммутации – 1200 кА/мкс, что приблизительно на три порядка превышает токовый градиент в обычных быстродействующих тиристорах. Самый мощный из разработанных на сегодня SOS-диодов при площади структуры 4 см2 имеет рабочее напряжение 200 кВ и коммутирует ток 32 кА, что соответствует коммутируемой мощности 6 ГВт [13].

На основе SOS-диодов разработана серия мощных наносекундных генераторов с рекордными для полупроводниковых коммутаторов параметрами.

Принцип работы ЭМИ-генератора на SOS-эффекте (рис.5) сводится к следующему [13]. Тиристорное зарядное устройство (ТЗУ) осуществляет дозированный отбор энергии от источника питания, которая затем за время 10–100 мкс при напряжении 1–2 кВ поступает на магнитный компрессор (МК). Последний сжимает энергию во времени до 300–600 нс и повышает напряжение до сотен киловольт. SOS-диод выступает в роли оконечного усилителя мощности, переводя энергию в диапазон времени 10–100 нс и повышая напряжение в 2–3 раза.
Введение в состав ЭМИ-генератора звена магнитной компрессии (рис.6) продиктовано необходимостью согласования параметров выходного импульса ТЗУ с параметрами импульса накачки SOS-диода. По мере сжатия энергии в МК происходит удвоение напряжения в каждой ячейке. В общем случае выходное напряжение МК, без учета активных потерь энергии, в 2n раз выше входного (где n – число конденсаторных ячеек). Примечательно, что МК не требует дополнительных цепей для перемагничивания сердечников магнитных ключей, поскольку в данной схеме этот процесс происходит автоматически благодаря разным направлениям протекания зарядного и разрядного токов через любой из ключей. Еще одна отличительная особенность схемы МК состоит в двойном сжатии энергии во времени на каждой конденсаторной ячейке за счет перезаряда нижних конденсаторов. Поэтому двух конденсаторных ячеек уже достаточно для временного уплотнения энергии на два порядка.
Важная задача, возникающая при передаче энергии от МК к полупроводниковому коммутатору, – схемная реализация двухконтурной накачки прерывателя в режиме усиления обратного тока. Пример соответствующей схемы согласования приведен на рис.7 [13]. Между выходом МК и SOS-диодом подключают конденсатор обратной накачки СН и магнитный ключ обратной накачки MS- (или импульсный трансформатор). После насыщения ключа прямой накачки MS+, являющегося выходным коммутатором МК, энергия из последней ячейки компрессора переводится в конденсатор СН. При этом ток заряда I+ конденсатора СН одновременно является током прямой накачки SOS-элемента.

Нарастающим напряжением на СН ключ MS- перемагничивается. После его включения в SOS-диод вводится обратный ток I–, который превышает I+ в несколько раз, и энергия конденсатора СН переводится в индуктивность контура обратной накачки (индуктивность обмотки насыщенного ключа MS– или добавочная катушка индуктивности). После срыва тока SOS-диодом энергия передается в нагрузку в виде короткого наносекундного импульса.
Отсутствие в SOS-генераторах газоразрядных коммутаторов снимает принципиальные ограничения на частоту повторения импульсов. В продолжительном режиме работы эта частота ограничена тепловыми нагрузками на элементы генератора, в первую очередь на сердечники магнитных ключей, а при кратковременном включении генератора в режиме пакета импульсов – частотными возможностями ТЗУ, то есть временем восстановления тиристоров и временем заряда первичного накопителя. Режим пакета импульсов, когда генератор работает от десятков секунд до нескольких минут с частотой и выходной мощностью, в несколько раз превышающими номинальные, важен именно для перспектив боевого применения. Поэтому для более полного использования частотных возможностей ТЗУ проектируется, исходя из требования минимального времени накопления энергии, а элементы генератора выбираются с учетом результатов расчета их адиабатического разогрева в пакетном режиме функционирования. Разработанные SOS-генераторы позволяют от 5 до 10 раз увеличивать номинальную частоту следования импульсов и выходную мощность в режиме пакета продолжительностью от 30 до 60 с.
Параметры некоторых российских SOS-генераторов приведены в таблице [13]. Наиболее мощный среди генераторов наносекундного класса – S-5N (рис.8), система охлаждения элементов которого проточной водой потребляет до 15 л/мин. Этот генератор использовался в экспериментах по зажиганию коронных разрядов большого объема, которые могут найти применение в новых технологиях очистки воздуха от вредных и токсичных примесей. Среди субнаносекундных генераторов наилучшие показатели достигнуты в модели SM-3NS (рис.

9), в которой применен новый тип SOS-диодов – субнаносекундный.
Интенсивные исследования путей улучшения характеристик SOS-генераторов продолжаются. В частности, в российских научных центрах отрабатывается применение этих генераторов для питания широкополосных СВЧ-излучателей, а также в качестве средств накачки мощных газовых лазеров. Разработанные в России приборы и экспериментальные установки широко эксплуатируются за границей в различных научных организациях: в США – в Ливерморской национальной лаборатории, Исследовательской лаборатории ВМС, Техасском технологическом университете, Исследовательской лаборатории Армии; в Германии – в Исследовательском центре Карлсруэ; в Республике Корея – компанией LG Industrial Systems; в Израиле – ядерным исследовательским центром SOREQ NRC, фирмой Exion Technologies [13].
На рис.10 показано место, которое занимает SOS-техника среди других основных технологий коммутации и формирования мощных наносекундных импульсов в схемах с индуктивным накоплением и коммутацией тока. Видно, что SOS-технология выступает своеобразным связующим звеном, заполняя в наносекундном диапазоне времени гигантский разрыв в значениях импульсного напряжения и тока между самыми мощными установками на основе плазменных коммутаторов тока, с одной стороны, и полупроводниковыми генераторами – с другой [13].

ТЕНДЕНЦИИ РАЗРАБОТОК ЭМИ-ОРУЖИЯ
США. Наиболее активно разработки ЭМИ-систем поражения РЭС проводятся в США. Они охватывают широкий спектр оперативно-тактического применения нового оружия. Основные научно-исследовательские организации США, участвующие в разработке компонентов ЭМИ-оружия, – Лос-Аламосская национальная лаборатория, Исследовательская лаборатория Армии (шт. Мериленд), Исследовательская лаборатория ВМС, Лаборатория им. Лоуренса, Техасский технологический университет (г. Лаббок) и целый ряд других университетских и военных лабораторий.
Первый в истории взрывомагнитный генератор был испытан именно в Лос-Аламосской национальной лаборатории еще в конце 50-х годов [2]. Начало работ в ВВС США по созданию мобильного генератора радиочастотного ЭМИ и изучения влияния СВЧ-излучения на РЭС авиационных и космических носителей датируется 1986 годом [15]. В 1987 году на авиабазе Kirtland (шт. Нью-Мексико) было введено в действие имитационное оборудование “Джипси” с импульсной мощностью 1 ГВт в диапазоне частот от 0,8 до 40 ГГц. В 1991 году научно-техническое направление создания ЭМИ-оружия в США выделилось как самостоятельное и было включено в перечень критических военных технологий. В то же время МО США начало работы (Harry Diamond Laboratory, ныне Adelphi Laboratory Center) по созданию мобильных систем радиочастотного оружия (1–40 ГГц) с узкой диаграммой направленности, основанных на синхронизации излучения большого числа источников. ВМС США занимались разработкой средств суперЭМИ для борьбы с самолетами и противокорабельными ракетами на основе синхронизированных гиротронов (диапазон частот 10–85 ГГц, мощность импульса 1 ГВт). Исследовалось также распространение мощного электромагнитного излучения в разных слоях атмосферы.
Логическим результатом этих исследований явилось создание и испытание в 2001 г. опытного образца нового оружия, нагревающего кожу людей микроволновыми лучами, которое получило название VMADS (Vehicle-Mounted Active Denial System) [16]. Ожидаемая сфера его применения – разгон демонстраций и стихийных митингов. Продолжаются испытания на добровольцах с целью усовершенствования системы. В перспективе ее можно будет применять как невидимое оружие заграждения даже для маловысотных воздушных объектов, в том числе микропланов. VMADS (рис.11) использует антенну, похожую на спутниковую тарелку, размером 3х3 м, систему наведения и тепловизор, позволяющий анализировать степень нагрева цели.
Представители американского Исследовательского центра ВВС (шт. Нью-Мексико) заявляют, что установка VMADS создает излучение частотой 95 ГГц, которое проникает под кожу на треть миллиметра и быстро (за 2 с) нагревает ее поверхность до болевого порога в 45ОС. Будущие версии VMADS могут устанавливаться также на кораблях и самолетах. В период до 2009 года США планируют приступить к закупке серийных образцов системы на транспортном средстве типа Humvee, или HMMWV (High Mobility Multi-purpose Wheeled Vehicle).
Еще в начале 90-х годов DARPA разработало концепцию применения ЭМИ-оружия средней мощности и создания на ее основе сверхмощных постановщиков активных помех. Результатом явилось, в частности, испытание в ходе боевых действий против Ирака в 1991–1992 годах отдельных образцов электромагнитного оружия. Это – крылатые ракеты “Томахок” (морского базирования), которые были выпущены по позициям ПВО Ирака. Радиоизлучения, возникшие вследствие подрыва боевых частей крылатых ракет, усложнили работу электронных систем вооружений, в особенности компьютерной сети системы ПВО.
Электромагнитные бомбы неоднократно применялись США и в ходе боевых действий в Югославии (1999 год), тем не менее использование боеприпасов этого типа носило пока испытательный, эпизодический характер. К 2010–2015 гг. в США могут быть приняты на вооружение боевые образцы более совершенных электромагнитных боеприпасов и высокоточных крылатых ракет, во всяком случае информация о таких планах периодически появляется в печати.
Значительное внимание в США отводится созданию имитаторов действия ЭМИ-систем, позволяющих в достаточной мере оценивать последствия их применения на РЭС ВВТ и вырабатывать рекомендации по усовершенствованию средств защиты. До 1991 года в США были созданы 24 имитатора ЭМИ, предназначенные для полномасштабных испытаний ракет, самолетов, кораблей, стартовых позиций и других объектов, которые подлежат защите от ЭМИ-оружия [15].
Россия. Не стоит в стороне от процесса разработки ЭМИ-систем военного назначения и Россия. В соответствии с имеющейся открытой информацией, в 1998 году на шведском полигоне российские специалисты провели показательные испытания “электронного” боеприпаса с демонстрацией его поражающего действия на РЭА самолета, находящегося на летном поле (Российское телевидение, канал НТВ, 28. 02.98). В том же году на выставке ВВТ сухопутных войск “Евросатори-98” Россия предложила зарубежным покупателям уникальную лабораторию, разработанную в Федеральном ядерном центре “Арзамас-16”, которая предоставляет возможность исследовать действие высокочастотного электромагнитного излучения на информационные и энергетические системы, а также на каналы передачи данных [17].
В печати опубликованы сообщения о создании в России опытных образцов ЭМИ-оружия в виде реактивных гранат, предназначенных для электромагнитного подавления системы активной защиты танка. В России уже имеются экспериментальные образцы 100-мм и 130-мм электромагнитных снарядов, 40-мм, 105-мм и 125-мм реактивных электромагнитных гранат, 122-мм электромагнитных боевых частей неуправляемых ракет [18].
На выставке ЛИМА-2001 в Малайзии (2001 год) Россия продемонстрировала действующий образец боевого ЭМИ-генератора “Ранец-E” (Defence Systems Daily, 26.10.2001). Этот комплекс был создан как средство обороны мобильных РЭС от высокоточного оружия. Новая система состоит из антенны, высокомощного генератора, подсистемы управления, измерительной установки и источника электропитания. “Ранец-E” может быть изготовлен в стационарном и мобильном вариантах. Мощность его излучения в импульсе длительностью 10–20 нс в сантиметровом диапазоне волн превышает 500 МВт. Такие параметры, по утверждению Рособоронэкспорта, позволяют поражать системы наведения и электронное оборудование высокоточных боеприпасов и управляемых ракет на расстоянии до 10 км в 60-градусном секторе.
Великобритания. В 1992 году газета “Санди телеграф” сообщила о вступлении в ряды обладателей ЭМИ-оружия и Великобритании. В публикации говорилось о разработке в Агентстве оборонных исследований Великобритании (г.Фарнборо) “микроволновой бомбы” для поражения электронного оборудования. По замыслу, такая бомба может приводиться в действие в средних слоях атмосферы и полностью выводить из строя компьютерные системы и телефонные линии на площади одного квартала (Агентство ИТАР-ТАСС, 12. 10.92).
В 2001 году компания Matra BAE Dynamics с успехом продемонстрировала британскому МО артиллерийский снаряд калибра 155 мм, способный поражать бортовые компьютеры танков или самолетов, прерывать работу радиостанций и радаров [19]. Объектами поражения могут быть также национальные телефонные, телевизионные и радиосети, система электроснабжения всей страны противника. Снаряд содержит лишь несколько граммов взрывчатки, которая срабатывает при приближении к цели и снимает внешнюю оболочку снаряда, после чего раскрываются электропанели – главное средство поражения. На протяжении нескольких наносекунд они излучают заряд электроэнергии мощностью в миллиарды ватт, что создает огромную перегрузку во всех электронных схемах, которые находятся в границах действия снаряда. “Обстреливать” такими боеприпасами можно даже жилые районы, поскольку опасности для жизни людей они не представляют. Считается, что ЭМИ-снаряды особенно эффективны при использовании против боевой техники, скрытой в населенных пунктах. Предполагают, что новый снаряд был создан в ответ на аналогичные устройства российских специалистов.
Есть также многочисленные свидетельства, что большой интерес к созданию ЭМИ-оружия проявляют военные специалисты Китая, Израиля, Швеции, Франции, которые используют различные формы научного и коммерческого сотрудничества для овладения мировым опытом в этой области. В частности, китайский специалист из Института электроники КНР был сопредседателем Первого международного симпозиума по проблеме нетеплового медико-биологического действия электромагнитного поля (Electromed’99), состоявшегося в США в апреле 1999 года, а также входил в состав программного комитета второго аналогичного форума Electromed2001. Аналитики США полагают, что КНР разработает свое первое сверхмощное ЭМИ-оружие до 2015 года.
Франция в 1994 году была страной проведения международной конференции EUROEM-94, посвященной научным проблемам, связанным с разработкой источников мощного микроволнового излучения, изучением его, идентификацией и метрологическим обеспечением. Аналогичная научная конференция EUROEM-98 состоялась в июне 1998 года в Израиле.
После показательных испытаний в 1998 году российского “электромагнитного” боеприпаса на полигоне в Швеции факт заинтересованности шведских военных в создании собственных ЭМИ-вооружений стал очевидным. Подтверждением тому могут служить публикации шведской военной прессы, довольно компетентно описывающие различные аспекты некоторых из соответствующих концептуальных проектов (www.foa.se).
В перспективе ЭМИ-оружие рассматривается, прежде всего, как силовое, наступательное средство радиоэлектронной и информационной борьбы. Основными стратегическими и оперативными задачами, которые можно будет решать с помощью ЭМИ-оружия, являются:
· стратегическое сдерживание агрессии;
· дезорганизация систем управления войсками и оружием противника;
· снижение эффективности его наступательных воздушных, сухопутных и морских действий;
· обеспечение господства в воздухе путем поражения средств ПВО и РЭБ противоборствующей стороны.
Электронные боеприпасы могут быть использованы для воздействия на районы возможных позиций мобильных и переносных ЗРК, в системах ближней защиты летательного аппарата. Эффект применения ЭМБ выражается, к примеру, в выводе из строя системы обнаружения цели переносного ЗРК, его головки самонаведения, причем эти эффекты могут быть достигнуты, даже если в момент воздействия переносной ЗРК находится в неактивном состоянии. Защита летательного аппарата может осуществляться с помощью ЭМБ, который выстреливается навстречу атакующей ракете и поражает ее головку самонаведения с помощью бортового генератора направленного излучения. По аналогичному принципу проектируются и перспективные комплексы защиты танков от противотанковых ракет, комплексы борьбы с различными высокоточными боеприпасами.
ЭМИ-генераторы типа российского “Ранца-Е” могут стать панацеей и в борьбе с воздушными микроаппаратами (ВМА), которым, по мнению многих аналитиков, уготована в боевых действиях будущего роль атомного оружия в прошлом столетии. Рой микропланов (рис.12), оснащенных миниатюрными телекамерами, и направленный в боевые порядки противника, обеспечит наблюдение за его действиями в реальном времени. Микропланы могут выступить и в роли носителей микрооружия для высокоточного поражения наиболее важных целей, даже отдельных пехотинцев, а также для транспортирования биологических и химических средств поражения [20]. Небольшой размер и бесшумность микроаппаратов позволят им вести боевые действия незаметно для неприятеля, который может уничтожить отдельные аппараты, но почти не в состоянии уничтожить все ВМА, учитывая их небольшие размеры. Именно ЭМИ-генераторы могут стать единственным заградительным средством на пути применения таких боевых микророботов в будущем.

Представленные материалы дают основание предполагать, что уже в ближайшие десятилетия появление высокоэффективных ЭМИ-вооружений будет в состоянии коренным образом влиять на ход развития технологий изготовления и облик перспективных радиоэлектронных систем не только военного, но и гражданского назначения.

Литература
1. ЭЛЕКТРОНИКА: НТБ,1999, №6, с.40–44.
2. Carlo Kopp. The E-Bomb – a Weapon of Electrical Mass Destruction. (www.cs.monash.edu.au/~carlo).
3. Справочник по радиолокации /Под ред. М. Сколника. Т. 2.- М.: Сов. радио.- 1976.
4. Девятков Н.Д. и др. Воздействие низкоэнергетического импульсного КВЧ- и СВЧ-излучения наносекундной длительности с большой пиковой мощностью на биологические структуры (злокачественные образования). – Доклады Академии наук СССР, 1994, т.336, № 6.
5. Хлуновская Е.А., Слепченко Л.Ф. Специфичность влияния сверхвысокочастотного импульсно-модулированного электромагнитного поля на вызванные потенциалы зрительной, слуховой и сенсомоторной коры мозга кошки при стимуляции светом и звуком. – Биофизика, 1995, т. 40, вып.2.
6. Космическое оружие: дилемма безопасности/ Под ред. Велихова Е.П.- М.: Мир, 1986.
7. Воздействие на различные объекты облучения СВЧ большой мощности. – ЭИ “Радиотехника и связь”, 1995, № 9.
8. Edward F. Murphy, Gary C. Bender, еtс. Information Operations: Wisdom Warfare For 2025. Alternate Futures for 2025: Security Planning to Avoid Surprise. Chapter 5. Digital Cacophony. April 1996 (www.au.af.mil/au/2025).
9. Демидов В.А., Жариков Е.И., Казаков С.А., Чернышев В.К. Высокоиндуктивные спиральные ВМГ с большим коэффициентом усиления энергии. – ПМТФ, 1981.
10. Ударные и детонационные волны. Методы исследования / В.В. Селиванов, В. С. Соловьев, Н. Н. Сысоев. – М.: Изд-во МГУ, 1990. – 256 с.
11. Зарубежная радиоэлектроника, 1990, № 5, с. 67.
12. Авдеев В.Б. Достижимые характеристики электромагнитного поражения распределенных на земной поверхности радиоэлектронных целей. – Известия вузов. Сер. Радиоэлектроника, 2001, № 9, с. 4 – 15.
13. www.iep.uran.ru/RUSSIAN/PPL/MainRus.htm.
14. ЭЛЕКТРОНИКА: НТБ, 2001, № 4, с. 8 – 15.
15. Исследования по созданию СВЧ-оружия в США (обзор). -СИ, 1991.
16. Kevin Bonsor. How Military Pain Beams Will Work. (http://howstuffworks.lycos.com/pain-beam.htm).
17. Соловьев В. Блеск и нищета оборонки. – Независимое военное обозрение, 1998, № 23.
18. Прищепенко А.Б., Житников В., Третьяков Д. “Атропус” означает “неотвратимая”. – Армейский сборник, 1998, № 2.
19. Великобритания разрабатывает новое оружие для борьбы с террором.- News.Battery.Ru – Аккумулятор Новостей, 01.11.2001. (http://news.battery.ru).
20. Слюсар В.И. Микропланы: от шедевров конструирования – к серийным системам. – Конструктор, 2001, № 2, с.23-25. (www.sea.com.ua/ra).

Направленная энергия рассматривается как оружее будущего
На июльском совещании в Конгрессе США по направленной энергии различные официальные лица из Конгресса, правительства и промышленности преподносили лазеры как расширяющуюся область науки и техники и как технологию, достигшую зрелой стадии. Хотя лазеры высокой мощности должны вначале предназначаться для ПРО (бортовой лазер для Boeing 747 разработан для поражения баллистических ракет на стартовом участке), через несколько лет они начнут применяться как оружие класса “воздух-земля”, противоспутниковое и для целей ПВО. Между тем, немалую роль сохранят за собой и маломощные лазеры. Они станут основой для двух главных программ самозащиты самолетов: системы противодействия направленной ИК-энергии AN/AAQ-24(V) и усовершенствованной системы при ИК-угрозе AN/ALQ-212(V). Предлагалось воздействовать на Пентагон с целью ускорения развертывания систем направленной энергии.
В результате в июне командованием специальных операций был заключен контракт на 11, 9 млн.долл. с компанией Boeing на разработку требований к системе и технической документации для демонстрации усовершенствованной концепции технологии тактического лазера.

JED Online, 09.02

Безопасность киберпространства – приоритетная задача
Как говорят многие сенаторы США, нельзя считать террористов технологическими простаками. Следует помнить, что они имеют доступ к различным коммерческим технологиям, которые могут быть использованы для нарушения работы компьютерных систем и способны вызвать панику среди населения, уже привыкшего полагаться на Интернет во всех критических случаях. Поэтому в ближайшие годы безопасность киберпространства и защита границ страны должны иметь наивысший приоритет. На исследования и разработки в этой области будет ассигновано свыше 1 млрд.долл.

JED Online, 09.02

Ежегодный доклад Пентагона по военной мощи КНР
Согласно докладу, хотя КНР и умалчивает об истинной своей военной мощи, все же некоторую информацию о бюджете получить удается. В докладе приводится цифра 80 млрд.долл., что в четыре раза превышает официально объявленную сумму. Отмечается и ряд усовершенствований в области высоких технологий, включая программы по РЭБ.
КНР разрабатывает различные варианты средств РЭБ для своих крупных самолетов и осуществляет программы по разработке и развертыванию новых передатчиков помех, действующих за пределами зоны ПВО, и сопровождения для бомбардировщиков, транспортных и тактических самолетов и беспилотных аппаратов. Непрерывно совершенствуются системы C4I и, похоже, ведутся переговоры с белорусской фирмой “Агат” по созданию ПО для C4I и систем управления боем. В области средств РЭБ деятельность КНР сосредоточена на сборе информации о новых технологиях и разработках новой аппаратуры при кооперации с западными компаниями. В докладе отмечается также, что КНР закупает различные новые космические системы, самолеты с AWACS, беспилотные летательные аппараты дальнего действия и загоризонтную РЛС для расширения возможностей обнаружения и мониторинга военной угрозы.

JED Online, 09.02

НОВЫЕ ИЗДЕЛИЯ

Портативный анализатор спектра фирмы Rohde & Schwarz GmbH
Анализатор спектра FSh4 наряду с малыми габаритами и массой отличается относительно большим дисплеем. Предлагается в двух вариантах – только анализатор от 100 кГц до 3 ГГц и анализатор совместно с генератором слежения для скалярного анализа сети. Внешний датчик мощности обеспечивает измерение ВЧ-мощности до 8 ГГц. Внутреннее ЗУ способно хранить до 100 измерительных трасс или установок прибора для простоты поиска. Ширина полосы разрешения – от 1 кГц до 1 МГц, видеополоса – от 10 Гц до 1 МГц. Прибор обнаруживает и производит логарифмическое преобразование отфильтрованного сигнала ПЧ, имеет различные детекторы для “взвешивания” сигналов. Обработка сигнала последнего значения ПЧ – чисто цифровая и происходит в реальном времени. Детектор действительного значения используется для измерения мощности на модулированных сигналах. Устройство измеряет мощность канала точно и с воспроизводимыми результатами за одну развертку. Цифровая обработка сигналов обеспечивает измерения с высокой скоростью, несмотря на низкое электропотребление. Минимальное время для развертки по всему частотному диапазону – всего 100 мс.
Приемник системы оповещения о лазерном облучении фирмы Metrodat
Приемник обеспечивает спектральное покрытие от 860 до 2200 нм с помощью восьми датчиков. Каждый датчик имеет поле зрения 45О для выполнения покрытия в 360О по азимуту и 80О по углу места. Блок управления/дисплея, который может размещаться на расстоянии до 200 м от головки датчика, индицирует направление поступающего лазерного сигнала с помощью 16 СИД. ЖК-дисплей показывает рабочий режим, тип лазера, частоту повторения импульсов и его интенсивность. Длительность акустического и визуального оповещения отрегулирована на 2–10 с. Интенсивность ложных синалов – менее одного в сутки. Номинальная входная мощность – 12 Вт (24 В).
Генератор для имитатора фирмы Signal Technology Corp.’s Arizona Operations
Генератор синхронизирующей частоты значительно модернизирован относительно обычного генератора с цифровой настройкой. Разработан для применения в традиционных и новых средствах РЭБ и имитаторах радиолокационных сигналов. Работает в диапазоне 2–18 ГГц. Усовершенствование в работе достигнуто за счет специализированной архитектуры интегрированного узла, использующей двойной источник, соединенный с частотным дискриминатором и схемой регулирования точности. Повышены такие параметры, как точность частоты, дрейф после настройки, остаточная ЧМ, фазовый шум и стабильность параметров окружающей среды. Точность цифровой настройки – 0,25 МГц по всей полосе.

JED Online, 09.02

В ПОИСКАХ «ГУМАННОГО» ОРУЖИЯ Журнал Министерства обороны Российской Федерации

В последние десятилетия в мире характер и причины войн существенно изменились. В обозримом будущем основной целью войн (преимущественно локальных) будет стремление к переделу районов с еще не истощившимися запасами природных ресурсов. Вестись они будут в основном тайными методами спецопераций. Часто их конечная цель — не уничтожение живой силы противника, не оккупация территорий, а дезорганизация усилий противника в политической и военной сферах, принуждение принять предложенные условия. Четко прослеживается тенденция перехода от управляемого оружия к управляемой войне.

В такой войне требуется оружие несмертельного или нелетального действия. Тем более, что международные договоры, конвенции, моратории ограничили возможность применения особенно жестоких видов вооружений и боеприпасов. Иногда нелетальное оружие называют гуманным. Применяется оно так, чтобы не выводить из строя личный состав, вооружение и военную технику противника. Минимизируются безвозвратные потери, ущерб материальным ценностям и окружающей среде. Производством такого оружия занимаются целые отрасли оборонной промышленности некоторых стран. Ученые многих военных держав работают над средствами поражения, выводящими человека из строя, но не наносящими необратимого физического вреда.

Несколько настораживает то обстоятельство, что о несмертельном, не убивающем, оружии в последнее время почти перестали писать. Предполагаем, что тому есть две причины: либо этот тип оружия стал неинтересен военным и сотрудникам спецслужб, поскольку появились более совершенные средства, либо тему засекретили. Так же в начале 30х годов поступили в отношении деления атома урана и цепной реакции, поскольку стало понятно, что за этим открытием может стоять оружие колоссальной разрушительной силы. Но нелетальное оружие все же существует. Законодательно в некоторых странах предусмотрен контроль государства над формированием системы нелетального вооружения.

Журнал «Армейский сборник» начинает серию публикаций о нелетальном оружии — некоторых его образцах, которые уже появились, а многие находятся пока в виде лишь идей или разработок. Надеемся, они привлекут внимание читателей, принесут новые знания или, для некоторых, станут увлекательным чтением.

Сегодня мы попытаемся сделать обзор существующих образцов такого оружия. Остановимся в основном на принципах действия и результатах воздействия этих нетрадиционных средств поражения. Не будем при этом забывать, что многочисленные лаборатории армий мира работают над новыми видами оружия. О нем мы узнаем, возможно, через много лет.

Стреляющий мегафон

Звук давно используется как поражающий фактор. В древние времена рев труб и стук боевых барабанов лишали врага самообладания. Пилоты немецких бомбардировщиков во Второй мировой войне для деморализации противника включали громогласные сирены. При вторжении в Ирак американцы через мощные звуковещательные станции «глушили» засевших в зданиях солдат противника музыкой.

В начале 2000-х в США создали дальнодействующее акустическое устройство, или акустическую «пушку». Мощь ее звуковой волны — 150 децибел (двигатели реактивного истребителя дают 120 децибел). Это оглушало людей, приводило к болевому шоку. Такую «пушку» применяли и для разгона демонстраций, и для защиты кораблей от пиратов.

Другое название такого оружия — «стреляющий мегафон». «Пушка» действительно напоминает огромный мегафон, в раструб которого может, не сгибаясь, войти человек среднего роста. Звук интенсивностью 110 децибел не позволяет общаться, в 130 — вызывает болевые ощущения, в 150 — повреждение органов слуха. Люди теряют самообладание и способность ориентироваться, ими овладевает страх, начинается головокружение, подступает тошнота. Воздействие таких импульсов на близком расстоянии может вызвать психические расстройства и даже разрушение внутренних органов.

Акустические пушки могут использоваться для защиты объектов от вторжения посторонних, на военных кораблях, чтобы не подпустить близко малые суда противника. Они способны разогнать толпу, вызвать панику в воинских подразделениях.

В основе новых видов акустического оружия — программируемый подрыв зарядов взрывчатых веществ, создание генераторов, издающих режущие слух звуки, воздействующие на человека, как мифические сирены на Одиссея.

Нужный эффект от действия такого акустического генератора достигался лишь на близком расстоянии — несколько метров, а нужно хотя бы 50–60 метров, чтобы камень, пущенный, например, участником беспорядков, до солдат не долетел.

Садо-акустика

Один из образцов нелетального оружия — американская система активного отбрасывания. Это мощная СВЧ-пушка, излучающая электромагнитные колебания в миллиметровом диапазоне с частотой около 94 гигаГерц. Излучение оказывает на солдат противника кратковременное шоковое воздействие, они испытывают сильный зуд и жжение по всему телу. Уже через пять секунд боль становится невыносимой, а человек — небоеспособным. Он старается убежать от этого места как можно дальше. Американские военные назвали это явление эффектом «до свидания». Систему можно устанавливать на бронетранспортер и даже на самолет.

Возможно облучение с помощью инфразвука или акустических лучей очень низких частот. Специальные пистоны заставляют сильно сжатый воздух проходить через динамики, что создает мощный поток звуковых волн, как при землетрясениях. Эти лучи могут ощущаться как физическое воздействие. В итоге — нарушения работы вестибулярного аппарата, тошнота, острая желудочная боль, диарея, разрыв барабанных перепонок, внутреннее кровотечение. Эти же волны могут вызывать вибрационное разрушение сооружений. Есть сведения о разработке «генератора глубоких ультразвуковых волн», которые могут вызвать даже землетрясение.

Акустическое оружие — это генераторы инфразвука, слишком низкие частоты которого не вопринимает человеческий слуховой аппарат, но он крайне угнетающе действует на психику. Направленное микроволновое облучение генерирует в голове человека, например, очень громкий крик, который подавляет нервную систему и даже вызывает физиологические последствия. Это из области садо-акустики, звуки которой не переносит большинство людей: стоны во время пыток и казни, крики терзаемых животных. Последствия воздействия — тошнота, потеря памяти, попытки самоубийства. Садо-акустика использовалась при создании убийц-зомби, подчинении охраны противника своей воле.

Высокочастотные акустические «пули» могут вызывать глухоту и потерю сознания. Эти «пули» могут вылетать и из ручного излучателя, и из мобильной спутниковой тарелки, и из ракет дальнего действия. Они искажают работу электронных устройств. В итоге — разрушение навигационных систем, телекоммуникаций и электронных сетей.

Наконец, существуют вортекс-технологии: вихревые акустические кольца воздействуют на резонансные полости человека — голову, легкие, живот. Когда полость резонирует, возможны легкие кровоизлияния, это выведет человека почти на час из строя, после чего он полностью восстановится.

Глас с небес

Любой из видов несмертельного оружия, сколь бы изощренным оно ни было, оказывает в первую очередь психологическое воздействие. Суть его — сломить волю противника к сопротивлению. Человеческое ухо инфразвук не слышит, однако воспринимается им. То есть вполне может принимать приказы, которые как бы сами собой рождаются в мозгу. Это можно расценивать как внутренний голос или голос свыше. Инфразвук замечателен тем, что слабо рассеивается в атмосфере и способен доносить «голос» на значительное расстояние.

Американцы использовали в качестве оружия не только «глас Божий», но и Его лик. В Сомали в 1993 году с помощью лазерных установок военные США, воздействуя на этническое меньшинство из племен банту, спроецировали на небо огромный образ Христа. После такого «чуда» мало кто мог воевать. Сегодня специалисты уже научились сочетать оптическое и акустическое оружие — образ и голос. Используется такой прием: вдруг возникает образ кого-нибудь из религиозных исламских авторитетов (как выглядит Аллах, неизвестно) и приказывает сложить оружие. Еще один, довольно несложный вариант — компилировать голос известного человека, политического лидера с помощью специальных модуляторов.

Ослепить и оглушить

Часто специальные средства применяются как вспомогательные. В частности, светозвуковые гранаты своим ослепляющим и оглушающим воздействием нейтрализуют правонарушителей, агрессивно настроенных болельщиков. Для последних используют и электрошоковые устройства со специальным картриджем, работающие на расстоянии до 4–5 метров. Против вооруженных преступников спецподразделения применяли магазинный гранатомет, прицельно отстреливающий 43-мм гранаты с раздражающими веществами — эритантами.

На одной из встреч специалистов в области оружия несмертельного действия показали видеозапись: обожженные лица людей при нелегитимном применении эритантов. Их носителями могут быть мины нелетального действия. Могут использоваться и обычные мины, только вместо поражающих элементов в них — резиновые шарики или мешочки с песком.

В ходу ослепители — взрывчатые боеприпасы, излучающие очень яркий свет, вспышку. Они слепят оптические системы и электронные сенсоры в танках, самолетах, спутниках, радарных устройствах. Могут ослепить и пилотов противника. Есть обычные ослепляющие средства, сравнимые по интенсивности с лазерными. Например, горение пиротехнических составов создает низкотемпературную газовую плазму. На ее основе созданы световые гранаты и комбинированные средства с ослепляюще-оглушающим эффектом. Человек слепнет на 20–30 секунд, а слух теряет на 4–6 часов.

Низкоэнергетический лазер подавляет системы управления оружием, аппаратуру разведки и связи, оптико-электронные системы, стоящие на вооружении наблюдателей-корректировщиков и снайперов, для ослепления живой силы противника. Источник излучения — газовые, твердотельные и химические лазеры различных диапазонов волн. Такие комплексы могут переноситься в рюкзаке и перевозиться на автомобиле.

Микроволновка для поля боя

Эффективно выводит из строя радиоэлектронную аппаратуру разведки, связи, навигации и управления сверхвысокочастотное излучение. СВЧ-оружие нарушает работу головного мозга и центральной нервной системы. Человек начинает слышать несуществующие шумы и свист. Это оружие может поражать и внутренние органы человека с вероятностью летального исхода.

При воздействии электромагнитного излучения низкой частоты мозг человека выделяет химические вещества, регулирующие его поведение. Они могут вызвать симптомы различных болезней, заставить человека мгновенно уснуть или, напротив, бодрствовать длительное время. А так называемые «электромагнитные пистолеты», стреляющие сгустками энергии, способны вызвать судороги, подобные эпилептическим. «Термический пистолет» в секунды может разогреть тело человека до критической температуры — свыше 40 градусов Цельсия. Нестерпимое жжение обращает солдата в бегство.

Развитие «военных микроволновок» долгое время сдерживалось огромными их габаритами, однако в последнее время такого рода устройства значительно уменьшились в размерах и могут устанавливаться на башне танка и даже в головной части тактической ракеты. СВЧ-генераторы забрасываются на территорию противника с помощью обычных боеприпасов. Однако есть и технические проблемы, состоящие в сложности получения излучения требуемой мощности при приемлемых массе, габаритах и стоимости установки.

Наткнувшись на плазму

Электромагнитное оружие нельзя назвать чем-то сверхъестественным для Российской армии. В начале 1990-х годов специалисты НИИ Радиоприборостроения (подразделение концерна «Алмаз-Антей») и Физико-технического института им. Иоффе представили проект средства ПВО, основанного на воздействии СВЧ-излучений с земли на воздушные цели. Специалистам этих учреждений удалось получить локальные плазменные образования на пересечении потоков излучения от нескольких источников. Попадая в плазму, объекты разрушались из-за огромных динамических перегрузок. Воздействие таких излучений эффективно даже против межконтинентальных баллистических ракет.

Реально действующий прототип электромагнитного оружия — отечественный комплекс «Ранец-Е». Он поражает электронику наземной цели, летательного аппарата или управляемого снаряда на расстоянии до 14 км, а нарушения в ее работе могут быть на расстоянии до 40 км. «Ранец-E» базируется на МАЗ-543, его масса около 5 тонн. Недостатки аппарата: размер эффективно поражаемой цели не превышает 30 м в диаметре, оружие одноразовое — перезарядка занимает более 20 минут, работать по целям «Ранец» может только на открытой местности, без малейших визуальных преград.

Основная проблема этого вида импульсного электромагнитного оружия — средства доставки. Для заряда, имеющего большую массу, необходима ракета, боевой блок которой составляет высокочастотный генератор электромагнитного поля большой мощности. Импульсное излучение при разрыве ракеты схоже с ядерным взрывом, но без радиоактивной составляющей.

Разорвавшись на высоте 200–300 метров, блок способен отключить всю электронную аппаратуру в радиусе 3,5 км и оставить войсковое подразделение (батальон–полк) без средств связи, управления, наведения огня, при этом превратив всю имеющуюся технику противника в груду бесполезного металлолома. Блок выводит из строя гарнитуры связи, подразделения остаются без каких-либо локальных электронных систем управления, в том числе вооружением. Преимущества нелетального повреждения очевидны — противник сдается, техника становится трофеем.

Эффект рубильника

В 1950-е годы американцы испытали над Тихим океаном водородную бомбу и лишили электричества Гавайи: сработал один из поражающих факторов ядерного взрыва — электромагнитный импульс.

Сила и одновременно слабость современных армий в том, что они «напитаны» электроникой — коллиматорные прицелы, тактические планшеты, тепловизоры, спутниковая навигация и т.д. Технические средства, разом отключающие электронику, есть в арсенале армий разных стран. В частности, радиоэлектронные боеприпасы, поражающие технику противника СВЧ-импульсом. Разрабатываются снаряды и ракеты различной дальности со специальным электромагнитным генератором. Это эффект «выключенного рубильника».

Давно существует аббревиатура ЭМИ (электромагнитный импульс). Он создается воздушным ядерным взрывом. Взрыв создает кратковременный мощный импульс электромагнитного излучения в триллионы ватт! Электромагнитное поле «закорачивает» электронные системы управления, военнослужащие глохнут и слепнут. Чтобы не применять ядерное оружие, придуманы преобразователи электромагнитного импульса в ракетах или бомбах. Это электронный эквивалент ядерной бомбы. Неядерные генераторы ЭМИ менее эффективны, к тому же их надо доставлять точно в район цели. Достоинство их — в большей избирательности. ЭМИ способен лишить противника информации и при действующих электросетях, выведя из строя электронную аппаратуру, стерев информацию в банке данных.

В Ираке в 1991 году и в Югославии в 1999-м войска НАТО применяли «графитовые мины». Тончайшие нити из графита, разбросанные в воздухе, накоротко замыкали линии электропередач, выводили из строя трансформаторы подстанций. Графит иногда заменяют хорошо проводящими электроток углеродными или металлизированными волокнами.

Многие перечисленные средства запрещены международным законодательством. Но если речь пойдет о судьбе государства, кто посмотрит на запреты!

Луч боли и «жареные люди»

В США создана магнитная пушка «Луч боли». Она генерирует микроволновое излучение, которое причиняет человеку сильную боль, но не наносит серьезных повреждений. Вспышка вызывает ощущение невыносимой температуры в организме. Пушка может быть применена в миротворческих и полицейских операциях.

Электрошокеры (оружие непосредственного воздействия электрическим зарядом) используют специальные подразделения многих стран, когда противника нужно взять живым. Одно из подобных устройств — пистолеты, выстреливающие два небольших электрода на медных проводках. Мощный разряд временно выводит человека из строя. Правозащитные организации сетуют: такой пистолет способен убить человека со слабым сердцем или имеющего низкий болевой порог.

Американская программа создания спецсредств, которые воздействуют на организм человека электромагнитным излучением, в результате чего он быстро нагревается и становится неработоспособным, получила название «Жареные люди». Ее приостановили: установки слишком габаритны для транспортировки.

Кроме того, нужны были серьезные исследования водных структур кожи, чтобы не навредить здоровью человека. Ключевая проблема — избегать средств, которые вызывают необратимые или смертельные поражения. И у тех, на кого они направлены, и у случайных людей.

День военного жестянщика

В Афганской войне движение механизированных колонн прерывалось традиционными методами: из устроенной засады открывался ураганный огонь, уничтожались люди. Теперь автокараван можно остановить без единого выстрела. Для этого на участке дороги с помощью аэрозольных бомб, мин или снарядов распыляются некие химические вещества. Проникая в двигатели танков, грузовиков, они приводят к их остановке или порче. Специальные вещества превращают воду и бензин в желе, не пригодное к употреблению. Внезапно загустевшие смазка и топливо останавливают генераторы, разрушается резина, мутнеют стекла. Клеящиеся составы мгновенно сковывают движущие части военной техники, детали двигателей. Причем некоторые химические вещества одного состава действуют на металл другого, некоторые — на пластмассу, некоторые — на резину.

Выстреленная из специального устройства металлическая фольга облепит бронированную машину и закроет механику-водителю обзор. Так называемые ингибиторы сгорания подавляют горение любого топлива — реактивного горючего, дизельного топлива, бензина и керосина, что приводит к остановке двигателей всех видов. Суперкислоты в виде аэрозолей, жидкостей, порошков и гелей эффективно разъедают не только резину, но и асфальт, крыши зданий. Причем для безопасного хранения их изготовляют в виде бинарных зарядов, которые смешиваются в гремучую смесь уже в процессе применения.

Плененные пеной

Чтобы остановить пешее подразделение, его солдат обливают обволакивающей и быстротвердеющей пеной, в основном, на основе акрила. Современный пеномет за доли секунды выбрасывает такое количество клейкого вещества, которое способно «захомутать» целый взвод. «Вспененные» солдаты лишаются не только подвижности, но и слуха со зрением. Это своего рода полимерная смирительная рубашка.

Если нет под руками пеномета, ключевой участок дороги, по которой перемещается пешее подразделение, покрывают порошком тетрафторэтилена, и участок становится скользким, как лед. Кстати, этим же порошком полиция может посыпать площадь, на которой решили собраться митингующие из оппозиции. Автомобиль на такой площадке превращается в корову на льду. Тетрафторэтилен заблокирует войска противника перед важным объектом — мостом или входом в город. И наоборот, не позволит выйти с территории базы в нужный момент. Самолеты не смогут взлететь или сесть на скользкую ВПП.

Американцы в Сомали испытали липкий гель. Он буквально приклеивал к земле солдат противника, обездвиживал боевую технику — некоторые гели способны «приклеить» даже танк. Но обстоятельства заставляют усиленно думать, и сомалийские солдаты бросали на опасный участок бамбуковые палки и так перебирались через него.

Для защиты ядерных хранилищ в США используется специальный «боевой» клей от возможных атак террористов. Контейнеры с пеной установлены на дверях некоторых хранилищ, где лежат боеголовки, радиоактивные вещества и пр. Принцип действия «боевого» клея следующий: при попытке взлома или несанкционированного открывания дверей пена заливает дверной проем и нападающих. Освободиться от этой пены самостоятельно и проникнуть внутрь хранилища невозможно. Немало проблем с растворителями, которые помогли бы очистить человека от прилипшей к нему пены

«Боевой» клей был разработан советским государственным ядерным исследовательским центром в 80-е годы прошлого столетия. После окончания холодной войны необходимость в оснащении хранилищ подобным средством отпала, как казалось, навсегда. После начала борьбы с террором возникли опасения, что террористы (или криминалитет) могут попытаться взорвать или похитить ядерные материалы. Технология «боевого» клея вновь была признана полезной.

Министерство обороны США изучало возможность его использования в качестве нелетального оружия в Ираке. Предполагалось, что солдаты, вооруженные «клеевыми ружьями», смогут обездвиживать протестную толпу, инсургентов и т.п. Испытания показали, что на нынешнем уровне развития технологии это не представляется возможным. Во-первых, клей намертво забивал стволы «ружей», а, во-вторых, он мог «связать» не только конечности инсургента, но и попасть в рот и нос, что гарантировало быструю смерть от удушья.

Технология, однако, остается на вооружении…

Вонючая бомба

Оружием может быть и запах. Как считают нейрологи, у любого запаха есть потенциал вызвать страх и даже ужас. Если воздух насыщен меркаптанами — летучими веществами, присущими человеческим экскрементам, человек ощущает буквально массированный удар по обонянию и стремится спешно покинуть «зараженный» участок. Зловонные боеприпасы изготовляют обычно на основе серы, хлора, сероводорода и аммиака. Хотя можно, в принципе, использовать любой запах, способный вызвать отторжение и отвращение.

В оружейном «меню» — запах тухлятины, давно не стиранных носков и тому подобное. Причем аромат подбирается с учетом национальности противника, географии поля боя. В этом есть резон, поскольку органы обоняния людей разных рас и наций по-разному реагируют на запахи. В воздухе могут распыляться иммобилизующие аэрозольные рецептуры, содержащие мощные анестетики или снотворные вещества. При вдыхании того и другого человек теряет двигательную активность или просто засыпает.

Цель — генотип

Планета перенаселена, а ее природные ресурсы неумолимо тают. Стратеги поговаривают о «геноцидных войнах», цель которых — уничтожение не вооружений и военной техники, а «избыточного» населения на территории противника. В такого рода военных действиях планируется применить «чистое» оружие массового уничтожения — биологическое. По сути, планируется ввести в действие концепцию «искусственного отбора человека». Сделать это позволяют успехи в изучении структуры гена, генетического кода, механизмов наследственности и программируемых (!) генетических дефектов. Не иначе, потрудились сторонники священника Томаса Мальтуса, подавшего идею сократить население планеты, только избирательно.

Речь идет о целевой, направленной на определенный человеческий генотип, войне. Истоки новой концепции можно найти в науке евгенике. Объектами «генетической бомбардировки» может стать любая раса, нация, народ. Международные криминальные группировки и тоталитарные режимы ведут поиск биологов, генетиков, биотехнологов, которые обеспечили бы их подобным оружием.

Солдат–чип

В случаях, когда непригодно даже оружие несмертельного действия, нет необходимости обращаться к традиционному автомату. В секретных лабораториях уже есть заделы и наработки сколь интеллектуальные, столь и жестокие. Одна из них — солдат–чип.

Принципиально новые подразделения будут представлять собой единый цифровой чип: у каждого солдата — компьютер с цифровой картой местности, аппаратурой связи и глобальной навигации GPS или ГЛОНАСС. Даже пули новейшей автоматической винтовки будут запрограммированы. Теперь пуля сама может решать, взорваться сию минуту или чуть-чуть пролететь еще. Это станет возможным благодаря оснащению винтовки компьютером. Неуклюжие и громоздкие войска будут заменены легкими, мобильными и эффективными. Модернизированная дивизия должна уметь оказаться в любой точке земного шара за несколько дней, причем сразу же вступить в боевые действия.

Осел, груженный золотом

Военные футурологи (есть и такие), особенно если они с чувством юмора, говорят: нелетальное и интеллектуальное оружие со временем потеряет актуальность, а злободневной опять станет ставшая афоризмом фраза царя Македонии Филиппа, отца Александра-завоевателя: «Осел, груженный золотом, возьмет любую крепость». Как знать…

Н. ПОРОСКОВ, обозреватель

“Эффект ожога”. Электромагнитное оружие России — фантастика или реальность?

В России в лабораторных условиях и на полигонах уже проводятся испытания электромагнитного оружия. Как сообщил ТАСС советник первого заместителя гендиректора концерна “Радиоэлектронные технологии” (КРЭТ, входит в госкорпорацию “Ростех”) Владимир Михеев, так называемые СВЧ-пушки (СВЧ — сверхвысокочастотное излучение) “существуют и очень эффективно развиваются”. В частности, ими планируется вооружать российские беспилотные самолеты шестого поколения. Также ведутся активные работы над системами защиты от такого вооружения. Однако использование в качестве электронного антиоружия СВЧ-сигналов — идея не новая.

На эту тему

“Это не фантастика, это разработки сегодняшнего дня, это будущее! И наверное, не такое уже далекое, потому что уже есть примеры его использования. Никакого ноу-хау, как говорят американцы, здесь нет. Я думаю, на полигонах оно существует. И думаю, его уже показывали первым лицам. Почему, собственно, об этом и говорят: было дано добро, чтоб это продолжать. У нас много еще есть разработок, которые лежат в загашниках”, — заявил ТАСС заслуженный военный летчик РФ, генерал-майор Владимир Попов.

Как не “сварить” пилота

О том, что нелетальные средства поражения противника будут широко применяться в локальных войнах будущего для выведения противника из строя, летом 2018 года заявлял индустриальный директор кластера обычных вооружений, боеприпасов и спецхимии госкорпорации “Ростех” Сергей Абрамов. “В настоящее время существуют весьма эффективные наработки по боевому применению звукового, лазерного оружия и оружия на базе СВЧ”, — сказал он.

На эту тему

Также большее распространение будут получать высокоточные системы, обеспечивающие решение боевых задач с минимальными “сопутствующими” потерями и разрушениями. Новые войны, по мнению Абрамова, будут характеризоваться повышением стоимости подготовки современного солдата, и политические последствия его гибели будут стимулировать развитие беспилотных и автономных технологий.

В свою очередь, создаваемые истребители-беспилотники шестого поколения (ожидается, что опытный образец совершит первый полет до 2025 года) получат мощное СВЧ-оружие, которое сможет полностью выводить из строя электронику противника. При этом на пилотируемом варианте такого боевого самолета появление подобного вооружения крайне маловероятно.

В частности, электромагнитный импульс, которым будет вести стрельбу СВЧ-оружие, будет такой мощности, что крайне сложно защитить человека, летчика от собственного вооружения. Как бы хорошо мы ни экранировали кабину, этот электронный импульс будет туда проникать. А так как человек – это тоже в какой-то степени “прибор”, работающий на основе приема и передачи электромагнитных сигналов, то такое оружие может нанести сильный ущерб здоровью пилота

Владимир Михеев

советник первого заместителя гендиректора концерна КРЭТ

“СВЧ опасно для живого организма, для клетки. Находиться, конечно, в самолете человек может, но это будет такая крайняя ситуация — как для радиации. Защита должна быть очень мощной”, — соглашается со словами Михеева военный летчик Попов, уточняя, что сверхвысокочастотное излучение может “сварить” пилота, какие-то клетки погибнут, — “обмен веществ нарушится полностью, и будут ожоги”. Поэтому, по его мнению, нецелесообразно на самолет или вертолет ставить “в чистом виде такое оружие, так как должна быть очень мощная защита, а это приведет к увеличению веса самолета и потеряется его эффективность”. Ведь даже самая сложная и результативная защита может быть недостаточно эффективна.

“Поэтому беспилотный вариант будет иметь характеристики, которых нельзя достичь на пилотируемом самолете: большую маневренность, гиперзвуковую скорость, возможность выходить в ближний космос”, — говорит Михеев.

Ставить СВЧ-оружие на беспилотник — да, но, опять же, нужно смотреть, какое на нем будет управление в это время. Потому что эти системы будут подвержены тоже излучению, некоторые нужно будет также экранировать, избегать прямого попадания луча и так далее. Есть прямой луч, а есть еще боковые, сопутствующие лучи — и они тоже поражают. Вот почему мы экранируем мощные радиостанции и локаторы — системы, где генерируется эта волна. Делаем кабину управления отдельно от базы излучателя, выносим антенну подальше

Владимир Попов

заслуженный военный летчик РФ, генерал-майор

СВЧ-печи против ракет

Из открытой печати известен случай успешного применения сверхвысокочастотного излучения во время военной операции НАТО против Югославии в 1999 году. Во время бомбардировок сильно мешали американские высокоскоростные противорадиолокационные ракеты HARM. Они применялись для борьбы с югославскими РЛС — ракета летела на сигнал излучения. И для обмана военные применяли простые микроволновки.

Противорадиолокационная ракета HARM на истребителе F/A-18C Hornet, 1998 год

Печи устанавливались на удалении от станции, с них снимались передние экраны, подключались в сеть от электрогенераторов и на земле делалось распределение по направлениям, откуда примерно могли наносить удары воздушные суда. Создаваемое СВЧ-излучение сбивало системы управления и наведение ракеты, и вместо РЛС они поражали микроволновки. Такие искусственно созданные поля нашими военными специалистами, как правило, делались в ночное время и в сложных метеоусловиях.

Поэтому не исключено, что впоследствии на это и обратили внимание российские разработчики СВЧ-пушек. Идея превратилась в грозное оружие, причем не только оборонительное, но и наступательное.

Но, я думаю, для широкой публики это достаточно закрытый материал. То есть практика использования этого средства в качестве радиоэлектронного противодействия уже была, но изготовлена на коленке. Ведь в Югославии это было неспроста. Еще тогда были наши разработки РЭБ, которые сегодня работают в Сирии и мы применяем на полигонах. А тогда они были лишь разработками, научно-исследовательскими материалами, но уже на практике. Но в то время (1990-е годы) мне казалось, что это будущее, на грани фантастики почти

Владимир Попов

заслуженный военный летчик РФ, генерал-майор

Генерал рассказывает, что и сегодня уже есть образцы, которые могут работать по отдельной технике (выводят из строя радиоэлектронику) и воздействию на человека. “А это тоже считается сдерживающим фактором для выполнения наземными силами и средствами наступательных действий. Почему? Будет ожоговый эффект, чувство неприятности и так далее, но это мягко говоря”, — поясняет Попов. Пока “открывать полностью карты” по этому оружию как таковому, по его мнению, нецелесообразно. “Могут оказаться, знаете, люди, которые скажут, что это не гуманные средства ведения войны. А с другой стороны, скажут, что вот опять мы сделали шаг к очередной гонке вооружения”, — говорит он.

На эту тему

Еще в 2015 году стало известно о разработке сухопутной СВЧ-пушки, которая может выводить из строя летательные аппараты противника в радиусе свыше 10 километров. По словам специалиста Объединенной приборостроительной корпорации (ОПК), мобильный комплекс микроволнового излучения способен выводить из строя аппаратуру самолетов, беспилотников и нейтрализует высокоточное оружие, обеспечивая новый уровень обороны. “По техническим характеристикам у него нет известных аналогов в мире”, — уточнил представитель ОПК.

Сообщалось, что комплекс имеет в составе мощный релятивистский генератор и зеркальную антенну, систему управления и контроля, передающую систему, установленные на шасси зенитной ракетной установки “Бук”. При установке на специальной платформе СВЧ-пушка может обеспечивать круговую оборону на 360 градусов. Отмечалось, что этот мобильный комплекс также планируется использовать для проверки на стойкость к воздействию мощного СВЧ-излучения отечественных радиоэлектронных систем военной техники.

Самоходная огневая пусковая установка комплекса “Бук”

Также западные СМИ сообщали о создании в России ракеты “Алабуга” с генератором электромагнитного поля высокой мощности. “Секретное оружие русских с помощью высокочастотного излучения отключает систему коммуникаций и обезвреживает технику”, — пугающе писал автор британского издания Daily Star в 2017 году. Радиоэлектронная ракета сделает бесполезной натовскую технику в радиусе трех с половиной километров. Однако компания-разработчик потом сообщила, что такой проект реализовывался в 2011–2012 годах и был проведен целый ряд научных исследований. И основным результатом этой программы стало определение номенклатуры радиоэлектронного вооружения и его воздействия на технику условного противника.

СВЧ-оружие есть, испытания в лабораторных условиях идут постоянно. Например, можем сжечь какой-нибудь прибор, чтобы посмотреть, какое количество электромагнитной энергии и как нужно приложить. Учитывая, что наши “вероятные друзья” ведут такие же исследования, мы разрабатываем еще и систему защиты, чтобы приемник, система РЭБ или наша ракета не вышла из строя от применения СВЧ-оружия противника

Владимир Михеев

советник первого заместителя гендиректора КРЭТ

По мнению Попова, когда проходят исследования, любое новое открытие сулит перспективы благ и использования как средства поражения и обороны. “Открыли ядерное оружие — пожалуйста. Открыли лазерный луч — тоже, но сначала мы его использовали как дальномеры, достаточно безопасные средства. Но они нам увеличивали точностные характеристики, поэтому мы их использовали с удовольствием на первом этапе, а потом применили уже как средство поражения. Подошли к технологиям возможности использования на борту”, — рассказывает летчик.

“Листва” прикроет “Ярсы”

В армии России уже имеются некоторые образцы наземного электромагнитного оружия, которые даже демонстрировались широкой публике на форуме “Армия-2018”. Речь идет о машине дистанционного разминирования (МДР) “Листва”. Она относится к технике, работающей на новых физических принципах, — на бронеавтомобиле установлен блок сверхвысокочастотного излучения.

Машина дистанционного разминирования “Листва”

Машина создавалась специально для Ракетных войск стратегического назначения и доказала свою эффективность — до 2020 года соединения и части получат около 20 единиц МДР. Испытания машина проходила с 2013 года. Впервые на учениях она была применена для сопровождения ракетного комплекса “Ярс” на маршрутах боевого патрулирования год назад. “Листва” обезвредила все взрывные устройства не только на обочине и дороге, но и на расстоянии 70 метров от самой трассы. Сообщалось, что ранее эту технологию для ликвидации взрывных устройств на расстоянии не использовали.

На эту тему

Машина предназначена для обнаружения минно-взрывных устройств с металлическими элементами и уничтожения инженерных боеприпасов и самодельных взрывных устройств, имеющих в составе электронные компоненты. Мины и фугасы электроника “Листвы” способна обнаружить на дистанции до 100 метров в секторе 30 градусов. Разминирование минно-взрывных устройств обеспечивается электромагнитным излучением, создаваемым электромагнитным комплексом в составе сверхвысокочастотной и сверхширокополосной установок. При этом выводятся из строя, блокируются электронные компоненты взрывателей или происходит их подрыв.

Говоря об уже созданных образцах СВЧ-оружия, генерал Попов не исключает тот факт, что в разное время и в разных средах их использование будет иметь какие-то определенные ограничения. “Но надо понимать, что оно не всепогодное пока еще и не глобальное оружие будет. Одно дело его использовать в космическом пространстве, другое — в воздушном (с самолетов и вертолетов) и на земле, когда свои войска надо оберегать от этих излучений”, — заключает специалист.

Роман Азанов

Проект “Плазменные излучатели звуковых волн”

Инновационные проекты, получившие положительное заключение экспертизы, организованной ГУНИД Минобороны.

Проект 10

Из описания проекта:

Инфразвуковые колебания действуют на живые организмы за счет возникновения резонанса, так как собственные частоты колебаний органов живых организмов находятся в инфразвуковом диапазоне:

сокращения сердца – 1…2 Гц;
дельта-ритм мозга (состояние сна) – 0,5…3,5 Гц;
тета-ритм мозга – 4…8 Гц;
альфа-ритм мозга (состояние покоя) – 8…13 Гц;
бета-ритм мозга (умственная работа) – 14…35 Гц.

Самым опасным считается промежуток инфразвуковых частот от 6 до 9 Гц. Значительные психотронные эффекты сильнее всего проявляются на частоте 7 Гц, созвучной тета-ритму природных колебаний мозга.

Согласно действующим нормативным документам для человека уровни звукового давления в октавных полосах со среднегеометрическими частотами 2, 4, 8, 16, Гц должны быть не больше 105 дБ.

В зависимости от силы инфразвукового воздействия могут возникать чувства страха, ужаса или паники и психозов на их почве до соматических расстройств (от расстройств органов зрения до повреждения внутренних органов, вплоть до летального исхода). Для инфразвука характерно малое поглощение в различных средах и благодаря большой длине волны инфразвуковые волны могут распространяться в воздухе, воде и в земной коре на большие расстояния.

Практически невозможно остановить инфразвук при помощи строительных конструкций на пути его распространения. Не эффективны также средства индивидуальной защиты.

Основные способы получения инфразвуковых волн большой мощности:

акустический способ – резонансная труба длиной 10..20 м возбуждаемая механической «сиреной», в которой поток воздуха прерывается затвором с нужной частотой;
использование объемных резонаторов Гельмгольца, при этом резонатор имеет меньшие размеры, чем резонансная труба;
сложение двух совпадающих по фазе ультразвуковых сигналов большой мощности, излучаемых двумя разнесенными пьезокерамическими динамиками.

Для получения инфразвуковой волны использование резонансной трубы или резонатора Гельмгольца и любых других излучателей прямого преобразования электрической мощности в звуковую волну нерентабельно, поскольку в этом случае размеры излучателя инфразвуковой волны, например, частотой 19 Гц должны быть не менее 4,5 м в длину, а диаметр фокусирующего зеркала должен быть, как минимум в 10 раз больше линейного размера излучателя.

Поэтому при создании систем современного звукового (шумового) оружия разработчики предпочитают использовать пьезокерамические импульсные излучатели. Такие излучатели разработаны в США и применялись в Югославии и Ираке.

В данном проекте предложен механизм получения мощных звуковых колебаний, основанный на постоянно горящем низкотемпературном плазменном канале сверхвысокой частоты (СВЧ), на который накладывается электрическое воздействие в области звуковых частот.

Аналогов излучателей звуковых волн, использующих низкотемпературную плазму, нет.

Задачи, предлагаемые к решению в рамках проекта:

создание компактных плазменных излучателей, способных формировать звуковые колебания в инфразвуковом, акустическом и ультразвуковом участках диапазона звуковых волн в воздушной и водной средах;
разработка на основе плазменных излучателей макетных образцов инфразвуковой специальной техники, действующей на расстоянии по различным биообъектам и бортовому оборудованию техники.

Актуальность реализации проекта определяется необходимостью решения проблемы нейтрализации различных биообъектов (террористы и т.д.), использующих различного рода укрытия на земле, под землей и под водой.

В гражданской области результаты реализации проекта могут быть использованы для освобождения от ледяного покрова акваторий портов, нефтяных и газовых платформ в арктической зоне, доков ремонтных заводов и маршрутов движения судов, а также борьбы с биообъектами (грызуны и т.д.) при хранении различной продукции.

Во всех известных источниках звука для возбуждения звуковых волн используется движение твердой поверхности (мембрана, поверхности кристаллов, способных изменять свои размеры при воздействии приложенного к ним электрического поля – пьезоэлектрики, магнитострикционные преобразователи) или колебания газовых или водяных струй. Указанные источники звука не могут создавать интенсивные (более 105 дБ) звуковые волны в диапазоне инфразвуковых частот (1..25 Гц).

Несмотря на многочисленные исследования, ученым так и не удалось создать компактный макет мощного инфразвукового излучателя направленного действия из-за низкого КПД твердотельной мембраны и отсутствия дальнейшей возможности фокусировки и направленного излучения инфразвуковых колебаний из-за слишком большой длины волны.

Для создания звуковой волны большой амплитуды в проекте предлагается использовать плазменный шнур, возникающий внутри плазматрона в момент подведения к нему СВЧ мощности в импульсном режиме. Созданное устройство основано на постоянно горящем плазменном СВЧ канале, на который накладывается модулированное электрическое воздействие в различных областях звуковых частот.

В результате электрического воздействия возникают поперечные колебания границ плазменного канала, порождающие появление звуковой (ударной) волны вокруг плазменного шнура, на частотах полосы модуляции.

При разработке устройства использовалась технология формирования излучения, позволяющая создавать в плазматроне управляемую низкотемпературную плазму.

Установлено, что при модуляции несущего сигнала СВЧ генератора короткими импульсами порядка 1..10 мкс (микросекунд) с крутым фронтом нарастания в области звуковых частот интенсивность выходных звуковых колебаний может достигать 30% преобразования в звук подведенной к генератору электрической мощности, которая в свою очередь может достигать десятков киловатт.

Благодаря безинерционности процесса колебания плазменного шнура звуковые колебания могут быть получены в очень широком диапазоне частот без искажений амплитудно-частотной характеристики (АЧХ). Такая линейность выходной АЧХ не может быть достигнута ни на одном ныне существующем звуковоспроизводящем устройстве. Человеческая речь и музыка воспроизводятся практически без искажений.

Дальность распространения интенсивности звуковой волны, значительно превышающей болевой порог чувствительности человеческого уха, при модуляции короткими импульсами, длительностью 1..10 мкс на частоте 1..10 кГц может достигать до 1000 м.

Разработанная заявителем проекта лабораторная установка мощностью 2 кВт прошла экспериментальную проверку и имеет следующие технические характеристики:

Выходной генератор СВЧ мощности – магнетронный.
Несущая частота – 2,45 ГГц.
Выходная СВЧ мощность – 2 кВт.
Потребляемая мощность от сети 380В/50Гц (3 фазы) – 4,5 кВт.
Охлаждение – водяное.
Подведение СВЧ мощности – волноводное.
Плазмообразующий газ – воздух (без предварительной осушки).
Давление в системе воздухоподачи (не менее) – 2 атм.
Длина плазменного канала (не более) – 100 мм.
Объем плазменного шнура (не менее) -1,26*10^-5 м.
Длина излучающей поверхности (не более) – 50 мм.
Площадь излучающей поверхности (не более) – 7,54*10^-3 кв. м.
Выходная мощность звука (не менее) – 90 дБ.
Режим работы – непрерывный/импульсный.
Метод фокусировки плазменного шнура – волноводно-резонансный.
Режимы модуляции несущей частоты – амплитудная модуляция с изменяемой глубиной/ШИМ.
Поддерживаемые классы усиления звукового сигнала – класс А, АВ, D.
Количество электрических модулей в установке – 3 шт.
Габариты основного силового модуля – 1x1x1 м.
Общий вес установки – 320 кг.

Изготовленный действующий макет СВЧ плазменного источника звуковых колебаний с СВЧ генератором мощностью 2 кВт способен развивать мощность выходного звукового сигнала до 200 Вт. При общей площади излучающей поверхности плазмы 7,54*10-3 кв. м выходная мощность звука установки составляет примерно 90 дБ. Для достижения уровня громкости равного болевому порогу 130 дБ и выше создана установка, работающая на частоте 915 МГц с выходной мощностью 50 кВт (см. рис. 1). Длина излучающей поверхности плазменного шнура в ней составляет не менее 700..800 мм, а ее площадь не менее 0,42 кв. м.

Рис. 1 – Установка с выходной мощностью 50 кВт

Рис. 2 − Работа плазматрона с выходной мощностью 50 кВт на частоте 915 МГц

Разработка малогабаритных источников инфразвука, способных на расстоянии обеспечить уровни звукового давления более 105 дБ, является предпосылкой к созданию инфразвуковой специальной техники.

В предлагаемом устройстве реализован принцип модуляции «навязывания» звуковых частот на заранее заданную несущую, практически являющуюся когерентной волной, что позволяет использовать различные антенные системы, дающие возможность фокусировать и изменять диаграмму направленности звукового излучения.

Проблема фокусировки и направленности звуковой волны решается путем фокусировки не самого звука, а применения систем фокусировки СВЧ излучения, порождающего направленный плазменный шнур, являющийся в свою очередь источником звуковой волны.

Таким образом, в экспериментальном образце удалось на порядок повысить КПД источника звука путем ухода от каких-либо твердотельных мембран и перехода к системе передачи колебаний «плазма-окружающая среда».

В качестве перспективного направления в противодействии робототехническим системам (РТК) представляется возможным рассмотреть использование звуковых волн высокой интенсивности в определенном диапазоне частот для выведения из строя бортового оборудования РТК (двигателей, автопилотов, гироскопов и элементов MEMS). Подобные исследования по воздействию на гироскопы проводятся в Корейском передовом институте науки и техники, результаты которых представлены на конференции в Вашингтоне в августе 2015 года.

С целью уменьшения массогабаритных размеров инфразвукового устройства в проекте возможна разработка аналога созданной экспериментальной установки, который будет построен с использованием современной элементной базы. Предполагаемый экспериментальный образец будет размещаться в одном блоке с размерами, примерно 700x450x350 мм и иметь вес не более 20 кг. Образец будет изготовлен полностью на отечественной элементной базе, без использования комплектующих компонентов изготовленных за рубежом.

В рамках проекта возможна реализация варианта использования
излучателей инфразвука в водной среде, например, для борьбы с различными
биообъектами, непилотируемыми подводными аппаратами или разрушения
(измельчения) льда в акватории портов, освобождения от пакового льда судов и
морских платформ (см. рис. 3).

Рис. 3 − Технологическая схема излучателя инфразвука в водной среде

Известно, что лед, в отличие от жидкой воды и водяного пара, является практически прозрачным для электромагнитных колебаний в широком диапазоне частот, поэтому прямое воздействие на него направленными электромагнитными колебаниями ВЧ, УВЧ или СВЧ диапазонов не приведет к таянию. Лед также является хорошим диэлектриком, что не позволяет воздействовать на него прямым электрическим разрядом или воздействием ТВЧ. Резание же льда лазером требует огромных затрат энергии, а при учете толщины льда в северных широтах, делает это совершенно невозможным. Даже если на поверхность толстого льда, подвергаемую электромагнитному воздействию, нанести поглощающую жидкость, то для того чтобы лед растаял, хотя бы до состояния трещины, необходимы будут огромные затраты энергии. В результате получается, что самым эффективным методом колки ледяных глыб больших размеров и толщины является механический метод воздействия, а точнее – удар.

Предлагаемая идея состоит в том, что толстые ледяные северные глыбы должны быть подвергнуты именно механическому воздействию, а точнее упругому звуковому удару. Звуковая волна должна приходить к толще ледяной поверхности из-под воды, где скорость распространения звука на много выше, площадь взаимодействия на много больше, а КПД передачи энергии на границе раздела сред значительно выше. Еще необходимо отметить, что нижние слои льда имеют пористую структуру, где поры и вакуоли льда заполнены соленой водой. При ударе звуковой волной в этих порах и вакуолях возникает дополнительный эффект кавитации, что усиливает разрушение.

Для создания звуковой волны большой амплитуды мы предлагаем использовать плазменный шнур, возникающий внутри плазматрона в момент подведения к нему СВЧ мощности в импульсном режиме. Не смотря на то, что исследования проводились в области низких (инфразвуковых) частот в газовой среде, разработанный плазматрон способен работать и в области высоких (ультразвуковых) частот с минимальными доработками электронной схемы модулятора (замена микросхем тракта усиления на более широкополосные).

Преимущества предлагаемых в проекте решений по сравнению с существующими подтверждаются результатами теоретических исследований и экспериментального подтверждения возможности создания сверхмощных звуковых колебаний с уровнями до 170 дБ на дальности до 1000 метров с помощью компактных устройств массой до 20 кг.

РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРТИЗЫ

Дата проведения экспертизы: октябрь 2017 г.

Экспертиза проводилась экспертами следующих организаций:

ФГБУН «Институт мониторинга климатических и экологических систем» СО РАН, ФГБУН «Институт физики атмосферы им. А.М.Обухова» РАН, ФГБУ «РАРАН», НИЦ (СОТИ СВ) ВУНЦ «ОВА ВС РФ», ФГУП «18 ЦНИИ» МО РФ, АО «Концерн «ЦНИИ «Электроприбор».

Вывод экспертизы:

Разработка плазменных излучателей звуковых волн в интересах Вооружённых Сил Российской Федерации в представленном виде нецелесообразна. Проект требует доработки по замечаниям экспертов.

Недостатки, рекомендации и замечания экспертов:

Представленный проект демонстрирует новый подход к генерации звуковых волн, основанный на постоянно горящем низкотемпературном плазменном СВЧ канале, на который накладывается электрическое моделирующее воздействие. Реализуемость создания плазменного генератора акустического излучения авторами проекта сомнений не вызывает.

Однако в представленных материалах отсутствуют полные характеристики разработанных образцов и результаты их испытаний, что не позволяет оценить проект в полной мере. Не приведены эксперименты по созданию инфразвукового излучения требуемой интенсивности. Не понятно, как предлагается обеспечить направленность акустического излучения путем фокусировки исходного СВЧ излучения, порождающего плазменный шнур. Также вызывает сомнение возможность создания мощного (интенсивностью не менее 170 дБ) и при этом компактного излучателя.

В целом, в представленном виде проект не дает оснований на создание эффективного комплекса акустического оружия направленной энергии инфразвукового диапазона в интересах Сухопутных войск из-за низкого КПД по отношению к первичному источнику питания и отсутствия экспериментального подтверждения реализации его в инфразвуковом диапазоне частот.

Для дальнейшего рассмотрения реализации проекта в интересах Вооруженных Сил Российской Федерации целесообразно увеличить КПД излучателя более 40% по отношению к первичному источнику питания и провести исследования на безопасность применения излучателя, его использование в водной среде.

2 апреля 2018г.
Источник: ГУНИД Минобороны РФ

Справка

Проработка проектов для достижения целей экспертизы проводилась несколькими методами, а именно эвристическим (заключения экспертов, организаций и заинтересованных органов военного управления), измерительным и регистрационным (проведение апробации или оценочных испытаний).

Более 340 перспективных инновационных разработок и технологий предварительно были отобраны специалистами органов военного управления, научно-исследовательских организаций и военно-учебных заведений Минобороны России в период проведения форума “АРМИЯ-2017”.

Посмотреть все проекты можно в блоге ГУНИД Минобороны на нашем сайте.

Мощный направленный импульс своими руками. Импульсный излучатель. Устройства высокого волнового сопротивления

Для генерации ультразвука применяются специальные излучатели магнитострикционного типа. К основным параметрам устройств относится сопротивление и проводимость. Также учитывается допустимая величина частоты. По конструкции устройства могут отличаться. Также надо отметить, что модели активно применяются в эхолотах. Чтобы разобраться в излучателях, важно рассмотреть их схему.

Схема устройства

Стандартный магнитострикционный излучатель ультразвука состоит из подставки и набора клемм. Непосредственно магнит подводится на конденсатор. В верхней части устройства имеется обмотка. У основания излучателей часто устанавливается зажимное кольцо. Магнит подходит только неодимового типа. В верхней части моделей располагается стержень. Для его фиксации применяется кольцо.

Кольцевая модификация

Кольцевые устройства работают при проводимости от 4 мк. Многие модели производятся с короткими подставками. Также надо отметить, что существуют модификации на полевых конденсаторах. Чтобы собрать магнитострикционный излучатель своими руками, применяется обмотка соленоида. При этом клеммы важно устанавливать низкого порогового напряжения. Ферритовый стрежень целесообразнее подбирать небольшого диаметра. Зажимное кольцо ставится в последнюю очередь.

Устройство с яром

Сделать магнитострикционный излучатель своими руками довольно просто. В первую очередь заготавливается стойка под стержень. Далее важно вырезать подставку. Для этого можно использовать металлический диск. Специалисты говорят о том, что подставка в диаметре должна быть не более 3.5 см. Клеммы для устройства подбираются на 20 В. В верхней части модели фиксируется кольцо. При необходимости можно намотать изоленту. Показатель сопротивления у излучателей данного типа находится в районе 30 Ом. Работают они при проводимости не менее 5 мк. Обмотка в данном случае не потребуется.

Модель с двойной обмоткой

Устройства с двойной обмоткой производятся разного диаметра. Проводимость у моделей находится на отметке 4 мк. Большинство устройств обладает высоким волновым сопротивлением. Чтобы сделать магнитострикционный излучатель своими руками, используется только стальная подставка. Изолятор в данном случае не потребуется. Ферритовый стержень разрешается устанавливать на подкладку. Специалисты рекомендуют заранее заготовить уплотнительное кольцо. Также надо отметить, что для сборки излучателя потребуется конденсатор полевого типа. Сопротивление на входе у модели должно составлять не более 20 Ом. Обмотки устанавливаются рядом со стержнем.

Излучатели на базе отражателя

Излучатели данного типа выделяются высокой проводимостью. Работают модели при напряжении 35 В. Многие устройства оснащаются полевыми конденсаторами. Сделать магнитострикционный излучатель своими руками довольно проблематично. В первую очередь надо подобрать стержень небольшого диаметра. При этом клеммы заготавливаются с проводимостью от 4 мк.

Волновое сопротивление в устройстве должно составлять от 45 Ом. Пластина устанавливается на подставке. Обмотка в данном случае не должна соприкасаться с клеммами. В нижней части устройства обязана находиться круглая подставка. Для фиксации кольца часто применяется обычная изолента. Конденсатор напаивается над манганитом. Также надо отметить, что кольца иногда применяются с накладками.

Устройства для эхолотов

Для эхолотов часто используется магнитострикционный излучатель УЗ. Как приготовить модель своими руками? Самодельные модификации производятся с проводимостью от 5 мк. у них в среднем равняется 55 Ом. Чтобы изготовить мощный ультразвуковой стержень применяется на 1.5 см. Обмотка соленоида накручивается с малым шагом.

Специалисты говорят о том, что стойки под излучатели целесообразнее подбирать из нержавейки. При этом клеммы применяются с малой проводимостью. Конденсаторы подходят разного типа. у излучателей находится на отметке 14 Вт. Для фиксации стержня используются резиновые кольца. У основания устройства накручивается изолента. Также стоит отметить, что магнит надо устанавливать в последнюю очередь.

Модификации для рыболокаторов

Устройства для рыболокаторов собираются только с проводными конденсаторами. Для начала требуется установить стойку. Целесообразнее применять кольца диаметром от 4.5 см. Обмотка соленоида обязана плотно прилегать к стержню. Довольно часто конденсаторы припаиваются у основания излучателей. Некоторые модификации производятся на две клеммы. Ферритовый стрежень обязан фиксироваться на изоляторе. Для укрепления кольца используется изолента.

Модели низкого волнового сопротивления

Устройства низкого волнового сопротивления работают при напряжении 12 В. У многих моделей имеются два конденсатора. Чтобы собрать прибор, генерирующий ультразвук, своими руками, потребуется стержень на 10 см. При этом конденсаторы на излучатель устанавливаются проводного типа. Обмотка накручивается в последнюю очередь. Также надо отметить, что для сборки модификации потребуется клемма. В некоторых случаях используются полевые конденсаторы на 4 мк. Параметр частоты будет довольно высокий. Магнит целесообразнее устанавливаться над клеммой.

Устройства высокого волнового сопротивления

Излучатели ультразвука высокого сопротивления хорошо подходят для приемников короткой волны. Собрать самостоятельно устройство можно только на базе переходных конденсаторов. При этом клеммы побираются высокой проводимости. Довольно часто магнит устанавливается на стойке.

Подставка для излучателя применяется малой высоты. Также надо отметить, что для сборки устройства используются один стрежень. Для изоляции его основания подойдет обычная изолента. В верней части излучателя обязано находиться кольцо.

Стержневые устройства

Схема стержневого типа включает в себя проводник с обмоткой. Конденсаторы разрешается применять разной емкости. При этом они могут отличаться по проводимости. Если рассматривать простую модель, то подставка заготавливается круглой формы, а клеммы устанавливаются на 10 В. Обмотка соленоида накручивается в последнюю очередь. Также надо отметить, что магнит подбирается неодимового типа.

Непосредственно стержень применяется на 2.2 см. Клеммы можно устанавливать на подкладке. Также надо упомянуть о том, что существуют модификации на 12 В. Если рассматривать устройства с полевыми конденсаторами высокой емкости, то минимальный диаметр стержня допускается 2.5 см. При этом обмотка должна накручиваться до изоляции. В верхней части излучателя устанавливается защитное кольцо. Подставки разрешается делать без накладки.

Модели с однопереходными конденсаторами

Излучатели данного типа выдают проводимость на уровне 5 мк. При этом показатель волнового сопротивления у них максимум доходит до 45 Ом. Для того чтобы самостоятельно изготовить излучатель, заготавливается небольшая стойка. В верхней части подставки обязана находиться накладка из резины. Также надо отметить, что магнит заготавливается неодимового типа.

Специалисты советуют устанавливать его на клей. Клеммы для устройства подбираются на 20 Вт. Непосредственно конденсатор устанавливается над накладкой. Стержень используется диаметром в 3.3 см. В нижней части обмотки должно находиться кольцо. Если рассматривать модели на два конденсатора, то стержень разрешается использовать с диаметром 3.5 см. Обмотка должна накручиваться до самого основания излучателя. В нижней части стоки клеится изолента. Магнит устанавливается в середине стойки. Клеммы при этом должны находиться по сторонам.

Добрый день, уважаемые хабровчане.

Этот пост будет про недокументированные функции микроволновой печи. Я покажу, сколько полезных вещей можно сделать, если использовать слегка доработанную микроволновку нестандартным образом.

В микроволновке находится генератор СВЧ волн огромной мощности

Мощность волн, которые используются в микроволновке, уже давно будоражит моё сознание. Её магнетрон (генератор СВЧ) выдаёт электромагнитные волны мощностью около 800 Вт и частотой 2450 МГц. Только представьте, одна микроволновка вырабатывает столько излучения, как 10 000 wi-fi роутеров, 5 000 мобильных телефонов или 30 базовых вышек мобильной связи! Для того, что бы эта мощь не вырвалась наружу в микроволновке используется двойной защитный экран из стали.

Вскрываю корпус

Сразу хочу предупредить, электромагнитное излучение СВЧ диапазона может нанести вред вашему здоровью, а высокое напряжение вызвать летальный исход. Но меня это не остановит.

Сняв крышку с микроволновки, можно увидеть большой трансформатор: МОТ . Он повышает напряжение сети с 220 вольт до 2000 вольт, что бы питать магнетрон .

В этом видеоролике я хочу показать, на что способно такое напряжение:

Антенна для магнетрона

Сняв магнетрон с микроволновки я понял, что включать просто так его нельзя. Излучение распространится от него во все стороны, поражая всё вокруг. Не долго думая я решил смастерить направленную антенну из кофейной банки. Вот схема:

Теперь всё излучение направленно в нужную сторону. На всякий случай я решил проверить эффективность этой антенны. Взял много маленьких неоновых лампочек и выложил их на плоскости. Когда я поднёс антенну с включенным магнетроном, то увидел, что лампочки загораются как раз там где нужно:

Необычные опыты

Сразу хочу отметить, СВЧ значительно сильнее влияет на технику, чем на людей и животных. Даже в 10 метрах от магнетрона, техника давала сильные сбои: телевизор и муз-центр издавали страшный рычащий звук, мобильный телефон вначале терял сеть, а потом и вовсе завис. Особо сильное влияние магнетрон оказывал на wi-fi. Когда я поднёс магнетрон близко к музыкальному центру, с него посыпались искры и к моему удивлению он взорвался! При детальном осмотре обнаружил, что в нём взорвался сетевой конденсатор. В этом видео я показываю процесс сборки антенны и влияние магнетрона на технику:

Используя не ионизирующее излучение магнетрона можно получить плазму. В лампе накаливания, поднесённой к магнетрону, зажигается ярко светящийся желтый шар, иногда с фиолетовым оттенком, как шаровая молния. Если вовремя не выключить магнетрон, то лампочка взорвётся. Даже обычная скрепка, под воздействием СВЧ превращается в антенну. На ней наводится ЭДС достаточной силы, что бы зажечь дугу и расплавить эту скрепку. Лампы дневного света и «экономки» зажигаются на достаточно большом расстоянии и светятся прямо в руках без проводов! А в неоновой лампе электромагнитные волны становятся видимыми:

Хочу вас успокоить, мои читатели, ни кто из моих соседей не пострадал от моих опытов. Все ближайшие соседи сбежали из города, как только в Луганске начались боевые действия.

Техника безопасности

Я настоятельно не рекомендую повторять описанные мною опыты потому, что при работе с СВЧ требуется соблюдать особые меры предосторожности. Все опыты выполнены исключительно с научной и ознакомительной целью. Вред СВЧ излучения для человека ещё не до конца изучен. Когда я близко подходил к рабочему магнетрону я чувствовал тепло, как от духовки. Только изнутри и как бы точечно, волнами. Больше ни какого вреда я не ощутил. Но всё же настоятельно не рекомендую направлять рабочий магнетрон на людей. Из-за термического воздействия может свернуться белок в глазах и образоваться тромб в крови. Так же ведутся споры о том, что такое излучение может вызвать онкологические и хронические заболевания.

Необычные применения магнетрона

1 – Выжигатель вредителей. СВЧ волны эффективно убивают вредителей, и в деревянных постройках, и на лужайке для загара. У жучков под твёрдым панцирем есть влагосодержащее нутро (какая мерзость!). Волны его в миг превращают в пар, при этом не причиняя вреда дереву. Я пробовал убивать вредителей на живом дереве (тлю, плодожорок), тоже эффективно, но важно не передержать потому, что дерево тоже нагревается, но не так сильно.
2 – Плавка металла. Мощности магнетрона вполне хватает для плавки цветных металлов. Только нужно использовать хорошую термоизоляцию.
3 – Сушка. Можно сушить крупы, зерно и т. п. Преимущество этого метода в стерилизации, убиваются вредители и бактерии.
4 – Зачистка от прослушки. Если обработать магнетроном комнату, то можно убить в ней всю нежелательную электронику: скрытые видеокамеры, электронные жучки, радиомикрофоны, GPS слежение, скрытые чипы и тому подобное.
5 – Глушилка. С помощью магнетрона легко можно успокоить даже самого шумного соседа! СВЧ пробивает до двух стен и «успокаивает» любую звуковую технику.

Это далеко не все возможные применения испытанные мной. Эксперименты продолжаются и вскоре я напишу ещё более необычный пост. Всё же хочу отметить, что использовать так микроволновку опасно! Поэтому лучше так делать в случаях крайней необходимости и при соблюдении правил безопасности при работе с СВЧ.

На этом у меня всё, соблюдайте осторожность при работе с высоким напряжением и микроволнами.

Из курса штатской обороны знаменито, что электромагнитный импульс появляется при ядерном взрыве и вызывает громадные уничтожения. Впрочем, разумеется, не каждый такой импульс столь опасен. При желании его дозволено сделать вовсе маломощным, подобно тому, как искра в пьезозажигалке является крохотной точной копией громадной молнии.

Инструкция

1. Возьмите непотребный карманный пленочный фотоаппарат со вспышкой. Вытянете из него батарейки. Наденьте резиновые перчатки и разберите агрегат.

2. Разрядите накопительный конденсатор вспышки. Для этого возьмите резистор сопротивлением около 1 кОм и мощностью 0,5 Вт, согните его итоги, зажмите его в маленьких плоскогубцах с изолированными ручками, позже чего, удерживая резистор только при помощи плоскогубцев, замкните им конденсатор на несколько десятков секунд.Позже этого окончательно разрядите конденсатор, замкнув его лезвием отвертки с изолированной ручкой еще на несколько десятков секунд.

3. Измерьте напряжение на конденсаторе – оно не должно превышать нескольких вольт. При необходимости, разрядите конденсатор вторично.Напаяйте на итоги конденсатора перемычку.

4. Сейчас разрядите конденсатор в цепи синхроконтакта. Он имеет малую емкость, следственно для его разряда довольно кратковременно замкнуть синхроконтакт. Удерживаете при этом руки подальше от лампы-вспышки, от того что при срабатывании синхроконтакта на нее со особого повышающего трансформатора поступает импульс высокого напряжения.

5. Возьмите полый диэлектрический каркас диаметром в несколько миллиметров. Намотайте на него несколько сотен витков изолированного провода диаметром около миллиметра. Поверх обмотки намотайте несколько слоев изоляционной ленты.

6. Катушку включите ступенчато с накопительным конденсатором вспышки.Если у фотоаппарата нет кнопки проверки вспышки, подключите параллельно синхроконтакту кнопку с отменной изоляцией, скажем, звонковую.

7. Сделайте в корпусе агрегата небольшие выемки для итога проводов от кнопки и катушки. Они необходимы для того, дабы при сборке корпуса эти провода не оказались пережатыми, что пугает их обрывом. Снимите перемычку с накопительного конденсатора вспышки. Соберите агрегат, позже чего снимите резиновые перчатки.

8. Вставьте в агрегат батарейки. Включите его, отвернув вспышку от себя, дождитесь зарядки конденсатора, позже чего вставьте в катушку лезвие отвертки. Удерживая отвертку за ручку, дабы она не вылетела, нажмите кнопку. Единовременно со вспышкой возникнет электромагнитный импульс , тот, что намагнитит отвертку.

9. Если отвертка намагнитилась неудовлетворительно отменно, дозволено повторить операцию еще несколько раз. По мере применения отвертки она будет помаленьку терять намагниченность. Волноваться по этому поводу не стоит – чай сейчас у вас есть прибор, которым ее дозволено неизменно восстановить.Учтите, что намагниченные отвертки нравятся не каждом домашним мастерам. Одни считают их дюже комфортными, другие – напротив, дюже неудобными.

Скептически настроенные люди при результате на вопрос о действиях при ядреном взрыве скажут, что необходимо обернуть себя простыней, выйти на улицу и строиться в шеренги. дабы принять гибель, какая она есть. Но экспертами разработан ряд рекомендаций, которые помогут выжить при ядерном взрыве.

Инструкция

1. При приобретении информации о допустимом ядерном взрыве в местности, где вы находитесь, нужно по вероятности спуститься в подземное убежище (бомбоубежище) и не выходить, пока не получите других инструкций. Если такая вероятность отсутствует, вы находитесь на улице и нет вероятности попасть в помещение, укройтесь за любым предметом, тот, что может представлять охрану, в крайнем случае, лягте плашмя на землю и закройте голову руками.

2. Если вы настоль близко находитесь от эпицентра взрыва, что видна сама вспышка, помните, что вам нужно укрытся от радиоктивных осадков, которые появятся в таком случае в течение 20 минут, все зависит от отдаленности от эпицентра. Значимо помнить, что радиактивные частицы разносятся ветром на сотни километров.

3. Не покидайте своего укрытия без официального заявления властей о том, что это неопасно. Постарайтесь сделать свое нахождение в укрытие максимально удобным, поддерживайте должные санитарные данные, воду и пищу используйте экономно, побольше еды и питья дозволено двавать детям, больным и престарелым людям. По вероятности осуществляйте подмога руководящим бомбоубежища, чай нахождение в ограниченном пространстве большого числа людей может оказаться малоприятным, а продолжительность такого вынужденного сожительстваможет варьироваться от одного дня до месяца.

4. При возвращении в жилище главно помнить и исполнять несколько правил. Перед тем, как войти в дом, удостоверитесь в его целостности, наличии повреждений, отсутствии частичного обрушения конструкций. При входе в квартиру в первую очередь уберите все легковоспламеняющиеся жидкости, медикаменты и всякие другие допустимо небезопасные вещества. Воду, газ и электричество дозволено включить лишь в том случае, когда у вас будет точное доказательство того, что все системы работают в штатном режиме.

5. При передвижении по местности не подходите к поврежденным взрывом территориям и к зонам, помеченным знаками «небезопасные материалы» и «угроза радиации».

Обратите внимание!
Неоценимую подмога вам окажет присутствие при себе радио для прослушивания официальных сообщений местных властей. Неизменно следуйте полученным, потому что власти неизменно располагают большей инфорацией, чем окружающие.

Электромагнитный толчок малой мощности не горазд вызвать гигантских уничтожений, снося все на своем пути, как скажем, тот, тот, что получается в итоге ядерного взрыва. Сформировать маломощный толчок дозволено в домашних условиях.

Инструкция

1. Для начала раздобудьте непотребный вам в будущем пленочный фотоаппарат, желанно, имеющий вспышку.

2. Наденьте перчатки и приступайте к процессу разряжения накопительного конденсатора вспышки. При помощи плоскогубцев с изоляцией возьмите резистор на 0,5 Вт с сопротивлением приблизительно 1 кОм и замкните при помощи него конденсатор на 30-40 секунд. После этого замкните конденсатор при помощи отвертки с изоляцией еще на полминуты, дабы он окончательно разрядился.

3. Проследите, дабы напряжение в конденсаторе было не больше нескольких вольт. Если потребуется, разрядите его еще раз. На итоги конденсатора сделайте перемычку.

4. Сейчас займитесь разряжением конденсатора в цепи малой емкости – синхроконтакте. Для этого намотайте на диэлектрическую катушку диаметром 5-6 мм около 200 витков изолированного миллиметрового провода. Сверху покройте обмотку изолентой.

5. Подсоедините каркас с обмоткой ступенчато с накопительным конденсатором вспышки. В том случае, если ваш фотоаппарат не имеет кнопку проверки вспышки, то дозволено подключить параллельно синхроконтакту звонковую кнопку.

6. В корпусе фотоаппарата проделайте отверстия для того, дабы вывести провода от кнопки и каркаса с обмоткой. Отверстия дозволят избежать пережатия и обрыва столь значимых проводов. Сейчас можете убрать перемычку с накопительного конденсатора вспышки и собрать агрегат.

7. Снимите перчатки и поставьте в фотоаппарат батарейки. Испробуйте его включить, при этом отворачивая вспышкой в сторону. Немножко подождите, пока конденсатор зарядится, и вставьте в каркас с обмоткой отвертку с изолированной ручкой.

8. Осмотрительно, придерживая отвертку, дабы она не отлетела в сторону, нажмите на кнопку. У вас должен образоваться электромагнитный толчок, намагничивающий отвертку, в момент вспышки.

Видео по теме

Обратите внимание!
Будьте осмотрительны при работе с всякими высоковольтными приборами.

Представьте, что у вас есть некое устройство, которое способно вывести из строя любую электронику на расстоянии. Согласитесь, похоже на сценарий какого-то фантастического фильма. Но это не фантастика, а вполне реальность. Такое устройство сможет сделать почти любой желающий своими руками, из деталей, которые свободно можно достать.

Описание устройства

Уничтожитель электроники – электромагнитная пушка, посылающая мощные направленные электромагнитные импульсы высокой амплитуды, способные вывести из строя микропроцессорную технику.

Принцип работы уничтожителя

Принцип работы отдаленно напоминает работу трансформатора Тесла и электрошокера. От элемента питания питается электронный высоковольтный повышающий преобразователь. Нагрузкой высоковольтного преобразователя является последовательная цепь из катушки и разрядника. Как только напряжение достигнет уровня пробивки разрядника, происходит разряд. Этот разряд дает возможность передать всю энергию высоковольтного импульса катушке из проволоки. Эта катушка преобразовывает высоковольтный импульс в электромагнитный импульс высокой амплитуды. Цикл повторяется несколько сот раз в секунду и зависит от частоты работы преобразователя.

Схема прибора

В роли разрядника будет использоваться один переключатель – его не нужно будет нажимать. А другой для коммутации.

Что нужно для сборки?

– Аккумуляторы 3,7 В –
– Корпус –
– Преобразователь высокого напряжения –
– Переключатели две штуки –
– Супер клей.
– Горячий клей.

Сборка

Берем корпус и сверлим отверстия под переключатели. Один с низу, другой с верху. Теперь делаем катушку. Наматываем по периметру корпуса. Витки фиксируем горячим клеем. Каждый виток отделен друг от друга. Катушка состоит из 5 витков. Собираем все по схеме, припаиваем элементы. Вставляем изоляционную прокладку между контактами высоковольтного выключателя, чтобы искра была внутри, а не снаружи. Закрепляем все детали внутри корпуса, закрываем крышку корпуса.

Требования безопасности

Будьте особо осторожны – очень высокое напряжение! Все манипуляции со схемой производите только после отключения источника питания.
Не используйте этот электромагнитный уничтожитель рядом с медицинским оборудование, или другим оборудованием, от которого может зависеть человеческая жизнь.

Результат работы магнитной пушки

Пушка лихо вышибает почти все чипы, конечно есть и исключения. Если у вас имеются ненужные электронные устройства можете проверить работу на них. Уничтожитель электроники имеет очень маленький размер и спокойно умещается в кармане.
Проверка на осциллографе. Держа щупы на расстоянии и не подключая, осциллограф просто зашкаливает.

Мощный электромагнитный импульс (ЭМИ) появляется вследствие всплеска энергии, которая излучается или проводится таким источником как солнце или взрывное устройство. Если в вашем арсенале выживальщика присутствуют электротехнические или электронные устройства, необходимо предусмотреть их защиту от ЭМИ, чтобы они смогли продолжать работать после начала боевых действий, природной или техногенной катастрофы.

Что такое электромагнитный импульс

Всякий раз, когда проходит через провода, он производит электрическое и магнитное поля, которые исходят перпендикулярно движению тока. Размер этих полей пропорционален силе тока. Длина провода напрямую влияет на силу тока индуцированного электромагнитного импульса. Кроме того, даже обычное включение питания производит короткий всплеск электрической и магнитной энергии.

При этом всплеск настолько мал, что едва заметен. Например, коммутационные действия в электрической схеме, двигателях и системах зажигания для газовых двигателей так же производят к небольшим ЭМИ импульсам, которые могут вызвать помехи на соседнем радио или телевидении. Для их поглощения используются фильтры, удаляющие незначительные всплески энергии и помехи от них.

Большой выброс энергии производится, когда некий заряд электричества быстро разряжается. Данный электростатический разряд (ESD) может шокировать человека или вызвать опасные искры вокруг паров топлива. Так же многие помнят, что в детстве мы бы протирали ноги об ковер, а затем касались друзей, создавая разряд ESD. Это тоже одна из форм ESD.

Чем сильнее энергия импульса, тем больше он может повредить здания и воздействовать людей. Например, молния является мощной формой ЭМИ. может быть очень опасным и стать причиной катастрофы. К счастью, большинство молнии замкнуто на землю, где электрический заряд поглощается. Громоотвод изобрел Бенджамин Франклин, благодаря чему сегодня сохраняются многие здания и сооружения.

Такие события, как ядерные взрывы, высотные неядерные взрывы и солнечные бури могут создать мощный ЭМИ, который наносит ущерб электрическому и электронному оборудованию, расположенному недалеко от источника события. Все это угрожает электросетям и функционированию большинства электрических и электронных устройств в нашей жизни.

Поражающие факторы электромагнитного импульса

Опасность ЭМИ заключается в том, что он поражает системы жизнеобеспечения и транспорта. Поэтому, например, при мощном воздействии электромагнитного импульса современная незащищенная автотехника выходит из строя. Особенно это касается автомобилей, произведенных после 1980 года. Поэтому в случае техногенной катастрофы, начала боевых действий или всплеска солнечной активности оптимально использовать автомашины старого образца.

Кроме того, электромагнитный импульс поражает:

Компьютеры.
Дисплеи.
Принтеры.
Маршрутизаторы.
Трансформаторы.
Генераторы.
Источники питания.
Стационарные телефоны.
Любые электронные схемы.
Телевизоры.
Радио, DVD плееры.
Игровые устройства.
Медиа центры
Усилители.
Системы связи (передатчики, приемники)
Кабели (передачи данных, телефонные, коаксиальные, USB и т.д.)
Провода (особенно большой длины).
Антенны (внешние и внутренние).
Электрические шнуры питания.
Системы зажигания (авто и самолетов).
Электрические схемы СВЧ.
Кондиционеры.
Аккумуляторы (все виды).
Фонарики.
Реле.
Системы сигнализации.
Контроллеры заряда.
Преобразователи.
Калькуляторы.
Электроинструменты.
Электронные запчасти.
Зарядные устройства.
Устройства контроля (CO2, детекторы дыма и т.д.).
Кардиостимуляторы.
Слуховые аппараты.
Устройства медицинского мониторинга и т.п.

Факторы, которые определяют урон от ЭМИ

Сила входящего электромагнитного импульса.
Расстояние до источника импульса.
Угол линии удара от источника к вашему положению на вращающейся Земле.
Размер и форма объектов, которые получают и собирают ЭМИ.
Степень изоляции приборов и устройств от вещей, которые могут собирать и передавать энергию ЭМИ.
Защита или экранирование приборов и устройств.

Как защититься от ЭМИ: первые действия

С большой долей вероятности небольшие системы не будут затронуты ЭМИ (англ. EMP), если они изолированы от сети питания. Поэтому при поступлении предупреждения о грядущем EMP отключите все подключенные к электрической розетке приборы и устройства. Не забудьте вентиляцию и термостаты. Отключите солнечные панели и весь дом от общей сети, откройте запорные переключатели между солнечными панелями и инвертором, и между преобразователем и распределительной панелью питания. При слаженных действиях это займет несколько минут.

Общая защита от электромагнитного излучения

Предлагаемые защитные действия:

Отключайте электронные устройства, когда они не используется.
Отключайте электроприборы, когда они не используются.
Не оставляйте компоненты, такие как принтеры и сканеры, в режиме ожидания.
Используйте короткие кабели для работы.
Установите защитную индукцию вокруг компонентов.
Используйте компоненты с автономными батареями.
Используйте рамочные антенны.
Подключите все провода заземления к одной общей точке заземления.
По возможности используйте небольшие устройства, которые менее чувствительны к ЭМИ.
Установите MOV (металл-оксид-варистор) переходные протекторы на портативные генераторы.
Используйте ИБП для защиты электроники от всплеска EMP.
Используйте блокирования устройства.
Используйте гибридную защиту (например, полосовой фильтр с последующим молниеотводом).
Держите чувствительные приборы и устройства подальше от длинных трасс кабеля или электропроводки, антенн, растяжек, металлических башен, гофрированного металла, стальных ограждений, железнодорожных путей.
Устанавливайте кабель под землей, в экранированных кабельных каналах.
Постройте одну или несколько клеток Фарадея.

Следует заранее продумать защитную систему. Например, резервный генератор, вероятно, не будет поврежден солнечной бурей, но ЭМИ может повредить чувствительные электронные контроллеры, так что экранирование является целесообразным. И наоборот, такой прибор, как источник бесперебойного питания (ИБП) может быть полезным сам по себе в качестве компонента защиты. Если EMP происходит, резкий рост может уничтожить ИБП, но это, скорее всего, защитит от разрушения подключенные устройства и компоненты.

Как построить клетку Фарадея

Клетку Фарадея можно смастерить в домашних условиях из металлических емкостей и контейнеров, таких как мусорный бак или ведро, шкаф, сейф, старая микроволновка. Подойдет любой объемный предмет, который имеет непрерывную поверхность без зазоров или больших отверстий. Необходимо наличие плотно облегающей крышки.

Установите непроводящий материал (картон, дерево, бумага, листы пены или пластика) на всех внутренних сторонах клетки Фарадея, чтобы сохранить содержимое от прикосновения металла. Кроме того, можно обернуть каждый элемент в пузырчатую пленку или пластик. Все приборы, которые находятся внутри, должны быть изолированы от всего остального и особенно от металлического контейнера.

Что поместить в клетку Фарадея

Поместите внутрь клетки весь электронный и электротехнический арсенал, который входит в НЗ, и те компоненты, которые закуплены «впрок». Так же там необходимо расположить все, что может быть чувствительно к ЭМИ, в случае получения предупредительного сигнала. В том числе:

Батарейки для радио.
Портативные рации.
Портативные телевизоры.
Светодиодные фонарики.
Солнечное зарядное устройство.
Компьютер (ноутбук или планшет).
Сотовые телефоны и смартфоны.
Различные лампочки.
Зарядные шнуры для мобильных телефонов, планшетов и т.п.

Как защитить важную информацию от ЭМИ

Имейте в виду, что электромагнитный импульс может нарушить инфраструктуру на длительное время, а в случае – навсегда. Поэтому стоит заранее подготовиться, и произвести резервное копирование важных файлов с помещением их на разных носителях в разные клетки Фарадея.

Вместо послесловия

Если предупреждение об ЭМИ небыло получено, но вы видите яркую вспышку с последующим отключением энергосистем, действуйте по своему усмотрению. Ведь нельзя знать заранее, насколько тяжелым и опасным будет электромагнитный импульс, дальность которого при некоторых видах взрывов достигает 1000 км. Но благодаря подготовке и предварительному планированию можно определить, насколько реально мы сможем выжить в мире после ЭМИ.

И будете в безопасности!

ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ | Энциклопедия Кругосвет

Содержание статьи

ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ, электромагнитные волны, возбуждаемые различными излучающими объектами, – заряженными частицами, атомами, молекулами, антеннами и пр. В зависимости от длины волны различают гамма-излучение, рентгеновское, ультрафиолетовое излучение, видимый свет, инфракрасное излучение, радиоволны и низкочастотные электромагнитные колебания.

Может показаться удивительным, что внешне столь разные физические явления имеют общую основу. В самом деле, что общего между кусочком радиоактивного вещества, рентгеновской трубкой, ртутной газоразрядной лампой, лампочкой фонарика, теплой печкой, радиовещательной станцией и генератором переменного тока, подключенным к линии электропередачи? Как, впрочем, и между фотопленкой, глазом, термопарой, телевизионной антенной и радиоприемником. Тем не менее, первый список состоит из источников, а второй – из приемников электромагнитного излучения. Воздействия разных видов излучения на организм человека тоже различны: гамма- и рентгеновское излучения пронизывают его, вызывая повреждение тканей, видимый свет вызывает зрительное ощущение в глазу, инфракрасное излучение, падая на тело человека, нагревает его, а радиоволны и электромагнитные колебания низких частот человеческим организмом и вовсе не ощущаются. Несмотря на эти явные различия, все названные виды излучений – в сущности разные стороны одного явления.

Взаимодействие между источником и приемником формально состоит в том, что при всяком изменении в источнике, например при его включении, наблюдается некое изменение в приемнике. Это изменение происходит не сразу, а спустя некоторое время, и количественно согласуется с представлением о том, что нечто перемещается от источника к приемнику с очень большой скоростью. Сложная математическая теория и огромное число разнообразных экспериментальных данных показывают, что электромагнитное взаимодействие между источником и приемником, разделенными вакуумом или разреженным газом, может быть представлено в виде волн, распространяющихся от источника к приемнику со скоростью света с.

Скорость распространения в свободном пространстве одинакова для всех типов электромагнитных волн от гамма-лучей до волн низкочастотного диапазона. Но число колебаний в единицу времени (т.е. частота f) меняется в очень широких пределах: от нескольких колебаний в секунду для электромагнитных волн низкочастотного диапазона до 10²⁰ колебаний в секунду в случае рентгеновского и гамма-излучений. Поскольку длина волны (т.е. расстояние между соседними горбами волны; рис. 1) дается выражением l = с/f, она тоже изменяется в широких пределах – от нескольких тысяч километров для низкочастотных колебаний до 10^–14 м для рентгеновского и гамма-излучений. Именно поэтому взаимодействие электромагнитных волн с веществом столь различно в разных частях их спектра. И все же все эти волны родственны между собой, как родственны водяная рябь, волны на поверхности пруда и штормовые океанские волны, тоже по-разному воздействующие на объекты, встречающиеся на их пути. Электромагнитные волны существенно отличаются от волн на воде и от звука тем, что их можно передать от источника к приемнику через вакуум или межзвездное пространство. Например, рентгеновские лучи, возникающие в вакуумной трубке, воздействуют на фотопленку, расположенную вдали от нее, тогда как звук колокольчика, находящегося под колпаком, услышать невозможно, если откачать воздух из-под колпака. Глаз воспринимает идущие от Солнца лучи видимого света, а расположенная на Земле антенна – радиосигналы удаленного на миллионы километров космического аппарата. Таким образом, никакой материальной среды, вроде воды или воздуха, для распространения электромагнитных волн не требуется.

Источники электромагнитного излучения.

Несмотря на физические различия, во всех источниках электромагнитного излучения, будь то радиоактивное вещество, лампа накаливания или телевизионный передатчик, это излучение возбуждается движущимися с ускорением электрическими зарядами. Различают два основных типа источников. В «микроскопических» источниках заряженные частицы скачками переходят с одного энергетического уровня на другой внутри атомов или молекул. Излучатели такого типа испускают гамма-, рентгеновское, ультрафиолетовое, видимое и инфракрасное, а в некоторых случаях и еще более длинноволновое излучение (примером последнего может служить линия в спектре водорода, соответствующая длине волны 21 см, играющая важную роль в радиоастрономии). Источники второго типа можно назвать макроскопическими. В них свободные электроны проводников совершают синхронные периодические колебания. Электрическая система может иметь самые разнообразные конфигурации и размеры. Системы такого типа генерируют излучение в диапазоне от миллиметровых до самых длинных волн (в линиях электропередачи).

Гамма-лучи испускаются самопроизвольно при распаде ядер атомов радиоактивных веществ, например радия. При этом происходят сложные процессы изменения структуры ядра, связанные с движением зарядов. Генерируемая частота f определяется разностью энергий E₁ и E₂ двух состояний ядра: f = (E₁ – E₂)/h, где h – постоянная Планка.
См. также ПЛАНКА ПОСТОЯННАЯ.

Рентгеновское излучение возникает при бомбардировке в вакууме поверхности металлического анода (антикатода) электронами, обладающими большими скоростями. Быстро замедляясь в материале анода, эти электроны испускают так называемое тормозное излучение, имеющее непрерывный спектр, а происходящая в результате электронной бомбардировки перестройка внутренней структуры атомов анода, в результате которой атомные электроны переходят в состояние с меньшей энергией, сопровождается испусканием так называемого характеристического излучения, частоты которого определяются материалом анода.

Такие же электронные переходы в атоме дают ультрафиолетовое и видимое световое излучение. Что же касается инфракрасного излучения, то оно обычно является результатом изменений, мало затрагивающих электронную структуру и связанных преимущественно с изменениями амплитуды колебаний и вращательного момента импульса молекулы.

В генераторах электрических колебаний имеется «колебательный контур» того или иного типа, в котором электроны совершают вынужденные колебания с частотой, зависящей от его конструкции и размеров. Наиболее высокие частоты, соответствующие миллиметровым и сантиметровым волнам, генерируются клистронами и магнетронами – электровакуумными приборами с металлическими объемными резонаторами, колебания в которых возбуждаются токами электронов. В генераторах более низких частот колебательный контур состоит из катушки индуктивности (индуктивность L) и конденсатора (емкость C) и возбуждается ламповой или транзисторной схемой. Собственная частота такого контура, которая при малом затухании близка к резонансной, дается выражением .

Переменные поля очень низких частот, используемые для передачи электрической энергии, создаются электромашинными генераторами тока, в которых роторы, несущие проволочные обмотки, вращаются между полюсами магнитов.

Теория Максвелла, эфир и электромагнитное взаимодействие.

Когда океанский лайнер в тихую погоду проходит на некотором расстоянии от рыбацкой лодки, то спустя какое-то время лодка начинает сильно раскачиваться на волнах. Причина этого всем понятна: от носа лайнера по поверхности воды бежит волна в виде последовательности горбов и впадин, которая и достигает рыбацкой лодки.

Когда при помощи специального генератора в установленной на искусственном спутнике Земли и направленной на Землю антенне возбуждаются колебания электрического заряда, в приемной антенне на Земле (также через некоторое время) возбуждается электрический ток. Как же передается взаимодействие от источника к приемнику, если между ними отсутствует материальная среда? И если сигнал, поступающий на приемник, можно представить в виде некоторой падающей волны, то что это за волна, которая способна распространяться в вакууме, и как могут возникать горбы и впадины там, где ничего нет?

Над этими вопросами в применении к видимому свету, распространяющемуся от Солнца к глазу наблюдателя, ученые задумывались уже давно. На протяжении большей части 19 в. такие физики, как О.Френель, И.Фраунгофер, Ф.Нейман, пытались найти ответ в том, что пространство на самом деле не пусто, а заполнено некой средой («светоносным эфиром»), наделенной свойствами упругого твердого тела. Хотя такая гипотеза и помогла объяснить некоторые явления в вакууме, она привела к непреодолимым трудностям в задаче о прохождении света через границу двух сред, например воздуха и стекла. Это побудило ирландского физика Дж.Мак-Куллага отбросить идею упругого эфира. В 1839 он предложил новую теорию, в которой постулировалось существование среды, по своим свойствам отличной от всех известных материалов. Такая среда не оказывает сопротивления сжатию и сдвигу, но сопротивляется вращению. Из-за этих странных свойств модель эфира Мак-Куллага вначале на вызвала особого интереса. Однако в 1847 Кельвин продемонстрировал наличие аналогии между электрическими явлениями и механической упругостью. Исходя из этого, а также из представлений М.Фарадея о силовых линиях электрического и магнитного полей, Дж.Максвелл предложил теорию электрических явлений, которая, по его словам, «отрицает действие на расстоянии и приписывает электрическое действие напряжениям и давлениям в некой всепроникающей среде, причем эти напряжения такие же, с какими имеют дело инженеры, а среда и есть именно та среда, в которой, как предполагают, распространяется свет». В 1864 Максвелл сформулировал систему уравнений, охватывающую все электромагнитные явления. Примечательно, что его теория во многом напоминала теорию, предложенную за четверть века до этого Мак-Куллагом. Уравнения Максвелла были столь всеохватывающими, что из них выводились законы Кулона, Ампера, электромагнитной индукции и следовал вывод о совпадении скорости распространения электромагнитных явлений со скоростью света.

После того как уравнениям Максвелла была придана более простая форма (заслуга в основном О.Хевисайда и Г.Герца), полевые уравнения стали ядром электромагнитной теории. Хотя эти уравнения сами по себе и не требовали максвелловской интерпретации на основе представлений о напряжениях и давлениях в эфире, такая интерпретация повсеместно была принята. Несомненный успех уравнений в предсказании и объяснении различных электромагнитных явлений был воспринят как подтверждение справедливости не только уравнений, но и механистической модели, на основе которой они были выведены и истолкованы, хотя эта модель была совершенно не существенна для математической теории. Фарадеевские силовые линии поля и трубки тока наряду с деформациями и смещениями стали существенными атрибутами эфира. Энергия рассматривалась как запасенная в напряженной среде, а ее поток Г.Пойнтинг в 1884 представил вектором, носящим теперь его имя. В 1887 Герц экспериментально продемонстрировал существование электромагнитных волн. В серии блестящих экспериментов он измерил скорость их распространения, а также показал, что они могут отражаться, преломляться и поляризоваться. В 1896 Г.Маркони получил патент на радиосвязь.

В континентальной Европе независимо от Максвелла развивалась теория дальнодействия – совершенно другой подход к проблеме электромагнитного взаимодействия. Максвелл писал по этому поводу: «Согласно теории электричества, которая делает большие успехи в Германии, две заряженные частицы непосредственно действуют друг на друга на расстоянии с силой, которая, по Веберу, зависит от их относительной скорости и действует, согласно теории, основанной на идеях Гаусса и развитой Риманом, Лоренцом и Нейманом, не мгновенно, а спустя некоторое время, зависящее от расстояния. По достоинству оценить мощь этой теории, которая столь выдающимся людям объясняет любой вид электрических явлений, можно, лишь изучив ее». Теорию, о которой говорил Максвелл, наиболее полно развил датский физик Л.Лоренц с помощью скалярного и векторного запаздывающих потенциалов, почти таких же, как и в современной теории. Максвелл отвергал идею запаздывающего действия на расстоянии, будь то потенциалы или силы. «Эти физические гипотезы совершенно чужды моим представлениям о природе вещей», – писал он. Тем не менее, теория Римана и Лоренца в математическом отношении была идентична его теории, и в конце концов он согласился, что в пользу теории дальнодействия свидетельствуют более убедительные доказательства. В своем Трактате об электричестве и магнетизме (Treatise on Electricity and Magnetism, 1873) он писал: «Не следует упускать из виду, что мы сделали всего лишь один шаг в теории действия среды. Мы высказали предположение, что она находится в состоянии напряжения, но совершенно не объяснили, что это за напряжение и как оно поддерживается».

В 1895 голландский физик Х.Лоренц объединил ранние ограниченные теории взаимодействия между неподвижными зарядами и токами, которые предвосхищали теорию запаздывающих потенциалов Л.Лоренца и были созданы в основном Вебером, с общей теорией Максвелла. Х.Лоренц рассматривал материю как содержащую электрические заряды, которые, различными способами взаимодействуя между собой, производят все известные электромагнитные явления. Вместо того чтобы принять концепцию запаздывающего действия на расстоянии, описываемого запаздывающими потенциалами Римана и Л.Лоренца, он исходил из предположения, что движение зарядов создает электромагнитное поле, способное распространяться сквозь эфир и переносить импульс и энергию от одной системы зарядов к другой. Но необходимо ли для распространения электромагнитного поля в виде электромагнитной волны существование такой среды, как эфир? Многочисленные эксперименты, призванные подтвердить существование эфира, в том числе и эксперимент по «увлечению эфира», дали отрицательный результат. Более того, гипотеза о существовании эфира оказалась в противоречии с теорией относительности и с положением о постоянстве скорости света. Вывод можно проиллюстрировать словами А.Эйнштейна: «Если эфиру не свойственно никакое конкретное состояние движения, то вряд ли имеет смысл вводить его как некую сущность особого рода наряду с пространством».

Излучение и распространение электромагнитных волн.

Движущиеся с ускорением электрические заряды и периодически изменяющиеся токи воздействуют друг на друга с некоторыми силами. Величина и направление этих сил зависят от таких факторов, как конфигурация и размеры области, содержащей заряды и токи, величина и относительное направление токов, электрические свойства данной среды и изменения в концентрации зарядов и распределении токов источника. Из-за сложности общей постановки задачи закон сил нельзя представить в виде одной формулы. Структура, именуемая электромагнитным полем, которую при желании можно рассматривать как чисто математический объект, определяется распределением токов и зарядов, создаваемым заданным источником с учетом граничных условий, определяемых формой области взаимодействия и свойствами материала. Когда речь идет о неограниченном пространстве, эти условия дополняются особым граничным условием – условием излучения. Последнее гарантирует «правильное» поведение поля на бесконечности.

Электромагнитное поле характеризуется вектором напряженности электрического поля E и вектором магнитной индукции B, каждый из которых в любой точке пространства имеет определенную величину и направление. На рис. 2 схематически изображена электромагнитная волна с векторами E и B, распространяющаяся в положительном направлении оси х. Электрическое и магнитное поля тесно взаимосвязаны: они представляют собой компоненты единого электромагнитного поля, поскольку переходят друг в друга при преобразованиях Лоренца. Говорят, что векторное поле линейно (плоско) поляризовано, если направление вектора остается всюду фиксированным, а его длина периодически изменяется. Если вектор вращается, но длина его не меняется, то говорят, что поле имеет круговую поляризацию; если же длина вектора периодически изменяется, а сам он вращается, то поле называется эллиптически поляризованным.

Соотношение между электромагнитным полем и колеблющимися токами и зарядами, поддерживающими это поле, можно проиллюстрировать на относительно простом, но очень наглядном примере антенны типа полуволнового симметричного вибратора (рис. 3). Если тонкую проволоку, длина которой составляет половину длины волны излучения, разрезать посередине и к разрезу подключить высокочастотный генератор, то приложенное переменное напряжение будет поддерживать примерно синусоидальное распределение тока в вибраторе. В момент времени t = 0, когда амплитуда тока достигает максимального значения, а вектор скорости положительных зарядов направлен вверх (отрицательных – вниз), в любой точке антенны заряд, приходящийся на единицу ее длины, равен нулю. По прошествии первой четверти периода (t = T/4) положительные заряды будут сосредоточены на верхней половине антенны, а отрицательные – на нижней. При этом ток равен нулю (рис. 3,б). В момент t = T/2 заряд, приходящийся на единицу длины, равен нулю, а вектор скорости положительных зарядов направлен вниз (рис. 3,в). Затем к концу третьей четверти заряды перераспределяются (рис. 3,г), а по ее завершении заканчивается полный период колебаний (t = T) и все снова выглядит так, как на рис. 3,а.

Чтобы сигнал (например, меняющийся во времени ток, приводящий в действие громкоговоритель радиоприемника) можно было передать на расстояние, излучение передатчика нужно промодулировать путем, например, изменения амплитуды тока в передающей антенне в соответствии с сигналом, что повлечет за собой модуляцию амплитуды колебаний электромагнитного поля (рис. 4).

Передающая антенна является той частью передатчика, где электрические заряды и токи совершают колебания, излучая в окружающее пространство электромагнитное поле. Антенна может иметь самые разнообразные конфигурации, в зависимости от того, какую форму электромагнитного поля необходимо получить. Она может быть одиночным симметричным вибратором или же системой симметричных вибраторов, расположенных на определенном расстоянии друг от друга и обеспечивающих необходимое соотношение между амплитудами и фазами токов. Антенна может представлять собой симметричный вибратор, расположенный перед сравнительно большой плоской или изогнутой металлической поверхностью, играющей роль отражателя. В диапазоне сантиметровых и миллиметровых волн особенно эффективна антенна в форме рупора, соединенного с металлической трубой-волноводом, который играет роль линии передачи. Токи в короткой антенне на входе волновода индуцируют переменные токи на его внутренней поверхности. Эти токи и связанное с ними электромагнитное поле распространяются по волноводу к рупору.
См. также АНТЕННА.

Меняя конструкцию антенны и ее геометрию, можно добиться такого соотношения амплитуд и фаз колебаний токов в различных ее частях, чтобы излучение усиливалось в одних направлениях и ослаблялось в других (антенны направленного действия).

На больших расстояниях от антенны любого типа электромагнитное поле имеет довольно простой вид: в любой данной точке векторы напряженности электрического поля Е и индукции магнитного поля В колеблются в фазе во взаимно перпендикулярных плоскостях, убывая обратно пропорционально расстоянию от источника. При этом волновой фронт имеет форму увеличивающейся в размерах сферы, а вектор потока энергии (вектор Пойнтинга) направлен вовне по ее радиусам. Интеграл от вектора Пойнтинга по всей сфере дает полную, усредненную по времени, излучаемую энергию. При этом волны, распространяющиеся в радиальном направлении со скоростью света, переносят от источника не только колебания векторов E и B, но также импульс поля и его энергию.

Прием электромагнитных волн и явление рассеяния.

Если в зоне электромагнитного поля, распространяющегося от удаленного источника, поместить проводящий цилиндр, то индуцированные в нем токи будут пропорциональны напряженности электромагнитного поля и, кроме того, будут зависеть от ориентации цилиндра относительно фронта падающей волны и от направления вектора напряженности электрического поля. Если цилиндр имеет вид проволоки, диаметр которой мал по сравнению с длиной волны, то индуцированный ток будет максимальным, когда проволока параллельна вектору Е падающей волны. Если проволоку разрезать посередине и к образовавшимся выводам присоединить нагрузку, то к ней будет подводиться энергия, как это и имеет место в случае радиоприемника. Токи в этой проволоке ведут себя так же, как и переменные токи в передающей антенне, а потому она тоже излучает поле в окружающее пространство (т.е. происходит рассеяние падающей волны).

Отражение и преломление электромагнитных волн.

Передающую антенну обычно устанавливают высоко над поверхностью земли. Если антенна находится в сухой песчаной или скалистой местности, то грунт ведет себя как изолятор (диэлектрик), и токи, индуцируемые в нем антенной, связаны с внутриатомными колебаниями, поскольку здесь нет свободных носителей заряда, как в проводниках и ионизованных газах. Эти микроскопические колебания создают над поверхностью земли поле отраженной от земной поверхности электромагнитной волны и, кроме того, изменяют направление распространения волны, входящей в грунт. Эта волна движется с меньшей скоростью и под меньшим углом к нормали, чем падающая. Такое явление называется преломлением. Если же волна падает на участок поверхности земли, имеющий, наряду с диэлектрическими, также и проводящие свойства, то общая картина для преломленной волны выглядит намного сложнее. Как и прежде, волна меняет направление движения у границы раздела, но теперь поле в грунте распространяется таким образом, что поверхности равных фаз уже не совпадают с поверхностями равных амплитуд, как это обычно имеет место в случае плоской волны. Кроме того, быстро затухает амплитуда волновых колебаний, поскольку электроны проводимости при столкновениях отдают свою энергию атомам. В результате энергия волновых колебаний переходит в энергию хаотического теплового движения и рассеивается. Поэтому там, где грунт проводит электричество, волны не могут проникнуть в него на большую глубину. То же самое относится и к морской воде, чем затрудняется радиосвязь с подводными лодками.

В верхних слоях земной атмосферы располагается слой ионизованного газа, который называется ионосферой. Он состоит из свободных электронов и положительно заряженных ионов. Под действием посылаемых с земли электромагнитных волн заряженные частицы ионосферы начинают колебаться и излучать собственное электромагнитное поле. Заряженные ионосферные частицы взаимодействуют с посланной волной примерно так же, как и частицы диэлектрика в рассмотренном выше случае. Однако электроны ионосферы не связаны с атомами, как в диэлектрике. Они реагируют на электрическое поле посланной волны не мгновенно, а с некоторым сдвигом по фазе. В результате волна в ионосфере распространяется не под меньшим, как в диэлектрике, а под бóльшим углом к нормали, чем посланная с земли падающая волна, причем фазовая скорость волны в ионосфере оказывается больше скорости света c. Когда волна падает под некоторым критическим углом, угол между преломленным лучом и нормалью становится близок к прямому, а при дальнейшем увеличении угла падения излучение отражается в сторону Земли. Очевидно, что в этом случае электроны ионосферы создают поле, которым компенсируется поле преломленной волны в вертикальном направлении, а ионосфера действует как зеркало.

Энергия и импульс излучения.

В современной физике выбор между теорией электромагнитного поля Максвелла и теорией запаздывающего дальнодействия делается в пользу теории Максвелла. До тех пор, пока нас интересует только взаимодействие источника и приемника, обе теории одинаково хороши. Однако теория дальнодействия не дает никакого ответа на вопрос, где находится энергия, которую уже излучил источник, но еще не принял приемник. Согласно теории Максвелла, источник передает энергию электромагнитной волне, в которой она и находится, пока не будет передана поглотившему волну приемнику. При этом на каждом этапе соблюдается закон сохранения энергии.

Таким образом, электромагнитные волны обладают энергией (а также импульсом), что заставляет считать их столь же реальными, как, например, атомы. Электроны и протоны, находящиеся на Солнце, передают энергию электромагнитному излучению, в основном в инфракрасной, видимой и ультрафиолетовой областях спектра; примерно через 500 с, достигнув Земли, оно эту энергию отдает: повышается температура, в зеленых листьях растений происходит фотосинтез, и т.д. В 1901 П.Н.Лебедев экспериментально измерил давление света, подтвердив, что свет имеет не только энергию, но и импульс (причем соотношение между ними согласуется с теорией Максвелла).

Фотоны и квантовая теория.

На рубеже 19 и 20 вв., когда казалось, что исчерпывающая теория электромагнитного излучения, наконец, построена, природа преподнесла очередной сюрприз: оказалось, что помимо волновых свойств, описываемых теорией Максвелла, излучение проявляет также свойства частиц, причем тем сильнее, чем короче длина волны. Особенно ярко эти свойства проявляются в явлении фотоэффекта (выбивания электронов из поверхности металла под действием света), открытого в 1887 Г.Герцем. Оказалось, что энергия каждого выбитого электрона зависит от частоты n падающего света, но не от его интенсивности. Это свидетельствует о том, что энергия, связанная со световой волной, передается дискретными порциями – квантами. Если увеличивать интенсивность падающего света, то растет число выбитых в единицу времени электронов, но не энергия каждого из них. Иными словами, излучение передает энергию определенными минимальными порциями – как бы частицами света, которые были названы фотонами. Фотон не имеет ни массы покоя, ни заряда, но обладает спином, а также импульсом, равным hn/c, и энергией, равной hn; он перемещается в свободном пространстве с постоянной скоростью c.

Каким же образом электромагнитное излучение может иметь все свойства волн, проявляющиеся в интерференции и дифракции, но вести себя как поток частиц в случае фотоэффекта? В настоящее время наиболее удовлетворительное объяснение этой двойственности можно найти в сложном формализме квантовой электродинамики. Но и эта изощренная теория имеет свои трудности, а ее математическая непротиворечивость вызывает сомнения.
См. также МОМЕНТЫ АТОМОВ И ЯДЕР; ЧАСТИЦЫ ЭЛЕМЕНТАРНЫЕ; ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ЭФФЕКТ; КВАНТОВАЯ МЕХАНИКА; ВЕКТОР.

К счастью, в макроскопических задачах излучения и приема миллиметровых и более длинных электромагнитных волн квантовомеханические эффекты обычно не имеют существенного значения. Число фотонов, излучаемых, например, симметричной вибраторной антенной, столь велико, а энергия, переносимая каждым из них, столь мала, что можно забыть о дискретных квантах и считать, что испускание излучения – непрерывный процесс.

Пентагон вооружается микроволновыми пушками — Гуманитарный портал

Пентагон принял на вооружение новое устройство Active Denial System (в вольном переводе — система подавления активности). Это первое в своём роде оружие не смертельного действия, использующее направленное электромагнитное излучение. Оно рассчитано на поражение живой силы противника, и предназначено, прежде всего, для «усмирения» мятежников или прекращения массовых беспорядков. «Гуманную» технологию также планируют использовать для защиты оборонных ресурсов, проведения особых операций, так называемых гуманитарных миссий и других ситуаций, при которых применение силы со смертельным исходом является нежелательным. Презентация технологии Active Denial System представлена в приложении (формат PDF, язык английский).

Первые упоминания о системе ADS появились в американской прессе ещё в 2001 году, однако до настоящего времени все детали разработки были засекречены. Пентагон обнародовал некоторые подробности лишь после того, как ADS прошла все необходимые испытания. Предварительные полевые испытания системы, которые проходили при участии группы добровольцев, закончились совсем недавно — на разработку технологии ушло больше 11 лет и около $ 51 млн. Военные высказали своё удовлетворительное мнение и уже в ближайшее время первые образцы отправятся на помощь американскому контингенту в Ираке. Система Active Denial System может быть установлена на шасси лёгкого бронетранспортёра или тяжёлого джипа. Существуют также и другие модификации «лучевой пушки». В перспективе, оружием планируется оснащать танки, другие сухопутные транспортные средства, корабли и авиацию.

Active Denial System использует специальный передатчик-излучатель, «стреляя» достаточно мощным направленным пучком микроволнового излучения, что в известной степени роднит её с обычной микроволновой печкой. Следует отметить, что микроволновое излучение смертельно опасно для живых организмов из-за крайне высокой проникающей способности. В отличие от кухонных «младших братьев», в которых используется излучение с длиной волны в 12 см., боевая СВЧ-пушка «стреляет» 3-мм волнами частотой 96 ГГц. Они имеют гораздо меньшую проникающую способность, а значит, способны причинить гораздо меньше вреда — по заверениям военных, облучение боевой установкой вообще не приводит к серьёзным негативным последствиям для организма. Большая часть его энергии поглощается верхними слоями кожи, не проникая глубже, чем на 0,4 мм. и вызывая быстрый нагрев — но без поражающих последствий.

В основе СВЧ-излучателя Active Denial System лежит преобразование электрического тока в высокочастнотные волны с помощью гиротрона — мощной электронной лампы, ускоряющей электроны, движущиеся по кругу, а также мощного электромагнита, фокусирующего пучок электронов. Один из демонстрационных вариантов установки был смонтирован на платформе Humvee (на снимке ниже). Для питания установки штатный дизельный двигатель Humvee был отключен от трансмиссии и подключен к генератору мощностью 100 кВт (85 кВт в постоянном режиме), который и питает гиротрон. Хотя точная дальность действия этого оружия засекречена, по данным некоторых экспертов, она составляет около 700 метров, и луч не в состоянии проникать в ряд материалов, например, в алюминий.

Передвижная установка Active Denial System

ADS опробовали на многочисленных добровольцах. По их описанию, действие установки вызывало ощущение нестерпимого жара (хотя лишь в незначительном числе случаев регистрировались лёгкие ожоги, не представляющие никакой угрозы для здоровья). Но гораздо важнее другой эффект — непреодолимый страх и желание как можно скорее скрыться из зоны действия «лучевой пушки». Этот компонент поражающего действия получил название ‘Goodbye effect’ («Прощай-эффект») — за его способность обращать вражеские силы в бегство. Никто из тех, кто подвергся действию ADS, не смог оставаться на месте более 5 секунд, а шоковое состояние наступало уже через 3 секунды.

«Эта штука пронимает до костей», — прокомментировал действие установки один из испытуемых. — «Попав под луч, вы скоро начнёте улепетывать со всех ног и помимо своей воли. Вам точно не захочется подобное это ещё раз». «Так горячо, будто вы охвачены пламенем». «Естественно, хочется поскорее унять боль, и вы скрываетесь подальше». Следует отметить, что в роли волонтёров выступали кадровые военные, то есть люди достаточно закалённые и прошедшие определённую подготовку.

Это подтверждают и журналисты, которые предложили себя в качестве добровольных мишеней в ходе первой публичной демонстрации Active Denial System на авиабазе в американском штате Джорджия. Они сравнили ощущение со «взрывом очень горячей печи» — оно было непереносимо и заставляло людей искать укрытия. Полковник американской морской пехоты, проводивший презентацию, подчеркнул, что ADS — это «альтернатива положению вещей, при котором от крика приходится переходить непосредственно к стрельбе, и способна сохранять человеческие жизни».

По итогам испытаний СВЧ-пушка была признана эффективным и вполне безопасным оружием, хотя некоторые скептики указывают на недостаточную изученность долговременных последствий подобного облучения. Успешная презентация новой технологии возродила угаснувший было интерес к системам электронного воздействия и «контроля над разумом и поведением» — от печально известного LSD-проекта MK-ULTRA, до легендарных проектов типа Pandora и прочих «психотронных» разработок. Полковник Дэвид Карчер, руководитель дирекции Пентагона по несмертельным видам оружия, и другие представители военной администрации, делают всё возможное для успокоения общественности и тех, кто полагает, что это оружие может использоваться на мирных жителях или в качестве орудия пыток, не оставляющего следов. Учитывая историю подобных исследований в США, разумно предположить, что новый луч «Святой Грааль», как прозвали его некоторые участники проекта, вполне может быть использован не только на поле боя или для охраны военных объектов, но и там, где недовольное гражданское население вздумает немного помитинговать.

Направленный и монохроматический тепловой излучатель из эпсилон-близких к нулю состояний в полупроводниковых гиперболических метаматериалах

Стюарт Б. Инфракрасная спектроскопия: основы и приложения. (Джон Вили, 2004).

Джейн, Х. и Ральф, П. Т. Оптическое газовое зондирование: обзор. Наука и технология измерений 24, 012004, DOI: 10.1088 / 0957-0233 / 24/1/012004 (2013).

Артикул CAS Google Scholar

Каросена, М.И Джованни, М. С. Последние достижения в использовании инфракрасной термографии. Наука и технология измерений 15, R27, DOI: 10.1088 / 0957-0233 / 15/9 / R01 (2004).

Артикул CAS Google Scholar

Costantini, D. et al. Плазмонная метаповерхность для направленного и частотно-селективного теплового излучения. Physical Review Applied 4, 014023, DOI: 10.1103 / PhysRevApplied.4.014023 (2015).

Артикул ОБЪЯВЛЕНИЯ CAS Google Scholar

Бруколи, Г.и другие. Высокоэффективный квазимонохроматический инфракрасный излучатель. Письма по прикладной физике 104, 081101, DOI: 10.1063 / 1.4866342 (2014).

Артикул ОБЪЯВЛЕНИЯ CAS Google Scholar

Greffet, J.-J. и другие. Когерентное излучение света тепловыми источниками. Nature 416, 61–64, DOI: 10.1038 / 416061a (2002).

Артикул ОБЪЯВЛЕНИЯ CAS PubMed Google Scholar

Дахан, Н.и другие. Повышенная когерентность теплового излучения: помимо ограничений, накладываемых делокализованными поверхностными волнами. Physical Review B 76, 045427, DOI: 10.1103 / PhysRevB.76.045427 (2007).

Артикул ОБЪЯВЛЕНИЯ CAS Google Scholar

Целанович И., Перро Д. и Кассакян Дж. Усиленное тепловое излучение с резонансным резонатором. Physical Review B 72, 075127, DOI: 10.1103 / PhysRevB.72.075127 (2005).

Артикул ОБЪЯВЛЕНИЯ CAS Google Scholar

Хан, С.Э. и Норрис, Д. Дж. Тепловое излучение горячих металлических бычьих глаз. Опт. Express 18, 4829–4837, DOI: 10.1364 / OE.18.004829 (2010).

Артикул ОБЪЯВЛЕНИЯ CAS PubMed Google Scholar

Arnold, C. et al. Когерентное тепловое инфракрасное излучение двумерными решетками из карбида кремния. Physical Review B 86, 035316, DOI: 10.1103 / PhysRevB.86.035316 (2012).

Артикул ОБЪЯВЛЕНИЯ CAS Google Scholar

Drevillon, J.И Бен-Абдалла П. Разработка первых когерентных источников тепла. Журнал прикладной физики 102, 114305, DOI: 10.1063 / 1.2816244 (2007).

Артикул ОБЪЯВЛЕНИЯ CAS Google Scholar

Ли, Б. Дж., Ван, Л. П. и Чжан, З. М. Когерентное тепловое излучение путем возбуждения магнитных поляритонов между периодическими полосами и металлической пленкой. Опт. Express 16, 11328–11336, DOI: 10.1364 / OE.16.011328 (2008).

Артикул ОБЪЯВЛЕНИЯ CAS PubMed Google Scholar

Лю, X.и другие. Укрощение черного тела с помощью инфракрасных метаматериалов в качестве селективных тепловых излучателей. Physical Review Letters 107, 045901, DOI: 10.1103 / PhysRevLett.107.045901 (2011).

Артикул ОБЪЯВЛЕНИЯ CAS PubMed Google Scholar

Bouchon, P., Koechlin, C., Pardo, F., Haïdar, R. & Pelouard, J.-L. Широкополосный всенаправленный поглотитель инфракрасного излучения с мозаикой плазмонных наноантенн. Опт. Lett. 37, 1038–1040, DOI: 10.1364 / OL.37.001038 (2012).

Артикул ОБЪЯВЛЕНИЯ CAS PubMed Google Scholar

Чан, Д. Л., Солячич, М., Джоаннопулос, Дж. Д. Термическое излучение и дизайн в 2D-периодических металлических пластинах фотонных кристаллов. Опт. Express 14, 8785–8796, DOI: 10.1364 / OE.14.008785 (2006).

Артикул ОБЪЯВЛЕНИЯ PubMed Google Scholar

Мейсон, Дж. А., Смит, С. и Вассерман, Д.Сильное поглощение и избирательное тепловое излучение из метаматериала среднего инфракрасного диапазона. Письма по прикладной физике 98, 241105, DOI: 10.1063 / 1.3600779 (2011).

Артикул ОБЪЯВЛЕНИЯ CAS Google Scholar

Vassant, S. et al. Электрическая модуляция излучательной способности. Письма по прикладной физике 102, 081125, DOI: 10.1063 / 1.4793650 (2013).

Артикул ОБЪЯВЛЕНИЯ CAS Google Scholar

Де Зойса, М.и другие. Преобразование широкополосного в узкополосное тепловое излучение за счет рециркуляции энергии. Nat Photon 6, 535–539, DOI: 10.1038 / nphoton.2012.146 (2012).

Артикул ОБЪЯВЛЕНИЯ CAS Google Scholar

Vassant, S., Hugonin, J.-P., Marquier, F. & Greffet, J.-J. Режим Берремана и эпсилон, близкий к нулю. Опт. Экспресс 20, 23971–23977, DOI: 10.1364 / OE.20.023971 (2012).

Артикул ОБЪЯВЛЕНИЯ PubMed Google Scholar

Вассан, С.и другие. Режим Epsilon-Near-Zero для активных оптоэлектронных устройств. Physical Review Letters 109, 237401, DOI: 10.1103 / PhysRevLett.109.237401 (2012).

Артикул ОБЪЯВЛЕНИЯ CAS PubMed Google Scholar

Кампионе С., Бренер И. и Маркье Ф. Теория эпсилон-околонулевых мод в ультратонких пленках. Physical Review B 91, 121408, DOI: 10.1103 / PhysRevB.91.121408 (2015).

Артикул ОБЪЯВЛЕНИЯ CAS Google Scholar

Июн, Ю.К., Лук, Т. С., Роберт Эллис, А., Клем, Дж. Ф. и Бренер, И. Перестраиваемое по допированию тепловое излучение плазмон-поляритонов в полупроводниковых тонких пленках, близких к нулю. Письма по прикладной физике 105, 131109, DOI: 10.1063 / 1.4896573 (2014).

Артикул ОБЪЯВЛЕНИЯ CAS Google Scholar

Иноуэ Т., Зойса М. Д., Асано Т. и Нода С. Реализация динамического контроля теплового излучения. Nat Mater 13, 928–931, DOI: 10.1038 / nmat4043 (2014).

Артикул ОБЪЯВЛЕНИЯ CAS PubMed Google Scholar

Кампионе, С., Лук, Т. С., Лю, С., Синклер, М. Б. Оптические свойства полупроводниковых гиперболических метаматериалов с временным возбуждением. Опт. Матер. Экспресс 5, 2385–2394, DOI: 10.1364 / OME.5.002385 (2015).

Артикул ОБЪЯВЛЕНИЯ Google Scholar

Hoffman, A. J. et al. Отрицательное преломление в полупроводниковых метаматериалах.Nat Mater 6, 946–950, DOI: 10.1038 / nmat2033 (2007).

Артикул ОБЪЯВЛЕНИЯ CAS PubMed Google Scholar

Hoffman, A. J. et al. Полупроводниковые оптические метаматериалы среднего инфракрасного диапазона. Журнал прикладной физики 105, 122411, DOI: 10.1063 / 1.3124087 (2009).

Артикул ОБЪЯВЛЕНИЯ CAS Google Scholar

Шекхар П. и Джейкоб З. Сильная связь в гиперболических метаматериалах.Physical Review B 90, 045313, DOI: 10.1103 / PhysRevB.90.045313 (2014).

Артикул ОБЪЯВЛЕНИЯ CAS Google Scholar

Кампионе, С., Лук, Т.С., Лю, С. и Синклер, М. Б. Реализация высококачественных состояний со сверхбольшим импульсом и сверхбыстрых топологических переходов с использованием полупроводниковых гиперболических метаматериалов. J. Opt. Soc. Являюсь. B 32, 1809–1815, DOI: 10.1364 / JOSAB.32.001809 (2015).

Артикул ОБЪЯВЛЕНИЯ CAS Google Scholar

Ногинов, М.А., Мозафари А., Тумкур Т. У., Китур Дж. К., Нариманов Э. Э. Тепловое излучение пластинчатых металл-диэлектрических метаматериалов и металлических поверхностей. Опт. Матер. Экспресс 5, 1511–1525, DOI: 10.1364 / OME.5.001511 (2015).

Артикул ОБЪЯВЛЕНИЯ CAS Google Scholar

Greffet, J.-J. И Ньето-Весперинас, М. Теория поля для обобщенной двунаправленной отражательной способности: вывод принципа взаимности Гельмгольца и закона Кирхгофа.J. Opt. Soc. Являюсь. A 15, 2735–2744, DOI: 10.1364 / JOSAA.15.002735 (1998).

Артикул ОБЪЯВЛЕНИЯ MathSciNet Google Scholar

Delteil, A. et al. Зарядовая когерентность межподзонных плазмонов в квантовой структуре. Physical Review Letters 109, 246808, DOI: 10.1103 / PhysRevLett.109.246808 (2012).

Артикул ОБЪЯВЛЕНИЯ CAS PubMed Google Scholar

Аскенази, Б.и другие. Сверхпрочная связь между светом и веществом для дизайнерской ленты Reststrahlen. Новый журнал физики 16, 043029, DOI: 10.1088 / 1367-2630 / 16/4/043029 (2014).

Артикул ОБЪЯВЛЕНИЯ CAS Google Scholar

Позар Д. М. Микроволновая техника. 4-е изд. (John Wiley and Sons, 2011).

Агранович В.М. Диэлектрическая проницаемость и влияние внешних полей на оптические свойства сверхрешеток. Твердотельные коммуникации 78, 747–750, DOI: 10.1016 / 0038-1098 (91) -q (1991).

Артикул ОБЪЯВЛЕНИЯ CAS Google Scholar

Newman, W. D. et al. Моды Феррелла – Берремана в плазмонных эпсилонных средах, близких к нулю. ACS Photonics 2, 2–7, DOI: 10.1021 / ph5003297 (2015).

Артикул CAS Google Scholar

Лук, Т. С., Маклеллан, Т., Субрамания, Г., Верли, Дж. К. и Эль-Кэди, Э. Измерения излучательной способности трехмерных фотонных кристаллов при высоких температурах.Фотоника и наноструктуры – основы и приложения 6, 81–86, DOI: 10.1016 / j.photonics.2007.10.002 (2008).

Артикул ОБЪЯВЛЕНИЯ Google Scholar

Campione, S., de Ceglia, D., Vincenti, M.A., Scalora, M. & Capolino, F. Усиление электрического поля в-близких к нулю пластинах при наклонном падении с TM-поляризацией. Physical Review B 87, 035120, DOI: 10.1103 / PhysRevB.87.035120 (2013).

Артикул ОБЪЯВЛЕНИЯ CAS Google Scholar

Радарные системы

Радарные системы Введение в Военно-морская техника
Базовые радиолокационные системы
Принцип действия
Радар – это аббревиатура для радиообнаружения и определения дальности.Термин «радио»
относится к использованию электромагнитных волн с длинами волн в так называемое радио
волновая часть спектра, охватывающая широкий диапазон от 10 ⁴ км до 1 см. Радар
системы обычно используют длины волн порядка 10 см, соответствующие на частоты
около 3 ГГц. Обнаружение и ранжирование части аббревиатуры выполняется по
синхронизация задержки между передачей импульса радиоэнергии и его последующие
возвращаться.Если время задержки Dt, тогда диапазон можно определить по простой формуле
:
R = cDt / 2
, где c = 3 x 10 ⁸ м / с, скорость света при которой все электромагнитные волны распространяются.
Коэффициент два в формуле исходит из наблюдения, что радиолокационный импульс должен
добраться до цели и вернуться до обнаружения, или вдвое увеличить дальность.
Последовательность импульсов радара вид амплитудной модуляции частоты радара
несущая волна, подобно тому, как несущие волны модулируются при коммуникации системы.
В этом случае информационный сигнал довольно простой: одиночный импульс повторяется на
регулярные промежутки. Общая модуляция несущей радара, известная как последовательность импульсов
показано ниже. Общие параметры радара, как определено как показано на рисунке 1.
Фигура 2.
PW = ширина импульса. PW имеет единицы времени и обычно выражается в мс.PW – продолжительность пульса. RT = время отдыха. RT – интервал между импульсами. Измеряется в мс. PRT = импульс время повторения. PRT имеет единицы времени и обычно выражается в мс. PRT – это интервал между началом одного импульса и начало другого. PRT также равен сумме, PRT = PW + RT. PRF = частота повторения импульсов. PRF имеет единицы времени ^-1 и обычно выражается в Гц (1 Гц = 1 / с) или в импульсах на второй (ппс).PRF – это количество импульсов, передаваемых в секунду. и равен обратному PRT. RF = радиочастота. РФ имеет единиц времени ^-1 или Гц и обычно выражается в ГГц или МГц. RF – частота несущей волны, которая модулированы для формирования последовательности импульсов.
Механизация
Практическая радиолокационная система требует семи основных компонентов, как показано на рисунке. ниже:
Рисунок 3
Передатчик .Передатчик создает радиоволны для быть посланным и модулирует его, чтобы сформировать последовательность импульсов. Передатчик также должен усиливать сигнал до высокого уровня мощности, чтобы обеспечить адекватный диапазон. Источником несущей волны может быть клистрона, лампы бегущей волны (ЛБВ) или магнетрона. Каждый имеет свои особенности и ограничения.
2. Приемник . Приемник чувствителен к диапазон передаваемых частот и обеспечивает усиление возвращенного сигнала.Чтобы обеспечить максимальную диапазона, приемник должен быть очень чувствительным, не вводя чрезмерного шум. Возможность отличить принятый сигнал от фона шум зависит от отношения сигнал / шум (S / N).
Фоновый шум определяется средним значением, называемым шумовой эквивалентной мощностью (НЭП). Это напрямую приравнивает шум к обнаруженному уровню мощности. так что его можно сравнить с возвратом.Используя эти определения, критерий успешного обнаружения цели
П _r> (S / N) НЭП,
где P _r – мощность обратного сигнала. Поскольку это является важной величиной для определения характеристик радиолокационной системы, ему присвоено уникальное обозначение, S _min, и он называется Минимальный сигнал для обнаружения .
S _мин = (S / N) NEP
Поскольку S _min, выраженное в ваттах, обычно является малым число, оказалось полезным определить эквивалент в децибелах, MDS, что означает Минимальный различимый сигнал .
MDS = 10 Log (S _мин/1 мВт)
При использовании децибел количество в скобках логарифма должно быть числом без единиц. Я определение МДС, это число является фракцией S _мин/1 мВт. Напоминаем, что мы используем специальное обозначение дБм для единиц измерения MDS, где «m» означает 1 мВт. Это сокращение для децибел относительно 1 мВт, что иногда записывается как дБ // 1 мВт.
В ресивере, С / Н устанавливает порог обнаружения, который определяет, что будет отображаться и чего не будет. Теоретически, если S / N = 1, то возвращается только с мощностью, равной или большей, чем фон будет отображаться шум. Однако шум является статистическим процесс и меняется случайным образом. НЭП просто средний значение шума. Бывают моменты, когда шум превышает порог, устанавливаемый приемником.Поскольку это будет отображаться и отображаться как законная цель, это называется ложной тревогой . Если SNR установлен слишком высоким, то будет несколько ложных срабатываний, но некоторые фактические цели могут не будет отображаться как промах). Если SNR установлен слишком низким, тогда будет много ложных срабатываний или высокий уровень ложных срабатываний скорость (FAR).
Некоторые приемники контролируют фон и постоянно корректировать SNR для поддержания постоянная частота ложных тревог, поэтому все они называются приемниками CFAR.
Какой-то общий приемник функции:
1.) Импульсная интеграция. Приемник принимает средняя обратная сила по многим импульсам. Случайные события подобный шум не возникает в каждом импульсе, и поэтому при усреднении будет иметь меньший эффект по сравнению с фактическими целями, которые будет в каждом пульсе.
2.) Контроль времени чувствительности (STC). Эта функция снижает влияние возвратов из состояния моря.Это уменьшает минимальный SNR приемника на короткое время сразу после передачи каждого импульса. Эффект настройки STC состоит в том, чтобы уменьшить беспорядок на дисплее непосредственно в регионе. вокруг передатчика. Чем больше значение STC, тем больше расстояние от передатчика, в котором беспорядок будет удален. Однако чрезмерное значение STC отключится. потенциал возвращается близко к передатчику.
3.) Быстрая постоянная времени (FTC). Эта функция разработана для уменьшения эффекта длительной отдачи от дождь. Эта обработка требует, чтобы сила отдачи сигнал должен быстро меняться с течением времени. С дождя возникает на и расширенной области, это даст долгий, устойчивый возвращаться. Обработка FTC будет
отфильтровать эти возвраты из дисплея. Только импульсы, которые будут отображаться быстро подниматься и опускаться.В техническом В терминах FTC является дифференциатором , что означает, что он определяет скорость изменения сигнала, который затем используется для различения импульсов которые не меняются быстро.
3. Блок питания . Блок питания обеспечивает электрическая мощность для всех компонентов. Самый большой Потребитель энергии – передатчик, которому может потребоваться несколько кВт средней мощности. Фактическая мощность, передаваемая в импульс может быть намного больше 1 кВт.Блок питания только должен быть в состоянии обеспечить среднее количество энергии потребляется, а не на высоком уровне мощности во время фактического
импульсная передача. Энергия может храниться в конденсаторе банк, например, во время отдыха. Сохраненный энергия затем может быть помещена в импульс при передаче, увеличивая пиковая мощность. Пиковая мощность и средняя мощность равны связаны величиной, называемой рабочим циклом, DC. Рабочий цикл – доля каждого цикла передачи, которую радар действительно передает.Что касается последовательности импульсов На Рисунке 2 можно увидеть рабочий цикл:
DC = PW / PRF
Синхронизатор . Синхронизатор координирует время для определения диапазона.
Он регулирует скорость отправки импульсов (т. Е. Устанавливает частоту повторения импульсов). и сбрасывает время
часы для определения диапазона для каждого импульса. Сигналы от синхронизатор отправлены
одновременно с передатчиком, который посылает новый импульс, и на дисплей,
который сбрасывает обратную развертку.
Дуплексер . Это переключатель, который попеременно подключает передатчик или приемник к антенне. Его цель – защитить приемник от выхода высокой мощности передатчика. В течение передача исходящего импульса, дуплексер будет выровнен к передатчику на длительность импульса, ПВт. После был отправлен, дуплексер настроит антенну на получатель.Когда будет отправлен следующий импульс, дуплексер сместится обратно к передатчику. Дуплексер не требуется, если передаваемый мощность низкая.
Антенна . Антенна принимает радарный импульс от передатчика. и поднимает его в воздух. Кроме того, антенна должна фокусироваться энергия в четко определенный луч, который увеличивает мощность и позволяет определять направление цели. В антенна должна отслеживать свою ориентацию, что может быть выполнено синхронизатором.Также существуют антенные системы, которые не двигаются физически, а управляются электроникой (в этих случаях ориентация луча радара уже известна a априори ).

Ширина луча антенны – это мера угловой протяженности
– самая мощная порция излучаемой энергии. За наши цели основная часть,
называется главным лепестком, все углы от перпендикуляра где мощность
не менее ½ пиковой мощности или, в децибелах, -3 дБ.Ширина луча
диапазон углов в главном лепестке, определенный таким образом. Как правило это разрешено в
интересующая плоскость, например горизонтальная или вертикальная плоскость. Антенна будет
имеют отдельные ширину луча по горизонтали и вертикали. За антенна радара,
ширину луча можно предсказать по размеру антенны в самолете
проценты от
д = л / л
где:
q – ширина луча в радианах,
l – длина волны радара, а
L – размер антенны, в направление интереса (т.е. ширина или высота).
В обсуждении антенн связи, было заявлено, что ширина луча
для антенны может быть найдена с помощью q = 2л / л. Так кажется что антенны радара
имеют половину ширины луча в качестве средств связи антенны. Разница
заключается в том, что антенны радара используются как для передачи, так и для приема сигнал. Модель
эффекты интерференции с каждого направления объединяются, что имеет эффект уменьшения
ширина луча.Поэтому при описании двусторонних систем (как и радар) это
подходит для уменьшения ширины луча в ½ дюйма ширина балки
формула аппроксимации.
направленный усиление антенны – это мера того, насколько хорошо луч
сфокусирован во всех ракурсах. Если бы мы были ограничены одним самолет направленный
усиление будет просто отношением 2p / q. Поскольку такая же мощность распределяется в меньшем диапазоне углов
, направленное усиление представляет собой сумма, на которую мощность
в пучке увеличивается. В обоих углах, затем по направлению прирост будет равен:
G _dir = 4p / q f
поскольку есть 4p стерадианы, соответствующие во всех направлениях (телесный угол, измеренный
в стерадианах, определяется как площадь фронта луча делится на диапазон
в квадрате, поэтому ненаправленный луч будет покрывать площадь из 4пр ² на расстоянии R,
, следовательно, 4p стерадиана).
Здесь мы использовали:
q = ширина луча по горизонтали (радианы)
f = ширина луча по вертикали (радианы)
Иногда направленное усиление измеряется в децибелах, а именно 10. журнал (G _dir).
В качестве примера антенна с горизонтальной шириной луча 1,5 ⁰ (0,025 радиана) и
вертикальная ширина луча 20 ^o (0,33 радиана) будет иметь:
направленное усиление (дБ) = 10 log (4 p / 0.025 0,333) = 30,9 дБ
Пример: найти ширину луча по горизонтали и вертикали Ан / СПС-49 длинный
дальность действия радиолокационной системы и коэффициент направленного действия в дБ. Антенна ширина 7,3 м
на 4,3 м высотой и работает на частоте 900 МГц.
Длина волны, l = c / f = 0,33 м.
Учитывая, что L = 7,3 м, тогда
q = l / L = 0,33 / 7,3 = 0,045 радиан, или
q = 3 ⁰.
Высота антенны 4,3 м, поэтому аналогичная расчет дает
f = 0,076 радиан
f = 4 ⁰.
Коэффициент направленности,
G _dir = 4p / (0,045 0,076) = 3638.
В децибелах,
направленное усиление = 10 Log (3638)
= 35,6 дБ.
Дисплей . Блок дисплея может иметь различные формы, но в целом предназначена для представления полученной информации оператор.Самый простой тип отображения называется А-сканирование (амплитуда vs. задержка по времени). Вертикальная ось – сила отдачи. а по горизонтальной оси отложено время задержки или диапазон. А-скан не предоставляет информации о направлении цели.

Рисунок 4
Наиболее распространенным отображением является PPI (индикатор положения плана). Информация А-скана преобразуется в яркость и затем отображается. в том же относительном направлении, что и антенна.В результат – это вид сверху вниз на ситуацию, когда диапазон – это расстояние от начала координат. PPI, пожалуй, самый естественный дисплей для оператора и поэтому наиболее широко используемый. В В обоих случаях синхронизатор сбрасывает кривую для каждого импульса, поэтому что диапазон
информация начнется в источнике.
Рисунок 5.
В этом примере использование увеличенного STC для подавления моря беспорядок был бы полезен.
Производительность радара
Все параметров базовой импульсной радиолокационной системы повлияет
производительность в некотором роде. Здесь мы находим конкретные примеры и количественно оценить эту зависимость
где возможно.
Ширина импульса
Длительность импульса и длина цели по длине радиальное направление
определяет длительность возвращенного импульса.В в большинстве случаев длина
возврат обычно очень похож на переданный импульс. в блок дисплея,
Импульс (по времени) будет преобразован в пульс на расстоянии. Диапазон значений
от передней кромки до задней кромки создаст некоторую неопределенность в
расстояние до цели. Принятая за чистую монету способность точно измерить диапазон
определяется шириной импульса.
Если обозначить погрешность в измеряемом диапазоне как разрешающая способность по дальности,
R _RES, то он должен быть равен эквиваленту диапазона ширины импульса, а именно:
R _RES = c PW / 2
Теперь вы можете задаться вопросом, почему бы просто не взять передний край импульс как диапазон
, который может быть определен с гораздо более высокой точностью? Проблема в том, что это
практически невозможно создать идеальную переднюю кромку. На практике идеальный
пульс действительно будет выглядеть так:
Рисунок 6
Для создания идеально сформированного импульса с вертикальным передним фронтом потребует бесконечной пропускной способности. Фактически вы можете приравнять полоса пропускания передатчика b до минимальной длительности импульса, PW по:
PW = 1 / 2b
Учитывая это понимание, вполне разумно сказать, что диапазон может быть определен не более точно, чем cPW / 2 или эквивалентно
R _RES = c / 4b
Фактически, радар высокого разрешения часто называют широкополосным. радар, который вы теперь видите как эквивалентные утверждения.Один термин относится к временной области, а другой – к частотной области. Продолжительность импульса также влияет на минимальный диапазон, на котором радарная система может обнаружить. Исходящий импульс должен физически очистите антенну до обработки возврата. Поскольку это длится в течение интервала времени, равного ширине импульса PW, минимальной тогда отображаемый диапазон:
R _МИН. = c PW / 2
Эффект минимального диапазона можно увидеть на дисплее PPI как насыщенный или пустая зона
вокруг происхождения.
Рисунок 7
Увеличение ширины импульса при сохранении остальных параметров то же самое повлияет на рабочий цикл и, следовательно, на средний власть. Для многих систем желательно сохранить среднюю мощность фиксированный. Тогда PRF должен быть изменен одновременно с PW в для того, чтобы продукт PW x PRF оставался неизменным. Например, если ширина импульса уменьшается в ½ раза, чтобы улучшить разрешение, то частота повторения импульсов обычно увеличивается вдвое.
Частота повторения импульсов (PRF)
Частота пульса трансмиссия влияет на максимальный диапазон, который может быть
отображается. Напомним, что синхронизатор сбрасывает отсчет времени. часы как каждый новый импульс
передается. Возврат с далеких целей, которые не добраться до приемника до
после отправки следующего импульса не будет отображаться правильно. С момента
часы были сброшены, они будут отображаться, как если бы диапазон меньше фактического.
Если бы это было возможно, то учитывалась бы информация о диапазоне. двусмысленный.
Оператор не будет знать, соответствует ли диапазон фактическому диапазону. или немного больше
ценить.
Рисунок 8
Максимальный фактический диапазон, который может быть обнаружен и отображен без неоднозначность, или максимальный однозначный диапазон , это просто диапазон, соответствующий интервалу времени, равному повторению импульсов время, PRT.Следовательно, максимальный однозначный диапазон
R _UNAMB = c PRT / 2 = c / (2PRF)
Когда радар сканирует, необходимо контролировать скорость сканирования так, чтобы
в каждом конкретном случае будет передано достаточное количество импульсов. направление в заказе
чтобы гарантировать надежное обнаружение. Если используется слишком мало импульсов, то будет больше
трудно отличить ложные цели от реальных. Могут присутствовать ложные цели
за один или два импульса, но не за десять или двадцать подряд. Поэтому к
поддерживать низкий уровень ложного обнаружения, количество переданных импульсов в каждом
направление должно быть высоким, обычно выше десяти.
Для систем с высоким частота следования импульсов (частоты), луч РЛС
можно перемещать быстрее и, следовательно, сканировать быстрее. И наоборот, если
Частота повторения импульсов снижена, необходимо уменьшить скорость сканирования. Для простого сканирует легко
определить количество импульсов, которые будут возвращены от любого конкретного цель. Пусть
t представляет время задержки , это время, в течение которого цель остается в
луч радара во время каждого сканирования. Количество импульсов, N, что цель будет
подвергается воздействию во время пребывания:
N = t PRF
Мы можем переформулировать это уравнение, чтобы наложить требование на задержку время для конкретного сканирования
t _мин = N _мин / PRF
Таким образом, легко увидеть, что высокая частота повторения импульсов требует меньшее время ожидания.Например, для непрерывного кругового сканирования время пребывания связано со скоростью вращения и шириной луча.
т = q / Вт
где q = ширина луча [градусы] W = скорость вращения [градусы / сек] что даст время задержки в секундах. Эти отношения можно объединить, получив следующее уравнение, из которого максимальная скорость сканирования может быть определена для минимального количества импульсов за сканирование:
Ш _МАКС = q PRF / N
Частота радара
Наконец, частота несущей радиоволны также будет иметь около
влияют на распространение луча радара.На низкой частоте крайности, лучи радара
преломляется в атмосфере и может попадать в «каналы» в результате получается длинный
диапазоны. В крайнем случае луч радара будет вести себя очень похож на видимый свет и
путешествовать по очень прямым линиям. Очень высокая частота лучи радара пострадают
потерь и не подходят для систем большой дальности.
Частота будет также влияют на ширину луча.Для антенны того же размера
низкочастотный радар будет иметь большую ширину луча, чем высокочастотный частота одна.
Чтобы сохранить постоянную ширину луча, низкочастотный радар понадобится большой
антенна.
Теоретическое уравнение максимального диапазона
Приемник радара может обнаружить цель, если возврат достаточен. сила.
Обозначим минимальный обратный сигнал, который может быть обнаружен как S _min, который должен иметь значение
в ваттах, Вт.Размер а способность цели отражать энергию радара,
, можно описать одним термином, s, известен как РЛС поперечного сечения, который имеет единицы
м ². Если абсолютно все происшествие Энергия радара на цель
отражалась равномерно во всех направлениях, затем радар сечение будет равно
цели площадь поперечного сечения, видимая передатчиком. На практике, поглощается некоторая энергия
и отраженная энергия не распределяется равномерно во всех направлениях. Таким образом,
сечение радара довольно сложно оценить и обычно определяется измерением
.
С учетом этих новых количеств мы можем построить простую модель мощности радара
который возвращается получателю:
P _r = P _t G 1 / 4pR ² s 1 / 4pR ² A _e
Члены в этом уравнении сгруппированы, чтобы проиллюстрировать последовательность от передачи до коллекции.Вот последовательность подробнее:
G = r G _реж.
Передатчик выдает пиковую мощность P _t в антенну, который фокусирует его в луч с усилением G. Прирост мощности аналогичен к усилению по направлению, G _dir, за исключением того, что он должен также включают потери от передатчика к антенне. Эти потери суммируются одним термином, обозначающим эффективность, r.Следовательно,
Энергия радара распространяется равномерно во всех направлениях. В поэтому мощность на единицу площади должна уменьшаться по мере увеличения площади. Поскольку энергия распределена по поверхности сферы, коэффициент 1 / 4pR ² счетов для уменьшения.
Энергия радара собирается поверхностью цели и размышлял. Поперечное сечение радара s учитывает оба этих процесса.
Отраженная энергия распространяется так же, как передаваемая энергия.
Приемная антенна собирает энергию, пропорциональную ее эффективная площадь, известная как апертура антенны, A _e. Это также включает потери в процессе приема до тех пор, пока сигнал достигает приемника. Следовательно, индекс «e» означает «эффективный». Эффективная апертура связана с физической апертурой A, тем же термином, что и коэффициент полезного действия, используемым для увеличения мощности, с учетом символа р.Так что
А _е = г А
Наш критерий обнаружения просто состоит в том, что полученная мощность, П _р сусло
превышают минимум, S _min. Поскольку полученный мощность уменьшается с увеличением дальности, максимальная
дальность обнаружения произойдет, когда полученная мощность равна минимум, то есть
P _r = S _min. Если вы решите диапазон, вы получите уравнение для максимального теоретического
дальность действия радара:
Возможно, наиболее важной особенностью этого уравнения является корень четвертой степени зависимость.Практический вывод из этого состоит в том, что необходимо значительно увеличьте выходную мощность, чтобы получить умеренное увеличение представление. Например, чтобы увеличить дальность вдвое, передаваемый мощность пришлось бы увеличить в 16 раз. Вы также должны отметить что минимальный уровень мощности для обнаружения, S _min, зависит от по уровню шума. На практике это количество постоянно варьируется. для достижения идеального баланса между высокой чувствительностью который подвержен шуму и низкой чувствительности, что может ограничивать способность радара обнаруживать цели.Пример: найти максимум дальность действия РЛС AN / SPS-49 с учетом следующих данных
Размер антенны = 7,3 м в ширину на 4,3 м в высоту
КПД = 80%
Пиковая мощность = 360 кВт
Поперечное сечение = 1 м ² S _min = 1 10 ^-12 W
Из предыдущего примера мы знаем, что направленная антенна усиление,
G _реж = 4p / qf = 4p / (.05 x 0,07) = 3430
Коэффициент усиления,
G = r G _реж.
G = 2744.
Аналогично, эффективная апертура,
А _е = rA = 0,8 (7,3 x 4,3)
A _e = 25,1 м ².
Следовательно, диапазон равен, или
R = 112 км.
Новые направленные наноантенны для источников с одним излучателем и беспроводных наносвязей
Оптические наноантенны становятся одним из ключевых компонентов в будущих нанофотонных и плазмонных схемах.Первые оптические наноантенны были в виде простых сферических наночастиц. Недавно были продемонстрированы более сложные структуры наноантенны Яги-Уда. Эти наноантенны усиливают излучение одиночных излучателей и обеспечивают четко определенное направленное излучение. В этой статье мы представляем новую конструкцию направленной наноантенны, которая возбуждается распространяющейся модой плазмонного волновода. Конструкция наноантенны основана на принципе бегущей волны , хорошо известном для радиочастот / микроволновых частот.Правильно спроектировав распространяющиеся части наноантенны, может быть достигнута очень эффективная связь с волновым сопротивлением в свободном пространстве. Кроме того, с помощью этой наноантенны относительно легко управлять направлением излучения и шириной луча. По сравнению с ранее опубликованными проектами Яги-Уда, новая наноантенна, представленная в этой работе, имеет направленность в три раза выше.
1. Введение
В будущем мы прогнозируем развитие оптических сетей беспроводной связи в наномасштабе [1].В этой работе мы сосредоточимся на одной конкретной проблеме разработки физического уровня таких беспроводных сетей – проектировании новых наноантенн (часто также называемых оптическими антеннами или плазмонными антеннами в открытой литературе). Наноантенны являются ключевыми компонентами и обеспечивают технологию беспроводной связи будущего в наномасштабе, связывая свет из внешнего мира с схемами наномасштаба и наоборот.
Наноантенны появились в области физики, а точнее, в микроскопии ближнего поля.Вессель в 1985 году был первым, кто прямо упомянул аналогию локальных микроскопических источников света с классическими антеннами [2] – концепция, которая с тех пор была тщательно исследована. Историю наноантенн можно найти в [3].
В качестве одного из основных приложений для новых наноантенн мы рассматриваем (а) встроенные и внутричиповые беспроводные нано-каналы в будущих микро- и наноустройствах и (б) источники с одним излучателем, подключенные к направленной наноантенне.
Связь наноантенны с источниками света с одним излучателем была исследована несколькими группами теоретически [4–7], а также экспериментально [8, 9].Наноантенна в этом приложении используется в основном для направления и фокусировки света. Из-за отсутствия истинных источников света наноразмеров связь эмиттера (например, квантовой точки) с наноантенной была достигнута за счет связи по близости (связь в ближнем поле), что довольно неэффективно. В идеале хотелось бы соединить источник и наноантенны эффективной линией передачи (волноводом), так же, как на ВЧ и СВЧ частотах. При разработке наноантенны важно учитывать не только излучающую часть, но и схему питания.
Беспроводные нано-каналы с поддержкой наноантенны можно рассматривать как альтернативное решение проблемы узкого места межсоединения в интегральных схемах (ИС) следующего поколения. В настоящее время кремниевая фотоника активно исследуется в академических кругах и многими производителями электроники, которые рассматривают ее как средство соблюдения закона Мура за счет использования оптических межсоединений для обеспечения более быстрой передачи данных между микрочипами и внутри них. Однако размер диэлектрических волноводов, используемых в кремниевой фотонике, в основном ограничен дифракционной оптикой, что ограничивает максимально достижимую плотность такой технологии межсоединений.Для решения этой проблемы совсем недавно были предложены плазмонные интегральные схемы [10] для достижения настоящей наноразмерной интеграции в будущих ИС. К сожалению, цена, которую приходится платить за чрезвычайно высокую плотность плазмонных межсоединений, – это относительно высокие потери в таких волноводах (по сравнению с кремниевой фотоникой). Мы хотели бы предложить другой подход к проблеме оптического межсоединения – беспроводное соединение с использованием наноантенн . Мы можем представить себе межчиповые и внутричиповые каналы с очень высокой скоростью передачи данных, поддерживаемые в основном наноантеннами с очень небольшим количеством необходимых межсоединений.Более того, помимо обеспечения «простых» соединений внутри / внутри кристалла, наноантенны могут предложить преимущество наличия дополнительных беспроводных функций в будущих интегральных схемах.
2. Различия между антеннами ВЧ / СВЧ и плазмонными наноантеннами
Теория антенн ВЧ / СВЧ разрабатывалась более 100 лет. Существует несколько правил проектирования для антенных инженеров, и, вероятно, в их распоряжении десятки учебников. Однако, если кто-то хочет создать наноантенну, не существует ни одной книги по данной теме.К сожалению, из-за различной физики в оптических длинах волн, основанной на плазмонном резонансе (конкретное электромагнитное решение уравнений Максвелла на границе раздела металл-диэлектрик на оптических длинах волн [11]), большинство правил проектирования радиочастотных / микроволновых антенн нельзя просто использовать. в наноантеннах. Даже для самой простой антенны, диполя, существует значительная разница в диаграммах направленности плазмонной наноантенны и РЧ-антенны [12], как показано на рисунке 2.
3. Проектирование наноантенны
Проектирование новой направленной наноантенны было выполнено с использованием коммерческого электромагнитного решателя метода конечной интеграции (FIT) – CST Microwave Studio [13]. Во всех исследованиях предполагалось, что антенны сделаны из золота. Мы использовали значения диэлектрической проницаемости золота, измеренные Джонсоном и Кристи [14], которые были подобраны как полином четвертого порядка в численном решателе. Сравнение значений из [14] и использованных в моделировании показано на рисунке 3.
Для предлагаемой новой направленной наноантенны, показанной на рисунке 4, мы выбрали конструкцию, основанную на принципе бегущей волны [15]. Эту наноантенну можно рассматривать как гибрид известной V-антенны и антенны Вивальди. В исследовании мы предполагали только работу в свободном пространстве.
Первые направленные наноантенны были основаны на конструкции Уда-Яги. Однако, в отличие от радиочастотных / микроволновых частот, эти наноантенны возбуждались либо за счет связи дипольного источника в ближнем поле (квантовая точка в [8]), либо за счет лазерного излучения в дальней зоне [16].Очевидно, что для нашего целевого приложения, интегральных плазмонных схем на кристалле, желательно возбуждать антенны с помощью волновода. Как показано на рис. 4 (а), предложенная нами конструкция легко интегрируется с традиционным плазмонным волноводом металл-изолятор-металл (MIM). Мы использовали тот же волновод MIM, что и представленный в [17], состоящий из двух золотых полос размером 50 на 50 нм с зазором 20 нм. Расчетное сопротивление составляет 449 Ом. Комплексный эффективный показатель питающего плазмонного волновода составляет.
Излучающая природа распространяющихся плазмонов в предлагаемой конструкции делает работу наноантенны похожей на V-антенну (состоящую из двух проводов над заземленной поверхностью).Основное различие между RF и нановерсией заключается в том, что в плазмонике заземляющая плоскость не используется (из-за самой природы плазмонной моды), а концепция терминирования (используемая в RF V-антенне) не существует в наномасштабе. . По этим двум причинам предлагаемую наноантенну можно рассматривать как близкую к другой конструкции РЧ бегущей волны – антенне Вивальди.
При разработке наших наноантенн мы не стремились к какой-либо конкретной длине волны. Результаты, представленные ниже, относятся к длине волны 780 нм.Однако эта наноантенна имеет довольно широкополосный режим работы и может использоваться на других длинах волн. Основное различие в работе будет связано с дисперсионной диэлектрической проницаемостью золота.
На рисунке 5 (а) мы представляем диаграмму направленности разработанных наноантенн на длине волны 780 нм. Расчетная эффективность излучения на этой длине волны 48%. Учитывая характер плазмонных структур с потерями, это относительно хороший результат (он также включает потери в питающем волноводе).
Наиболее важным результатом новой конструкции является высокое максимальное значение направленности около 24 (линейная шкала).Это значительное улучшение по сравнению с ранее разработанными наноантеннами Yagi-Uda. Чтобы получить более количественное сравнение, мы смоделировали золотую наноантенну Яги-Уда (показанную на Рисунке 5 (b)), подобную той, что представлена в [18]. Таким образом, мы могли сравнивать только диаграммы направленности, но не КПД между этими двумя конструкциями. Как ясно видно на рисунке 5, наноантенна, предложенная в этой работе, имеет максимальную направленность 24, что более чем в три раза выше направленности, достигнутой Яги-Уда (около 7).
При анализе результатов для традиционных РЧ / СВЧ антенн входное согласование (или возвратные потери) часто рассматривается как один из основных показателей эффективности.Однако на наномасштабе, хотя концепция импеданса наноантенны была исследована [19, 20], из-за отсутствия интегрированных наноразмерных источников согласование входного сигнала в настоящий момент не рассматривается. Под «интегрированными наноразмерными источниками» мы подразумеваем источники, подобные тем, которые встречаются на радиочастотах / микроволновых частотах, которые можно просто «подключить» к антенне или линии передачи. Также понятие «стандартного» импеданса (обычно 50 Ом для ВЧ / СВЧ цепей и антенн) в настоящее время не определено для наноцепей.
4. Наноантенна, соединенная с источником одиночного излучателя
Направленные наноантенны также могут использоваться для извлечения света от источников одиночных фотонов. Это было недавно продемонстрировано в [8], где наноантенна Яги-Уда использовалась для направления света от квантовой точки (КТ). Поскольку и квантовые точки, и наноантенна были размещены на поверхности материала с высоким показателем преломления, основное излучение было направлено в подложку. На рисунке 6 мы представляем пример наших новых направленных наноантенн, связанных с дипольным эмиттером, а также эталонный результат автономного дипольного эмиттера, встроенного в материал с высоким коэффициентом преломления.Диполь ориентирован вдоль оси -оси (для возбуждения плазмонного волновода) и помещен на 2,15 мкм на м ниже поверхности материала с. Это расстояние было продиктовано исключительно размером наноантенны. На рисунках 6 (c) и 6 (d) показано электрическое поле, создаваемое автономным диполем и диполем, связанным с наноантенной, соответственно. Из-за отражения от границы раздела материалов большая часть излучения попадает в высокоиндексную подложку одиночного диполя. Расчетное излучение в дальней зоне для этого случая показано на рисунке 6 (e).Однако однонаправленное излучение было достигнуто, когда диполь был подключен к новой направленной наноантенне. Свет, генерируемый диполем, распространяется вдоль плазмонной структуры и эффективно излучается в материал с низким показателем преломления (свободное пространство). Диаграмма направленности системы диполь-наноантенна показана на рисунке 6 (f). Наиболее важно то, что в направлении основного луча излучения амплитуда электрического поля более чем на 30 дБ выше, когда дипольный излучатель подключен к наноантенне.Точные значения электрического поля (Ex), взятые на высоте 1 мкм на высоте м над границей раздела между материалами (точное расположение зонда электрического поля см. На Рисунке 6 (b)), представлены на Рисунке 7.
Естественно, наноантенна, встроенная в материал с высоким коэффициентом преломления (рис. 6 (b)) и его направленное излучение в свободное пространство (рис. 6 (d) и 6 (f)) могут быть использованы для обеспечения беспроводной связи в оптических каналах внутри кристалла и между платами ( как показано, например, на Рисунке 1). Более того, мы полагаем, что в будущих трехмерных интегральных схемах с оптическими межсоединениями представленная направленная наноантенна может использоваться как «оптический переходник через », обеспечивающий вертикальное соединение между различными слоями микросхемы.Предлагаемые в настоящее время решения трехмерной оптической интеграции включают микролинзы и микрозеркала [21].

5. Наноантенны для беспроводных оптических нано-каналов
В будущем мы прогнозируем развитие оптических сетей беспроводной связи на наноуровне. Наноантенны являются ключевыми компонентами и технологией для будущего оптического беспроводного соединения в наномасштабе, связывая свет из внешнего мира с схемами наномасштаба и наоборот.В качестве одного из основных приложений для новых наноантенн мы предусматриваем предоставление встроенных и внутричиповых беспроводных нано-каналов в будущих микро- и наноустройствах.
Одной из основных проблем при использовании наноантенн, изготовленных на высокоиндексных подложках, является проблема, связанная с тем, что большая часть излучаемой мощности попадает в подложку [8]. Это показано на рисунке 8 для наносвязи, состоящей из наших новых наноантенн на стекле. Расстояние между антеннами 4 мкм м. На рисунке 8 показана амплитуда электрического поля, излучаемого передающей антенной с левой стороны.Большая часть излучения попадает прямо в стекло, что, очевидно, нежелательно для достижения эффективной передачи между антенной.

Чтобы решить проблему излучения на подложку, мы встроили наши наноантенны в материал с высоким коэффициентом преломления и разместили на краю подложки, как показано на рисунке 9. Расстояние между антеннами снова составляет 4 мкм м. а среда между ними – свободное пространство. Практически этот сценарий может быть реализован в случае использования наноантенн на кристалле с торцевым зажиганием для межчиповых межсоединений (см., Например, e.г., рисунок 1). В этом случае мы можем наблюдать симметричное излучение с максимумом в направлении приемной антенны с правой стороны, где отчетливо видно распространение направленной волны вдоль наноантенны.

Последний пример наносвязи представлен на рисунке 10, где обе наноантенны снова встроены в материал с высоким коэффициентом преломления, который также действует как среда распространения. Этот сценарий может быть практически рассмотрен в многослойных интегральных схемах, где наноантенны могут подключаться в плоскости, а также соединения между слоями на нескольких уровнях микросхемы.Как и ожидалось, из-за однородной среды наноантенна излучает горизонтально в сторону приемной антенны. Это эффективная беспроводная связь.

Количественное сравнение эффективности передачи всех трех наносвязей показано на рисунке 11. Мы сравниваем величину параметра рассеяния S21, указывающего мощность, захваченную приемной антенной. На частоте 300 ТГц мы видим, что наилучшая передача достигается при использовании линии связи на Рисунке 10, когда обе антенны встроены в стекло.Немного менее эффективна наноантенна с концевым огнем, показанная на рисунке 9. Наихудший результат достигается с наноантеннами, размещенными на стекле (рисунок 8), с меньшей более чем на 20 дБ по сравнению с двумя другими случаями. Эти результаты ясно показывают, что для наиболее эффективной передачи наноантенны должны быть размещены в однородном диэлектрике сверху (суперстрат) и ниже.

6. Изготовление наноантенн
После обнадеживающих результатов проектирования новых наноантенн мы сделали первые попытки их изготовления.На рисунке 12 мы видим два примера различных образцов наноантенн. Они были изготовлены из золота толщиной 50 нм, нанесенного на толстые стеклянные предметные стекла с помощью фрезерования сфокусированным ионным пучком.
В настоящее время мы находимся на этапе совершенствования нашего производственного процесса и создания измерительной установки. Все окончательные конструкции наноантенн необходимо будет оптимизировать для работы на стеклянной подложке.
7. Выводы
В этой статье мы представили новую конструкцию направленной наноантенны, которая возбуждается из плазмонного волновода MIM.Конструкция наноантенны основана на принципе бегущей волны и может рассматриваться как гибрид известной V-антенны и антенны Вивальди. Наиболее важным результатом новой конструкции является высокое максимальное значение направленности около 24 (линейная шкала), что более чем в три раза выше, чем достигнутое ранее опубликованным Yagi-Uda (направленность 7). Изготовлены первые образцы разработанных наноантенн и в настоящее время проводятся измерения. Эта новая наноантенна может использоваться в конфигурации с торцевым зажиганием во внутричиповых и межплатных оптических каналах в свободном пространстве или для эффективного направленного вывода света, излучаемого однофотонным источником.
Благодарность
Авторы выражают признательность Совету по исследованиям в области инженерных и физических наук Великобритании (EPSRC), стипендиальному фонду Программы междисциплинарных интерфейсов (C-DIP), гранту EP / I017852 / 1.
Основы антенн
Правильное понимание антенн требует знания электромагнетизма, теории схем, электроники и обработки сигналов.
Кэндис Суриано, доктор философии, Suriano Solutions
Джон Суриано, доктор философии.D., Nidec Motors, Auburn Hills, MI, USA
Tom Holmes, Agilent Technologies, Tipp City, OH, USA
Qin Yu, Alcatel-Lucent, Columbus, OH, USA
Как антенна принимает сигнал и преобразовать его во что-нибудь полезное для приемной цепи? Каков текущий путь сигналов, принимаемых или передаваемых от антенны? Почему существуют разные типы антенн и почему они имеют разную форму? Какие стандартные технические термины связаны с антенной техникой? Как усиливаются сигналы от антенн?
Это отправная точка для понимания многих требований ЭМС и процедур тестирования, а также для решения проблем соответствия.Основы антенн можно вывести из фундаментальных принципов электромагнетизма и электрических цепей. Даже элементарное понимание может оказаться неоценимым в решении проблем электромагнитной совместимости.
Как антенны обнаруживают сигналы?
Рис. 1. (a) Антенна электрического поля и (b) антенна магнитного поля. Антенны
выполняют две взаимодополняющие функции: преобразование электромагнитных волн в напряжение и ток, используемые цепью, и преобразование напряжения и тока в электромагнитные волны, которые передаются в космос.Сигналы передаются через пространство с помощью электромагнитных волн, состоящих из электрических полей, измеряемых в вольтах на метр, и магнитных полей, измеряемых в амперах на метр. В зависимости от типа обнаруживаемого поля антенна принимает особую конструкцию. Антенны, предназначенные для приема электрических полей, такие как антенна на рисунке 1 (а), сделаны из стержней и пластин, в то время как антенны, предназначенные для приема магнитных полей, как на рисунке 1 (b), сделаны из петель из проволоки. Иногда части электрических цепей могут иметь характеристики, которые непреднамеренно превращают их в антенны.EMC заботится о снижении вероятности того, что эти непреднамеренные антенны вводят сигналы в свои цепи или влияют на другие цепи.
Рассмотрим антенну автомобильного радиоприемника. Когда электрическое поле (В / м) попадает на антенну, оно создает напряжение по всей ее длине (м * В / м = В) относительно земли. Приемник определяет напряжение между антенной и землей. Другой способ думать об этом типе антенны – это как один из выводов вольтметра, измеряющего потенциал в космосе. Другой вывод вольтметра – это масса цепи.
Какое значение имеет форма антенны?
Некоторые антенны сделаны из проволочных петель. Эти антенны обнаруживают магнитное поле, а не электрическое поле. Подобно тому, как магнитное поле через катушку с проволокой создается током в этой катушке, точно так же в катушке с проволокой индуцируется ток, когда магнитное поле проходит через эту катушку. Концы рамочной антенны присоединены к приемной цепи, через которую протекает этот индуцированный ток, когда рамочная антенна обнаруживает магнитное поле.Магнитные поля обычно направлены перпендикулярно направлению их распространения, поэтому плоскость петли должна быть выровнена параллельно направлению распространения волны для обнаружения поля.
Некоторые типы антенн электрического поля: биконическая , рупорная и микрополосковая . Обычно антенны, излучающие электрические поля, состоят из двух изолированных друг от друга компонентов. Самая простая антенна с электрическим полем – это дипольная антенна , само название которой подразумевает ее двухкомпонентный характер.Два проводящих элемента действуют как пластины конденсатора, а поле между ними выступает в пространство, а не ограничивается пластинами. С другой стороны, антенны магнитного поля состоят из катушек, которые действуют как индукторы. Поля индуктора проецируются в космос, а не ограничиваются замкнутой магнитной цепью. Однако такое разделение антенн на категории является несколько искусственным, поскольку реальный механизм излучения включает в себя как электрические, так и магнитные поля, независимо от конструкции.
Как антенны формируют и излучают электромагнитные поля?
Как упоминалось ранее, антенны электрического поля могут быть связаны с конденсаторами. Рассмотрим простой конденсатор с параллельными пластинами, показанный на рисунке 2 (а). Электрическое поле, которое возникает, когда заряд помещается на каждую из пластин, содержится между пластинами. Если пластины разложены так, что они лежат в одной плоскости, электрическое поле между пластинами распространяется в космос. Тот же процесс происходит с дипольной антенной с электрическим полем, как показано на рисунке 2 (b).Заряды на каждой части антенны создают поле в пространстве между двумя половинами антенны. Между двумя стержнями дипольной антенны существует внутренняя емкость, как показано на рисунке 2 (c). Для зарядки стержней диполя требуется ток. Ток в каждой части антенны течет в одном направлении. Такой ток называется , режим антенны, ток. Это состояние особенное, потому что оно приводит к радиации. Поскольку сигнал, подаваемый на две половинки антенны, колеблется, поле продолжает меняться и излучает волны в космос.
Рис. 2. (a) Схема конденсатора, (b) диполь, (c) диполь, показывающая внутреннюю емкость и ток заряда
Заряд и ток на диполе создают поля, перпендикулярные друг другу. Электрическое поле E течет от положительного заряда к отрицательному заряду, помещенному на элементы, под действием напряжения, приложенного к антенне, как показано на рисунке 3 (а). Зарядный ток, приложенный к антенне, создает магнитное поле H, которое циркулирует вокруг провода в соответствии с правилом правой руки , как показано на рисунке 3 (b).Бог сделал так, что когда электроны движутся по проводу, создается магнитный «ветер», который циркулирует по проводу. Направляя большой палец правой руки в направлении тока, пальцы охватывают провод в направлении магнитного поля. Циркуляция этого магнитного поля приводит к индуктивности антенны. Таким образом, антенна представляет собой реактивное устройство, имеющее как емкость от распределения заряда, так и индуктивность от распределения тока.
Рисунок 3. (a) Электрическое поле E и (b) магнитное поле H и поле TEM от заряда диполя и тока
Как показано на рисунке 3 (c), поля E и H перпендикулярны друг другу.Они распространяются в космос от антенны по кругу. Когда сигнал на антенне колеблется, образуются волны. Поперечные электромагнитные волны (ТЕМ) генерируются, в которых E и H перпендикулярны друг другу. Антенна также может преобразовывать ТЕМ-волну обратно в ток и напряжение с помощью так называемой взаимности . Антенна имеет взаимодополняющее поведение при отправке и приеме.
Рис. 4. Поток энергии, приводящий к излучению.
Состояние излучения антенны показано на рисунке 4.Реактивные компоненты антенны накапливают энергию в электрических и магнитных полях, окружающих антенну. Реактивная мощность передается взад и вперед между источником питания и реактивными компонентами антенны. Как и в любой LC-цепи, где напряжение и ток всегда сдвинуты по фазе на 90 °, так и в антенне поле E (создаваемое напряжением) и поле H (создаваемое током) сдвинуты по фазе на 90 °, если сопротивление антенны не принимается во внимание. В электрической цепи реальная мощность передается только тогда, когда нагрузка имеет реальную составляющую ее импеданса, которая заставляет составляющие тока и напряжения быть синфазными.То же самое относится и к антеннам. Антенна имеет небольшое сопротивление, поэтому есть составляющая реальной мощности, которая рассеивается в антенне. Для возникновения излучения поля E и H должны быть синфазными, как показано на рисунке 3 (c). Когда антенна действует как емкость и индуктивность, как может происходить это излучение? Синфазные компоненты являются результатом задержки распространения . Волны от антенны не образуются мгновенно во всех точках пространства одновременно, а распространяются со скоростью света.На удалении от антенны эта задержка приводит к синфазным компонентам полей E и H.
Таким образом, существуют различные компоненты полей E и H, которые составляют накопительную (реактивную) часть поля или излучаемую (действительную) часть. Реактивная часть определяется емкостью и индуктивностью антенны и существует преимущественно в ближнем поле . Реальная часть определяется чем-то, что называется сопротивлением излучения , вызванным задержкой распространения, и существует на большом расстоянии от антенны в дальнем поле .Иногда приемные антенны, такие как те, которые используются при тестировании ЭМС, могут быть размещены так близко к источнику, что на них больше влияют эффекты ближнего поля, чем излучение дальнего поля. В этом случае приемная и передающая антенны связаны емкостью и взаимной индуктивностью. Таким образом, приемная антенна действует как нагрузка на передатчик.
Как изменяется импеданс антенны с частотой?
Сопротивление антенны зависит от частоты. Распределение тока и заряда на антенне изменяется с частотой.Ток на диполе обычно имеет форму синусоидальной функции положения на антенне, продиктованной частотой. Поскольку длина волны сигнала зависит от частоты, на определенных частотах длина антенны равна ключевым долям длины волны. Ток на диполе для частот, дающих длину волны 1/2 и 1, показан на рисунках 5 (а) и 5 (b), соответственно. На 1/2 длины волны ток от источника максимален. Следовательно, входное сопротивление антенны на этой частоте минимально, что эквивалентно сопротивлению антенны (фактическое + сопротивление излучения).На частоте, длина волны которой равна длине антенны, ток от источника равен нулю; и, следовательно, входной импеданс бесконечен. График зависимости импеданса от частоты показан на рисунке 5 (c).
Рисунок 5. (a) Дипольный ток с возбуждением 1/2 волны, (b) полноволновое возбуждение, (c) импеданс диполя
Излучают ли антенны во всех направлениях?
Мощность от антенны излучается по диаграмме, которая может быть неоднородной во всех направлениях. Чтобы охарактеризовать коэффициент усиления антенны , используется отношение мощности, излучаемой в заданном направлении, к плотности мощности, если излучение происходило равномерно во всех направлениях (распределялось по поверхности сферы).Для дипольной антенны большая часть мощности излучается в направлении, перпендикулярном оси антенны, как показано на рисунке 3. Направленность антенны – это усиление в направлении максимальной мощности, которое является направлением, перпендикулярным к ось диполя. Коэффициент усиления измеряется в дБи = 10 * log (усиление).
Трех- или двумерная диаграмма направленности от антенны также называется диаграммой мощности , графиком мощности , или распределением мощности .Он наглядно показывает, как антенна принимает или передает сигнал в определенном диапазоне частот. Обычно это строится для дальнего поля. На диаграмму направленности антенны в первую очередь влияет ее геометрия. На него также влияет окружающий ландшафт или другие антенны. Иногда в антенной решетке используется несколько антенн, чтобы повлиять на направленность. Как показано на рисунке 6 (a), две антенны, питаемые одним и тем же источником, могут использоваться для подавления полей в плоскости антенн, если они разнесены на 1/2 длины волны.Вид сверху этого устройства показан на рисунке 6 (b) с эскизом схемы питания.
Рис. 6. (a) вид сбоку полуволновой дипольной решетки и (b) вид сверху с распределением мощности.
Зеркало, зеркало на стене: в чем важность отражений?
Когда мы смотрим в зеркало, мы видим эффект отражения электромагнитного излучения. Почему волны отражаются от проводящих поверхностей? Каков результат этих отражений на излучении? В основе отражений лежит граничное условие полей на поверхности проводника.Граничные условия для полей E и H показаны на рисунке 7. Внутри проводника заряды могут свободно перемещаться под действием электрических полей, а ток индуцируется изменяющимися во времени магнитными полями. Заряд рядом с проводником заставляет заряды перемещаться по поверхности проводника. Любая тангенциальная составляющая поля E заставит заряды двигаться до тех пор, пока тангенциальная составляющая E не станет равной нулю. Результирующий эффект эквивалентен изображению или виртуальному заряду, расположенному ниже поверхности проводника, показанному на Рисунке 7 (c).Изображение ненастоящее, но представляет собой заряд, который может вызвать эквивалентный эффект фактическому результату.
Рис. 7. (a) поля E и H нарушаются идеальным проводником, (b) тангенциальное E и нормальное H должны быть равны нулю на границе, (c) изображение или заряд или ток в проводнике для удовлетворения граничных условий
Магнитное поле, которое изменяется во времени, индуцирует ток в идеальном проводнике. Ток противодействует магнитному полю, поэтому нормальная составляющая не может проникнуть через поверхность проводника.Таким образом, текущее изображение, показанное на Рисунке 7 (c), приводит к исчезновению результирующей нормальной составляющей H на поверхности.
Эффект изображения очень важен, потому что антенны часто находятся рядом с проводящими поверхностями, такими как Земля, или металлический лист автомобиля или самолета, или плоскость заземления печатной платы. Поля, излучаемые в космос, складываются из полей антенны и поля изображения. Если мы рассмотрим E-поле от диполя, легко увидеть эффект. На рисунке 8 (а) диполь, параллельный проводнику, показан с его изображением.Когда диполь перпендикулярен плоскости заземления, изображение диполя с перевернутым зарядом существует под ним – как показано на рисунке 8 (b). В этих двух примерах поле в некоторой точке пространства представляет собой сумму полей диполя и его изображения. Когда поле, излучаемое диполем, попадает на проводник, как показано на рисунке 8 (c), отражение можно интерпретировать как волну от изображения.
Рис. 8. (a) Диполь параллелен и (b) перпендикулярен проводнику и изображению и (c) отражение волны от диполя, объясненное с учетом эффекта изображения
Каким образом формируются и усиливаются сигналы от антенн?
Антенны подключаются к передатчикам или приемникам через линии передачи.Поскольку импеданс антенны не является постоянной функцией частоты, его нельзя согласовать с линией передачи на всех частотах. Когда импеданс антенны не соответствует импедансу линии передачи (обычно 50 или 75 Вт), в месте подключения к антенне образуются отражения. Волны, исходящие от источника, отражаются обратно по линии передачи, уменьшая возможность передачи мощности. VSWR , коэффициент стоячей волны напряжения, является мерой рассогласования.КСВН – это отношение максимального напряжения к минимальному напряжению на линии передачи. При рассогласовании импеданса КСВ больше единицы, что указывает на наличие отражений. По мере того, как сопротивление на конце линии передачи становится выше – приближаясь к разомкнутой цепи, КСВН приближается к бесконечности, указывая на то, что вся мощность отражается. Эта ситуация аналогична падению светового луча на границу раздела двух сред, таких как воздух и вода, при котором часть света отражается, а часть уходит в воду.КСВН уменьшает количество мощности, передаваемой на антенну, или уменьшает сигнал от антенны, когда она используется для приема сигналов. Изменение КСВН и отраженная пропорция показаны на рис. 9 (a) и 9 (b), соответственно, для системы мощностью 50 Вт, в которой сопротивление нагрузки варьируется.
Рис. 9. (a) КСВН и (b) отношение отраженной мощности к прямой при изменении сопротивления нагрузки в системе 50 Ом.
Другая проблема с подключением к антеннам – это несимметрия сигнала, вызванная заземлением. На рисунке 10 (а) показана дипольная антенна, подключенная к источнику через экранированный кабель.Экран подключен к заземляющей пластине. Паразитная емкость между антенной и заземляющей пластиной заставляет некоторый ток течь через заземляющую пластину, а не через экран. Когда это происходит, ток в антенне неуравновешивается, и антенна теряет эффективность. Для исправления этого дисбаланса используется устройство под названием балун (от сбалансированного до несимметричного). Простой тип балуна показан на рисунке 10 (б). Здесь балун состоит из ферритового цилиндра (борта), размещенного над коаксиальным кабелем.Феррит увеличивает импеданс только для синфазного тока и не влияет на нормальный дифференциальный ток в кабеле. Следовательно, ток, вызывающий дисбаланс, уменьшается, улучшая работу антенны. Для приемных антенн входящий сигнал может наводить ток на экране, вызывающий дисбаланс. Ферритовый валик снижает ток на экране.
Рис. 10. (a) ток синфазного сигнала из-за связи с заземлением и (b) использование простого балуна
Антенны используются для приема очень слабых сигналов.Поэтому часто необходимо использовать усилитель для увеличения отношения сигнал / шум . Минимальный тепловой шум окружающей среды, если он обнаружен полосой пропускания 9 кГц, составляет приблизительно –27 дБуВ (–134 дБмВт). Однако, когда сигналы обрабатываются и усиливаются до приемлемых уровней, появляется шум. Коэффициент шума усилителя определяется как разница между его минимальным уровнем шума и окружающим шумом. Рассмотрим антенну, улавливающую сигнал, который составляет всего 0 dBuV, как показано на рисунке 11 (a).Уровень сигнала может быть на 27 дБ выше окружающего; но для приемника с коэффициентом шума 24 дБ сигнал будет только на 3 дБ выше минимального уровня шума. Таким образом, отношение сигнал / шум составляет всего 3 дБ. Для увеличения этого запаса можно использовать хороший усилитель, как показано на Рисунке 11 (b). Здесь усилитель на 20 дБ повышает уровень сигнала с 0 дБуВ до 20 дБуВ. Усилитель также повышает уровень шума на 20 дБ до –7 дБуВ. Поскольку коэффициент шума усилителя составляет 8 дБ, он добавляет еще 8 дБ к окружающему звуку, что составляет +1 дБуВ.Минимальный уровень шума приемника (-3 дБуВ) ниже этого значения и, следовательно, не влияет на результат. Новое отношение сигнал / шум составляет 19 дБуВ.
Рис. 11. Отношение сигнал / шум (а) без усиления и (б) с усилением
РЕЗЮМЕ
Для правильного понимания антенн требуется знакомство с электромагнетизмом, теорией схем, электроникой и обработкой сигналов. Такие знания необходимы инженеру EMC, который должен интерпретировать результаты испытаний, повышать точность и чувствительность испытаний и предлагать способы устранения непреднамеренных антенн в конструкции изделий.
ССЫЛКИ
[1] WL Weeks, Antenna Engineering , McGraw-Hill Book Co., Нью-Йорк, 1968
[2] William H. Hayt, Jr., Engineering Electromagnetics , McGraw-Hill Book Co., 1981,
[3] Уоррен Л. Стутцман и Гэри А. Тиле, Теория и конструкция антенн , второе издание, John Wiley & Sons, Inc., Нью-Йорк, 1998.
[4] Клейтон Р. Пол и Сайед А. Насар, Введение в электромагнитные поля , McGraw-Hill Book Co., New York, 1982.
[5] «Основы измерения коэффициента шума ВЧ и СВЧ», Примечания по применению Agilent 57-1, Agilent Technologies
[6] Клейтон Р. Пол, Введение в электромагнитную совместимость , John Wiley & Sons , Inc., New York, 1992.
Раздел 1: Основы лазерной печати
Уведомление: Материалы, представленные на этих страницах, предназначены для использования преподавателями, персоналом и студентами Принстонского университета для удовлетворения потребностей в обучении, характерных для Принстонского университета.
Введение (вверху)
Слово лазер является аббревиатурой от «Усиление света за счет вынужденного излучения излучения». Лазеры используются в качестве вспомогательных средств на многих факультетах Принстонского университета.
В этом документе термин «лазер» будет ограничен устройствами, излучающими электромагнитное излучение, использующими усиление света за счет вынужденного излучения с длинами волн от 180 нанометров до 1 миллиметра. Электромагнитный спектр включает энергию от гамма-лучей до электричества. На рисунке 1 показан общий электромагнитный спектр и длины волн в различных регионах.
Основные длины волн лазеров, используемых в Принстонском университете, включают ультрафиолетовую, видимую и инфракрасную области спектра. Ультрафиолетовое излучение для лазеров состоит из длин волн от 180 до 400 нанометров (нм). Видимая область состоит из излучения с длинами волн от 400 до 700 нм. Это часть, которую мы называем видимым светом. Инфракрасная область спектра состоит из излучения с длинами волн от 700 нм до 1 мм.
Цвет или длина волны излучаемого света зависит от типа используемого материала для генерации. Например, если в качестве материала для генерации используется кристалл неодима: иттрий-алюминиевого граната (Nd: YAG), будет испускаться свет с длиной волны 1064 нм. Таблица 1 иллюстрирует различные типы материалов, используемых в настоящее время для генерации, и длины волн, излучаемые этим типом лазера. Обратите внимание, что некоторые материалы и газы могут излучать более одной длины волны.Длина волны излучаемого света в этом случае зависит от оптической конфигурации лазера.
Теория и работа лазера (вверху)
Лазер генерирует луч очень интенсивного света. Основное различие между лазерным светом и светом, генерируемым источниками белого света (например, лампочкой), заключается в том, что лазерный свет является монохроматическим, направленным и когерентным. Монохроматический означает, что весь свет, излучаемый лазером, имеет одну длину волны. Белый свет – это комбинация всех видимых длин волн (400-700 нм).Направленный означает, что луч света имеет очень низкую расходимость. Свет от обычных источников, таких как электрическая лампочка, расходится, распространяясь во всех направлениях, как показано на рисунке 2. Интенсивность может быть большой у источника, но она быстро уменьшается по мере удаления наблюдателя от источника.
Напротив, выход лазера, как показано на рисунке 3, имеет очень маленькую расходимость и может поддерживать высокую интенсивность луча на больших расстояниях. Таким образом, относительно маломощные лазеры способны излучать больше энергии на одной длине волны в узком луче, чем можно получить от гораздо более мощных традиционных источников света.
Когерентный означает, что световые волны находятся в фазе друг с другом. Лампочка излучает волны разных длин, что делает ее некогерентной.
Компоненты лазера (вверху)
На рисунке 5 показаны основные компоненты лазера, включая материал для генерации, источник накачки или среду возбуждения, оптический резонатор и выходной элемент связи.
Материал для генерации может быть твердым, жидким, газовым или полупроводниковым и может излучать свет во всех направлениях. Источником накачки обычно является электричество от источника питания, лампы или импульсной лампы, но также может быть другой лазер.В лабораториях Принстонского университета очень распространено использование одного лазера для накачки другого.
Возбуждающая среда используется для возбуждения лазерного излучения, заставляя его излучать свет. Оптический резонатор содержит зеркала на каждом конце, которые отражают этот свет и заставляют его отражаться между зеркалами. В результате энергия возбуждающей среды усиливается в виде света. Часть света проходит через выходной ответвитель, обычно через полупрозрачное зеркало на одном конце резонатора.После этого полученный луч готов к использованию в любом из сотен приложений.
Выходной сигнал лазера может быть постоянным, как в лазерах непрерывного действия (CW), или импульсным. Модулятор добротности на оптическом пути – это метод подачи лазерных импульсов чрезвычайно короткой продолжительности. Q-переключатель может использовать вращающуюся призму, ячейку Поккельса или затворное устройство для создания импульса. Лазеры с модуляцией добротности могут производить лазерный импульс высокой пиковой мощности длительностью несколько наносекунд.
Лазер непрерывного действия имеет стабильную выходную мощность, измеряемую в ваттах (Вт).Для импульсных лазеров под выходной мощностью обычно понимается энергия, а не мощность. Лучистая энергия является функцией времени и измеряется в джоулях (Дж). При измерении или расчете воздействия лазерного излучения часто используются два термина. Сияющее воздействие – это лучистая энергия, деленная на площадь поверхности, на которую падает луч. Выражается в Дж / см2. Энергия излучения – это мощность излучения, падающая на поверхность, деленная на площадь поверхности, по которой распределяется мощность излучения. Выражается в Вт / см2.Для импульсно-периодических лазеров фактор повторения импульсов (prf) и ширина импульса важны для оценки биологических эффектов.
Типы лазеров (вверху)
Лазерный диод – это светоизлучающий диод, в котором используется оптический резонатор для усиления света, излучаемого из запрещенной зоны, которая существует в полупроводниках. (См. Рис. 6.) Их можно настраивать на разные длины волн, изменяя приложенный ток, температуру или магнитное поле.
Газовые лазеры состоят из газонаполненной трубки, помещенной в резонатор лазера, как показано на рисунке 7.К трубке прикладывается напряжение (внешний источник накачки), чтобы возбуждать атомы в газе до инверсии населенности. Свет, излучаемый этим типом лазера, обычно представляет собой непрерывную волну (CW). Следует отметить, что если к газоразрядной трубке прикрепить угловые окна Брюстера, часть лазерного излучения может отражаться за пределы лазерного резонатора. В больших газовых лазерах, известных как газодинамические лазеры, для инверсии населенностей используются камера сгорания и сверхзвуковое сопло.
В лазерах на красителях активный материал используется в жидкой суспензии.Ячейка с красителем содержит среду для генерации. Эти лазеры популярны, потому что их можно настраивать на несколько длин волн, изменяя химический состав красителя. Многие из обычно используемых красителей или жидких суспензий токсичны.
Лазеры на свободных электронах, такие как на Рисунке 8, способны генерировать длины волн от микроволнового до рентгеновского диапазона. Они работают за счет прохождения электронного луча в оптическом резонаторе через магнитное поле вигглера. Изменение направления, оказываемое магнитным полем на электроны, заставляет их излучать фотоны.
1. Данные о воздействии – Неионизирующее излучение, Часть 2: Радиочастотные электромагнитные поля
Существует множество различных источников искусственных радиочастотных полей. Чем больше распространенные и известные антропогенные источники излучения в диапазоне RF 30 кГц до 300 ГГц представлены в формате.
Иногда такие поля являются неизбежным следствием того, как системы работать, например в случае радиовещания и телекоммуникаций, когда приемное оборудование используется в местах присутствия людей.В других ситуациях поля связаны с потерей энергии из процесс, например в случае систем, предназначенных для нагрева материалов (ICNIRP, 2009a).
Типичные характеристики выбросов источников будут обобщены здесь, вместе с информацией об экспозиции и дозе, если таковая имеется. Однако это важно понимать, что поля обычно сильно различаются близость источников и точечные измерения, указанные в литературе, могут не быть типичными значениями. Это потому, что оценки часто предназначены для определить максимальные риски, которые можно разумно предвидеть, e.грамм. для работникам вблизи источников, и убедиться, что они не превышают пределы.
(a) Радиовещание и телевещание
Полосы частот, используемые для радиовещания и телевидения сигналы в разных странах в целом схожи и показаны в.
Таблица 1.2
Полосы частот, используемые для вещания телевидения и радиосигналы.
Аналоговое радиовещание существует уже много лет и используется амплитудная модуляция (AM) в длинном, среднем и коротковолновом диапазонах, но качество звука не такое хорошее, как при частотной модуляции (FM) в диапазоне II, который стал доступен позже и сейчас больше популярны для прослушивания.Коротковолновый диапазон продолжает оставаться важным для международного радиовещания, потому что сигналы в этом полоса частот может отражаться от ионосферы и перемещаться по ней. мир и достигают стран за тысячи километров (AGNIR, 2003).
Полоса III была первоначальной полосой, используемой для телевизионного вещания и продолжает использоваться для этой цели в некоторых странах, в то время как другие перевели свои телевизионные услуги на диапазоны IV и V. Band III также используется для цифрового аудиовещания (DAB), исключительно так в странах, которые передали все свои телевизионные услуги в диапазонах IV и V.Аналоговый и цифровой телевизионные передачи в настоящее время делят диапазоны III, IV и V, но многие страны полностью переходят на цифровое вещание (ICNIRP, 2009а).
АГНИР (2003) имеют описал вещательное оборудование в Соединенном Королевстве с точки зрения количество передатчиков, работающих на заданном уровне мощности в каждом диапазон частот (). Общие тенденции, вероятно, схожи в другие страны, и главное изменение с тех пор, вероятно, был рост количества цифровых передатчиков для радио и телевидение (ICNIRP, 2009а).
Таблица 1.3
Приблизительное количество передатчиков вещания в Соединенное Королевство.
(i) Длинные, средние и коротковолновые диапазоны
Антенное радиовещание в длинноволновом и средневолновом диапазонах имеет тенденцию быть построенными в виде высоких металлических башен с кабелями, соединяющими башни друг к другу и к земле. Часто сингл низкочастотная (LF) или среднечастотная (MF) излучающая структура может включать несколько близко расположенных башен, которые питаются такими способ формирования диаграммы направленности луча.Некоторые башни под напряжением и изолированы от земли, в то время как другие заземлены и действуют как отражатели. Передатчики, предназначенные для обеспечения местные радиослужбы, например вокруг городов, используйте силы в диапазон от 100 Вт до 10 кВт, при небольшом количестве передатчиков которые предоставляют национальные услуги на большие расстояния, излучают до нескольких сотен киловатт (ICNIRP, 2009a).
Высокочастотный (HF) диапазон используется для международных вещание и включает в себя несколько более короткие длины волн чем в длинноволновом и средневолновом диапазонах.Гардинные решетки, состоит из нескольких подвешенных горизонтальных дипольных антенн между башнями, используются для формирования узких лучей, направленных вверх в сторону требуемых углов азимута и возвышения. Лучи отражаются от ионосферы и предоставляют услуги удаленным страны без необходимости какой-либо промежуточной инфраструктуры. Типичные завесы могут достигать 60 м в высоту и ширину, и может, например, включать 16 диполей, расположенных в виде четырех вертикально уложенные ряды по четыре с отражающей проволочной сеткой экран подвешен за ними.Учитывая расстояния передачи требуются, мощности велики, обычно около 100–500 кВт. В В HF-диапазоне меньше всего передатчиков среди всех радиовещательных диапазоны (ICNIRP, 2009а). Аллен и др. . (1994) сообщили о 25 HF передатчики мощностью в диапазоне 100–500 кВт и три с мощностью более 500 кВт в Соединенном Королевстве.
Места вещания могут быть довольно обширными, с несколькими антеннами содержится на закрытой территории площадью несколько квадратных километров. Здание с передатчиками обычно находится на площадка и фидерные ВЧ кабели проложены от этого здания до усики.На ВЧ-узлах матрицы коммутации допускают разные передатчики должны быть подключены к разным антеннам в соответствии с расписание трансляций. Кормушки могут быть заключены в коаксиальные или открытые, например как двойные линии, имеющие пары проводники на расстоянии 15 см друг от друга, подвешенные на высоте около 4 м над землей уровень.
При рассмотрении заявленных измерений радиочастотных полей на СЧ / ВЧ вещательных сайтов, важно отметить, что работники могут тратить большую часть времени проводят в офисах, мастерских или передатчиках залы.Такие места могут быть далеко от антенн, в результате чего уровни воздействия, которые намного ниже, чем при приближении персонала антенны для проведения ремонтных и монтажных работ.
Jokela et al. al . (1994) исследовали отношения между индуцированными радиочастотными токами, протекающими через ноги на землю и напряженности РЧ-поля от вещательных антенн СЧ и ВЧ. СЧ антенна представляла собой монополь с базовым питанием высотой 185 м, передающий 600 кВт при 963 МГц. На расстояниях 10, 20, 50 и 100 м от антенны, напряженность электрического поля на высоте 1 м составляла около 420, 200, 60 и 30 В / м соответственно.В то же расстояния, токи в стопах были около 130, 65, 30 и 10 мА. ВЧ-антенна представляла собой занавесную решетку 4 × 4, подвешенную между 60-метровые башни и излучающие 500 кВт на 21,55 МГц. Общее поле перед антенной на высоте 1 м колеблется от примерно 32 В / м на 10 м через максимум 90 В / м на 30 м, минимум 7 В / м на 70 м, а затем повысился примерно до 20 В / м на расстояниях в диапазон 100–160 м.
Mantiply et al. al . (1997) обобщили измерения радиочастотных полей от передатчиков MF вещания, содержащихся в нескольких технические отчеты с середины 1980-х до начала 1990-х годов от государственные учреждения США.Исследование на месте измерения проводились в выбранных местах на открытом воздухе в 15 городах и связанные со статистикой населения, показали, что 3% городских население подвергалось воздействию электрического поля с напряженностью более 1 В / м, в то время как 98% подвергались воздействию поля с напряженностью выше 70 мВ / м. и среднее воздействие было 280 мВ / м. Напряженности РЧ-поля были также измерены около восьми вещательных СЧ антенн, одна из которых работает на 50 кВт, три по 5 кВт и четыре по 1 кВт. Измерения были как функция расстояния по трем радиальным направлениям не более сайты.На расстояниях 1–2 м напряженности электрического поля находились в диапазоне 95–720 В / м, а напряженности магнитного поля находились в диапазоне 0,1–1,5 А / м, а на 100 м электрическое поле напряженность составляла 2,5–20 В / м, а напряженность магнитного поля была в пределах диапазон 7,7–76 мА / м.
Mantiply et al. al . (1997) также сообщили о поле измерения вблизи коротковолновых (ВЧ) радиовещательных антенн. Как упомянутые ранее, они предназначены для направления лучей вверх при малых углах возвышения. Следовательно, напряженности поля при места на земле определяются боковыми лепестками (см. Глоссарий) от антенн, и они непредсказуемо меняются в зависимости от расстояние и от одной антенны до другой.Были произведены замеры на четырех частотах в диапазоне HF и в шести точках в сообщества примерно в 10 км от ВЧ-площадки, где, вероятно, передаваемая мощность 250 кВт. Напряженность электрического и магнитного полей на отдельных частотах варьировались в пределах 1,5–64 мВ / м и 0,0055–0,16 мА / м, а максимальная напряженность поля сразу за пределами границы площадки составляли 8,6 В / м и 29 мА / м. Напряженность поля измеряется на расстоянии 100 м по «траверсе», касательной к луч от решетчатой решетки, передающей на 100 кВт, находился в диапазоны 4.2–9,2 В / м и 18–72 мА / м. Окончательный набор измерений был сделан на расстоянии 300 м от другого навесного массива передача на 100 кВт, при этом луч был направлен на ± 25 ° по азимуту. Напряженность поля находилась в диапазоне 1,7–6,9 В / м. и 14–29 мА / м.
(ii) диапазоны ОВЧ и УВЧ
Мощность, используемая для радиовещания в диапазонах ОВЧ и УВЧ, различается широко в зависимости от области и местности, на которой быть обеспеченным (). UHF-передачи легко поддаются влиянию условия местности и затененные участки с плохим сигналом может произойти, например.грамм. за холмами и в долинах. По этой причине в в дополнение к основному набору мощных передатчиков большое количество локальных бустерных передатчиков, принимающих сигналы от основных передатчиков и ретранслировать их в затененные области. Основные передатчики устанавливаются наверху мачт. высотой до нескольких сотен метров и эффективная излучаемая мощность (ERP) (см. Глоссарий) примерно до 1 MW, в то время как бустерные передатчики имеют антенны, которые установлен гораздо ближе к земле и в основном имеет меньшую силу чем 100 Вт.На УКВ сигналы меньше влияет местность условий и требуется меньшее количество бустерных передатчиков.
Типичные мачты радиовещательных передатчиков большой мощности показаны на.
Рис. 1.7
Типовые антенные мачты для силового вещания радио и телевизионные сигналы
Доступ к антеннам на мощных мачтах VHF / UHF осуществляется подъем по лестнице внутри башни; достигая усиков в наверху предполагает прохождение в непосредственной близости от излучающих антенн на более низкие высоты.Передачи ОВЧ имеют одинаковые длины волн. размеры конструкций, образующих саму башню, например длины стальных стержней или промежутков между ними, и следовательно, имеют тенденцию возбуждать потоки радиочастотного тока в этих элементах. Стоя волны (см. Глоссарий) могут присутствовать внутри башни, а измеренная напряженность поля может сильно зависеть от присутствие человека, производящего замеры. Таким образом, измерения напряженность поля может казаться нестабильной и сложной для интерпретации. Токи, протекающие в теле, можно измерить на запястье или лодыжки, и они более напрямую связаны с конкретным скорость поглощения (SAR; доза) в организме, чем поля связанные со стоячими волнами.Следовательно, может быть предпочтительнее для измерения тока тела (см. раздел 1.3), а не поля сила на мачтах с мощными антеннами УКВ.
В нескольких статьях, обсужденных ICNIRP (2009a), результаты измерений представлены в диапазон от десятков до сотен вольт на метр в пределах вещательные башни, но неясно, насколько репрезентативны эти Точечные измерения являются типичными для рабочих. Купер и др. al . (2004) использовали инструмент, который носили на тело как персональный дозиметр для измерения электро- и напряженность магнитного поля во время работы на передатчике сайт.Они сообщили, что широкие временные вариации поля сильные стороны обычно можно найти в любой записи воздействие электрических или магнитных полей во время работы на мачте или вышка, используемая для мощных передач в диапазонах VHF / UHF. показывает типичный след, который был записан для рабочего во время работы рядом с антеннами VHF во время набора высоты на мощных VHF / UHF решетчатая мачта. Напряженность поля обычно варьировалась ниже порог обнаружения около 14 В / м до уровня, приближающегося или превышение верхнего предела обнаружения около 77 В / м.Самый высокий мгновенные экспозиции обычно происходили, когда объект находился в вблизи мощных антенн VHF или когда переносной VHF рация использовалась для связи с другими рабочие.
Рис. 1.8
Относительная напряженность электрического поля, зарегистрированная для инженера работа на мачте, поддерживающей антенны для мощных Радиовещательные передачи VHF / UHF
Также была снижена напряженность поля у подножия башен / мачт. сообщается и кажется довольно изменчивым. Мантипли и др. .(1997) описали значения в диапазоне 1–30 В / м для УКВ телевидение, 1–20 В / м для телевидения УВЧ и 2–200 В / м для Сайты УКВ FM-радио. Некоторые конструкции антенн имеют относительно сильные направленные вниз боковые лепестки, известные как решетчатые лепестки, что является возможным объяснением такой изменчивости.
Радиовещательные антенны VHF / UHF предназначены для направления их лучей к горизонту, обычно во всех направлениях вокруг башни. Следовательно, напряженность поля на уровне земли и в населенных пунктах вблизи башни намного ниже, чем на сопоставимых расстояниях в пределах луч.Когда балки в конечном итоге достигают уровня земли, они значительно расширились, что снова означает, что экспозиции для населения значительно ниже, чем у рабочих на места, к которым у них есть доступ, как указано выше (ICNIRP, 2009a).
Mantiply et al. al . (1997) сообщают об исследованиях населения экспозиция в США проводилась в 1980-х годах и основывалась на измерения в выбранных местах на открытом воздухе. Примерно 50%, 32% и 20% населения подвергались воздействию более 0.1 В / м от сигналов УКВ радио, телевидения УКВ и телевидения УВЧ, соответственно. УКВ радио и телевидение вызвали облучение 0,5% и 0,005% населения при более чем 2 В / м, в то время как УВЧ телевидение вызвало воздействие на 0,01% населения в более крупных чем 1 В / м.
Напряженность поля, связанная с УКВ / УВЧ радио и телевидением широковещательные сигналы были измерены на 200 статистически распределенных в жилых районах Мюнхена и Нюрнберга в Германия (Шуберт и др. ., 2007). Цель исследование должно было выяснить, изменились ли уровни как результат перехода с аналогового вещания на цифровое, и измерения были сделаны до и после того, как это изменение произошло в каждом месте. Средняя плотность мощности составила 0,3 мкВт / м ² (11 мВ / м) для аналоговых сигналов и 1,9 мкВт / м ² (27 мВ / м) для цифровых сигналов. FM радио сигналы имели медианную плотность мощности 0,3 мкВт / м ² (11 мВ / м), аналогично аналоговым телевизионным сигналам, и значения варьировались примерно на два порядка на по обе стороны от медиан для всех типов широковещательного сигнала.Это интересно отметить, что эти значения кажутся ниже, чем те, о которых сообщалось в США в 1980-е годы.
(b) Сотовые (мобильные) сети
В отличие от вещания, для которого используются мощные передатчики покрывать большие территории, простирающиеся на 100 км и более от передатчика, в сотовых сетях используется большое количество маломощных передатчиков, известные как базовые станции, которые разбросаны по всей территории, где покрытие должно быть обеспечено. Это потому, что коммуникации двусторонняя (дуплексная) в сотовых сетях, при этом каждому пользователю требуется свои собственные выделенные каналы связи, как для восходящего канала (от телефона к базовой станции) и для нисходящего канала (от базовой станции к Телефон).Каждая базовая станция имеет ограниченную емкость с точки зрения количество вызовов, которые он может обслуживать одновременно, поэтому передатчики ближе друг к другу в местах с высокой плотностью пользователей. Например, передатчики могут находиться на расстоянии около 10 км друг от друга. населенные пункты, но не более 100 м друг от друга в центрах городов.
Важным моментом при проектировании сотовых сетей является то, что операторы имеют ограниченное окно спектра и вынуждены повторно использовать их частотные каналы, чтобы обеспечить покрытие повсюду.Типичный частотная карта, показывающая, как можно обеспечить покрытие с помощью 12 частотные каналы показаны в. Сигналы, которые используют то же самое частота в разных ячейках может потенциально мешать каждому другое, но сила сигнала уменьшается с увеличением расстояния от базовых станций и частоты не используются повторно в соседних ячеек / секторов. Следовательно, услуги могут предоставляться без помех, при условии, что излучаемая мощность телефонов и базовых станций минимизирован во время звонков. Этот принцип имеет важные последствия для радиочастотного облучения людей, использующих телефоны и живущих рядом с базой станции (ICNIRP, 2009а).
Рис. 1.9
Пример плана покрытия для сотовой сети
Развитие технологий мобильной связи широко классифицируется в соответствии с четырьмя разными поколениями (). Первое поколение сети (1G) были развернуты в середине 1980-х и включали Advanced Мобильная телефонная система (AMPS) в Северной Америке, полный доступ Системы связи (TACS) в большей части Европы, Nippon Telegraph и Телефон (NTT) в Японии и Северная мобильная телефония (NMT) в Скандинавия. Системы были основаны на аналоговой технологии и использовались частотная модуляция для предоставления услуг голосовой связи.Эти сети в основном закрылись примерно с 2000 года, так как пользователи перешел к более поздним поколениям технологии (ICNIRP, 2009a).
Таблица 1.4
Полосы частот, изначально использовавшиеся разными мобильными телефонами системы.
Сети второго поколения (2G) были созданы в начале 1990-х гг. и продолжаем работать. Они основаны на цифровых технологиях и используйте голосовое кодирование для повышения спектральной эффективности. Многие системы используют множественный доступ с временным разделением (TDMA) в своих частотных каналах и такие системы включают Глобальную систему мобильной связи (GSM) в Европе, Персональная цифровая сотовая связь (PDC) в Японии, и обе персональные Системы связи (PCS) и D-AMPS (цифровой AMPS, также известный как «TDMA») в Северной Америке.Другие североамериканские системы известны как CDMA, потому что они используют множественный доступ с кодовым разделением каналов. Системы 2G были расширены за счет включения некоторых базовых служб передачи данных, но последующие системы с расширенными услугами передачи данных обычно назывались 2.5G (ICNIRP, 2009a).
Третье поколение мобильных телефонов (3G) с полным набором данных сервисы, стали доступны в начале 2000-х годов. В этих телефонах есть превратились в современные «смартфоны», хотя это важно признать, что они полностью обратно совместимы с 2G сети и использование 2G или 3G в любой момент времени зависит от покрытие сети и то, как операторы решили управлять вызовами / данными трафик в их сети.В системах используется радиодоступ CDMA. методы (ICNIRP, 2009а).
Четвертое поколение (4G) технологии только начинает развернут, чтобы удовлетворить растущий спрос на услуги передачи данных. Немного системы известны как долгосрочная эволюция (LTE) и используют ортогональные мультиплексирование с частотным разделением (OFDM), в то время как другие основаны на Всемирная совместимость для микроволнового доступа (WiMax). Как и в случае с 3G сервисов, эта технология будет наложена на другие сервисы, и телефоны смогут поддерживать несколько режимов доступа (4G, 3G и 2G) (Buddhikot et al. al ., 2009).
Полосы частот, изначально используемые сотовыми сетями в различных части мира показаны в. Важно отметить что либерализация спектра продолжается в настоящее время, так что операторы, имеющие лицензию на определенную часть спектра могут использовать его для предоставления услуг с использованием любых технологий, которые они желание. Например, полосы, изначально зарезервированные для услуг 2G, таких как GSM становится доступным для услуг 3G / 4G во многих странах, так как спрос смещается с 2G на системы с большей емкостью данных Сервисы.Кроме того, с переходом на цифровое телевещание, спектр в диапазоне частот от 698 до 854 МГц становится доступны и перераспределяются на услуги сотовой связи 3G / 4G (Buddhikot et al. al ., 2009).
(i) Мобильные телефоны
Выходные мощности и – если используется TDMA – всплеск обобщены характеристики различных типов мобильных телефонов. в . Аналоговые мобильные телефоны должны иметь максимальный эквивалент изотропно излучаемые мощности (EIRP) 1 Вт, но антенны не были изотропными и имели бы усиление около 2 дБ.Этот подразумевает, что излучаемая мощность была бы около 600 мВт. 2G мобильные телефоны, использующие TDMA, имеют усредненную по времени мощность, меньше их пиковой мощности в соответствии с их коэффициентом заполнения, то есть время, которое они проводят на передачу, как пропорция общее. Например, телефоны GSM, которые передают на уровне мощности 2 Вт в диапазоне 900 МГц (GSM900) имеют усредненную по времени мощность, которая составляют 12% от этого, то есть 240 мВт. Максимальный усредненный по времени выход мощности обычно находятся в диапазоне 125–250 мВт для 2G. вперед.
Таблица 1.5
Выходные мощности и характеристики TDMA различных типы мобильных телефонов.
Мобильные телефоны обычно держат за передающую антенну на расстоянии 1-2 см от тела, поэтому создаваемые ими радиочастотные поля сильно неоднороден по всему телу и быстро уменьшается в сила с увеличением дистанции. Поля проникают в тело тканями, что приводит к поглощению энергии, которое описывается SAR. Значения SAR получены производителями телефонов в соответствии с серия предписанных испытаний и максимальное значение, зарегистрированное в любой из тестов описан в документации по продукту.Значения при нормальном использовании позиции должны быть ниже значений заявлены производителями, поскольку позиции, используемые в стандарты тестирования предназначены для имитации наихудшего случая условия.
В то время как дает максимальную выходную мощность для телефонов, фактическая мощность, используемая при любая точка во время вызова может изменяться до этого максимума. Как упомянуто выше, чтобы минимизировать помехи в сетях, мощность динамически снижается до минимума, необходимого для перевозки из звонков. Vrijheid и др. .(2009a) обнаружили, что снижение было в среднем примерно до 50% от максимального при использовании GSM телефоны, а Гати и др. . (2009) сообщили, что 3G телефоны работали только на нескольких процентах от максимальной мощности.
Еще одно соображение заключается в том, что в телефонах GSM используется режим, называемый прерывистая передача (DTX), при которой их последовательность пакетов передачи меняется на более низкую нагрузку фактор в периоды разговора, когда пользователь мобильного телефона не разговаривает. Wiart и др. .(2000) обнаружил, что DTX снижает среднюю мощность примерно на 30% для GSM телефоны.
(ii) Временные тенденции SAR для мобильных телефонов
Как показано на, аналоговые мобильные телефоны имели более высокий указанные максимальные излучаемые мощности, чем цифровые (обычно 0,6 Вт против 0,1–0,25 Вт). Пока этих систем больше нет использования и мало данных о воздействии, это представляет интерес для подумайте, могло ли облучение от этих телефонов выше, чем у современных телефонов. Ключевые отличия, помимо относительные уровни мощности, если аналоговые телефоны были больше, чем их современные цифровые аналоги и что они, как правило, более крупные усики, e.грамм. извлекаемые штыревые антенны, а не в настоящее время используются компактные спирали и патч-антенны. Увеличенный расстояние между антенной и головой уменьшило бы Общий уровень SAR, а больший размер антенны привело к более диффузному распределению SAR в голове.
Изменение локализованных значений SAR с течением времени также интересно рассмотреть. Кардис и др. . (2011b) собрал база данных зарегистрированных пиковых значений SAR 1 и 10 g для телефонов из ряд публикаций и веб-сайтов.Большинство данных относятся к годам 1997–2003 гг., И никаких существенных тенденций к росту или снижению этот период времени был найден для частот 900 МГц или 1800 МГц. группы.
Таким образом, пиковое пространственное SAR (psSAR), похоже, не имеет значительно изменились с течением времени, поскольку аналоговые телефоны были заменены цифровыми. Однако более диффузный характер дистрибутивы, производимые аналоговыми телефонами, вероятно, будут иметь привело к увеличению общего SAR в голове, в том числе мозг.
(iii) Телефоны не звонят
Мощность, излучаемая телефонами, когда они находятся в режиме ожидания, а не звонки тоже представляют интерес.Систематические исследования не были опубликованы по этой теме, но передачи по этим условия бывают краткими и нечастыми, и ожидается, что быть очень маленьким при усреднении по времени.
Телефоны, оборудованные для передачи данных, например электронной почты, будут передавать дольше, чем обычные телефоны, потому что они проверять почтовые серверы и синхронизировать базы данных, хранящиеся телефон с теми, что на удаленных серверах. Кроме того, загрузка больших файлы, такие как видео и фотографии, могут занять много минут.В телефон вряд ли будет поднесен к голове пользователя, пока это происходит, хотя может быть в кармане пользователя или в других частях тела, что может привести к локальным выбросам более высокий уровень мощности, чем во время разговора, например если общий пакет используется радиослужба (GPRS), предполагающая многослотовую передачу с GSM.
Отправка текстового сообщения с мобильного телефона включает короткий период передачи. Гати и др. . (2009) показал, что длинное текстовое сообщение займет не более 1.5 с на отправку с системами GSM.
(iv) Комплекты громкой связи и наушники Bluetooth
Телефон иногда можно использовать с комплектом проводной громкой связи в какие части тела, кроме головы, могут быть открыты до максимальных локализованных SAR, например если телефон помещен в карман пользователя во время разговора. Хотя можно было ожидать, что аудиокабель к наушнику не может эффективно направлять радиочастоты. поля к наушнику, и что использование проводной громкой связи комплекты приведет к значительному снижению SAR в голове из-за увеличено расстояние телефона от головы, были предположения, что это не всегда так.
Портер и др. al . (2005) показали, что макет кабели комплекта громкой связи были решающим фактором в определение экспозиции головы, и что некоторые геометрические формы могут приводят к значительно большей мощности, передаваемой в аудио кабель, чем другие. Однако во всех протестированных комбинациях максимальное значение SAR 10 г было ниже при использовании комплекта громкой связи был использован, чем когда его не было. Кюн и др. . (2009a) доработанные процедуры тестирования комплектов громкой связи при наихудших и реальных условиях использования и применения их к набору телефонов и комплектов.Авторы пришли к выводу, что при использовании комплекта громкой связи обнажение всей головы было ниже. использовался, чем когда телефон был поднесен непосредственно к голове, но что может быть очень локализованное увеличение экспозиции в ухо.
Доступны комплекты беспроводной громкой связи, использующие Bluetooth RF протокол связи для подключения к мобильному телефону расположен в пределах нескольких метров от тела. Этот протокол обеспечивает для радиопередач в диапазоне частот 2,4–2,5 ГГц при мощности уровни 1, 2.5 или 100 мВт. Только самая низкая из этих сил уровни будут использоваться с беспроводным комплектом громкой связи, и эти примерно в сто раз ниже максимальной выходной мощности мобильных телефонов. В исследовании проводных комплектов громкой связи упомянутый выше, Kühn и др. . (2009a) также протестировали Комплекты беспроводной связи Bluetooth и пришли к выводу, что они отвечает за низкую, но постоянную экспозицию.
(v) Базовые станции мобильной связи
Базовые станции, предоставляющие услуги мобильной связи, которые будут поступать много разных размеров и форм, в зависимости от их индивидуальности требования к покрытию.
Излучаемая мощность и высота базовой станции мобильного телефона усики сильно изменчивы. Купер и др. . (2006) собраны данные о высоте и мощности антенны базовой станции со всех сотовые операторы в Великобритании, всего 32 837 базовых станций, за 2002 год. Данные представлены и показывают мощность базовой станции обычно варьируется от 0,1 до 200 Вт. W и что высота колеблется от 3 до 60 м над землей. уровень. Имеется большая группа базовых станций высотой в диапазон 15–25 м и мощность в диапазоне 20–100 Вт, а секунда группа высотой 2–6 м и мощностью около 2 Вт.Купер и др. . пришел к выводу, что базовые станции в первой группе, вероятно, будут обслуживать макроячейки и обеспечивать основное покрытие сотовых сетей, а в Вторая группа, вероятно, будет микроэлементами и обеспечит вторую слой покрытия, например в густонаселенных районах.
Рис. 1.10
Распределение 32 837 базовых станций Соединенного Королевства в соответствии со средней высотой антенны и общим излучаемым мощность
Для определения уровни воздействия в непосредственной близости от базы мобильных телефонов станций, часто в рамках национальных кампаний по обращению обеспокоенность.Как правило, эти точечные измерения учитывают вклады в экспозицию от всех сигналов в диапазонах, используемых базовая станция во время измерения, но игнорируйте другие части спектра, например, используемые передатчиками вещания. Манн (2010) резюмировал программу аудита Соединенного Королевства, которая включала 3321 измерение на 541 объектах, включая 339 школ, 37 больницы и 165 других мест. Коэффициенты экспозиции, с описанием доли общедоступных ссылок ICNIRP уровень (ICNIRP, 1998), который в совокупности вносится сигналами измеренные, показаны в виде кумулятивного распределения.
Рис. 1.11
Совокупное распределение коэффициентов подверженности риску соответствует 3321 точечным измерениям, выполненным Office сообщений на 499 объектах, вызывающих озабоченность общественности. было высказано о близлежащих базовых станциях
включает логарифмически нормальную кривую, оптимально подобранную (методом наименьших квадратов) для данные. Кривая предполагает, что данные приблизительно логарифмически нормально распределены, хотя и с более длинным хвостом в сторону более низкие значения. Значения частного: 8,1 × 10 ⁻⁶ (3.0 × 10 ⁻⁸ – 2,5 × 10 ⁻⁴), где первая цифра – это медианное значение, а значения в скобках укажите диапазон от 5-го до 95-го процентиля. О 55% измерений были выполнены на открытом воздухе, и это были связаны с более высокими коэффициентами воздействия, чем в помещении измерения. Средние коэффициенты для наружного и внутреннего размеры 1,7 × 10 ⁻⁵ и 2,8 × 10 ⁻⁶ соответственно, т.е. наружная медиана была примерно в шесть раз выше, чем медиана в помещении (Mann, 2010).
Коэффициенты воздействия могут быть преобразованы в электрическое поле. силы или плотности мощности, приняв значение для эталонный уровень, но последний варьируется от 2 до 10 Вт / м ² в диапазоне частот, рассматриваемом в измерения (от TETRA на 390 МГц до UMTS на 2170 МГц). В изменение опорного уровня, однако, значительно меньше, чем вариация коэффициентов подверженности, поэтому беря 4,5 Вт / м 2 в качестве опорного уровня (значение при 900 МГц) по-прежнему дает полезные данные.Плотность мощности и Значения напряженности электрического поля, основанные на этом предполагаемом значении, показаны в .
Таблица 1.6
Сводка коэффициентов подверженности, измеренных в США Царство.
шоу напряженности электрического поля от десяти до нескольких сто милливольт на метр в помещении, где люди проводят большую часть свое время. Однако при рассмотрении этих данных важно признать, что закрытые участки в этом исследовании были выбраны согласно обеспокоенности общественности относительно близлежащей базовой станции; эти значения напряженности поля, таким образом, могут быть выше, чем при локации репрезентативные экспозиции численность населения.
Петерсен и Тестагросса (1992) опубликовали измерения плотности мощности вокруг аналоговых базовых станций в США, передача в частотный диапазон 869–894 МГц. Базовый сайт для запуска обслуживают ячейку дальностью до 12–16 км и обеспечивают до 16 сигналы (каждый обслуживает один телефонный звонок) от одного всенаправленная антенна. По мере роста спроса сайты могли быть расширен, чтобы разделить ячейки на три сектора, до шести антенны установлены на треугольной головке мачты. Опять же, каждая антенна обеспечит до 16 сигналов, поэтому будет максимум Доступно 96 сигналов, 32 из которых были бы направлены в каждый сектор.Значения номинальной ERP (см. Глоссарий) были примерно 100 Вт, поэтому излучаемая мощность была бы порядка 10 Вт на сигнал от ненаправленных и секторных сайтов, с типичные коэффициенты усиления антенны в диапазоне 9–10 дБ и 8–12 дБ, соответственно.
Для четырех мачт высотой от 46 до 82 м, размеры делались с интервалами по радиалам от оснований мачт. на расстояние до нескольких сотен метров. Индивидуальные сигналы от данной антенны, как было обнаружено, различаются по силе при любом заданном положение измерения и структура боковых лепестков антенны было очевидно, что сила сигнала имела колебательный зависимость от расстояния.Максимальная плотность мощности на сигнал составляла <100 мкВт / м ², за исключением близости к металлу сооружения у подножия башни. Таким образом, даже для 96 сигналов передаваемых одновременно, максимальная совокупная удельная мощность возможно, было бы <10 мВт / м ².
Хендерсон и Бангай (2006) сообщили об исследовании воздействия около 60 узлы базовых станций в Австралии, передающие CDMA800 (29 узлов), GSM900 (51 узел), GSM1800 (12 узлов) и 3G UMTS (35 узлов) сигналы.Изначально компьютерное моделирование проводилось для определить направление от мачты, где максимально открыты были ожидаемы. Затем измерения проводились на расстояниях 50, 200 и 500 м, а затем были проведены дальнейшие измерения на расстояние, на котором была предсказана максимальная экспозиция, которая варьировалась от 14 до 480 м от мачты за счет антенны высота, узор и наклон. Максимальная зарегистрированная удельная мощность 7,8 мВт / м ² соответствует коэффициенту воздействия 0,002 (0,2%) относительно общедоступного эталонного уровня ICNIRP (идентична австралийскому стандарту на частотах обеспокоенный).Кумулятивные распределения также представлены в этом бумага показала примерно одинаковые медианные коэффициенты экспозиции около 0,0015 на 50 и 200 м, 0,0001 на 500 м и 0,004 на максимум.
Исследование Купера и др. . (2006) упомянуто выше сосредоточены на измерениях около 20 базовых станций GSM с мощностью <5 Вт и высота <10 м, случайным образом выбирается из всей базы станции в Соединенном Королевстве. Из всего 32 837 базовых станций, было определено 3008 подходящих станций. Усики выбранных базовых станций часто крепились к стенам здания на минимальной высоте 2.8 мес. Теоретические расчеты на основе излучаемых мощностей показали, что минимальная высота при которой можно было достичь референтного уровня, находившегося на 2,4 м выше земля. Измерения экспозиции проводились в зависимости от расстояние на 10 из 20 площадок и в 610 точках в целом, от 1 до 100 м от антенны. Самое высокое место измерения в доступном месте составили 8,6% от референсный уровень и экспозиции в целом варьировались от От 0,002% до 2% от общедоступного эталонного уровня ICNIRP.Эмпирический fits показали, что коэффициенты подверженности уменьшились таким образом, что обратно пропорциональна расстоянию, для расстояний до примерно в 20 м от антенн, а затем уменьшился с четвертая степень расстояния. Облучения, близкие к базе микроэлементов станции оказались выше, чем близкие к базе макроячейки станций, потому что антенны были на меньшей высоте и могли к более близкому подходу со стороны общественности.
Ким и Парк (2010) провели измерения в 50 точках между 32 и 422 м от базовых станций CDMA800 и CDMA1800 в Республика Корея.Базовые станции были выбраны для представления мест, где обеспокоенность была выражена местными численность населения. Самый высокий зарегистрированный уровень электрического поля составил 1,5 В / м, что эквивалентно коэффициенту воздействия 0,0015 (0,15%) по сравнению с контрольным уровнем, а медиана экспозиции коэффициент был ниже 0,0001 (0,01%).
В самых последних исследованиях использовались носимые индивидуальные экспонометры. на период до нескольких дней группами добровольцев. Эти исследования описаны в разделе 1.6.1 и предоставляют информацию не только от базовых станций, но и от других передатчики окружающей среды во время типичной деятельности.
(vi) Наземная транкинговая радиосвязь (TETRA)
TETRA – это сотовая радиосистема, разработанная для удовлетворения потребностей профессиональные пользователи и службы экстренной помощи. Трубки могут быть используются как мобильные телефоны, но обычно используются как рации, удерживаемые перед лицом и в режиме Push-to-Talk (PTT) режим. Микрофоны с выносными динамиками и различные скрытые также доступны дополнения. Когда трубки используются с аксессуары, передающая трубка может быть установлена на пояс, на груди или в другом месте на теле.Системы для использования в автомобили с установленными снаружи передающими антеннами также доступны. Принципы работы и подробные характеристики задействованных сигналов описаны в обзор AGNIR (2001).
Доступны несколько диапазонов частот от 380 до 470 МГц, так как а также один набор диапазонов около 900 МГц. У телефонов может быть пик излучаемая мощность 1 Вт или 3 Вт, в то время как передатчики, установленные на автомобиле могут иметь мощность 3 Вт или 10 Вт. Базовые станции имеют аналогичные полномочия к тем, которые используются для сетей мобильной связи, т.е.е. несколько десятков ватт. Система использует TDMA, хотя частота кадров составляет медленнее, чем у систем TDMA, связанных с мобильным телефоны. Есть четыре слота на кадр и 17,6 кадра на второй. Следовательно, пакеты с телефонов занимают слоты с длительность 14,2 мс, а усредненная по времени мощность составляет четверть пиковые мощности, упомянутые ранее в этом параграфе. База станции передают непрерывные сигналы AGNIR (2001).
Обзор AGNIR относится к SAR, измеренным от 1 и 3 Вт. телефонные трубки по обе стороны от головы и перед лицо в модели головы.При пространственном усреднении более 10 г в соответствии с директивами ICNIRP и IEEE, радиомодуль мощностью 1 Вт производит SAR 0,88, 0,89 и 0,24 Вт / кг слева, справа и перед лицом соответственно, в то время как магнитола мощностью 3 Вт выдавала SAR 2,88, 2,33 и 0,53 Вт / кг соответственно при той же условия.
Димбылов и др. al . (2003) разработали численную модель доступного в продаже телефона TETRA и рассчитанных значений SAR в анатомически реалистичная численная модель (разрешение 2 мм) голова развивалась на основе изображений МРТ.Телефон был смоделирован как металлический ящик размером 34 × 50 × 134 мм, и с спиральная (шаг 4 мм; диаметр 8 мм) или несимметричная антенна установлен на его верхней грани и резонирует на частоте 380 МГц. Для телефон держать вертикально перед лицом в положении который считался наиболее представительным для практического использования, усредненные SAR при 10 г составили 1,67 Вт / кг и 2,37 Вт / кг на ватт. излучаемой мощности с несимметричной и спиральной антеннами, соответственно. Рассмотрены различные положения с телефоном по бокам головы и максимальные SAR с двумя усиков было 2.33 и 3,90 Вт / кг на ватт. Эти значения предполагают SAR с трубками мощностью 3 Вт (среднее время 3/4 Вт), имеющими спиральную антенна может превышать ограничение 2 Вт / кг на воздействие широкая публика, если бы трубки передавали на полную мощность в течение 6 минут, удерживая при этом сбоку от головы.
(vii) Беспроводные телефоны
Беспроводные телефоны используются для голосовых вызовов и удерживаются голова прямо как у мобильных телефонов. Следовательно, антенна внутри телефон находится в непосредственной близости от головы и ее излучаемых полей размещать энергию в тканях головы рядом с телефоном, в аналогично полям с мобильных телефонов.С беспроводным телефоны, связь осуществляется на более короткие расстояния, чем с мобильные телефоны и поэтому излучаемая мощность ниже, но в беспроводных телефонах не используется адаптивное управление питанием, что означает что, в отличие от мобильных телефонов, они не постоянно адаптируют излучаемая мощность до минимума, необходимого для удовлетворительного связь (ETSI, 2010).
При простой беспроводной установке телефоны обычно снова на столе или зарядном устройстве после того, как вызов законченный. Однако есть и более сложные установки. в котором несколько базовых станций установлены в здание и телефоны переносятся пользователем как личные Телефон.Радиосвязь на расстоянии нескольких десятков метров и до ближайшей базовой станции, которая обеспечивает подключение к основной проводной телефонной сети.
Первые беспроводные телефоны использовали аналоговую технологию и работали в соответствии с целым рядом различных технических стандартов, с непрерывным уровень излучаемой мощности около 10 мВт во время разговора. Частоты обычно находились в диапазоне 30–50 МГц и, следовательно, около 20 в разы ниже частот, используемых мобильными телефонами. Немного в телефонах использовались телескопические антенны длиной около 15–30 см, в то время как другие использовали спиральные антенны длиной около 5 см.В более низкие частоты и больший размер антенн, используемых с аналоговые беспроводные телефоны привели бы к меньшему доля поглощаемой излучаемой мощности, а также в более диффузная картина абсорбции в голове, чем при мобильные телефоны (ETSI, 2010).
В современных беспроводных телефонах используются цифровые технологии, в том числе цифровая улучшенная беспроводная связь (DECT) техническая стандарт, работающий в полосе частот 1880–1900 МГц и это основная система, используемая в Европе.В других частях света также используются системы, работающие на частотах 900, 2400 и 5800 МГц. как DECT (ETSI, 2010).
Системы DECT производят прерывистые излучения из-за использования TDMA. Сигналы телефона и базовой станции во время разговора в виде 100 пакетов каждую секунду, примерно 0,4 мс каждый по продолжительности. Эти всплески излучаются с пиковым уровнем мощности 250 мВт, но усредненная по времени мощность составляет 10 мВт, потому что каждое устройство передает только 1/24 времени (коэффициент заполнения 4%).Трубки не передают сигнал, пока не производятся вызовы, но когда в режиме ожидания большинство базовых станций производят 100 импульсов радиомаяка за во-вторых, длительность каждого импульса составляет 0,08 мс. Отсюда следует коэффициент заполнения 0,8% (ETSI, 2010).
(viii) Профессиональные мобильные радиосистемы
Разнообразные профессиональные мобильные радиосистемы, также называемые частное мобильное радио (PMR), разрабатываемое годами и они обычно предоставляются профессиональным пользователям по лицензии агентства по управлению использованием спектра в странах, где они находятся использовал.Во многих странах службы экстренной помощи (полиция, пожарная, скорая помощь и т. д.) переходят на использование цифровой сотовой связи. системы, такие как TETRA, хотя аналоговые системы – которые были норма до развертывания систем TETRA – тоже используются.
Системы PMR используют частоты в УКВ и УВЧ частях спектр; VHF обычно распространяется дальше для данного излучаемого мощность и поэтому предпочтительнее для дальних расстояний коммуникации. С другой стороны, УВЧ-системы имеют меньшие размеры. антенны и представлены как более компактные терминалы.
Системы существуют в виде раций, которые хранятся в перед лицом и используется в режиме PTT; они могут быть встроенным в автомобили с внешними, например на крыше, усики или носить на теле. Передающие антенны могут находиться на самом телефоне, в автомобиле или переноситься грудь или талия. излучаемая мощность обычно находится в диапазоне 1–5 Вт, но важно учитывать скважность связаны с тем, как они используются: режим PTT будет включать всего несколько секунд передачи в то время, когда кнопка нажата, и пользователь говорит.
(c) Беспроводные сети
Беспроводные сети быстро развиваются примерно с 2000 г. становится предпочтительным методом подключения мобильных устройств, таких как переносные компьютеры и мобильные телефоны к другим электронным системам и в Интернет. Сети находятся в домах, школах, общественных местах. в таких местах, как кафе и транспортные узлы, и на рабочем месте. В системы работают в соответствии с семейством технических стандартов IEEE802.11 и часто называют «Wi-Fi», в честь Wi-Fi Alliance, организация, которая удостоверяет совместимость устройств на рынок.
Исходная версия IEEE802.11 была опубликована в 1997 г. для скорости передачи данных до 2 Мбит / с по частотным каналам от 2,4 до 2,5 ГГц. Последующие разработки с использованием этого диапазона были IEEE802.11b и IEEE802.11 g, с учетом скоростей до 11 и 54 Мбит / с соответственно. Несколько диапазонов частот от 5 до 6 ГГц эксплуатируются IEEE802.11a и обеспечивают скорость 54 Мбит / с коммуникации. Последние устройства работают по стандарту IEEE802.11n. и обеспечивают до 72 Мбит / с в одночастотном канале, но стандарт позволяет устройствам, которые могут использовать несколько частотных каналов одновременно для обеспечения гораздо более высоких скоростей передачи данных (ICNIRP, 2009a).
Стандарт IEEE802.11 определяет максимальную излучаемую мощность, но эти во многих частях превышают значения, разрешенные регулирующими органами мира. Например, в Европе технические стандарты EN300328 и EN301893 ограничивают эквивалентную изотропную излучаемую мощность (EIRP) до 100 мВт в диапазоне 2,4 ГГц и до 200 мВт в диапазоне 5 ГГц, соответственно. Пейман и др. . (2011) измерили фактическую мощность, излучаемая набором устройств Wi-Fi, продаваемых среди школы в Соединенном Королевстве.Сферически-интегрированный излучающий мощность (IRP) колебалась от 5 до 17 мВт для пятнадцати ноутбуков в 2,45 мВт. Диапазон ГГц и от 1 до 16 мВт для восьми ноутбуков в диапазоне 5 ГГц. По практическим соображениям и потому, что точки доступа обычно настенные с лучами, направленными в комнату, их мощности были интегрированы в полушарии. Они варьировались от 3 до 28 мВт для двенадцать точек доступа на частоте 2,4 ГГц и от 3 до 29 мВт для шести точек доступа указывает на 5 ГГц. Таким образом, излучаемая мощность ноутбуков, кажется, колеблется в пределах от нескольких мВт до примерно 30 мВт.В принципе, эти измерения подразумевают, что мощность точек доступа может варьироваться от нескольких мВт до примерно до 60 мВт, если их диаграмма направлена симметрично в неизмеренное полушарие, что кажется маловероятным.
Радиочастотное излучение от устройств Wi-Fi имеет форму коротких всплесков. содержащие части передаваемых данных и другие информация, такая как подтверждение того, что данные были успешно получен. В отличие от выбросов мобильных телефонов, использующих TDMA, пакеты нерегулярны по времени и продолжительности.Типичные всплески составляют от примерно 10 мкс до примерно 1 мс по длительности. Если данные потеряны или повреждены во время передачи, пакеты повторно передаются до тех пор, пока они не будут успешно получены. Также под условия плохой связи, например из-за слабого сигнала силы, системы могут снизить скорость передачи данных, чтобы иметь лучшее соотношение сигнал / шум и повышенная надежность. Этот увеличивает совокупное время, необходимое для передачи заданного количество данных. Таким образом, высокий уровень сигнала от устройств Wi-Fi (во время передачи пакетов) не обязательно переводить в более высокие риски, потому что это приводит к более низким коэффициентам заполнения (Mann, 2010).
Подробные данные о коэффициентах заполнения еще не опубликованы. оборудования Wi-Fi при нормальном использовании; однако Халид и др. . (2011) имеет сообщил о первых результатах использования захвата трафика данных и оборудование для подсчета пакетов в школьных сетях. Переданные пакеты были захвачены, чтобы определить долю времени, в течение которого Wi-Fi устройств, передаваемых, когда дети использовали ноутбуки во время уроки. Ноутбуки в основном использовались для приема трафика от точки доступа и, следовательно, время передачи портативного компьютера было низким.Долг коэффициенты для отслеживаемых ноутбуков стабильно были ниже 1% и точки доступа были менее 10%. Базовые коэффициенты заполнения точки доступа (без передачи данных) составляют около 1% из-за импульсы маяка длительностью 1 мс, которые производятся с частотой десять импульсов в секунду (Манн, 2010).
Значения SAR, полученные при использовании портативных компьютеров, оснащенных Передатчики Wi-Fi оценивались несколькими авторами. Наиболее устройства теперь имеют встроенные антенны, расположенные вокруг и вдоль верхней части края экрана, которые, следовательно, находятся на большем расстоянии от тело, чем мобильный телефон, прижатый к голове.Быстрый снижение напряженности поля при увеличении расстояния означает, что SAR могут быть намного ниже, чем у мобильных телефоны под такие сценарии. На основе непрерывной излучаемой мощности 100 мВт при ряде таких сценариев, Findlay & Dimbylow (2010) рассчитали максимум 10 г усредненный SAR 5,7 мВт / кг в голове.
Когда устройства Wi-Fi могут вести непрерывную передачу со своими антенны в непосредственной близости от тела, SAR может быть выше в сценарии, описанном выше.Например, Кюн и др. . (2007a) измерил SAR 0,81 Вт / кг в плоском фантоме с антеннами Точка доступа Wi-Fi в непосредственной близости и Schmid et al . (2007b) измерил SAR 0,05 Вт / кг в аналогичных условиях через Wi-Fi оборудованную PCI-карту, вставленную в ноутбук. Значение, сообщенное Kühn и др. . находится в пределах максимально локализованного SAR от мобильных телефонов (ICNIRP, 1998).
Исследования также изучали общую напряженность поля в среды, в которых установлены сети Wi-Fi.Фостер (2007) измерил РФ полей на 55 государственных и частных сайтах в США и Европе (4 страны), в том числе частные резиденции, коммерческие помещения, учреждения здравоохранения и образования. Почти во всех случаях измеренные уровни сигнала Wi-Fi были намного ниже, чем у других радиочастот сигналы в той же среде. Максимальная усредненная по времени мощность плотность в диапазоне 2,4 ГГц, измеренная на расстоянии 1 м от ноутбука загрузка и загрузка файла составила 7 мВт / м ², что составляет намного меньше, чем ICNIRP значение уровня (1998) ссылка 10 Вт / м 2 для широкой общественности.
Шмид и др. . (2007a) исследовали типичное воздействие, вызванное приложения беспроводной локальной сети (WLAN) в малых и больших закрытые общественные места (например, интернет-кафе, аэропорты). Открытый также рассматривались сценарии, в которых воздействие измерялось в близость точек доступа, обслуживающих жилые районы и общественные места. Воздействие оценивалось вычислительными методами и измерения на месте. Самые высокие значения для экспозиции в помещении были найдено рядом с передающими устройствами (точками доступа или клиентами) где на расстоянии около 20 см пространственно-временной пик значения плотности мощности достигают порядка 100–200 мВт / м ².В общем, значения экспозиции были несколько на несколько порядков ниже референсных уровней ICNIRP (1998).
Радиочастотное (RF) излучение
(включает РЧ от антенн вещания, портативных радиосистем, микроволновых антенн, спутников и радаров)
Kelly Classic, сертифицированный медицинский физик
Электромагнитное излучение состоит из волн электрической и магнитной энергии, движущихся вместе (то есть излучающих) в пространстве со скоростью света.Взятые вместе, все формы электромагнитной энергии называются электромагнитным спектром. Радиоволны и микроволны, излучаемые передающими антеннами, являются одной из форм электромагнитной энергии. Часто термин «электромагнитное поле» или «радиочастотное (РЧ) поле» может использоваться для обозначения наличия электромагнитной или радиочастотной энергии.
Радиочастотное поле имеет как электрическую, так и магнитную составляющие (электрическое поле и магнитное поле), и часто бывает удобно выразить интенсивность радиочастотной среды в данном месте в единицах, специфичных для каждого компонента.Например, единица измерения «вольт на метр» (В / м) используется для измерения напряженности электрического поля, а единица измерения «амперы на метр» (А / м) используется для выражения силы магнитного поля.
Радиочастотные волны можно охарактеризовать длиной и частотой. Длина волны – это расстояние, пройденное за один полный цикл электромагнитной волны, а частота – это количество электромагнитных волн, проходящих через заданную точку за одну секунду. Частота радиочастотного сигнала обычно выражается в единицах, называемых герцами (Гц).Один Гц равен одному циклу в секунду. Один мегагерц (МГц) равен одному миллиону циклов в секунду. Различные формы электромагнитной энергии классифицируются по длине волны и частоте. Радиочастотная часть электромагнитного спектра обычно определяется как часть спектра, в которой электромагнитные волны имеют частоты в диапазоне от примерно 3 килогерц (3 кГц) до 300 гигагерц (300 ГГц).

Вероятно, наиболее важное использование радиочастотной энергии – это предоставление телекоммуникационных услуг.Радио- и телевещание, сотовые телефоны, радиосвязь для полиции и пожарных, любительское радио, микроволновая связь точка-точка и спутниковая связь – вот лишь некоторые из множества приложений для телекоммуникаций. Микроволновые печи – хороший пример использования радиочастотной энергии без связи. Другими важными видами использования радиочастотной энергии, не связанными с коммуникацией, являются радары, а также промышленное отопление и герметизация. Радар – ценный инструмент, используемый во многих приложениях, от контроля дорожного движения до управления воздушным движением и военных приложений.Промышленные нагреватели и герметики генерируют радиочастотное излучение, которое быстро нагревает обрабатываемый материал так же, как микроволновая печь готовит пищу. Эти устройства находят множество применений в промышленности, включая формование пластиковых материалов, склеивание изделий из дерева, герметизацию таких предметов, как обувь и бумажники, а также обработка пищевых продуктов.
Величина, используемая для измерения того, сколько РЧ-энергии фактически поглощается телом, называется удельной скоростью поглощения (SAR). Обычно он выражается в ваттах на килограмм (Вт / кг) или милливаттах на грамм (мВт / г).В случае облучения всего тела стоящий взрослый человек может поглощать радиочастотную энергию с максимальной скоростью, когда частота радиочастотного излучения находится в диапазоне примерно от 80 до 100 МГц, что означает, что SAR для всего тела находится на максимальном уровне. в этих условиях (резонанс). Из-за этого явления резонанса стандарты безопасности радиочастот обычно наиболее строгие для этих частот.
Биологические эффекты, возникающие в результате нагрева ткани радиочастотной энергией, часто называют «тепловыми» эффектами.В течение многих лет было известно, что воздействие очень высоких уровней радиочастотного излучения может быть вредным из-за способности радиочастотной энергии быстро нагревать биологические ткани. Это принцип, по которому микроволновые печи готовят пищу. Повреждение тканей у людей может произойти во время воздействия высоких уровней радиочастотного излучения из-за неспособности организма справиться или рассеять избыточное тепло, которое может генерироваться. Две области тела, глаза и яички, особенно уязвимы для радиочастотного нагрева из-за относительного отсутствия доступного кровотока для рассеивания чрезмерной тепловой нагрузки.При относительно низких уровнях воздействия радиочастотного излучения, то есть более низких, чем те, которые вызывают значительное нагревание, доказательства вредных биологических эффектов неоднозначны и не доказаны. Такие эффекты иногда называют «нетепловыми» эффектами. По общему мнению, необходимы дальнейшие исследования для определения эффектов и их возможной значимости, если таковая имеется, для здоровья человека.
В целом, однако, исследования показали, что уровни радиочастотной энергии в окружающей среде, с которыми обычно сталкивается население, обычно намного ниже уровней, необходимых для значительного нагрева и повышения температуры тела.Однако могут возникать ситуации, особенно на рабочем месте вблизи мощных источников радиочастотного излучения, когда рекомендуемые пределы безопасного воздействия радиочастотной энергии на людей могут быть превышены. В таких случаях могут потребоваться ограничительные меры или действия для обеспечения безопасного использования радиочастотной энергии.
Некоторые исследования также изучали возможность связи между радиочастотным и микроволновым воздействием и раком. На сегодняшний день результаты неубедительны. Хотя некоторые экспериментальные данные предполагают возможную связь между воздействием и образованием опухоли у животных, подвергшихся воздействию при определенных условиях, результаты не были независимо воспроизведены.Фактически, другие исследования не смогли найти доказательств причинной связи с раком или каким-либо связанным с ним состоянием. В нескольких лабораториях проводятся дальнейшие исследования, чтобы помочь решить этот вопрос.
В 1996 году Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ) учредила программу под названием Международный проект по электромагнитным полям, предназначенную для обзора научной литературы, касающейся биологических эффектов электромагнитных полей, выявления пробелов в знаниях о таких эффектах, рекомендации потребностей в исследованиях и работы в направлении международных решение проблем со здоровьем, связанных с использованием радиочастотных технологий.ВОЗ поддерживает веб-сайт, на котором представлена обширная информация об этом проекте, а также о биологических эффектах радиочастотного излучения и исследованиях.
Различные организации и страны разработали стандарты воздействия радиочастотной энергии. Эти стандарты рекомендуют безопасные уровни воздействия как для населения, так и для рабочих. В Соединенных Штатах Федеральная комиссия по связи (FCC) приняла и использовала признанные правила безопасности для оценки воздействия радиочастотного излучения на окружающую среду с 1985 года. Федеральные агентства по охране здоровья и безопасности, такие как Агентство по охране окружающей среды (EPA), Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов (FDA). ), Национальный институт безопасности и гигиены труда (NIOSH) и Управление по охране труда (OSHA) также участвовали в мониторинге и расследовании вопросов, связанных с воздействием радиочастотного излучения.
Рекомендации FCC по воздействию радиочастотных полей на человека были основаны на рекомендациях двух экспертных организаций: Национального совета по радиационной защите и измерениям (NCRP) и Института инженеров по электротехнике и радиоэлектронике (IEEE). Ученые-эксперты и инженеры разработали как критерии воздействия NCRP, так и стандарт IEEE после обширных обзоров научной литературы, связанной с биологическими эффектами РЧ. Рекомендации по воздействию основаны на порогах известных побочных эффектов и включают соответствующие пределы безопасности.Многие страны Европы и других регионов используют руководящие принципы воздействия, разработанные Международной комиссией по защите от неионизирующего излучения (ICNIRP). Пределы безопасности ICNIRP в целом аналогичны ограничениям NCRP и IEEE, за некоторыми исключениями.
Руководящие принципы воздействия NCRP, IEEE и ICNIRP устанавливают пороговый уровень, при котором могут возникать вредные биологические эффекты, а значения максимально допустимого воздействия (ПДВ), рекомендуемые для напряженности электрического и магнитного поля и плотности мощности в обоих документах, основаны на этом пороговом значении. уровень.Пороговый уровень – это значение SAR для всего тела, равное 4 Вт на килограмм (4 Вт / кг). Наиболее строгие пределы воздействия на все тело находятся в диапазоне частот 30–300 МГц, где РЧ энергия поглощается наиболее эффективно при воздействии на все тело. Для устройств, которые открывают только часть тела, например мобильных телефонов, указаны другие пределы воздействия.
Основные радиопередающие устройства, находящиеся под юрисдикцией FCC, такие как станции радио- и телевещания, спутниковые и земные станции, экспериментальные радиостанции, а также некоторые сотовые, PCS и пейджинговые устройства, должны проходить плановую оценку на соответствие требованиям RF всякий раз, когда заявка подается в FCC на строительство или модификацию передающей установки или продление лицензии.Несоблюдение директив FCC по воздействию радиочастотного излучения может привести к подготовке официальной экологической оценки, возможному заявлению о воздействии на окружающую среду и, в конечном итоге, к отклонению заявки.
Антенны радиовещательные
Радиовещательные и телевизионные станции передают свои сигналы с помощью электромагнитных волн RF. Радиовещательные станции передают на различных радиочастотах, в зависимости от канала, в диапазоне от примерно 550 кГц для AM-радио до примерно 800 МГц для некоторых телевизионных станций UHF.Частоты для FM-радио и VHF-телевидения находятся между этими двумя крайностями. Рабочая мощность может составлять всего несколько сотен ватт для некоторых радиостанций или до миллионов ватт для некоторых телевизионных станций. Некоторые из этих сигналов могут быть значительным источником радиочастотной энергии в местных условиях, и Федеральная комиссия связи США требует, чтобы радиовещательные станции предоставляли доказательства соответствия директивам Федеральной комиссии связи США по радиочастотам.
Количество радиочастотной энергии, воздействию которой может подвергнуться население или работники в результате использования антенн вещания, зависит от нескольких факторов, включая тип станции, конструктивные характеристики используемой антенны, мощность, передаваемую на антенну, высоту антенны. и расстояние от антенны.Поскольку энергия на некоторых частотах поглощается человеческим телом легче, чем энергия на других частотах, важна частота передаваемого сигнала, а также его интенсивность.
Общественный доступ к вещательным антеннам обычно ограничен, поэтому люди не могут подвергаться воздействию полей высокого уровня, которые могут существовать рядом с антеннами. Измерения, проведенные FCC, EPA и другими, показали, что уровни радиочастотного излучения окружающей среды в населенных пунктах рядом с вещательными объектами обычно намного ниже уровней воздействия, рекомендованных действующими стандартами и руководящими принципами.Рабочим по обслуживанию антенн иногда требуется подниматься на антенные конструкции для таких целей, как покраска, ремонт или замена радиомаяка. Как EPA, так и OSHA сообщили, что в этих случаях рабочий может подвергнуться воздействию высоких уровней радиочастотной энергии, если работа выполняется на активной вышке или в областях, непосредственно окружающих излучающую антенну. Поэтому необходимо принять меры предосторожности, чтобы обслуживающий персонал не подвергался воздействию небезопасных радиочастотных полей.
Портативные радиосистемы
Связь “сухопутная-мобильная” включает в себя множество систем связи, которые требуют использования портативных и мобильных источников радиопередачи.Эти системы работают в узких полосах частот от 30 до 1000 МГц. Радиосистемы, используемые полицией и пожарными службами, службами радиопейджинга и деловым радио, – вот несколько примеров таких систем связи. По сути, существует три типа РЧ-передатчиков, связанных с системами сухопутной и подвижной связи: передатчики базовых станций, передатчики, устанавливаемые на транспортных средствах, и портативные передатчики. Антенны, используемые для этих различных передатчиков, адаптированы для их конкретного назначения. Например, антенна базовой станции должна излучать свой сигнал на относительно большую площадь, и, следовательно, ее передатчик обычно должен использовать более высокие уровни мощности, чем устанавливаемый на транспортном средстве или портативный радиопередатчик.Хотя эти антенны базовых станций обычно работают с более высокими уровнями мощности, чем другие типы антенн сухопутной подвижной связи, они обычно недоступны для населения, поскольку они должны быть установлены на значительной высоте над землей, чтобы обеспечить адекватное покрытие сигнала. Кроме того, многие из этих антенн передают только с перерывами. По этим причинам такие антенны базовых станций обычно не вызывали беспокойства в отношении возможного опасного воздействия радиочастотного излучения на население. Исследования на крышах домов показали, что мощные пейджинговые антенны могут увеличить вероятность воздействия на рабочих или других лиц, имеющих доступ к таким объектам, например, обслуживающий персонал.Уровни мощности передачи для наземных мобильных антенн, установленных на транспортных средствах, обычно ниже, чем у антенн базовых станций, но выше, чем у портативных устройств.
Портативные портативные радиостанции, такие как рации, представляют собой маломощные устройства, используемые для передачи и приема сообщений на относительно короткие расстояния. Из-за используемых низких уровней мощности, прерывистости этих передач и того факта, что эти радиомодули расположены далеко от головы, они не должны подвергать пользователей воздействию РЧ-энергии сверх безопасных пределов.Следовательно, FCC не требует регулярной документации о соблюдении пределов безопасности для двухсторонних радиостанций с функцией Push-to-Talk.
Антенны СВЧ
Двухточечные микроволновые антенны передают и принимают микроволновые сигналы на относительно небольших расстояниях (от нескольких десятых мили до 30 миль и более). Эти антенны, как правило, прямоугольной или круглой формы, и обычно находятся смонтированы на опорной башне, на крышах, на стенах зданий, или на аналогичных структур, которые обеспечивают четкие и беспрепятственный путь прямой видимости между обоими концами пути передачи или связь.Эти антенны имеют множество применений, например, для передачи голосовых сообщений и сообщений данных, а также в качестве каналов связи между студиями вещания или кабельного телевидения и передающими антеннами. Радиочастотные сигналы от этих антенн проходят направленным лучом от передающей антенны к приемной антенне, и разброс микроволновой энергии за пределами относительно узкого луча минимален или незначителен. Кроме того, эти антенны передают с использованием очень низких уровней мощности, обычно порядка нескольких ватт или меньше. Измерения показали, что плотности мощности на уровне земли, создаваемые направленными микроволновыми антеннами, обычно в тысячу или более раз ниже рекомендуемых пределов безопасности.Более того, в качестве дополнительного запаса безопасности места расположения микроволновых вышек обычно недоступны для широкой публики. Значительное облучение от этих антенн могло произойти только в том маловероятном случае, когда человек должен был стоять прямо перед антенной и очень близко к ней в течение определенного периода времени.
Спутниковые системы
Наземные антенны, используемые для связи спутник-Земля, обычно представляют собой параболические антенны типа “тарелка”, некоторые из которых имеют диаметр от 10 до 30 метров, которые используются для передачи (восходящие линии связи) или приема (нисходящие линии связи) микроволновых сигналов на спутники или от них в орбита вокруг Земли.Спутники принимают переданные им сигналы и, в свою очередь, ретранслируют сигналы обратно на наземную приемную станцию. Эти сигналы позволяют предоставлять различные услуги связи, включая услуги междугородной телефонной связи. Некоторые антенны спутниковой земной станции используются только для приема радиосигналов (то есть, как телевизионные антенны на крыше, используемые в жилом доме), и, поскольку они не передают, радиочастотное воздействие не является проблемой. Из-за больших расстояний уровни мощности, используемые для передачи этих сигналов, относительно велики по сравнению, например, с теми, которые используются в двухточечных микроволновых антеннах, описанных выше.Однако, как и в случае с микроволновыми антеннами, лучи, используемые для передачи сигналов Земля-спутник, являются концентрированными и сильно направленными, подобно лучу от фонарика. Кроме того, общественный доступ обычно ограничивается на участках станций, где уровни воздействия могут приближаться к безопасным пределам или превышать их.
Радиолокационные системы
Радиолокационные системы обнаруживают присутствие, направление или дальность полета самолетов, кораблей или других движущихся объектов. Это достигается посылкой импульсов высокочастотного электромагнитного поля (ЭМП).Радиолокационные системы обычно работают на радиочастотах от 300 мегагерц (МГц) до 15 гигагерц (ГГц). Изобретенные около 60 лет назад радарные системы широко используются в навигации, авиации, национальной обороне и прогнозировании погоды. Люди, которые живут или постоянно работают рядом с радаром, выразили обеспокоенность по поводу долгосрочного неблагоприятного воздействия этих систем на здоровье, включая рак, репродуктивную функцию, катаракту и неблагоприятные последствия для детей. Важно различать предполагаемые и реальные опасности, которые представляет радар, и понимать причины существующих международных стандартов и мер защиты, используемых сегодня.
Мощность, излучаемая радиолокационными системами, варьируется от нескольких милливатт (полицейский радар для управления дорожным движением) до многих киловатт (большие космические радары слежения). Однако ряд факторов значительно снижает воздействие радиочастотного излучения, генерируемого радиолокационными системами, на человека, часто как минимум в 100 раз:
.
Радиолокационные системы излучают электромагнитные волны импульсами, а не непрерывно. Это делает среднюю излучаемую мощность намного ниже пиковой мощности импульса.
Радары являются направленными, и генерируемая ими радиочастотная энергия содержится в лучах, которые очень узкие и напоминают луч прожектора.Уровни RF вдали от главного луча быстро падают. В большинстве случаев эти уровни в тысячи раз ниже, чем в дальнем свете.
Многие радары имеют антенны, которые непрерывно вращаются или изменяют свою высоту кивком, таким образом постоянно меняя направление луча.
Зоны, где может произойти опасное облучение человека, обычно недоступны для постороннего персонала.
В дополнение к информации, представленной в этом документе, существуют другие источники информации, касающиеся радиочастотной энергии и воздействия на здоровье.Некоторые государства поддерживают программы неионизирующего излучения или, по крайней мере, имеют некоторый опыт в этой области, обычно в отделах общественного здравоохранения или охраны окружающей среды.