УСТРОЙСТВО ДЛЯ ФОРМИРОВАНИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ФОНА

Полезная модель относится к области радиоэлектроники и преимущественно может быть использована для генерации электромагнитного излучения радиодиапазона с целью формирования стабильного электромагнитного фона низкой интенсивности при проведении тестирования с использованием биоэлектрографии или, иначе, газоразрядной визуализации (RU 2141250 С1, 1999).
Как известно, на результаты тестирования биологических объектов с помощью биоэлектрографии влияет естественный и техногенный электромагнитный фон, имеющий широкий спектр частот от единиц герц до десятков гигагерц, но, прежде всего, нестабильность электромагнитного фона. В этой связи, наиболее существенное влияние на результаты биоэлектрического тестирования оказывает техногенный электромагнитный фон радиочастотного диапазона, являющийся достаточно нестабильным.
Вместе с тем, если в объеме пространства, где осуществляют тестирование методом биоэлектрографии, дополнительно создать стабильный электромагнитный фон радиочастотного диапазона, который соответствует допустимым санитарным нормам, обладает невысоким градиентом плотности потока мощности и сравним или превышает по интенсивности существующий естественный и техногенный электромагнитный фон, то образовавшаяся суперпозиция фоновых электромагнитных полей будет более стабильна по параметрам, чем исходный естественный и техногенный электромагнитный фон. В связи с этим, для получения корректных результатов тестирования с помощью биоэлектрографии необходимо применение устройств, формирующих электромагнитный фон, удовлетворяющий перечисленным условиям.
Из уровня техники известны устройства для формирования электромагнитного фона радиодиапазона (RU 9354 U1, 1999; RU 38257 U1, 2004; RU 71494 U1, 2008; RU 75522 U1, 2008), которые используются для активной радиотехнической маскировки побочных электромагнитных излучений и наводок средств вычислительной техники и систем управления. Указанные известные устройства в общей для них части содержат генератор шума, усилитель и передающую антенну и обеспечивают формирование электромагнитного фона в широком диапазоне частот от единиц килогерц до единиц гигагерц. Однако, формируемый этими известными устройствами электромагнитный фон является недостаточно стабильным, что не позволяет использовать их для формирования стабильного электромагнитного фона низкой интенсивности при проведении тестирования с использованием биоэлектрографии.
Наиболее близким по технической сущности к настоящей полезной модели является формирователь защитного электромагнитного поля, который входит в состав известного устройства для контроля уровня и защиты от электромагнитного излучения (RU 2143702 С1, 1999), которое позволяет контролировать уровень электромагнитного излучения и в случае превышения им допустимого значения формировать в окружающем пространстве защитное импульсное электромагнитное поле.
Ближайший аналог содержит последовательно соединенные блок управления, выполняющий функцию задающего генератора, формирователь импульсов тока и излучающую антенну, а также подключенный к формирователю импульсов тока источник питания. Формирователь импульсов тока обеспечивает генерирование пилообразных импульсов длительностью 5-10 мкс, имеющих крутой передний фронт и пологий спад, и содержит накопительный конденсатор, зарядный резистор и разрядный ключ на биполярном транзисторе. Излучающая антенна обеспечивает формирование импульсного электромагнитного поля локальной зоны компенсации или биологического экрана и выполнена в виде воздушной многовитковой кольцевой катушки диаметром 50 мм из медного изолированного провода диаметром 0,1 мм, сложенной в виде восьмерки, аналогичной петле Мебиуса.
Вместе с тем, применение в ближайшем аналоге незначительной по размерам антенны не позволяет создать электромагнитное поле с требуемыми параметрами равномерности плотности потока мощности в объеме пространства, необходимом для размещения тестируемого объекта и аппаратуры для осуществления биоэлектрографии. Выполнение излучающей антенны в виде многовитковой кольцевой катушки препятствует расширению спектра формируемого электромагнитного излучения за счет гармоник и с учетом использования однополярных пилообразных импульсов длительностью 5-10 мкс ограничивает его частотой около 200 кГц. Кроме того, использование в ближайшем аналоге однополярных пилообразных импульсов приводит к нежелательному при биоэлектрографии намагничиванию элементов, расположенных в зоне действия формируемого электромагнитного поля.
В связи с этим, задачей настоящей полезной модели является расширение арсенала технических средств для формирования электромагнитного поля за счет создания устройства, которое позволяет формировать стабильный широкополосный электромагнитный фон в объеме пространства, достаточном для размещения аппаратуры для биоэлектрографии и тестируемых биологических объектов.
Поставленная задача решена, согласно настоящей полезной модели, тем, что устройство для формирования электромагнитного фона, содержащее, в соответствии с ближайшим аналогом, источник питания, последовательно соединенные резистор заряда, накопительный конденсатор и излучающую антенну, подключенные к источнику питания, ключ на основе полупроводникового прибора, коммутируемая цепь которого подключена с возможностью обеспечения параллельного соединения накопительного конденсатора и излучающей антенны при открытом состоянии ключа, и задающий генератор, подключенный к управляющему входу ключа, отличается от ближайшего аналога тем, что оно снабжено параметрическим стабилизатором напряжения заряда конденсатора, шунтирующим диодом и ограничительным резистором, соединенными последовательно и включенными параллельно излучающей антенне, а излучающая антенна выполнена в виде рамки из проводника.
При этом излучающая антенна выполнена в виде рамки, которая имеет в плане площадь, равную не менее 0,1 от площади в плане пространства формирования электромагнитного фона.
В качестве полупроводникового прибора ключа использован симистор.
Параметрический стабилизатор напряжения заряда конденсатора выполнен на основе, по меньшей мере, одного стабилитрона и снабжен полупроводниковым диодом, включенным последовательно и встречно полупроводниковому стабилитрону.
Выполнение излучающей антенны устройства для формирования электромагнитного фона в виде рамки из проводника, которая при наилучшем осуществлении настоящей полезной модели имеет в плане площадь, равную не менее 0,1 от площади в плане пространства формирования электромагнитного фона, с одной стороны, обеспечивает формирование электромагнитного поля с требуемыми параметрами равномерности плотности потока мощности в объеме пространства, необходимом для размещения тестируемого объекта и аппаратуры для осуществления биоэлектрографии. Кроме того, выполнение излучающей антенны устройства для формирования электромагнитного фона в виде рамки из проводника, то есть в виде одновитковой катушки, обеспечивает по сравнению с ближайшим аналогом более низкую ее индуктивность, что способствует расширению спектра формируемого электромагнитного излучения за счет гармоник.
Снабжение устройства для формирования электромагнитного фона параметрическим стабилизатором напряжения заряда конденсатора обеспечивает ограничение и стабильность значения напряжения заряда конденсатора, что способствует стабильности мощности формируемого электромагнитного фона.
Снабжение устройства для формирования электромагнитного фона шунтирующим диодом и ограничительным резистором, соединенными последовательно и включенными параллельно излучающей антенне, обеспечивает гашение колебаний в колебательном контуре, образованном при включенном состоянии ключа параллельно соединенными накопительным конденсатором и излучающей антенной. При этом подбором номинала сопротивления ограничительного резистора при осуществлении настоящей полезной модели обеспечивают, чтобы процесс затухающих колебаний в колебательном контуре представлял собой один период колебания, по форме близкий к синусоидальному и имеющий приблизительно одинаковые амплитуды полупериодов. В результате этого предотвращается нежелательное при биоэлектрографии намагничиванию элементов, расположенных в зоне действия формируемого электромагнитного поля.
Отмеченное свидетельствует о решении декларированной выше задачи настоящей полезной модели благодаря наличию у устройства для формирования электромагнитного фона перечисленных выше отличительных признаков.
На чертеже представлена электрическая схема устройства для формирования электромагнитного фона, где 1 - источник питания, 2 - резистор заряда, 3 - стабилитрон, 4 - симистор, 5 - накопительный конденсатор, 6 - излучающая антенна, 7 - шунтирующий диод, 8 - ограничительный резистор, 9 - диод стабилизатора, 10 - резистор смещения и 11 - задающий генератор.
Устройство для формирования электромагнитного фона содержит источник 1 питания, который может быть выполнен на основе аккумуляторной батареи или вторичного источника питания, содержащего трансформатор, выпрямитель и фильтр (на чертеже не показаны). К источнику 1 питания подключены последовательно соединенные резистор 2 заряда, накопительный конденсатор 5 и излучающая антенна 6. Устройство снабжено симистором 4 в качестве ключа, коммутируемая цепь которого включена параллельно последовательно соединенным накопительному конденсатору 5 и излучающей антенне 6. Параллельно симистору 4 подключены последовательно соединенные полупроводниковый диод 9 и стабилитрон 3, входящие в состав параметрического стабилизатора напряжения заряда конденсатора, причем функцию балластного резистора этого стабилизатора выполняет резистор 2 заряда. Полупроводниковый диод 9 стабилизатора включен встречно стабилитрону 3. Устройство также содержит последовательно соединенные шунтирующий диод 7 и ограничительный резистор 8, подключенные параллельно излучающей антенне 6. Кроме того, устройство содержит задающий генератор 11, выход которого нагружен на резистор 10 смещения, подключенный к управляющему входу симистора 4.
Задающий генератор 11 выполнен в виде программируемого микроконтроллера, содержит в своей выходной цепи биполярный транзистор (на чертеже не показан), включенный по схеме с общим коллектором, и обеспечивает формирование коротких прямоугольных импульсов, следующих с частотой, например, 4,2-4,3 кГц, не оказывающих влияние на результаты тестирования методом биоэлектрографии.
2
2
2
2
2
Излучающая антенна 6 выполнена в виде рамки из гибкого или жесткого проводника, имеющего в рабочем состоянии форму, близкую к эллипсу или прямоугольнику. Например, излучающая антенна 6 может быть выполнена из провода марки ПВС с сечением не менее 10 мм. Излучающая антенна 6 выполнена в виде рамки, которая имеет в плане площадь, равную не менее 0,1 от площади в плане пространства формирования электромагнитного фона. Например, при размерах излучающей антенны 6 в плане около 1×1 м и максимально допустимой плотности потока мощности электромагнитного излучения у рамки, равной 100 мкВт/см, площадь в плане пространства формирования электромагнитного фона для выполнения биоэлектрографии составит около 30 м. При тех же размерах излучающей антенны 6 и плотности потока мощности электромагнитного излучения у рамки, равной 20-30 мкВт/см, площадь в плане пространства формирования электромагнитного фона для выполнения биоэлектрографии составит около 6 м.
Емкость накопительного конденсатора 5 выбирают исходя из необходимой длительности периода колебания, составляющей 0,5-1,0 мкс.
Номинал сопротивления резистора 2 заряда выбирают таким, чтобы ток через него при всех условиях был меньше тока удержания симистора 4 в открытом состоянии, чем обеспечивается закрытие симистора 4 после окончания действия задающего импульса на его управляющем электроде.
Устройство для формирования электромагнитного фона работает следующим образом.
При подаче напряжения от источника 1 питания, когда из-за отсутствия сигнала на выходе задающего генератора 11 симистор 4 закрыт, накопительный конденсатор 5 заряжается током, протекающим через резистор 2 заряда, накопительный конденсатор 5 и излучающую антенну 6. Величина напряжения, до которого заряжается накопительный конденсатор 5, ограничивается значением напряжения стабилизации стабилитрона 3 и стабилизируется параметрическим стабилизатором, в котором при этом диод 9 стабилизатора открыт, а рабочая точка стабилитрона 3 находится на рабочем участке его вольт-амперной характеристики, то есть на участке электрического пробоя его электронно-дырочного перехода. При приходе импульса с выхода задающего генератора 11 его выходным током создается падение напряжения на резисторе 10 смещения, которым открывается симистор 4, подключая накопительный конденсатор 5 параллельно излучающей антенне 6. В результате этого накопительный конденсатор 5 разряжается по цепи от его левой обкладки через симистор 4 и излучающую антенну 6 к правой обкладке накопительного конденсатора 5. При этом шунтирующий диод 7 и ограничительный резистор 8 препятствуют возникновению в колебательном контуре, образованном накопительным конденсатором 5 и излучающей антенной 6, электрических колебаний, ограничивая их одним периодом колебания, по форме близким к синусоидальному и имеющим приблизительно одинаковые амплитуды полупериодов. В результате излучающая антенна 6 формирует в окружающем пространстве импульс электромагнитного излучения. Диод 9 стабилизатора препятствует протеканию тока колебательного контура через стабилитрон 3 в прямом направлении.
По окончании действия импульса с выхода задающего генератора 11 симистор 4 закрывается, поскольку ток, протекающий от источника 1 питания через резистор 2 заряда, по величине меньше тока удержания симистора 4. Далее вновь начинается заряд накопительного конденсатора 5 и процессы повторяются аналогичным образом.
Таким образом, полезная модель обеспечивает расширение арсенала технических средств для формирования электромагнитного поля за счет создания устройства, которое позволяет формировать стабильный широкополосный электромагнитный фон в объеме пространства, достаточном для размещения аппаратуры для биоэлектрографии и тестируемых биологических объектов.