RU2058669C1 - Device for bidirectional amplification of signals for two-wire line - Google Patents
Device for bidirectional amplification of signals for two-wire line Download PDFInfo
- Publication number
- RU2058669C1 RU2058669C1 SU5005674A RU2058669C1 RU 2058669 C1 RU2058669 C1 RU 2058669C1 SU 5005674 A SU5005674 A SU 5005674A RU 2058669 C1 RU2058669 C1 RU 2058669C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- wire
- line
- wire line
- amplifier
- lead
- Prior art date
Links
Landscapes
- Amplifiers (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к технике высокочастотной связи в горных выработках угольных шахт и обеспечивает двустороннее усиление сигнала одной частоты или полосы частот в однопроводной линии. The invention relates to techniques for high-frequency communication in coal mines and provides two-way amplification of a signal of a single frequency or frequency band in a single-wire line.
Исследованиями в нашей стране и за рубежом установлено, что для перекрытия больших расстояний, а также для радиосвязи в разветвленной сети горных выработок производственно надежными могут быть бесконтактные системы высокочастотной (ВЧ) индуктивной радиосвязи по направляющим проводникам с использованием линейных усилителей (Олаф Й. Ройтерс Х. Распространение электромагнитных волн под землей. Глюкауф N 23, дек. 1984, с.15-22; Исследовать принципы организации и разработать функциональные требования к системе общешахтного оповещения рабочих об авариях на основе носимых радиотелефонных устройств. Отчет о НИР МакНИИ, рук. Редзио А.Г. Бабков С.В. тема N 1714321000, N гос.регистрации 01890021317. Макеевка-Донбасс, 1990, с.118). При этом, поскольку связь должна быть двухсторонней из любой точки в выработке с любой другой точкой в этой же или других выработках, то усилители должны быть двунаправленного действия. Studies in our country and abroad have established that for covering large distances, as well as for radio communications in an extensive network of mine workings, contactless systems of high-frequency (HF) inductive radio communications along guiding conductors using linear amplifiers can be industrially reliable (Olaf J. Royters H. Propagation of electromagnetic waves underground.Glukauf N 23, Dec. 1984, p.15-22; Investigate the principles of organization and develop functional requirements for a system for the general notification of workers about accidents on the basis of wearable radiotelephone devices. Report on research at the MakNII, led by Redzio A.G. Babkov S.V. topic N 1714321000, N state registration 01890021317. Makeevka-Donbass, 1990, p.118). Moreover, since the connection must be two-way from any point in the mine with any other point in the same or other mine, the amplifiers must be bi-directional.
Известны усилители, применяемые для двунаправленного усиления речевых сигналов, передаваемых по двухпроводным линиям (Багуц В.П. Тюрин В.Л. Многоканальная телефонная связь на железнодорожном транспорте, М. Транспорт, 1988, с.20-28). По таким цепям в обоих направлениях передаются токи одной и той же полосы частот. В двусторонних усилителях подобного типа применяют два усилительных элемента, каждый из которых усиливает токи, проходящие в одном направлении передачи. Для различия направлений передачи усилительные элементы включают в двухпроводные цепи через дифференциальные системы. Amplifiers are known that are used for bi-directional amplification of speech signals transmitted over two-wire lines (Baguts V.P. Tyurin V.L. Multichannel telephone communication in railway transport, M. Transport, 1988, pp. 20-28). On these circuits, currents of the same frequency band are transmitted in both directions. Two-sided amplifiers of this type use two amplifying elements, each of which amplifies the currents passing in one direction of transmission. To distinguish transmission directions, amplifying elements are included in two-wire circuits through differential systems.
Недостатком таких усилителей является сложность подбора сопротивления балансного контура равным сопротивлению линейной цепи. Причем это условие должно выполняться на обоих сторонах усилителя. Как известно, сопротивление линии изменяется от климатических факторов, а в шахтных выработках оно также зависит от горно-геологических и горно-технических факторов. Вследствие этого дифференциальные системы двусторонних усилителей обычно в той или иной мере неуравновешены, что приводит к их самовозбуждению. Токи частоты генерации усилителя распространяются по линейной цепи в обе стороны от усилителя и воспринимаются в приемных аппаратах в виде помех. Кроме того, такие усилители предназначены для усиления телефонных низкочастотных сигналов в двухпроводных линиях и их невозможно использовать в ВЧ-линиях связи, в которых вторым проводом используется "земля". The disadvantage of such amplifiers is the difficulty in selecting the resistance of the balanced circuit equal to the resistance of the linear circuit. Moreover, this condition must be satisfied on both sides of the amplifier. As you know, the line resistance varies from climatic factors, and in mine workings it also depends on geological and mining factors. As a consequence, the differential systems of two-sided amplifiers are usually unbalanced to one degree or another, which leads to their self-excitation. The currents of the oscillator generation frequency propagate along a linear circuit on both sides of the amplifier and are perceived in the apparatus as interference. In addition, such amplifiers are designed to amplify low-frequency telephone signals in two-wire lines and cannot be used in RF communication lines in which ground is used as the second wire.
Известен двунаправленный усилитель, применяемый для такой линии (авт.св. СССР N 1575292, кл. Н 04 В 3/36, 1990). Known bidirectional amplifier used for such a line (ed. St. USSR N 1575292, CL N 04 B 3/36, 1990).
Его недостатком является невозможность одновременного усиления сигналов в двух направлениях, причем направление передачи усиленного сигнала достигается за счет коммутации отрицательного или положительного напряжения по цепи источника питания. Its disadvantage is the impossibility of simultaneously amplifying signals in two directions, and the direction of transmission of the amplified signal is achieved by switching a negative or positive voltage along the power supply circuit.
Использование однопроводной линии по сравнению с двухпроводной более приемлемо по экономическим соображениям (отпадает необходимость в физической прокладке двух изолированных проводов в качестве ВЧ-линии). Кроме того, применение двухпроводной линии при бесконтактной ВЧ-радиосвязи обладает существенным недостатком, связанным с тем, что для улучшения приемно-передающих свойств линии провода ее необходимо разносить на расстояние порядка 0,2-0,5 м (лучший вариант на противоположные стороны стенок выработок) (Линдеман В. Рэтц В. Фогт. Устройство радиотелеуправления и радиотелефонной связи для подземного рельсового транспорта, Глюкауф N 5, с.30. Поэтому в горных выработках наиболее целесообразно использование двухпроводных линий, у которых вторым проводом служит "земля" (т.е. однопроводных линий) и двунаправленных усилителей. Using a single-wire line compared to a two-wire line is more acceptable for economic reasons (there is no need to physically lay two insulated wires as an RF line). In addition, the use of a two-wire line for non-contact HF radio communication has a significant drawback associated with the fact that in order to improve the transmit-receive properties of the wire line, it must be spaced about 0.2-0.5 m apart (the best option is on opposite sides of the workings walls ) (Lindeman V. Ratz V. Vogt. Radio remote control and radiotelephone communication device for underground rail transport, Gluckauf N 5, p. 30. Therefore, in mining workings, it is most advisable to use two-wire lines in which the second gadfly is the "ground" (ie, single-ended lines) and bi-directional amplifiers.
Известна система, использующая "землю" в качестве второго провода при ВЧ-связи с шахтах (авт.св. СССР N 1411982, кл. Н 04 В 3/36, 1986). Эта система использует искусственную цепь для провода линии "земля" в качестве направляющей системы для распространения вдоль нее электромагнитных волн. Для обеспечения необходимой дальности и качества радиосвязи вдоль этой линии устанавливают пары (четный и нечетный) усилителей, подключаемых специальным образом к двухпроводной линии и земле. A known system that uses the "ground" as a second wire for RF communication with mines (ed. St. USSR N 1411982, class N 04 B 3/36, 1986). This system uses an artificial circuit to wire the ground line as a guide system for the propagation of electromagnetic waves along it. To ensure the necessary range and quality of radio communication along this line, pairs (even and odd) of amplifiers are installed, which are connected in a special way to a two-wire line and ground.
Для функционирования этой системы необходима двухпроводная линия для подключения парного числа усилителей. Использовать одиночные усилители этой системы для однопроводной линии невозможно. For the functioning of this system, a two-wire line is needed to connect a pair of amplifiers. It is not possible to use single amplifiers of this system for a single-wire line.
Известно техническое решение, взятое за прототип (авт. св. СССР N 1309320, кл. Н 04 В 3/36, 1987), позволяющее заменить пару усилителей одним и исключающее необходимость подбора элементов балансного контура. Устройство содержит дифференциальный трансформатор (ДТ) и усилитель. Одна обмотка ДТ включена последовательно в первый провод двухпроводной линии, друг во второй провод линии, а третья обмотка ДТ подключена к входам усилителя. Усиленный сигнал подается в линию через выводы соответственно первой и второй обмотки ДТ при распространении сигнала в обоих направлениях. A technical solution is known, taken as a prototype (ed. St. USSR N 1309320, class N 04 B 3/36, 1987), allowing to replace a pair of amplifiers with one and eliminating the need to select elements of a balanced circuit. The device contains a differential transformer (DT) and an amplifier. One winding of the DT is connected in series in the first wire of the two-wire line, one in the second wire of the line, and the third winding of the DT is connected to the inputs of the amplifier. The amplified signal is fed into the line through the terminals of the first and second windings of the DT, respectively, when the signal propagates in both directions.
Недостатком этого устройства является то, что оно предназначено для усиления низкочастотных сигналов в двухпроводных линиях и его невозможно использовать в ВЧ однопроводных линиях связи, в которых вторым проводом служит земля. Прямое применение устройства в однопроводной линии невозможно, так как подключение к земле обмотки делает ее короткозамкнутой. The disadvantage of this device is that it is designed to amplify low-frequency signals in two-wire lines and it cannot be used in HF single-wire communication lines in which the earth serves as the second wire. Direct use of the device in a single-wire line is impossible, since the connection to the ground of the winding makes it short-circuited.
Цель изобретения расширение области применения двустороннего усилителя двухпроводных линий для усиления сигналов и в однопроводных линиях (вторым проводом является "земля"), а также повышение надежности и упрощение системы связи. The purpose of the invention is the expansion of the scope of the two-sided amplifier of two-wire lines for amplifying signals in single-wire lines (the second wire is ground), as well as improving the reliability and simplification of the communication system.
Цель достигается тем, что в устройстве двустороннего усиления сигналов для двухпроводной линии, содержащим дифференциальный трансформатор, первичная обмотка которого включена последовательно в первый провод двухпроводной линии, нагруженной с двух сторон на резисторы, вторичная обмотка подключена к входам усилителя, один вывод выхода которого соединен со средним выводом первичной обмотки дифференциального трансформатора, а другой вывод выхода с вторым проводом двухпроводной линии, между средним выводом первичной обмотки дифференциального трансформатора и вторым проводом двухпроводной линии включен резистор, при этом вторым проводом двухпроводной линии является "земля". The goal is achieved in that in a two-way signal amplification device for a two-wire line containing a differential transformer, the primary winding of which is connected in series to the first wire of the two-wire line loaded on both sides with resistors, the secondary winding is connected to the inputs of the amplifier, one output terminal of which is connected to the middle the output of the primary winding of the differential transformer, and the other output of the output with the second wire of the two-wire line, between the middle terminal of the primary winding of the differential transformer ceiling elements and the second two-wire line wire resistor is included, wherein the second lead wire line is "land".
Наличие указанных выше отличительных признаков обеспечивает достижение положительного эффекта предлагаемого технического решения. The presence of the above distinguishing features ensures the achievement of a positive effect of the proposed technical solution.
На чертеже изображено предлагаемое устройство двустороннего усиления сигналов, содержащее трансформатор 1, усилитель 2, однопроводную линию Л1 (второй провод "земля"), нагрузочные резисторы R1, R2, R3, равные волновому сопротивлению линии. Трансформатор 1 имеет первичную обмотку 3-5 со средним выводом 4, последовательно включенную в однопроводную линию Л1, и вторичную обмотку 6-7, подключенную к входу усилителя 2. Выход усилителя 2 подключен к средней точке 4 трансформатора 1 и к одному выводу резистора R2. Концы линии Л1 нагружены на резисторы R1 и R3. Вторые выводы резисторов R1, R2, R3 и второй вывод усилителя 2 заземлены. The drawing shows the proposed device for two-way signal amplification, comprising a transformer 1, amplifier 2, a single-wire line L1 (second ground wire), load resistors R1, R2, R3 equal to the wave impedance of the line. Transformer 1 has a primary winding 3-5 with a middle terminal 4, connected in series to a single-wire line L1, and a secondary winding 6-7 connected to the input of amplifier 2. The output of amplifier 2 is connected to the midpoint 4 of transformer 1 and to one terminal of resistor R2. The ends of the line L1 are loaded on the resistors R1 and R3. The second terminals of the resistors R1, R2, R3 and the second terminal of the amplifier 2 are grounded.
Работает устройство следующим образом. The device operates as follows.
Наведенный от радиотелефона, например, в левом плече линии Л1, сигнальный ток, протекая через полуобмотку 3-4 трансформатора 1, наводит ЭДС в обмотке 6-7. После усиления усилителем 2 сигнал поступает на нагрузочный резистор R2, средний вывод 4 трансформатора 1 и подается в обе стороны линии. Токи, протекая через полуобмотки 3-4 и 4-5, создают в магнитопроводе трансформатора 1 встречные магнитные потоки, что не вызывает наведение дополнительной ЭДС в обмотке 6-7 трансформатора 1, тем самым обеспечивается эффект усиления сигнала одной частоты в обе стороны. Аналогично процесс усиления имеет место в обратном направлении при подаче сигналов с другого плеча линии ввиду симметрии схемы. Максимально возможный коэффициент усиления устройства равен коэффициенту подавления синфазного сигнала трансформатором 1 и достигает на практике 50 дБ. При большом коэффициенте усиления устройства и возникновении асимметрии линий устройство возбуждается, что можно использовать для контроля состояния линий. При коэффициенте усиления устройства около 15 дБ возбуждения при асимметрии линий не наблюдается. Induced from the radiotelephone, for example, in the left shoulder of the L1 line, the signal current flowing through the half-winding 3-4 of transformer 1 induces an EMF in the winding 6-7. After amplification by amplifier 2, the signal enters the load resistor R2, the middle terminal 4 of transformer 1 and is fed to both sides of the line. The currents flowing through the semi-windings 3-4 and 4-5 create counter magnetic fluxes in the magnetic circuit of the transformer 1, which does not cause the induction of an additional EMF in the windings 6-7 of the transformer 1, thereby providing the effect of amplifying a signal of one frequency in both directions. Similarly, the amplification process takes place in the opposite direction when applying signals from the other shoulder of the line due to the symmetry of the circuit. The maximum possible gain of the device is equal to the common-mode rejection ratio of the transformer 1 and reaches in practice 50 dB. With a large gain of the device and the occurrence of asymmetry of the lines, the device is excited, which can be used to monitor the status of the lines. With a device gain of about 15 dB, excitation is not observed with line asymmetry.
Применение схемы двустороннего линейного усилителя позволит создать простые системы общешахтных технологических систем ВЧ индуктивной радиосвязи. The use of a double-sided linear amplifier circuit will make it possible to create simple systems of general-mine technological systems of RF inductive radio communications.
Пример практической реализации устройства. An example of a practical implementation of the device.
Устройство двустороннего усиления радиосигналов в однопроводной линии изготовлено на плате из фольгированного стеклотекстолита размером 40х80 мм и содержит трансформатор на сердечнике М1000НИ-АО 284, один операционный усилитель КР140УД1, транзисторы КТ315Б 1 шт. КТ815Г 1 шт. Устройство помещено в пластмассовый корпус размером 45х85х20 мм и испытано на шахте "Новодонецкая" производственного объединения "Доброполье уголь" в откаточных штреках на горизонте 320 м. Питание усилителя осуществляется постоянным напряжением 10 В от автономного источника питания. Однопроводной линией на шахте "Новодонецкая" служила одна жила телефонного кабеля, проложенная по маршруту в северном направлении: Северный полевой откаточный штрек, северный коренной откаточный штрек на пласт Л3, квершлаг, обходная уклона пласта Л3 (общая протяженность линии северного направления составила около 4 км), а также в южном направлении от ствола по маршруту: Южный полевой откаточный штрек, южный откаточный штрек пласта К7, южная дренажная магистраль пласта К7 (общая протяженность линии южного направления составила около 3 км). Общая протяженность линии примерно 7 км. В начале, конце и середине линии было установлено по одному устройству двустороннего усиления сигналов. The device for bilateral amplification of radio signals in a single-wire line is made on a 40x80 mm-thick foil fiberglass board and contains a core transformer M1000NI-AO 284, one operational amplifier KR140UD1, transistors KT315B 1 pc. KT815G 1 pc. The device is placed in a plastic case measuring 45x85x20 mm and tested at the Novodonetskaya mine of the Dobropolye Coal Production Association in recoil drifts at a horizon of 320 m. The amplifier is powered by a constant voltage of 10 V from an autonomous power source. A single-wire line at the Novodonetskaya mine was a single core of telephone cable laid along the route in a northerly direction: the Northern field haulage drift, the northern root haulage drift to the L3 formation, a crosshitch, a bypass slope of the L3 formation (the total length of the northern direction was about 4 km) , as well as southward from the trunk along the route: Southern field haulage, southern haulage of the K7 layer, southern drainage line of the K7 formation (the total length of the southern direction was about 3 km). The total length of the line is approximately 7 km. At the beginning, end and middle of the line, one device for two-way signal amplification was installed.
Радиосвязь в выработке осуществлялась с помощью носимых радиотелефонов типа "Днипро-НШ", работающих на несущей частоте 250 кГц (Радиостанция носимая "Днипро-НШ". Техническое описание и инструкция по эксплуатации. ИЛГД. 464511.001 ТО. Днепропетровск, 1991, с.63). Radio communication in the development was carried out using wearable type Dnepro-NSh radio telephones operating at a carrier frequency of 250 kHz (wearable radio station Dnipro-NSh. Technical description and instruction manual. ILGD. 464511.001 TO. Dnepropetrovsk, 1991, p.63) .
Симметрирование линии на оконечных усилителях осуществлялось подключением к свободному плечу усилителя RC-цепочки с регулируемым резистором. Связь носимых радиостанций с однопроводной линией-волноводом осуществлялась с помощью рамочной (магнитной) антенны. The line was balanced at the terminal amplifiers by connecting an RC chain with an adjustable resistor to the free arm of the amplifier. Wearable radio stations were connected with a single-wire waveguide line using a frame (magnetic) antenna.
По сравнению с прототипом предлагаемое техническое решение позволяет расширить область применения двунаправленного усилителя на двухпроводные линии, одним проводом у которых служит "земля" (т.е. на однопроводные линии), что дает экономический эффект, так как прокладка однопроводной линии по сравнению с двухпроводной требует меньше материала для линии и трудозатрат; повысить надежность и упростить систему связи с использованием двунаправленных усилителей для бесконтактной индуктивной ВЧ-радиосвязи вдоль одного направляющего проводника. Это заключается в возможности осуществлять связь с любого места в выработке, в которой проложен направляющий провод. Использование двунаправленных усилителей в двухпроводной линии обеспечивает связь только со стационарных аппаратов, установленных в строго определенных местах. Compared with the prototype, the proposed technical solution allows you to expand the scope of the bi-directional amplifier on two-wire lines, one wire on which is the "ground" (ie on single-wire lines), which gives an economic effect, since laying a single-wire line in comparison with a two-wire requires less material for the line and labor; improve reliability and simplify the communication system using bi-directional amplifiers for non-contact inductive RF radio communication along one guide conductor. This consists in the ability to communicate from anywhere in the mine in which the guide wire is laid. The use of bi-directional amplifiers in a two-wire line provides communication only with stationary devices installed in strictly defined places.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU5005674 RU2058669C1 (en) | 1991-07-23 | 1991-07-23 | Device for bidirectional amplification of signals for two-wire line |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU5005674 RU2058669C1 (en) | 1991-07-23 | 1991-07-23 | Device for bidirectional amplification of signals for two-wire line |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2058669C1 true RU2058669C1 (en) | 1996-04-20 |
Family
ID=21587001
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SU5005674 RU2058669C1 (en) | 1991-07-23 | 1991-07-23 | Device for bidirectional amplification of signals for two-wire line |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2058669C1 (en) |
-
1991
- 1991-07-23 RU SU5005674 patent/RU2058669C1/en active
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Авторское свидетельство СССР N 1309320, кл. H 04B 3/36, опублик. 1987. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US4777652A (en) | Radio communication systems for underground mines | |
US3609247A (en) | Inductive carrier communication systems | |
US3793632A (en) | Telemetry system for drill bore holes | |
US4476574A (en) | Radio frequency communication system utilizing radiating transmission lines | |
US5301082A (en) | Current limiter circuit | |
US4317216A (en) | Bi-directional filter system for amplifying signals in separate frequency bands | |
US5093929A (en) | Medium frequency mine communication system | |
US4012662A (en) | Communication system between a transmitter, receiver station and a mobile station utilizing unidirectional amplifiers between parallel radiated transmission lines | |
US9391669B2 (en) | Communication using multiple conductor cable | |
KR950010395A (en) | Medium Frequency Radio Transmission System | |
JPS5921565Y2 (en) | remote communication equipment | |
US3129394A (en) | Coaxial mode transmission of carrier currents using insulated buried pipe and surrounding earth | |
RU2058669C1 (en) | Device for bidirectional amplification of signals for two-wire line | |
AP2001002381A0 (en) | Data transmission in pipeline systems. | |
GB2084430A (en) | Radio Frequency Communication System Utilizing Radiating Transmission Lines | |
CA1037123A (en) | Telecommunication system using transmission lines and repeaters | |
Farmer et al. | Guided radiation.... the key to tunnel talking | |
Li et al. | Medium-frequency signal propagation characteristics of a lifeline as a transmission line in underground coal mines | |
JPS5943015B2 (en) | guided radio system | |
CN110574300B (en) | Method for establishing mobile communication system in extended object and communication system | |
RU2205513C1 (en) | Method of information transmission | |
Coggeshall et al. | Some Studies on Emergency Mine Communications | |
Dobroski Jr et al. | A whole-mine medium-frequency radio communication system | |
JP2000286759A (en) | Method for induction type information transmission in telephone tunnel and its system | |
JPS61220531A (en) | Security communication system in tunnel |