4.2.4. Рамочная антенна и осциллограф

В разд. 3.5.4 мы рассмотрели некоторые аспекты измерения магнитной индукции с помощью рамочной антенны [25]. Одна из основных проблем, с которыми приходится сталкиваться при измерениях, состоит в экранировании рамочной антенны от электрических полей. Было установлено, что простой цилиндрический экран вносит искажения в измеряемый фронт волны. Для уменьшения искажений использовались 14 отдельных цилиндрических экранов, каждый из крторых заземлен и окружает часть антенны. Благодаря этому искажения фронта волны были уменьшены до допустимого уровня, но, к сожалению, из-за зазоров между экранирующими трубками ухудшалось электростатическое экранирование. Следовательно, необходимо было сконструировать специальный экран над антенной. Экран состоял из ряда медных проволок, натянутых в направлении оси рамки на некотором расстоянии от нее. Комбинация экранирующей сетки с отдельными трубчатыми экранами обеспечивала достаточное электростатическое экранирование без существенного искажения сигнала.

Интегрирующий -контур, описанный в разд. 3.5.4, обеспечивал выходное напряжение, которое прямо пропорционально магнитной индукции. Напряжение на конденсаторе составляет незначительную часть наведенного в рамке напряжения, которое также может быть

сравнительно мало, и, следовательно, между выходом интегрирующего контура и входом осциллографа необходим усилитель. Усилитель, описанный Нориндером и Дали [25], имел верхнюю границу частоты пропускания около 200 кГц, а описанный Нориндером [24] — около 100 кГц. Следовательно, изменения магнитных полей, происходящие за 5 - 10 мкс, не могут быть измерены с хорошей точностью. В частности, нижний предел измерения времени нарастания магнитного поля (или тока) при помощи этих усилителей будет порядка нескольких микросекунд.

Преобразование характеристик магнитного поля в электрические не является прямым, как мы рассмотрели в разд. 4.1. Чтобы осуществить это преобразование, необходимо задать величины изменения тока молнии во времени вдоль канала молнии. В качестве нулевого приближения предположим, что одинаковый ток протекает вдоль всего канала в одно и то же время. (Это предположение хорошо для момента, когда возвратный удар уже прошел весь канал.) При условии, что поля измеряются в пределах 10 км от канала молнии, расчеты тока из магнитной индукции проводятся непосредственно по (3.19). В работах [25, 28] рассматриваются приближения более высоких порядков для физической ситуации, возникающей при распространении возвратного удара и протекании результирующего тока. Как следует из [28], суммарный эффект, вызванный распространением, затуханием и развитием, будет наконец приводить к такому типу изменений, которые вытекают из закона Био-Савара. Если (3.19) используется для перехода от тока к магнитной индукции, то изменения тока, полученные таким образом, соответствуют токам, протекающим в канале молнии. По-видимому, измерения тока Нориндером и др. [25] подтверждают этот вывод. Максимальные токи, приведенные в [25] (см. разд. 4.3 и рис. 4.3), находятся в хорошем согласии с результатами других авторов. Скорость нарастания тока в [25] (см. разд. 4.3 и рис. 4.4) в 2 - 3 раза меньше, чем у других исследователей. Это расхождение может быть вызвано низкой верхней частотой пропускания усилителя, который использовался при измерении магнитного поля.

Следует отметить, что в некоторых случаях Нориндер [24] измерял токи молнии, которые имели очень малые скорости нарастания, и эти медленно нарастающие токи (время до достижения максимального тока порядка 100 мкс) были ошибочно истолкованы Маланом [20] как характеристики, полученные при измерениях магнитного поля. Происхождение этих медленных изменений магнитного поля неясно.