DE2511179C2

DE2511179C2 - Arrangement for the wireless transmission of electrical signals in water areas

Info

Publication number: DE2511179C2
Application number: DE19752511179
Authority: DE
Inventors: Alexander 7911 Oberelchingen Prichodjko
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1975-03-14
Filing date: 1975-03-14
Publication date: 1982-09-02
Also published as: DE2511179A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur drahtlosen Übertragung elektrischer Signale In Gewässergebieten gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Eine derartige Anordnung ist beispielsweise beschrieben in der FR-PS 16 04 503.The invention relates to an arrangement for the wireless transmission of electrical signals in water areas according to the preamble of claim 1. Such an arrangement is described, for example, in US Pat FR-PS 16 04 503.

Die Bedeutung der See für den Menschen 1st In den letzten Jahren durch die wesentliche Erweiterung der Seeraumnutzung enorm gewachsen. Aus diesem wichtigen Verkehrsgebiet und dieser hervorragenden Nahrungsmlttelquelle wurde zusätzlich eine lebenswichtige Rohstoffquelle und ein noch bedeutenderes strategisches Operationsgebiet. Dieser Gewinn an Bedeutung wurde primär durch die wesentlich erweiterte Nutzung des Raumes unter der Meeresoberfläche durch entsprechende neue technische Mittel erreicht. Letztere sind in vielen Fällen jedoch nur dann optimal einsetzbar, wenn eine drahtlose Nachrichtenverbindung zu ihnen - beispielsweise von Leitstellen aus - existiert.
In den Internationalen Fachkreisen wurde bisher die Ansicht vertreten, daß es außerordentlich schwierig sei. Nachrichten von Land aus auf drahtlosem Wege zu relativ weit entfernten Punkten In größeren Seetiefen zu übertragen. Dies Hegt daran, daß als Übertragungsmittel Im wesentlichen nur Schallwellen und Funkwellen berücksichtigt wurden, wobei letztere zwar die größeren Vorteile boten, dennoch aber nur eine Teillösung dieser Übertragungsaufgabe ermöglichten, nämlich nur In sehr geringen Tiefen unter der Meeresoberfläche.The importance of the lake for humans has grown enormously in recent years due to the substantial expansion of the use of the lake area. This important traffic area and this excellent food source also became a vital source of raw materials and an even more important strategic area of operations. This gain in importance was primarily achieved through the significantly expanded use of the space under the sea surface through appropriate new technical means. In many cases, however, the latter can only be used optimally if there is a wireless communication link to them - for example from control centers.
In the international specialist circles the view has been taken up to now that it is extremely difficult. To transmit messages from land by wireless means to relatively distant points At greater sea depths. This is due to the fact that essentially only sound waves and radio waves were taken into account as the transmission medium, the latter offering the greater advantages, but still only enabled a partial solution of this transmission task, namely only at very shallow depths below the sea surface.

Funkwellen breiten sich in Luft quasi ungehindert aus; denn Luft ist ein Isolator. Erreichen die Funkwellen das Seegebiet, unter dessen Oberfläche Funkempfänger Hegen, so müssen sie auf ihrem Wege zum jeweiligen Empfänger eine bestimmte Strecke im Seewasser zurücklegen. Nun ist Seewasser im Gegensatz zu Luft ein elektrischer Leiter und dämpft deshalb Funkwellen extrem stark, d. h. beim Durchlaufen einer Strecke A₅, die gleich der Funkwellenlänge Im Seewasser ist, um etwa 55 Dezibel, was einer Reduzierung der Funkfeldstärke auf etwa 0,2%Radio waves propagate almost unhindered in the air; because air is an insulator. If the radio waves reach the sea area below the surface of which radio receivers are located, they have to cover a certain distance in the lake water on their way to the respective receiver. In contrast to air, seawater is an electrical conductor and therefore attenuates radio waves extremely strongly, i.e. _{by about 55 decibels when traveling a distance A 5} , which is the same as the radio wavelength in seawater, which reduces the radio field strength to about 0.2%

entspricht. Diese Strecke A_s 1st sehr klein; denn die Funkwellenlänge 1st im Seewasser sehr viel kürzer als In Luft.is equivalent to. This segment A _{s is} very small; because the radio wavelength is much shorter in sea water than in air.

Hierzu folgende Tabelle:For this, the following table:

f = Frequenzf = frequency

100 kHz 10 kHz 1 kHz 0,1 kHz100 kHz 10 kHz 1 kHz 0.1 kHz

χ = durchschnlttl. 6-m
^s Wellenlänge
Im Seewasser
X = Wellenlänge 3 km
In Luft χ = average 6-m
^s wavelength
In the lake water
X = wavelength 3 km
In air

20 m 60 m 200 m20 m 60 m 200 m

30 km 300 km 3000 km30 km 300 km 3000 km

1010

Würde also an einem Punkt an der Wasseroberfläche beispielsweise die hohe Funkfeldstärke von 1 Millivolt pro Meter existieren, so würde diese auf etwa 2 Mikrovolt reduziert In 6 Meter Wassertiefe bei einem 100-kHz-Slgnal bzw. in 20 Meter Tiefe bei einem 10-kHz-Slgnal. Sehr lange Funkwellen dringen zw ar tiefer In die See ein, doch ist dieser Tiefengewinn recht gering. Deshalb werden seit einigen Jahren - und vor allem in USA - umfangreiche Untersuchungen mit Funkwellen noch viel größerer Wellenlänge angestellt, bei denen Sendefrequenzen des sog. ELF-Bandes (ELF = Extremely Low Frequency) unter 200 Hz (entsprechend 1500 Kilometer Wellenlänge In Luft) verwendet werden. Dies geht beispielsweise aus folgenden Literaturstellen hervor:So it would be at one point on the surface of the water For example, if there is a high radio field strength of 1 millivolt per meter, this would be around 2 microvolts reduced in 6 meters water depth with a 100 kHz signal or at a depth of 20 meters with a 10 kHz signal. Very long radio waves penetrate deeper into the sea, but this gain in depth is very small. That is why for a number of years - and especially in the USA - extensive Investigations made with radio waves of much greater wavelength, at which transmission frequencies the so-called ELF band (ELF = Extremely Low Frequency) below 200 Hz (corresponding to 1500 kilometers Wavelength in air). This can be seen, for example, from the following literature:

- Peter R. Bannister et al.- Peter R. Bannister et al.

»Far-field, extremely-low-frequency propagation measurements, 14 March to 9 April 1971« Radio Science, Vol. 8, No. 7, July 1973, Selten 623-U31 -B.E. Kelser"Far-field, extremely-low-frequency propagation measurements, March 14 to April 9, 1971" Radio Science, Vol. 8, No. 7, July 1973, rare 623-U31 -B.E. Kelser

»Early Development of the Project Sanguine Radiating System« IEEE Transactions on Communications, Vol. Com-22, No. 4, April 1974, Seiten 364-370"Early Development of the Project Sanguine Radiating System" IEEE Transactions on Communications, Vol. Com-22, No. April 4, 1974, pp. 364-370

- 1966 bis 1967 wurden mit einer 176 Kilometer langen Elndraht-Horlzontalantenne Untersuchungen fttr CW-Funkübertragur.gen mit Sendefrequenzen von 78 Hz und 156 Hz durchgeführt.- From 1966 to 1967, investigations into the CW radio transmission were carried out using a 176 km long wooden wire antenna carried out with transmission frequencies of 78 Hz and 156 Hz.

- 1971 bis 1973 stellte das M.I.T. Lincoln Laboratory Funkübertragungsversuche mit Sendefrequenzen von 45 Hz und 75 Hz an. Dabei wurde ein Antennensystem benutzt, das aus zwei jeweils 22,5 Kilometer langen Horizontaldipolen bestand. Der maximale Leitungsstrom In jeder Antenne betrug 300 Ampere und ergab als abgestrahlte Leistung nur 0,5 Watt bei 45 Hz und 1 Watt bei 75 Hz.- From 1971 to 1973 the M.I.T. Lincoln Laboratory Radio transmission attempts with transmission frequencies of 45 Hz and 75 Hz. An antenna system was used used, which consisted of two horizontal dipoles, each 22.5 kilometers long. The maximum conduction current in each antenna was 300 amperes and resulted in as radiated power only 0.5 watt at 45 Hz and 1 watt at 75 Hz.

- Gegenwärtig enteilt eine amerikanische Firmengruppe ein Niedrigstfrequenz-Sendesystem, das Sendefrequenzen von 45 Hz und 76 Hz sowie ein Antennensystem mit einer Flächenbedeckung von 1600 bis 10 000 Quadratkilometer verwenden wird. Die rund 4 Megawatt Senderleistung werden ledlpllch etwa 70 Watt abgestrahlte Leistung ergeben.
Die Datenübertragungsrate wird 1 Blt/s sein.- An American group of companies is currently sharing a very low frequency transmission system which will use transmission frequencies of 45 Hz and 76 Hz and an antenna system with an area coverage of 1,600 to 10,000 square kilometers. The approximately 4 megawatts of transmitter power will only result in around 70 watts of emitted power.
The data transfer rate will be 1 Blt / s.

Diese Beispiele lassen zwei Dinge erkennen:These examples reveal two things:

- nämlich erstens den großen Aufwand für die Erzielung größerer Eindringtiefen von Funkwellen in Seewasser- namely, firstly, the great effort required to achieve it greater penetration depths of radio waves in sea water

- und zweitens, daß der Funkweg offenbar noch Immer als einzig beschreltbarer Weg zur Lösung dieser Aufgäbe angesehen wird.- and secondly, that the radio path is apparently still the only way to solve this problem is seen.

Es fehlt somit ein wirtschaftliches Verfahren zur Nachrichten-Übertragung, mit dem sich nicht nur große Seegebiete, sondern zugleich auch große Tauchtiefen erfassen lassen. Aus physikalischen Gründen dürfen dazu weder Funkwellen noch Schallwellen verwendet werden. Aufgabe der vorliegenden Erfindung 1st die Schaffung eines solchen Verfahrens, das gestattet, vom Festland oder von größeren Inseln aus Nachrichten auf drahtlosem Wege zu mobilen oder stationären Empfängern zu übertragen, die sich über, auf und vor allem auch in selbst großen Tiefen unter der Meeresoberfläche eines relativ großen Seegebietes befinden.There is therefore no economical method for the transmission of messages, with which not only large sea areas, but also large diving depths can be captured permit. For physical reasons, neither radio waves nor sound waves may be used. The object of the present invention is to provide such a method which allows for land use or from larger islands to send messages to mobile or stationary receivers by wireless means transmitted over, on and, above all, in even at great depths under the surface of a relatively large sea area.

Das erfindungsgemäße Verfahren sei mit SEST (= Submarine Electrical Signal Transmission) bezeichnet. SEST benutzt den Wasserraum als elektrischen Stromleiter und ist deshalb sowohl für Seewasser als auch für Süßwasser verwendbar.The method according to the invention is referred to as SEST (= Submarine Electrical Signal Transmission). SEST uses the water space as an electrical conductor and is therefore suitable for both seawater and freshwater usable.

Der Gedanke, Seewasser als einen Leiter fur einen Signalstrom, d. h. einen die zu übertragende Nachricht darstellenden oder als Modulation enthaltenden elektrischen Strom zu verwenden, 1st an sich nicht neu. Er wurde bereits vor über 50 Jahren praktisch genutzt, und zwar für die Schaffung von Eindrahtseekabel-Telegraphlesystemen, die damals die Nachrichtenverbindung beispielsweise zwischen Florida und Kuba bildeten und die Übertragung von Stromfrequenzen von bis zu 6 kHz gestatteten; vgl.
- F. Brelslg. »Theoretische Telegraphie«The idea of using seawater as a conductor for a signal current, ie an electric current representing the message to be transmitted or containing it as a modulation, is not in itself new. It was already in practical use more than 50 years ago, namely for the creation of single-wire cable telegraph systems, which at that time formed the communications link between Florida and Cuba, for example, and which allowed the transmission of power frequencies of up to 6 kHz; see.
- F. Brelslg. "Theoretical Telegraphy"

Vieweg und Sohn, Braunschwelg, 2. Auflage, 1924Vieweg and Son, Braunschwelg, 2nd edition, 1924

Ein Telegraphlesystem dieser Art dient der nachrichtenstrommäßlgen Verbindung zweier Punkte P, und P₂, die auf dem Festland und/oder Inseln angeordnet and durch ein größeres Seegebiet voneinander getrennt sind. Beim Nachrichtenverkehr stellt Punkt P₁ den Generator und Punkt P₂ den Empfänger des Signalstromes dar. P. und P₂ müssen dazi. durch eine geschlossene Stromschlelfe miteinander verbunden sein. Für eine solche Verbindung 1st nicht unbedingt ein Seekabel erforderlich, das zwei voneinander Isolierte Leiter für die Hin- und Rückleltung des Signalstromes enthält. Vielmehr genügt ein Seekabel, das nur einen einzigen isolierten Stromleiter enthält, der der Hinleitung (Rückleitung) des Signalstromes dient, wenn das die Punkte P₁ und F₂ separierende Seewasser zur Rückleitung (Hinleltung) des Signalstromes benutzt wird. Im letzteren Falle ist der Signalstrom-Generator P, mit dem Signalstrom-Empfänger P₂ erstens durch das sehr lange Eindrahtseekabel verbunden, dessen größter Längenteil Im Seewasser auf dem Seeboden ruht, und zweitens durch das als Stromleiter verwendete Seewasser, In dem in den den Punkten Pi und P₂ nächstgelegenen Teilen eine Elektrode £, bzw £₂ angeordnet und mit Punkt P₁ und P₂ durch eine Isolierte metallische Zuleitung leitend verbunden 1st.A telegraph system of this type is used to connect two points P ₁ and P 2, which are arranged on the mainland and / or islands and separated from one another by a larger sea area. In communications, point P _{1 represents} the generator and point P _{2 represents} the receiver of the signal stream. P. and P ₂ must also. be connected to each other by a closed electric shaft. Such a connection does not necessarily require a submarine cable that contains two conductors isolated from one another for the forward and return of the signal current. Rather, a submarine cable is sufficient, which contains only a single isolated conductor, which is used for the forward (return) of the signal current when the seawater separating points P ₁ and F _{2 is used} for the return (forwarding) of the signal current. In the latter case, the signal current generator P is connected to the signal current receiver P ₂ firstly by the very long single-wire sea cable, the largest part of which rests on the seabed in the seawater, and secondly through the seawater used as a conductor, in the in the points An electrode £ or £ _{2 is} arranged in the parts closest to Pi and P ₂ and is _{conductively connected to points P 1} _{and P 2} by an insulated metal lead.

Leider Ist die Nutzung eines solchen Eindrahtseekabel-Telegraphlesystems zur Lösung der der vorliegenden Erfindung zugrunde liegenden Aufgabe nicht möglich. Dies liegt daran, daß derjenige Signalstrom, der durch das Seewasser fließt, sich nicht etwa über einen größeren Teil des Querschnitts des Seewasserraumes zwischen den Punkten P_t und P₂ verteilt, sondern sich stark an das Eindrahtseekabel drängt und nur in dessen unmittelbarer Nähe fließt (Analogon einer Koaxialleitung). Dies bedeutet, daß Im großräumigen Seewasser nur ein kleiner schlauchförmlger Teil zur Stromleitung genutzt wird und der zur Verfügung stehende Seewasserraum auf diese Weise auch nie als großräumlger Stromleiter verwendbar 1st. Außerdem besitzen die Signalströme Im Elndrahtseekabel und Im dieses Kabel umgebenden Seewasser normalerweise entgegengesetzte Stromflußrichtungen. Die macietischen Felder dieser beiden Ströme kompensieren sich folglich nahezu. Hinzu kommt, daß die größte Länge eines solchen Seekabels ja auf dem Seegrunde ruht und deshalb einen relativ großen Abstand von der Seeoberfläche besitzt. Diese Konsequenzen der Verwendung eines geschlossenen Signal-Stromkreises, dessen eine Lei-Unfortunately, it is not possible to use such a single-wire marine cable telegraphic system to solve the problem on which the present invention is based. This is due to the fact that the signal current that flows through the sea water is not distributed over a larger part of the cross section of the sea water space between points P _t and P ₂ , but rather presses strongly against the single-wire sea cable and only flows in its immediate vicinity ( Analogue of a coaxial line). This means that in the large-scale seawater only a small hose-shaped part is used to conduct electricity and the available seawater space can never be used as a large-scale electrical conductor in this way. In addition, the signal currents in the elnd wire sea cable and in the sea water surrounding this cable normally have opposite directions of current flow. The Macietic fields of these two currents consequently almost compensate each other. In addition, the greatest length of such a submarine cable rests on the bottom of the lake and therefore has a relatively large distance from the lake surface. These consequences of using a closed signal circuit, one line of which

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tüng das Elndrahtseekabel und dessen andere Leitung das Seewasser sind, wurden schon frühzeitig erkannt und sich ausführlich behandelt, beispielsweise Im Buch von Dr. Franz Brelslg,»Theoretische Telegraphe« (Verlag VIeweg und Sohn, Braunschwelg, 2. Auflage, 1924, Selten 517 bis 523). _k tüng the Elndrahtseekabel and whose other line is the lake water, were recognized at an early stage and dealt with in detail, for example in the book by Dr. Franz Brelslg, "Theoretische Telegraphe" (Verlag VIeweg und Sohn, Braunschwelg, 2nd edition, 1924, rare 517 to 523). _k

Im Wasser herrscht am Außenmantel des Elndrahtseekabels die maximale Stromdichte des Signalstroms, die auf \% bereits bei folgendem Abstande sinkt:In the water, the maximum current density of the signal current prevails on the outer sheath of the Elndrahtseekabel, which drops to \% at the following distance:

Signalstrom-FrequenzSignal current frequency Abstand vom SeekabelDistance from the submarine cable Tür 1» der StromdichteDoor 1 »of current density (Leitfähigkeit des(Conductivity of the Seewassers = 5 A/Vm)Sea water = 5 A / Vm) 1 Hz1 Hz 1331 m1331 m 3Hz3Hz 769 m769 m 10 Hz10 Hz 421 m421 m 30Hz30Hz 243 m243 m 100 Hz100 Hz 133 m133 m 300 Hz300 Hz 77 m77 m 1 000 Hz1,000 Hz 42 m42 m .3 000Hz.3,000Hz 24 m24 m ioOOOHzioOOOHz 13 m13 m

Diese Konsequenzen bleiben In der Fachwelt häufig unberücksichtigt, was zu gravierenden Trugschlüssen Im Sinne eines Vorurteils führen kann. Ein typisches Beispiel dafür 1st die unrealisierbare Methode gemäß der französischen Patentschrift 16 04 503 (veröffentlicht am 7. 1. 1972). Zielsetzung der Methode gemäß der genannten französischen Patentschrift Ist zwar auch die Übertragung von Nachrichten von Land aus zu entfernten Punkten über, auf und in großen Tiefen der See, doch schreibt diese Methode dazu ausdrücklich die Verwendung eines dem Elndrahtseekabel-Telegraphlesystem gleichenden Systems vor, bei dem der Generator G, der den Punkt P_t darstellt, einerseits direkt mit der Elektrode £| und andererseits durch ein langes Eindrahtseekabel mit der Elektrode E₂ verbunden 1st. Außerdem 1st hierbei vorgeschrieben, das Eindrahtseekabel so nahe wie möglich am Meeresboden anzuordnen. Dabei wird irrtümlich nämlich davon ausgegangen, daß der Strom durch das Seewasser hauptsächlich In der Nähe der Seeoberfläche horizontal großflächig zwischen den Elektroden fließt, während der dazu entgegengesetzt gerichtete Strom im auf dem Seeboden ruhenden Elndrahtseekabel fließt; dadurch soll eine gegenseitige - kompensierende - Beeinflussung der magnetischen Felder dieser beiden Ströme verhindert werden. All dies 1st jedoch ein Trugschluß, der aus der Ignorierung der oben angegebenen Konsequenzen resultiert. Bei der Methode gemäß der genannten französischen Patentschrift Würde das Elndrahtseekabel den Strom zwar der Elektrode E₂ zuführen, doch würde dieser Strom dann von dieser Elektrode aus nur als enge Stromumhüllung des Eindrahtseekabels auf dem Meeresgrunde zurückfließen und erst in der Nähe der Elektrode E_x die nächste Umgebung des Eindahtseekabels verlassen und zur Elektrode E₁ fließen. Dies bedeutet weiterhin, daß sich zwischen den beiden Elektroden Ε_Λ und E₂ nahe unter der Seeoberfläche der erwartete horizontale Flächenstrom und das gewünschte elektromagnetische Feld nie ergeben kann. Das Ziel der Methode gemäß dieser französischen Patentschrift kann somit durch Beschielten des von ihr angegebenen Lösungsweges nicht erreicht werden.These consequences are often not taken into account in the professional world, which can lead to serious fallacies in the sense of a prejudice. A typical example of this is the unrealizable method according to French patent specification 16 04 503 (published on January 7, 1972). The aim of the method according to the aforementioned French patent specification is also the transmission of messages from land to distant points over, on and in great depths of the sea, but this method expressly prescribes the use of a system similar to the Elndrahtseekabel telegraphic system in which the generator G, which represents the point P _t , on the one hand directly with the electrode £ | and on the other hand is connected to the electrode E ₂ by a long single-wire submarine cable. It is also mandatory to position the single wire cable as close as possible to the seabed. It is erroneously assumed that the current through the lake water mainly flows horizontally in the vicinity of the lake surface over a large area between the electrodes, while the opposite current flows in the Elndrahtseekabel resting on the lake floor; this is to prevent a mutual - compensating - influence of the magnetic fields of these two currents. However, all of this is a fallacy that results from ignoring the consequences outlined above. With the method according to the above-mentioned French patent specification, the single-wire marine cable would supply the current to electrode E ₂ , but this current would then flow back from this electrode only as a tight current envelope of the single-wire marine cable on the sea floor and the next one only in the vicinity of electrode E _x Leave the area around the single-wire cable and flow _{to electrode E 1.} This also means that the expected horizontal surface current and the desired electromagnetic field can never arise between the two electrodes Ε _Λ and E _{2 near the sea surface.} The aim of the method according to this French patent can therefore not be achieved by following the approach indicated by it.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher, eine Anordnung anzugeben, mit der die Signalübertragung In ein großräumiges Gewässergebiet ohne Einschränkung des Empfangsorts möglich Ist. .The object of the present invention is therefore to provide an arrangement with which the signal transmission In a large water area is possible without restricting the receiving location. .

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe Ist im Patentanspruch 1 angegeben. Die Ünteransprüche enthalten vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung. Die Erfindung 1st. nachfolgend unter Bezugnahme auf die Abbildungen noch ausführlich erläutert.The inventive solution to this problem is in Claim 1 specified. The subclaims contain advantageous refinements and developments of the invention. The invention is. below under Referring to the figures, explained in detail.

Eine Nachrichtenübertragung mit Hilfe von SEST Ist vorteilhaft nutzbar beispielsweise
ίο - von über dem Seeräum operierenden Flugobjekten,A message transmission with the help of SEST can be used advantageously, for example
ίο - from flying objects operating over the sea area,

- von Schiffen.und .Bojen, . ., ,- of ships. and. buoys,. .,,

- von In beliebiger tiefe unter der Meeresoberfläche operierenden Tauchbooten und anderen Schwimmkörpern- from operating at any depth below the surface of the sea Submersibles and other floating bodies

- und von auf dem Meeresgrunde liegenden oder daran )5 gefesselten Einrichtungen.- and from facilities lying on the sea bed or tied to it) 5.

Diese NachrlchtenübertragunE mit Hilfe von SEST ist sowohl In kleineren, mittleren als auch In größeren Seegebieten möglich und kann von Sonar- und herkömmlichen Funk-Einrichtungen In den meisten Anwendungsfällen weder abgehört noch gestört werden.This transmission of messages with the help of SEST is both in smaller, medium and in larger sea areas possible and can be from sonar and conventional radio equipment in most applications are neither bugged nor disturbed.

Auch Im Falle der vorliegenden Erfindung wird Seewasser - und zwar Salz- oder Süßwasser - als Stromleiter für den Signalstrom verwendet. Unter dem Begriff Signalstrom soll hler ein elektrischer Strom verstanden werden, der die von Ihm zu übertragende Nachricht entweder selbst darstellt oder - beispielsweise In Form einer Modulation - enthält.In the case of the present invention, too, becomes sea water - namely salt or fresh water - used as a conductor for the signal current. Under the term Signal current should be understood to mean an electrical current that either carries the message to be transmitted by it represents itself or - for example in the form of a modulation - contains.

SEST basiert auf dem Gedanken, diejenigen Hindernisse, die das Erreichen größerer Seetiefen mit Funkwellen quasi unmöglich machen, als nützliche Werkzeuge zur Übertragung von Nachrichten in diese bisher nicht erreichbaren Seetiefen zu benutzen.SEST is based on the idea of those obstacles that reach deeper sea depths with radio waves quasi impossible, as useful tools for the transmission of messages in this so far not reachable depths of the lake.

Das Seewasser wird somit als ein großräumlger elektrischer Leiter mit relativ guter Isollerstoff-Ummantelung verwendet. Die ist deshalb berechtigt, well Seewasser als wäßrige Salzlösung ein Elekrolyt und somit ein relativ guter elektrischer Leiter 1st, die Luft über dem Seewasser einen ausgezeichneten elektrischen Isolator darstellt und der unter und an den Selten des Seewassers befindliche Erdboden im Vergleich zum Seewasser zumeist eine schlechte elektrische Leitfähigkeit besitzt.The sea water is thus considered a large-scale electric Conductor with relatively good insulation material sheath used. That is why it is justified, well as lake water Aqueous saline solution is an electrolyte and thus a relatively good electrical conductor, the air above seawater is an excellent electrical insulator and is found under and on the rare earths of seawater Compared to lake water, the ground usually has poor electrical conductivity.

Durch den Leiter Seewasser wird be! SEST ein mit der information modulierter niederfrequenter Wechselstrom geleitet. Dies geschieht unter Verwendung von zwei im Seewasser In größerer Entfernung voneinander angeordneten Elektroden, die durch entsprechende elektrische Zuleitungen mit einem Stromgenerator verbunden sind, der auf dem Festland oder auf einer Insel steht. Im Seewasser ergibt sich dadurch eine elektrische Strömung, dieWith the head of sea water, be! SEST one with the information modulated low-frequency alternating current. This is done using two im Sea water Electrodes arranged at a greater distance from one another, which are controlled by corresponding electrical Supply lines are connected to a power generator that is on the mainland or on an island. In the lake water this results in an electrical current that

so quasi den gesamten Wasserraum auffüllt und in diesem ein großräumiges elektrisches und magnetisches Wechselfeld hervorruft, wobei letzteres auch außerhalb des .Seewassers existiert.so virtually fills the entire water space and in this creates a large-scale alternating electric and magnetic field, the latter also outside of the .Sea water exists.

Am Empfangspunkt wird die Information aus dem elektromagnetischen Wechselfeld zurückgewonnen, d·. h.At the receiving point, the information is recovered from the alternating electromagnetic field, i.e. H.

im und auf dem Seewasser aus dem elektrischen und/oder magnetischen Feld, über dem Seewasser - also im Luftraum - nur aus dem magnetischen Feld.in and on the lake water from the electric and / or magnetic field, above the lake water - that is in the airspace - only from the magnetic field.

An dieser Stelle sei der Hinwels auf den Unterschied der Funktion des Stromleiters gestattet, der bei SEST vom Seewasser und bei Funk von der Sendeantenne dargestellt wird.At this point, let me point out the difference The function of the conductor is permitted, which is represented by the seawater in SEST and by the transmitting antenna in the case of radio will.

Der normale Leiter - also keine Antenne - hat primär die Aufgabe, einen elektrischen Stromfluß zu ermöglichen, durch dessen elektromagnetisches Feld der Energietransport entlang dem Leiter und in den Leiter erzwungen wird (»geführte Welle«). Ein solcher Leiter liegt bei SEST vor.The normal conductor - i.e. no antenna - primarily has that Task to enable an electric current to flow through its electromagnetic field to transport energy is forced along the ladder and into the ladder ("guided wave"). Such a leader is at SEST before.

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Im Gegensatz dazu Ist eine Sendeantenne ein Leiter, dessen spezielle Ausbildung und Dimensionierung eine Transformation der vom Strom erzeugten »geführten Welle« In eine »Frelreumwelle« ermöglichen und somit eine Wellenablösung vom Leiter bewirken soll (»ablösende Welle«).In contrast, a transmitting antenna is a conductor, whose special training and dimensioning a transformation of the electricity generated »led Wave «into a» Freelance wave «enable and thus should cause a wave to detach from the conductor (»detaching wave«).

FIg. 1 zeigt in einem prinzipiellen Schaubild die mit SEST erreichbaren Objekte unter, auf und über der Meeresoberfläche. FIg. 1 shows in a basic diagram the with SEST reachable objects below, on and above the sea surface.

Der elektrische Leiter ist bei SEST Seewasser und damit ein Leiter 2. Klasse (Elektrolyt). Zur Minimislerung unerwünschter Elektrolyse-Effekte 1st die Verwendung von Wechselstrom erforderlich. Die ist bei SEST von Vorteil.The electrical conductor at SEST is sea water and thus a second class conductor (electrolyte). For minimization The use of alternating current is required for undesirable electrolysis effects. She's with SEST advantageous.

Zwischen der Wirkung eines Gleichstromes und der eines Wechselstromes in elnm elektrischen Leiter besteht ein grundlegender Unterschied: die Stromdichte über dem Leiterquerschnllt Ist nur im Falle von Gleichstrom konstant, bei Wechselstrom dagegen an der Leiteroberfläche am größten und In der Mitte des Lelterquerschnlttes am geringsten (Stromverdrängungseffekt).There is between the action of a direct current and that of an alternating current in an electrical conductor a fundamental difference: the current density across the conductor is only present in the case of direct current constant, in the case of alternating current, on the other hand, it is greatest on the conductor surface and in the middle of the cross-section of the conductor lowest (current displacement effect).

Fin Wechselstrom, der durch einen Leiter fließt, erzeugt sowohl außerhalb als auch Innerhalb von diesem ein sich änderndes Feld. Um den inneren Wethselfluß tritt ein ringförmig geschlossenes elektrisches Wirbelfeld auf, das fest mit der Wechselströmung verkettet ist. Die entsprechende Wirbelspannung und der Leiterstrom besitzen Richtungen, die In den innersten Lelterslellen einander entgegengesetzt sind, sich aber in der Nähe der Leiteroberfläche gleichen. Die Verteilung des Stromes über den Leiterquerschnitt wird folglich verändert und eine Stromverdiangung zur Leiteroberfläche hin erzwungen Der Leiterquerschnitt wird also nicht mehr voll genutzt und der wirksame Widerstand des Leiters erhöht sich Die Wirkung der Stromverdrängung wächst mit der Wurzel aus der Stromfrequenz f und der elektrischen Leitfähigkeit κ des Leiters und Ist deshalb nur bei Signalströmen sehr niedriger Frequenz sehr klein und vernachlässigbar. Sie ist für Frequenzen von 0,1 Hz bis 100 kHz und Leitfähigkelten von 1 und 4A/Vm (typisch für Seewasser) In den Flg. 2 und 3 dargestellt, und zwar for einen Leiter quasi unendlich großer Ausdehnung. Bei der Betrachtung dieser Figuren Ist die logarithmische Darstellung zu beachten.Fin alternating current flowing through a conductor creates both outside and inside of it a changing field. Around the inner Wethsel river a closed, ring-shaped electrical vortex field occurs, which is firmly linked to the alternating current. the Corresponding eddy voltage and the conductor current have directions which are in the innermost Lelterslellen are opposite to each other but close to the Same conductor surface. The distribution of the current over the conductor cross-section is consequently changed and forced a curvature of the current towards the surface of the conductor The conductor cross-section is therefore no longer fully used and the effective resistance of the conductor is increased The effect of the current displacement grows with the Root of the current frequency f and the electrical conductivity κ of the conductor and is therefore only for signal currents very low frequency very small and negligible. It is for frequencies from 0.1 Hz to 100 kHz and conductivity values of 1 and 4A / Vm (typical for sea water) In the Flg. 2 and 3 shown, namely for a ladder almost infinitely large. When looking at these figures is the logarithmic representation to be observed.

Die Stromverdrängung führt bei SEST dazu, daß die Dichte des Signal-Wechselstromes an der Oberfläche und am Boden des Seewasserraumes am größten ist und - In Abhängigkeit von der Stromfrequenz - gegen die Seetlefenmltte hin mehr oder weniger stark abnimmt. Das ist außerordentlich wichtig; denn es bedeutet ja:The current displacement leads to SEST that the density of the signal alternating current on the surface and is largest at the bottom of the lake water area and - depending on the current frequency - against the sea duck decreases more or less strongly. This is extremely important; because it means yes:

- Bei sehr niedrigen Stromfrequenzen Ist die Stromdichte über den Leiterquerschnitt noch relativ konstant. Da sich der dem Seewasser zugeleitete Strom in diesem Falle quasi homogen über den Seewasserquerschnitt verteilt, muß dem Seewasser zum Erhalt einer bestimmten Mindeststromdlchte mehr Strom und damit mehr elektrische Leistung zugeführt werden. Dafür können SEST-Signale dann aber auch in allen Seetiefen empfangen werden.- At very low current frequencies is the current density Still relatively constant across the conductor cross-section. Since the current fed to the lake water in In this case, distributed almost homogeneously over the lake water cross-section, the lake water must have a certain minimum electricity roofs more electricity and so that more electrical power can be supplied. SEST signals can then also be used in all Sea depths are received.

- Je höher die Stromfrequenz ist, um so mehr konzen- &o triert sich der Stromfluß auf die Querschnittsbereiche, die der Oberfläche und dem Boden des Seewasserraumes am nächsten sind. Zum Erhalt einer bestimmten Mindeststromdlchte in dieser »oberen« und »unteren« Schicht des Seewasserraumes sind folglich weniger Strom und damit auch geringere elektrische Leistung erforderlich. SEST-Signale können dann aber auch nur in der »oberen« und »unteren« Schicht des Seewasserraumes empfangen werden.- The higher the current frequency, the more concentrated & o the flow of current triggers on the cross-sectional areas, those of the surface and the bottom of the lake water space are closest. To obtain a certain minimum current roof in this "upper" and "lower" Layer of the lake water area are consequently less electricity and thus also less electrical power necessary. SEST signals can then only be used in the "upper" and "lower" layers of the lake water area be received.

Damit (d. h. durch die Wähl der Strornfrequenz) erlaubt SEST deni Anwender die Wahl der Dicke der Schichten, In denen über dem Seegrunde und unter der Seeoberfläche Slgnalempfarig möglich seih soll. Dabei bleibt der Slgrialempfang Im Luftraum Über der See Immer erhalten.So (i.e. by choosing the current frequency) SEST deni allows users to choose the thickness of the Layers, In those above the lake bed and below the Lake surface should also be possible. Included The reception remains in the air space above the sea Always received.

Die Stromverdr'ähgung in einem von Wechselstrom durchflossenen Leiter wird jedoch nicht nur vörf der Stromfrequenz fund der Leitfähigkeit κ bestimmt, sondern zusätzlich auch von der Form und' Größe des LeI-terquerschnltts. The current distortion in an alternating current However, the conductor through which it flows is not only vörf Current frequency and conductivity κ are determined, but rather also on the shape and size of the cross-section of the ladder.

Der bisher als unendlich dick angenommene Leiter muß deshalb durch einen räumlich begrenzten ersetzt werden.The conductor previously assumed to be infinitely thick must therefore be replaced by a spatially limited one will.

In den Fig. 4 bis 6 ist die Stromverdrängung In einem dem Seewasser entsprechenden Leiter von 100, 200 und 400 Meter Dicke gezeigt, und zwar für Leitfähigkeiten von 1 und 4 A/Vm und den Frequenzbereich von 5 Hz bis 10 kHz. Die dargestellten Kurven zeigen die Änderung der Stromdichte in einem Vertikalschnitt durch den Leiter Im Abstande einiger Wellenlängen (Im Seewasser) vom umgegebenden Erdreich.In Figs. 4 to 6, the current displacement is In one 100, 200 and 400 meter thick conductors corresponding to seawater are shown for conductivities from 1 and 4 A / Vm and the frequency range from 5 Hz to 10 kHz. The curves shown show the change the current density in a vertical section through the conductor at a distance of a few wavelengths (in sea water) from the surrounding soil.

Jede der folgenden drei Flg. 4 bis 6 zeigt zwei Vergleiche, nämlichEach of the following three wings 4 to 6 shows two comparisons, namely

- einen Vergleich der Wechselstromdlchle im inneren und äußeren Teil des Leiters- a comparison of the alternating current dowels in the inner and outer part of the conductor

- und einen Vergleich der Dichte eines Wechselstromes in demselben Leiter.- and a comparison of the density of an alternating current in the same conductor.

Werden diese drei Flg. 4 bis 6 miteinander verglichen, so läßt sich der Einfluß der Leiterdicke auf die Stromdichte In verschiedenen Leitertiefen und auf die zur Gewinnung der gewünschten Stromdichte erforderlichen Frequenz leicht erkennen.Will these three Flg. 4 to 6 compared with each other, the influence of the conductor thickness on the current density in different conductor depths and on the for Easily recognize the frequency required to obtain the desired current density.

Da diese drei Figuren die Stromverdrängung nur in einem Vertikalschnitt behandeln. Ist In FIg. 7 die Stromverdrängung qualitativ in räumlicher Darstellung für einen langen quaderförmlgen Leiter gezeigt.Since these three figures show the current displacement only in treat a vertical section. Is in FIg. 7 the current displacement shown qualitatively in three-dimensional representation for a long cuboid conductor.

Bei der Betrachtung des dem Seewasser zuzuführenden Gesamtstromes ist zu berücksichtigen, daß sich unter dem Stromleiter Seewasser ja Erdboden befindet, welcher im Vergleich zu salzigem Wasser zwar eine etwa hundert- bis tausendfach schlechtere elektrische Leitfähigkeit besitzt, dafür aber viel tiefer ist als Seewasser.When considering the total flow to be supplied to the lake water, it must be taken into account that under the current conductor is seawater yes ground, which in comparison to salty water is about a hundred has up to a thousand times poorer electrical conductivity, but is much deeper than seawater.

Folglich 1st von einem 2-Schlchten-Leller auszugehen und zu bedenken, daß ein Teil des dem Seewasser zugeführten Gesamtstromes aus diesem in den Erdboden tritt und dort unter dem elektrischen Strom des Seewassers fließt. Weiterhin 1st zu berücksichtigen, daß dieser Stromanteil nicht nur von der - an sich schlechten elektrischen Leitfähigkeit des Bodens bestimmt wird, sondern zugleich auch von der Dicke der wirksamen Bodenschicht.Consequently, a 2-Schlchten-Leller can be assumed and to bear in mind that part of the total flow supplied to the seawater enters the ground from the latter and flows there under the electric current of the lake water. It must also be taken into account that this Electricity share is not only determined by the poor electrical conductivity of the soil, but at the same time also on the thickness of the effective soil layer.

Es interessiert somit der Einfluß des Dicken- und Leitfähigkeitsverhältnisses auf die Größe des Gesamtstromes und diejenige der aufzubringenden Gesamtleistung. Dieser Einfluß läßt sich am einfachsten anhand eines langen quaderförmigen Leitermodells demonstrieren, das aus zwei übereinanderliegenden Schichten unterschiedlicher und dem Erdboden bzw. dem Seewasser entsprechenden Leitfähigkeiten besteht, durch das Gleichstrom geleitet wird. Letzterer wird diesem Leltermodell über zwei Elektroden zugeführt, die an den beiden Stirnseiten des Leiters dessen Querschnitt voll bedecken. Dieser Fall isi In der Fig. 8 dargestellt Angenommen, das Seewasser und der wirksame Erdboden besäßen als Leitfähigkeitsverhältnis den typischen Wert von 400 :1, andererseits jedoch ein Schichtdickenverhältnis von 1 : 400,The influence of the thickness and conductivity ratio is therefore of interest on the size of the total current and that of the total power to be generated. The easiest way to demonstrate this influence is by means of a long cuboid ladder model, the from two superimposed layers different and corresponding to the ground or the lake water Conductivities through which direct current is conducted. The latter becomes this parent model over two electrodes are supplied, which completely cover the cross-section of the conductor on the two end faces. This case isi Shown in Fig. 8 Assuming the sea water and the effective soil would have a conductivity ratio of the typical value of 400: 1, on the other hand but a layer thickness ratio of 1: 400,

dann würde In der Erdbodenschicht genausoviel Strom wie In der Seewasserschicht fließen und folglich der doppelte Strom und die doppelte Leistung benötigt werden. Diese Stromzuführung des betrachteten Leitermodells liegt In der Praxis jedoch nicht vor; denn allein schon die Höhe der Elektroden wird wahrscheinlich nie so groß sein wie die Dicke der Seewasserschicht. Andererseits Ist das Schichtdickenverhältnis des Erdbodens und des Seewassers stets ein großes. Dies bedeutet, daß auf der dlkken Bodenschicht eine dünne Wasserschicht ruht, wobei nur letzterer der Gleichstrom direkt zugeführt wird. Der Strom tritt somit zunächst von den Elektroden In das Seewasser und erst von dort zum Teil In den Boden ein.then the same amount of current would flow in the soil layer as in the seawater layer and consequently twice as much Electricity and twice the power are required. This power supply of the conductor model under consideration However, this is not the case in practice; because that alone The height of the electrodes will probably never be as great as the thickness of the seawater layer. On the other hand is the layer thickness ratio of the soil and the sea water is always large. This means that on the dark Soil layer a thin layer of water rests, with only the latter being supplied with direct current. Of the Electricity thus first flows from the electrodes into the seawater and only from there partially into the ground.

Bei den bisherigen Betrachtungen des Modells eines 2-Sch!chten-Le!ters wurde davon ausgegangen, daß ihm Gleichstrom zugeführt wird. Da bei SEST als Signalstrom Wechselstrom verwendet wird, muß bei der Betrachtung dieses Leitermodells zusätzlich auch die Stromverdrängung berücksichtigt werden.In the previous considerations of the model of a 2-ply-light it was assumed that it Direct current is supplied. Since SEST uses alternating current as the signal current, it must be considered when considering This ladder model also takes account of the current displacement.

Die Ergebnisse einer Berücksichtigung der Stromverdrängung im 2-Schlchten-Lelter sind In der Flg. 9 gezeigt, und zwar für Seewassertiefen d von 100, 200 und 400 Metern sowie für d -> co, für Seewasser-Leltfähigkelten von 1 und 4 A/Vrn und Frequenzen von 0,1 Hz bis 10 kHz.The results of a consideration of the current displacement in the 2-Schlchten-Lelter are in the Flg. 9 shown, for sea water depths d of 100, 200 and 400 meters and for d -> co, for seawater capacities of 1 and 4 A / Vrn and frequencies of 0.1 Hz up to 10 kHz.

Es Ist leicht zu erkennen, daß für sehr tiefes Seewasser <d -»oo) der Wechselstromwiderstand des Leiters von 0 6 m i> bis 0,2 Ll hiw. von 0,3 m Ll bis 0,1 £2 In dem betrachteten Frequenzbereich linear ansteigt; denn der Boden kann in diesem Falle unberücksichtigt bleiben.It is easy to see that for very deep sea water <d - »oo) the alternating current resistance of the conductor is from 0.6 m i> to 0.2 Ll hiw. from 0.3 m Ll to 0.1 £ 2 increases linearly in the frequency range under consideration; because the soil can be disregarded in this case.

Bei einem geschichteten Leiter mit den oben angegebenen geringeren Wassertiefen 1st die Stromleitung im Meeresboden jedoch nicht vemachlässigbar und ergibt für niedere Frequenzen (Gleichstromfall als Grenzfall) eine Verringerung des Gesamtwiderstandes. Letztere Ist um so größer, je geringer die Dicke der Wasserschicht ist, da bei kleinerer Schichtdicke die Stromverdrängung ausgeprägter 1st..For a layered conductor with the above At lower water depths, however, the power line in the sea floor is not negligible and results in lower water Frequencies (direct current case as a borderline case) a reduction in the total resistance. The latter is all the greater the smaller the thickness of the water layer, since the smaller the layer thickness, the more pronounced the current displacement is.

In der Flg. 10 sind die Erfordernisse und Konsequenzen der Stromleitung bei SEST gezeigt. Auf Land sind der Signalstromgenerator und die mit ihm verbundenen Stroniübertragungsieitungen angeordnet. Letztere führen zu - Im einfachsten Falle - zwei Im Seewasser installierten Elektroden. Im Seewasserraum ergibt sich zwischen den Elektroden der gewünschte Signalstrom Z₅, den die Teilströme /_S), /_S2 und /_s3 symbolisieren.In the wing. 10 shows the requirements and consequences of power conduction at SEST. The signal current generator and the power transmission lines connected to it are arranged on land. The latter lead to - in the simplest case - two electrodes installed in the seawater. In the seawater area, the desired signal current Z ₅ , which is symbolized by the partial currents / _S) , / _S2 and / _{s3, is produced between the electrodes.}

Zusätzlich zu diesem Signalstrom I₅ ergibt sich zwischen den beiden Elektroden ein Strom /_fl, der zur Hauptsache unter der Seewasserschicht fließt. Der Strom I_B tritt auf, wenn der Signalstrom /₅ In addition to this signal current I ₅ , there is a current / _fl between the two electrodes, which mainly flows under the seawater layer. The current I _B occurs when the signal current / ₅

- entweder In möglichst homogener Verteilung über den Querschnitt der Ssewasserschicht- Either in as homogeneous a distribution as possible over the Cross section of the water layer

- oder vorherrschend nur In der Nähe der Meeresoberfläche und des Meergrundes- or predominantly only near the surface of the sea and the bottom of the sea

im Seewasser fließen soll.should flow in the lake water.

Ein weiterer Strom, der zur Hauptsache Im Erdboden des Festlandes fließt und sich aus den beiden Strömen I₁ und l_E zusammensetzt, 1st Ip. Another current that mainly flows in the ground of the mainland and is composed of the two currents I ₁ and I _E , 1st Ip.

I₁ Ist ein relativ kleiner Strom, den der in den Übertragungsleitungen fließende Generatorstrom im Erdreich induziert, das diesen Leitungen benachbart Ist. Der Strom I₁ ist dagegen nicht vemachlässigbar und um so größer, je näher die beiden Elektroden dem Festland liegen; denn er stellt den Strom dar, der zwischen den beiden Elektroden zur Hauptsache durch den Erdboden des Festlandes - nicht aber durch denjenigen unter dem Seeraum - fließt I ₁ is a relatively small current that the generator current flowing in the transmission lines induces in the ground adjacent to these lines. The current I ₁ , on the other hand, is not negligible and the greater the closer the two electrodes are to the mainland; because it represents the current that flows between the two electrodes mainly through the ground of the mainland - but not through the one under the sea area

Um eine Aussage über die erforderliche Generatorleistung P₀ zu erhalten, wurde ein Modell betrachtet, dasIn order to obtain a statement about the required generator power P ₀ , a model was considered that

aus einem geradlinigen Küstenstreifen mit dazu rechtwinklig angeordneter, rechteckförmlger Halbinsel besteht, deren Länge 500 km und deren Breite 100 bzw. 500 km beträgt. Die Lage der Elektroden wurde etwa dort angenommen, wo die Küste an die Halbinsel grenzt. Die Elektroden sollten kurze Zylinder von 60 Meter Durchmesser sein, 1 Meter tief Ins Seewasser eintauchen und einen Übergangswiderstand von jeweils 5 Milllohm ergeben. from a straight coastal strip with a rectangular peninsula arranged at right angles to it exists, whose length is 500 km and whose width is 100 or 500 km. The location of the electrodes was about there assumed where the coast borders the peninsula. the Electrodes should be short cylinders of 60 meters in diameter, immerse 1 meter deep in the sea water and result in a contact resistance of 5 milllohms each.

Bei dieser Betrachtung wurde danach gefragt, welche Generatorleistung P₁, erforderlich Ist, um Im Abstande von 100 bzw 500 km von der Halbinsel In Tauchtiefen von 40 bzw. 100 Metern eine Feldstärke von mindestens 1 /(V/m zu erhalten, und zwar für Stromfrequenzen von Ϊ Hz bis 10 kHz.In this consideration, the question was asked what generator power P _{1 is} required to obtain a field strength of at least 1 / (V / m at a distance of 100 or 500 km from the peninsula in diving depths of 40 or 100 meters, for Current frequencies from Ϊ Hz to 10 kHz.

Die Ergebnisse dieser Betrachtung sind In Fig. 11 gezeigt, und zwar Im Vergleich zum auf das Modell übertragenen Funkfall (siehe Tabelle). Dabei sind die Verluste In den Zuleitungen und In der Bodenschicht zwischen den Elektroden berücksichtigt. Sie lassen erkennen, daß Immer dann wenig Leistung aufgebracht werden muß, wenn die jeweils betrachtete Tauchtiefe gleich der Seetiefe ist; denn dann tritt die geforderte Mindestfeldstärke nur an der Meeresoberfläche und am Meeresboden auf, nicht aber In dazwischenliegenden Bereichen. Soll auch hler die Mindestfeldstärke erreicht werden, so ist dazu eine erhebliche größere Generatorlelstung erforderlich, dies um so mehr, je höher die Stromfrequenzen gewählt werden.The results of this observation are shown in FIG in comparison to the radio case transferred to the model (see table). Here are the losses Considered in the supply lines and in the soil layer between the electrodes. They show that little power has to be applied whenever the diving depth under consideration is the same the depth of the lake is; because then the required minimum field strength occurs only on the sea surface and on the sea floor, but not in areas in between. If the minimum field strength is also to be achieved, a considerably greater generator power is required for this, The higher the current frequencies are chosen, the more so.

Der Vergleich mit dem Funkfall zeigt, daß zum Erreichen größerer Tauchtiefen die erforderliche Leistung des SEST-Generators kleiner 1st als diejenige des Funksenders, für den ein Antennenwirkungsgrad von η - \0% (Längstwelle 10 kHz!) angenommen wurde.The comparison with the radio case shows that the required power of the SEST generator to achieve greater diving depths is less than that of the radio transmitter, for which an antenna efficiency of η - \ 0% (longest wave 10 kHz!) Was assumed.

Sind die Im Seewasser angeordneten mindestens zwei Elektroden mit dem Signalgenerator verbunden, so fließt im Seewasserraum der Signalstrom /_s und erzeugt darin ein ausgedehntes elektromagnetisches Feld, wobei das magnetische Feld auch außerhalb des Seewassers - also auch Im Luftraum - existiert. Die Nachrichten, die dieser modulierte Wechselstrom überträgt, können folglich aus den Änderungen seines elektrischen und/oder magnetischen Feldes zurückgenommen werden.If the at least two electrodes arranged in the sea water are connected to the signal generator, the signal current / _s flows in the sea water space and generates an extensive electromagnetic field in it, whereby the magnetic field also exists outside the sea water - i.e. also in the air space. The messages that this modulated alternating current transmits can consequently be withdrawn from the changes in its electric and / or magnetic field.

Im Luftraum über Land und See stellt die Empfangsoperation somit eine Messung der magnetischen Feldstärke H dar. Dabei ist die lokale Störung des magnetischen Feldes durch den Träger der Empfangseinrichtung vergleichbar mit derjenigen des Funkfalles und wegen der Isolierenden Eigenschaften der Luft unbedeutend. Das Erdmagnetfeld weist nur relativ langsame Schwankungen auf und wirkt sich deshalb lediglich als Überlagerung einer Glelch-Komponente aus, die die Nachricht nicht verfälscht.In the airspace over land and sea, the receiving operation thus provides a measurement of the magnetic field strength H represents the local disturbance of the magnetic field by the carrier of the receiving device comparable to that of the radio case and insignificant because of the insulating properties of the air. The earth's magnetic field shows only relatively slow fluctuations and therefore only acts as an overlay a Glelch component that does not tamper with the message.

Im leitenden Seewasserraum dagegen wird die ursprünglich homogene Feldverteilung lokal durch den Träger der Empfangseinrichtung (z. B. Schiff oder Boje) gestört, wenn dieser ein metallischer Körper ist. Deshalb interessiert der Störeinfluß, den solche Objekte auf die sie umgebenden lokalen Felder ausüben. Die Antwort auf diese Frage liefert die FIg. 12, und zwar für kugel-•und ellipsoldförmiger Körper. Diese Abbildungen sind gültig für den Fall, in dem die Körper entweder völlig vom Seewasser umgeben sind (getaucht, sowohl Vertikal- als auch Horizontalschnitt) oder auf der Wasseroberfläche schwimmen (Horizontalschnitt). Diese Abbildungen lassen die starke Drängung der Äqulpotentlaüinien in der unmittelbaren Nähe solcher leitender Körper leicht erkennen und zeigen, daß die Feldstörung des KörpersIn the conductive seawater area, on the other hand, the originally homogeneous field distribution is localized by the Carrier of the receiving device (e.g. ship or buoy) disturbed if it is a metallic body. That's why is interested in the interference that such objects have on the exercise them surrounding local fields. The FIg provides the answer to this question. 12, for spherical • and ellipsold-shaped body. These illustrations are valid for the case in which the body is either completely are surrounded by lake water (submerged, both vertical and horizontal section) or on the water surface swimming (horizontal section). These figures leave the strong emphasis of the equipotential lines Easily recognize and show in the immediate vicinity of such conductive bodies that the field disturbance of the body

rüumllch begrenzt Ist und von der Stärke des jeweiligen Feldes abhängt. (Natürlich führen diese Feldstörungen zu keiner Verfälschung der empfangenden Nachricht.)Rüumllch is limited and on the strength of each Depends on the field. (Of course, these field disturbances do not lead to any falsification of the received message.)

Die Drängung der Äqulpotenllalllnlen an den Träger der Empfangseinrichtung 1st von großem Vorteil; denn sie gestattet, die Empfangssensoren In der Nähe der Außenhaut von Schiffen, Tauchbotten, Bojen usw. anzubringen und liefert dort die größte Empfangssignalstärke.The urging of the equivalents to the wearer the receiving device is of great advantage; because they allowed the receiving sensors near the To attach the outer skin of ships, submersible boats, buoys, etc. and deliver the greatest reception signal strength there.

Flg. 13a und 13b zeigen Tür SEST unbrauchbare Slgnalstromzuführungen; diese entsprechen denjenigen gemäß der Methode nach der bereits oben erwähnten FR-PS 16 04 503. Mit C ist der Generator und mit E₁ bzw. E₂ sind die Sendeeleklroden bezeichnet. Die Elektrode E, lsi mit dem Generator G unter Verwendung eines isolierten Eindrahtkabeis K verbunden, das längs seines überwie- r, genden Anteils auf dem Meeresgrund oder dicht darüber verläuft. Gestrichelt ist um dieses Kabel der räumliche Bereich eingezeichnet und mit »Bündelung des Stromes« bezeichnet, der für die rücklaufenden Slgnalsiröme In Betracht kommt. An der Wasseroberfläche und im überwiegenden übrigen Wasservolumen ergeben sich so gut wie keine Signalströme, die durch einen Signalempfänger auswertbar wären.Flg. 13a and 13b show door SEST unusable signal power supplies; these correspond to those according to the method according to the above-mentioned FR-PS 16 04 503. C is the generator and E ₁ and E ₂ are the transmitting electrodes. The electrode E, lsi is connected to the generator G using an insulated single-wire cable K , which runs along its predominant part on the sea bed or just above it. The spatial area is drawn in dashed lines around this cable and labeled "bundling the current", which is considered for the returning signal currents. On the surface of the water and in most of the rest of the water volume, there are almost no signal currents that could be evaluated by a signal receiver.

Fig. 14a bis 14c zeigen eine Ausführungsform der Erfindung mit zwei im Seewasser eintauchenden Sendeelektroden E₁ und E₁, die mit dem Signalgenerator G unter Verwendung zweier isolierter Stromzuführungsleitungen L_x bzw. L₂ verbunden sind, letztere auf dem Wege zur Elektrode mit dem Seewasser möglichst überhaupt nicht in Berührung kommen, abgesehen von ihren den Elektroden unmittelbar benachbarten Enden. In der Schnittebene χ- χ 1st In Flg. 14b der magnetische Feldverlauf der sich überlagernden Magnetfelder H₅ und H_L gezeigt. Mit ISI ist der Verlauf der Stromdichte im Wasser S_n und in den Stromzuführungsleitungen S₁ J5 bezeichnet. Fig. 14c zeigt entsprechend die Magnetfeldverläufe bzw. die Stromdichten jeweils in der Schnittebene y - y.14a to 14c show an embodiment of the invention with two transmitting electrodes E ₁ and E ₁ immersed in the sea water, which are connected to the signal generator G using two isolated power supply lines L _x and L ₂ , the latter on the way to the electrode with the sea water if possible not come into contact at all, apart from their ends immediately adjacent to the electrodes. In the section plane χ- χ 1st in Flg. 14b shows the course of the magnetic field of the superimposed magnetic fields H ₅ and H _L. ISI denotes the course of the current density in the water S _n and in the power supply lines S ₁ J5. 14c correspondingly shows the magnetic field curves or the current densities in each case in the sectional plane y-y.

In Flg. 15a und 15b ist der Sonderfall der direkten Stromzuführung für SEST betrachtet, daß sich zwischen den Elektroden E₁ und E₂ ein halblnselförmlges Landgebiet befindet. H_L bedeutet wiederum die magnetische Felddichte auf dem Land und H_s Im Seewasser.In Flg. 15a and 15b is the special case of the direct power supply for SEST considered, that between the electrodes E ₁ and E _{2 there is} a half-island-shaped land area. H _L in turn means the magnetic field density on land and H _s in sea water.

Flg. 16 und 17 zeigen zwei vorteilhafte Anschlußmöglichkeiten des Signalgenerators an die Elektroden unter Verwendung von Transformatoren 7", bzw. T₂. Die Primärseiten der Transformatoren können mit hoher Spannung und kleinem Signalstrom gespeist werden, vodurch sich geringe Verluste und kein konzentriertes Störfeld um die Leitungen ergeben. Hler besteht keine galvanische Verbindung zwischen dem Generator G und den beiden Elektroden E_x und E₂, sondern jede Elektrode ist mit dem Generator induktiv über einen eigenen Transformator T_x bzw. 7'₂ und die Leitung L_x bzw. L₂ verbunden. Jede der Sekundärwicklungen der Transformatoren Ist einerseits geerdet und andererseits über eine längere Zuleitung L_x bzw. L₂ an eine Elektrode E_x bzw. E₂ so angeschlossen, daß die beiden Sekundärwicklungen sich in ihrer Wirkung addieren. Die Im Seewasser und im Erdboden fließenden Flächen- bzw. Raumströme sind entgegengesetzt gerichtet und heben sich im Küstenbereich auf. Dies ist gleichbedeutend mit einer Abdrängung der Fiächensiröme in Richtung See bzw. ins i.anuesinnere, worau sich eine Vergrößerung des Bedeckungsbereiches ergibt Hierbei bleibt die vorteilhafte additive Überlagerung der aus den beiden Flächenströmen resultierenden magnetischen Felder In Küstennahe erhallen.Flg. 16 and 17 show two advantageous options for connecting the signal generator to the electrodes using transformers 7 "and T _2. The primary sides of the transformers can be fed with high voltage and low signal current, resulting in low losses and no concentrated interference field around the lines There is no galvanic connection between the generator G and the two electrodes E _x and E ₂ , but each electrode is inductively connected to the generator via its own transformer T _x or 7 ' ₂ and the line L _x or L ₂ . Each of the secondary windings of the transformers is grounded on the one hand and on the other hand connected via a longer lead L _x or L ₂ to an electrode E _x or E _{2 in} such a way that the two secondary windings add up - or spatial currents are directed in opposite directions and cancel each other out in the coastal area, which is equivalent to e The surface currents are pushed away in the direction of the lake or into the interior of the river, which results in an increase in the coverage area.

Eine weitere Ausführungsform der Erfindung Ist dadurch gekennzeichnet, daß das Stromzuführungssystem zwei synchron miteinander operierende Signalstromgeneratoren G_x und G₂ enthält, von denen der eine (andere) Generator G_x bzw. G₂ einerseits geerdet und andererseits mit der einen (anderen) Elektrode E_x bzw. E₂ durch die eine (andere) Stromzuführungsleitung Z., bzw L₂ verbunden Ist, daß der eine (andere) Generator im Hinterland der ihm zugeordneten einen (anderen) Elektrode angeordnet Ist und von dem anderen (einen) Generator einen Abstand besitzt, der in etwa dem gegenseitigen Abstand der zwei Elektroden E_x und E₂ entspricht, daß dadurch das geeignete Stromzuführungssystem aus einer Reihenschaltung des einen Signaistromgenerators G₁ mit der einen Stromzuführungsleltung L₁, der einen Elektrode E₁, dem Übertragungsmedium (Gewässer), der anderen Elektrode E₂, der anderen Stromzuführungsleltung L₂ mit dem nachgeschalteten und geerdeten anderen Generator G₂ und der Erdrückleitung zum geerdeten einen Generator G₁ besteht, und daß die synchrone Operation der zwei Generatoren G, und G₂ unter Verwendung an sich bekannter Mittel gewährleistet ist, derart, daß diese beiden Stromgeneratoren Ströme gleicher Frequenz und zumindest angenähert gleichen Stärke erzeugen, die phasenmäßig in der genannten Reihenschaltung eine additive Wirkung der beiden Stromgeneratoren ergeben und dadurch den Wirkungsgrad erhöhen. Ein Ausführungsbeispiel gemäß dieser Ausführungsforrr. der Erfindung Ist in Fig. 18 gezeigt.Another embodiment of the invention is characterized in that the power supply system comprises two synchronously with each operating signal current generators G _x and G ₂ includes, of which one (other) generator G _x and G ₂ on the one hand to ground and on the other hand with the one (other) electrode E _x or E ₂ by the one (other) power supply line Z. or L _{2 is} connected, that the one (other) generator is arranged in the hinterland of the one (other) electrode assigned to it and is at a distance from the other (one) generator which corresponds approximately to the mutual distance between the two electrodes E _x and E ₂ , that thereby the suitable power supply system consisting of a series connection of one signal current generator G ₁ with one power supply line L ₁ , one electrode E ₁ , the transmission medium (water), the other electrode E ₂ , the other Stromzuführungsleltung L ₂ with the downstream and grounded other generator G ₂ and the Erdrückl line to the grounded one generator G ₁ , and that the synchronous operation of the two generators G, and G ₂ is ensured using means known per se, such that these two current generators generate currents of the same frequency and at least approximately the same strength, the phase in the mentioned series connection result in an additive effect of the two current generators and thereby increase the efficiency. An embodiment according to this embodiment. of the invention is shown in FIG.

Hierzu 15 Blatt Zeichnungen15 sheets of drawings

Claims

Patent claims:

L Arrangement for the wireless transmission of electrical signals to at least one signal receiver, the sensor of which is located above, on or below the surface of a large body of water, by means of a power supply system consisting of a series connection of a signal current generator (G) with a first power supply line (Z.,), a first Electrode (F ₁ ), the body of water as a conductor, a second electrode (F ₂ ) and a second power supply line (L ₂ ) leading back to the generator (G) , characterized in that the generator (G) and the .Stromzuführleitung (Li, L ₂ ) are isolated from the body of water and that the electrodes (Fi. E ₁ ) are spatially distributed in the immediate vicinity of the body of water or are arranged within the body of water.

2. Arrangement according to claim 1, characterized in that the lengths of the two power supply lines are chosen to be of the same order of magnitude.

3. Arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that the power supply lines In particular on the mainland on masts are arranged.

4. Arrangement according to claim 1, characterized in that the power supply system has no direct galvanic connection of the electrodes (F ₁ ) and (E ₂ ) with the generator (G) , but that the generator (G) in the direction of one (F ₁ ) and the other (F ₂ ) electrode is connected to the primary side of a transformer (T _x ) or (T ₁ ) , the secondary side of which is grounded on the one hand and on the other hand to one or the other electrode through the power supply line (Z.,) or (L ₂ ) is connected, whereby the generator (G) is either parallel to or in series with the primary windings of the two transformers and the earthed points of the secondary windings of the two transformers are connected to one another through the electrical resistance of the ground.

5. Arrangement according to one of claims 2 to 4, characterized in that the locations of the two electrodes (F,) and (F ₂ ) and those of the two transformers (T ₁ ) and (T ₂ ) approximated the corner points of a square, rectangle , Trapezoid or parallelogram, where the degrees of connection of (£,) and (F ₂ ) are approximately parallel to those of (T ₁ ) and (7 " ₂ ) and most of the degrees of connection of (F,) and (T ₁ ) (E ₁ and T ₂ ) leads over land and not over sea water.

6. Arrangement according to one of claims 1 to 5, characterized in that the power supply system contains two synchronously operating signal current generators (C, and G ₂ ), of which the one (other) generator (C, or G ₂ ) on the one hand grounded and on the other hand with one (other) electrode (F ₁ or F ₂ ) through the one (other) power supply line (L, or L ₂ ) is connected that the one (other) generator in the hinterland of the one (other) assigned to it Electrode is arranged and has a distance from the other (one) generator which corresponds approximately to the mutual distance of the two electrodes (F ₁ and E ₁ ) , that thereby the suitable power supply system from a series connection of a signal current generator (G,) with the

, a power supply line (L,), the one electrode (F ₁ ), the transmission medium (water), the other electrode (F ₂ ), the enderen power supply line (L ₂ ) with the downstream and grounded other generator (G ₂ ) and the Earth return line to the earthed one generator (G |) exists, and that the synchronous operation of the two generators (G ₁ and G 2) using a mean known per se! Is ensured in such a way that these two current generators generate currents of the same frequency and at least approximately the same strength, which in the aforementioned series circuit result in an additive effect of the two current generators and thereby increase the efficiency.

7. Arrangement according to one of claims 1 to 6, characterized in that at least instead of one electrode (F,) (F ₂ ) several electrodes (F ₁ ) (F ₂ ) are used.

8. Arrangement according to one of claims 1 to 7, characterized by a signal current generator with variable frequency and current strength and by means of setting the frequency and Amperage according to the thickness of those water densities, in which within a larger part of the sea area a specified minimum density of the signal current above the lake bed and below the lake surface is desired.