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Die Erfindung bezieht sich auf ein Nachrichtenübertragungssystem mittels drahtloser elektromagnetischer Wellen unter 150 kHz, vorzugsweise unter 20 kHz durch feste und/oder flüssige leitende Medien.
Das erfindungsgemässe System ist vor allem zur Nachrichtenübertragung durch den festen Erdboden bestimmt. Ein weiteres Anwendungsbeispiel der Erfindung ist die Nachrichtenübertragung in Gewässern (Seen, Meere). Die Leitfähigkeit des festen Erdbodens schwankt zwar in weiten Grenzen, ist aber im Ver-
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Beim erfindungsgemässen Nachrichtenübertragungssystem handelt es sich daher vornehmlich, jedoch nicht ausschliesslich, um eine Nachrichtenübertragung mittels drahtloser (ungeführter) elektromagnetischer Längstwellen in schwach leitenden festen und/oder flüssigen Medien, oder - zahlenmässig ausgedrückt-in Medien mit einer Leitfähigkeit der Grössenordnung von 100 bis 10-5 [Ohm- m-l ].
In der Nachrichtentechnik ist zwar ein Fall bereits bekannt, bei dem Nachrichten mittels elektromagnetischer Wellen in festen Medien übertragen werden. Es handelt sich dabei um die Übermittlung von Nachrichten auf einem Wellenleiter mit Hilfe einer geführten elektromagnetischen Welle (vielfach auch Drahtwelle genannt). Beim erfindungsgemässen System hingegen handelt es sich um die Übertragung von Nachrichten mittels elektromagnetischer Wellen, die sich grundsätzlich frei in einem leitenden festen und/oder flüssigen Medium ausbreiten (drahtlose bzw. ungeführt elektromagnetische Wellen).
Es ist aus der Theorie und Praxis allgemein bekannt, dass drahtlose elektromagnetische Wellen bei ihrer Ausbreitung in leitenden Medien eine mitunter sehr starke Dämpfung erfahren. Die sich daraus ergebenden praktischen Schwierigkeiten für eine Nachrichtenübertragung mittels elektromagnetischer Wellen in leitenden festen und/oder flüssigen Medien können nur dadurch behoben werden, dass für diese Nachrichtenübertragung elektromagnetische Wellen unter 150 kHz, also Längstwellen (auch VLF-Wellen genannt) verwendet werden, u. zw. vorzugsweise solche, deren Frequenz kleiner ist als 20 kHz. Es hat sich herausgestellt, dass die Reichweite bzw. Eindringtiefe solcher elektromagnetischer Längstwellen in leitenden festen und/oder flüssigen Medien tatsächlich gross genug ist, um damit praktisch brauchbare Nachrichtenübertragungen durchzuführen.
Die grundsätzliche Abhängigkeit bzw. Zunahme der Reichweite elektromagnetischer Wellen in leitenden Medien mit zunehmender Wellenlänge wird überdies auch durch die Theorie bestätigt.
Von dieser Erkenntnis aus besteht nun das erfindungsgemässe Nachrichtenübertragungssystem darin, dass zumindest die Sendestelle im Inneren des leitenden Mediums, z. B. im Erdinneren angeordnet Ist, und dass die Sendeantennen, vorzugsweise aber auch die Empfangsantennen, vom festen und/oder flüssigen leitenden Medium allseits umschlossene magnetische Dipole sind.
Der Begriff "allseits umschlossen" bedeutet nicht nur, dass der Dipol im leitenden Medium eingebettet sein muss, also dieses berühren muss, sondern auch die Anordnung des Dipols in Höhlen des Erdinneren.
Es ist zwar für geoelektrische Messanordnungen bekannt, sich magnetischer Dipole zu bedienen bzw.
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konkreter gesprochen, als Sende-und/oder Empfangsantennen Rahmen-und Spulenantennen sowie ma- gnetische Stabantennen heranzuziehen, doch breitet sich bei diesenAnlagen die vom Sender ausgestrahlte und vom Empfänger aufgenommene elektromagnetische Welle nicht durch den Untergrund aus, sondern nimmt stets den günstigsten Weg, was imvorliegendenFall dieOberflächenwelle ist. Die Dämpfung die- ser Oberflächenwelle ist eine Funktion des Untergrundes, wodurch Schlüsse auf die geologische Beschaf- fenheit des Untergrundes möglich sind.
Man hat es also dabei nicht eigentlich mit einer Nachrichtenüber- tragung mittels elektromagnetischer Wellen durch leitende Medien zu tun.
Obgleich vom magnetischen Dipol bekannt ist, dass er üblicherweise einen kleinen Strahlungswider- stand besitzt und daher sein Wirkungsgrad schlecht ist-bei den oben erwähnten bekannten geoelektrischen
Messanlagen ist dies nicht wichtig, da meist nur kurze Sendestrecken und bloss Oberflächenwellen vorhan- den sind-hat sich überraschend gezeigt, dass in der erfindungsgemässen Anwendung ein magnetischerDi- pol, allseits umgeben von leitendem Medium, unerwartet günstige Ausbreitungseigenschaften besitzt.
Der Vorzug eines magnetischen Dipols liegt in der speziellen erfindungsgemässen Verwendung darin, dass sich einerseits mit einem magnetischen Dipol gegenüber einem elektrischen - absolut genommen - grössere Feldstärken erzielen lassen (wenn auch mit einem schlechteren Wirkungsgrad), und dass anderseits in einem leitenden Medium und bei grossen Wellenlängen für den magnetischen Energiestrom günstigere
Ausbreitungsbedingungen gegeben sind als für den elektrischen Energiestrom.
Bevorzugte Ausbildungen bzw. Anordnungen von Dipolantennen bestehen darin, dass vornehmlich als
Sendeantenne zur Aufstellung in einem Hohlraum des Erdinneren eine Rahmenantenne mit einer die zur
Verfügung stehenden räumlichen Abmessungen des Hohlraumes ausnutzenden, möglichstgrossenantennen- fläche verwendet ist, oder dass vornehmlich als Empfangsantenne eine Ferritantenne in Form einer Kom- bination von mehreren Ferritstäben bzw. mindestens ein, vorzugsweise jedoch eine Kombination von meh- reren langen Stäben der Grössenordnung von 1 m aus einer Metall-Legierung mit sehr hoher Permeabilität verwendet ist.
Infolge der erwähntenDämpfung elektromagnetischer Wellen in leitenden Medien, welche auch bei
Längstwellen nicht vermieden werden kann-wenn auch die Dämpfung bei Längstwellen wesentlich ge- ringer ist als bei kürzeren elektromagnetischen Wellen-werden die von einer Sendeantenne ausgestrahl- ten Längstwellen am Ort des Empfängers mit stark verringerten Amplituden anlangen. Aus diesem Grund ist es beim erfindungsgemässen Nachrichtenübertragungssystem zweckmässig, die Nachrichten in Form von unmodulierten Impulsen (Wellenzügen) zu übertragen. Man kann jedoch auch eine der in der Nachrich- tentechnik üblichen Modulationsarten einer Trägerfrequenz anwenden, wobei insbesondere die Frequenz- modulation zu nennen wäre.
Ferner ist es günstig, für die Nachrichtenübertragung einstrahlungsfeld mit ausgeprägter Richtwirkung zu erzeugen, wobei die Hauptstrahlungsrichtung in der Verbindungslinie zwischen Sende- und Empfangsstelle liegen soll. Im Zusammenhang damit sollen die Antennen auch ausrichtbar ausgebildet sein.
Das erfindungsgemässe Nachrichtenübertragungssystem ist an Hand der Zeichnungen durch ein Ausführungsbeispiel näher erläutert, ohne darauf beschränkt zu sein. Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung der Lage von Sende- und Empfangsstelle. Fig. 2 zeigt das Blockschaltschema eines Senders undFig. 3 das eines Empfängers. Fig. 4 zeigt eine Sendeantenne und Fig. 5 eine Empfangsantenne.
Gemäss Lageschema nach Fig. l befindet sich auf der Erdoberfläche 1 eine Sendestelle 2. In einer unterirdischen Höhle 3 ist eine Empfangsstelle 4. Von der Sendestelle 2 werden Nachrichten in Form von unmoduliertenLängstwellen-Impulsen ausgestrahlt, die sich mindestens teilweise auch im festen leitenden Erdbodenmedium 5 (Gestein usw.) ausbreiten. Die an der Empfangsstelle 4 ankom- mende Strahlung weist eine ausgesprocheneRichtwirkung mit einem Feldstärken-Maximum in derVerbin- dungslinie zwischen Sendestelle 2 und Empfangsstelle 4 auf und nicht etwa in der kürzeren Verbindungslinie 7 zwischen Empfangsstelle 4 und Erdoberfläche 1 und ebenfalls nicht in der Richtung allfälliger Stollen 8 von der Erdoberfläche 1 zur Höhle 3.
Das Blockschaltschema eines Ausführungsbeispieles für den Sender ohne Modulation ist in Fig. 2 dargestellt. Demnach besteht der Sender aus folgenden Teilen : Stromquelle 9, Oszillator 10, Sendeverstärker 11 undSendeantennenteil 12. Als Stromquelle 9 können z. B. Batterien oder Akkumulatoren verwendet werden. Der Oszillator 10 wird zweckmässigerweissals transistorisierter RC-Generator ausgeführt. Der Sendeverstärker 11 ist ein Niederfrequenzverstärker. Der Antennenteil ist gemäss Fig. 2 ein Serienresonanzkreis, in dem die Induktivität L die eigentliche Sendeantenne bildet.
In Fig. 3 ist das Blockschaltschema eines Ausführungsbeispieles für die Empfangsanlage dargestellt.
DemnachbestehtderEmpfängerausfolgendenTeilen: Empfängerantennenteil 13, Verstärker 14und15, Filter 16, Anzeigegerät 17 und Stromversorgung 18. Der Empfängerantennenteil 13 besteht in
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