RU2590899C2 - Communication system for very low frequency and extremely low frequency range with deeply submerged and remote objects - 2 - Google Patents
Communication system for very low frequency and extremely low frequency range with deeply submerged and remote objects - 2 Download PDFInfo
- Publication number
- RU2590899C2 RU2590899C2 RU2014142468/07A RU2014142468A RU2590899C2 RU 2590899 C2 RU2590899 C2 RU 2590899C2 RU 2014142468/07 A RU2014142468/07 A RU 2014142468/07A RU 2014142468 A RU2014142468 A RU 2014142468A RU 2590899 C2 RU2590899 C2 RU 2590899C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- input
- output
- antenna
- converter
- transformer
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Near-Field Transmission Systems (AREA)
- Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области электротехники и радиотехники, а именно к технике связи СНЧ-КНЧ-диапазона, и может быть использовано для связи с глубокопогруженными и удаленными подводными объектами.The invention relates to the field of electrical engineering and radio engineering, in particular to the communication technology of the ELF-ELF range, and can be used for communication with deeply submerged and remote underwater objects.
Известен «Способ сейсмической разведки» (патент №2029318 RU G01V 1/09, 1995). Этот способ сейсмической разведки заключается в возбуждении зондирующего сигнала и многоканального приема отраженных и дифрагированных волн от объекта, обработке с проведением селекции волн по направлениям прихода и отображением результатов в виде размеров параметров на платформе. Недостатком такого способа является то, что он использует приближенную интерполяцию данных, что приводит в ряде случаев к низкой достоверности результатов зондирования.The well-known "Method of seismic exploration" (patent No. 2029318
Известно устройство «Способ электромагнитного зондирования земной коры с использованием нормированных источников поля» (патент №2093863, RU G01V 3/12, 1997). Данное устройство содержит два генератора синусоидального тока, которые нагружены на протяженные, низко расположенные, горизонтально ориентированные и заземленные на концах антенны, регистрация же излучения, создаваемого СНЧ-радиоустановкой, осуществляется с помощью измерительного комплекса Объединенного Института Физики Земли (ОИФЗ) РАН типа «Борок». Однако данная установка не обеспечивает передачу информации с глубокопогруженными и удаленными подводными объектами, так как не имеет приемного комплекса в своем составе, а также обладает недостаточным уровнем СНЧ-КНЧ-сигналов на больших удалениях от источника.A device is known "Method of electromagnetic sounding of the earth's crust using normalized field sources" (patent No. 2093863, RU
Известно устройство «Унифицированный генераторно-измерительный комплекс СНЧ-КНЧ-излучения для геофизических исследований». Патент №2188439 RU от 27.08.02 G01V 3/12. Комплекс состоит из задающего генератора, N генераторов синусоидального тока, нагруженных на протяженные, низко расположенные горизонтально ориентированные передающие антенны с заземлителями на концах, причем регистрация излучения, создаваемого СНЧ-КНЧ-генераторами, осуществляется с помощью измерительного комплекса, при этом все N генераторов подключены к единому задающему генератору. Задающий генератор представляет собой однофазный мостовой инвертор, выполненный на мощных полупроводниковых управляемых вентилях-тиристорах. Недостатками устройства «Унифицированный генераторно-измерительный…» - известного генераторно-измерительного комплекса - является малый уровень излучения СНЧ-КНЧ-сигналов и их регистрация на больших удалениях от источника, так номинальная активная мощность при испытаниях на активную нагрузку составляет не более 30 кВт, а также низкая надежность работы комплекса в условиях наведенных помех (с глубоким подавлением гармоник промышленной частоты). Кроме того, в связи с высокими требованиями, предъявляемыми теорией электромагнитного поля к распространению радиосигналов в Мировом океане, для связи с удаленными и глубокопогруженными объектами необходимо иметь специальную антенну, малошумящий антенный усилитель и аналого-цифровой приемник, которые в прототипе отсутствуют.A device is known "Unified generator-measuring complex of ELF-ELF radiation for geophysical research." Patent No. 2188439 RU dated 08.27.02
Известна «Система связи сверхнизкочастотного и крайненизкочастотного диапазона с глубокопогруженными и удаленными объектами» (патент №2350020 RU). Радиоволны большей части электромагнитного диапазона не проникают в морскую воду. Глубина проникновения электромагнитной энергии определяется следующей формулой:
Базовым является патент №2350020 RU под названием «Система связи сверхнизкочастотного и крайненизкочастотного диапазона с глубокопогруженными и удаленными объектами», которая содержит «n» генераторов синусоидального тока, нагруженных на протяженные низко расположенные горизонтально ориентированные передающие антенны с заземлителями на концах, причем прием и регистрация излучения, создаваемого СНЧ-КНЧ-генераторами, осуществляются с помощью буксируемой кабельной антенны, антенного усилителя и приемника СНЧ-КНЧ-диапазона, находящихся на борту подводного объекта, при этом задающий генератор состоит из системы управления, защиты и автоматизации (СУРЗА), тиристорного выпрямителя, первого устройства защиты, автономного инвертора напряжения, второго устройства защиты, согласующего устройства, устройства питания и двух входных переключателей, при этом входные переключатели выполнены трехпозиционными и последовательно тремя входами соединены с тиристорным выпрямителем, причем на соединительных линиях установлены датчика тока (ДТ) и датчики напряжения (ДН), которые соединены с системой управления, регулирования и автоматики, а выпрямитель через устройство защиты двумя выходами соединен с автономным инвертором, который в свою очередь через устройство защиты соединен с согласующим устройством, при этом согласующее устройство соединено с антенной, причем СУРЗА соединено с выносным постом управления и понижающим выпрямителем, который своим входом соединен с третьим входом высоковольтного устройства питания генератора, а тот в свою очередь первым входом соединен с входным переключателем, а вторым входом с понижающими блоками питания, при этом на глубокопогруженном и удаленном объекте установлена буксируемая кабельная антенна, которая через антенный усилитель соединена с приемником СНЧ-КНЧ-диапазона.The basic patent is No. 2350020 RU, entitled “Communication system of the ultra-low-frequency and ultra-low-frequency ranges with deeply immersed and distant objects”, which contains “n” sinusoidal current generators loaded on long, low-lying horizontally oriented transmitting antennas with grounding conductors, and the reception and registration of radiation generated by the ELF-ELF generators are carried out using a towed cable antenna, an antenna amplifier and a receiver of the ELF-ELF range located at and onboard the underwater object, while the master oscillator consists of a control, protection and automation system (SURZA), a thyristor rectifier, a first protection device, an autonomous voltage inverter, a second protection device, a matching device, a power device and two input switches, while the input switches made of three-position and sequentially three inputs connected to a thyristor rectifier, and on the connecting lines installed current sensor (DT) and voltage sensors (DN), which are connected They are connected to a control, regulation and automation system, and the rectifier through a protection device with two outputs is connected to an autonomous inverter, which in turn is connected to a matching device through a protection device, while the matching device is connected to the antenna, and SURZA is connected to an external control station and a step-down a rectifier, which is connected by its input to the third input of the high-voltage power supply device of the generator, and that in turn is connected by the first input to the input switch, and the second input to onizhayuschimi power supplies, the deep-seated and on the remote object set towed antenna cable, through which the aerial amplifier is connected to the receiver ELF ELF range.
Недостатками прототипа являются:The disadvantages of the prototype are:
- большие мощности «n» генераторов не менее 100 кВт;- high power “n” generators of at least 100 kW;
- «n» антенных устройств с «2n» плоскостными заземлителями (у каждой низкорасположенной антенны два заземлителя по концам антенны), следовательно, большая площадь земной поверхности поражена обратными токами антенны, и размещение электронных средств на данной площади невозможно;- “n” antenna devices with “2n” planar grounding conductors (each low-lying antenna has two grounding conductors at the ends of the antenna), therefore, a large area of the earth's surface is affected by the reverse currents of the antenna, and the placement of electronic means on this area is impossible;
- электромагнитное поле, создаваемое «n» антенными устройствами поражает все системы на значительных расстояниях;- the electromagnetic field created by the "n" antenna devices affects all systems at considerable distances;
- экологическая опасность превышения норм ПДУ СНЧ (предельнодопустимые нормы облучения личного состава обслуживающего СНЧ станции и жителей близлежащих районов, а также растения, животные и вся среда обитания). Например, на антенне, выполненной в виде ЛЭП (линий электропередачи) подается напряжение 30 кВ, а высота подвеса антенны из-за неровностей поверхности земли достигает из-за провеса 5 метров. Следовательно, напряженность поля вдоль антенны определится Е=(30кВ)/(5м)=6кВ. Как видно, вдоль антенны напряженность поля 6 кВ, что превышает в три раза нормы ПДУ. Хотя нормы ПДУ рекомендуют пребывание не более 8 часов в зонах, где напряженность поля электрической составляющей достигает 2 кВ. Причем длина антенн зависит от скин-слоя, например, на частоте 3 Гц скин-слой для σ=10-4См/м, будет равен
- на глубокопогруженном и удаленном объекте установлена буксируемая кабельная антенна, прием и регистрация излучения, создаваемого СНЧ-КНЧ-генераторами, осуществляются с помощью буксируемой кабельной антенны, антенного усилителя и приемника СНЧ-КНЧ-диапазона, находящихся на борту подводного объекта; антенна буксируемая кабельного типа длиной до 1000 метров, такая антенна, прежде всего, ограничивает скорость движения подводного объекта до 6 узлов, хотя объект может развивать скорость намного больше, кроме того, сковывает маневр подводного объекта, так как антенна кабельного типа имеет направленные свойства, и объект должен двигаться только в направлении на координаты размещения береговой передающей антенны, либо в противоположном направлении.- a towed cable antenna is installed on a deeply immersed and remote object, reception and registration of radiation generated by the ELF-ELF generators is carried out using a towed cable antenna, an antenna amplifier and an ELF-ELF receiver located on board the underwater object; a towed cable type antenna up to 1000 meters long, such an antenna, first of all, limits the speed of the underwater object to 6 knots, although the object can reach speeds much more, in addition, it impedes the maneuver of the underwater object, since the cable type antenna has directional properties, and the object should move only in the direction of the coordinates of the coast transmitting antenna, or in the opposite direction.
Таким образом, компоновка на ограниченной территории антенной системы, состоящей из «n» антенных устройств с «2n» плоскостными заземлителями с подключенными к ним 100 кВт генераторами, является опасной для данного региона, и решить проблему электромагнитной совместимости с РЭС, ЛЭП, кабельными магистралями, а также проблему экологической безопасности не представляется возможным. Кроме того, на приеме буксируемая антенна кабельного типа у подводного объекта ограничивает возможности маневра объекта в горизонтальной и вертикальной плоскостях, по скорости движения, по выбору курса (направления) движения. Также трудности возникают при выпуске антенны кабельного типа из подводного объекта, так как при дифференте на нос выпускаемый или уже буксируемый кабель попадает под винт, и винт его рубит на части.Thus, the layout in a limited area of the antenna system, consisting of “n” antenna devices with “2n” planar ground electrodes with 100 kW generators connected to them, is dangerous for this region and solve the problem of electromagnetic compatibility with RES, power lines, cable lines, as well as the problem of environmental safety is not possible. In addition, at the reception, a towed cable-type antenna near an underwater object limits the possibility of maneuvering the object in horizontal and vertical planes, in terms of speed, and the choice of course (direction) of movement. Difficulties also arise when releasing a cable-type antenna from an underwater object, since with a differential on the nose, the cable that is being released or already towed falls under the screw, and the screw cuts it into pieces.
Целью изобретения является:The aim of the invention is:
- снижения уровня мощности генератора;- reducing the power level of the generator;
- создание антенны СНЧ-КНЧ, не оказывающей влияние на электромагнитную обстановку района размещения антенны;- creation of an ELF-ELF antenna that does not affect the electromagnetic environment of the antenna location area;
- обеспечить электромагнитную совместимость с радиоэлектронными средствами, ЛЭП и кабельными магистралями, а также создание экологической безопасности для человека и окружающей среды;- to provide electromagnetic compatibility with electronic equipment, power lines and cable lines, as well as the creation of environmental safety for humans and the environment;
- разместить приемную антенную систему на корпусе подводного объекта, что обеспечит постоянный радиоприем СНЧ-КНЧ сигналов, независимость маневра и направления движения подводного объекта.- place the receiving antenna system on the body of the underwater object, which will ensure constant radio reception of the ELF-ELF signals, the independence of maneuver and the direction of movement of the underwater object.
Поставленная цель достигается за счет применения в «Системе связи сверхнизкочастотного и крайненизкочастотного диапазона с глубокопогруженными и удаленными объектами» одного маломощного КНЧ-СНЧ генератора, двух заземлителей, «n» усилителей, «n» блоков системы управления для одной длиной в несколько десятков сотен километров передающей антенны с током в ней, позволяющим обеспечить заданный магнитный момент для обеспечения связи с глубокопогруженными и удаленными объектами и не оказывающим влияние на электромагнитную совместимость с радиоэлектронными средствами, ЛЭП и кабельными магистралями, а также создание условий экологической безопасности для человека и окружающей среды; кроме того, за счет размещения приемной антенной системы на корпусе подводного объекта обеспечивается уверенный радиоприем СНЧ-КНЧ сигналов.This goal is achieved through the use of one low-power ELF-ELF generator, two earthing switches, “n” amplifiers, “n” control system blocks for one transmission cable of several tens of hundreds of kilometers in the “Communication system of the ultra-low-frequency and ultra-low-frequency ranges with deeply submerged and remote objects” antennas with a current in it, allowing to provide a given magnetic moment to ensure communication with deeply immersed and remote objects and not affecting electromagnetic compatibility radio-electronic means, power transmission lines and cable lines as well as the creation of environmental safety conditions for humans and the environment; in addition, due to the placement of the receiving antenna system on the body of the underwater object, reliable reception of VLF-ELF signals is ensured.
Действительно, резонансная частота f0 сферического резонатора Земля-ионосфера определяется как длина по экватору в 40000 км, деленная на скорость света (3·108 м/с) или f0=(40000000 м)/(3·108 м/с)=7 Гц. Резонатор Земля-ионосфера резонирует на частоте 7 Гц. Следовательно, частоты от 3 до 300 Гц могут возбуждать данный резонатор при условии, что энергия возбуждения будет достаточной. А возбужденный резонатор имеет практически одинаковую напряженность поля в любой точке земного шара. В прототипе возбуждение производится «n» генераторами мощностью 100 кВт каждый, которые создают ток в «n» рамочных антеннах. Рамка образуется током антенны, в виде ЛЭП 30 кВ, и обратным током в земле, протекающим между заземлителями. Известно, что для возбуждения резонатора магнитный момент антенны должен быть не менее или М≥108·[А·м2]. Магнитный момент рамочной антенны определяетсяIndeed, the resonant frequency f 0 of the Earth-ionosphere spherical resonator is defined as the equator length of 40,000 km divided by the speed of light (3 · 10 8 m / s) or f 0 = (40,000,000 m) / (3 · 10 8 m / s ) = 7 Hz. The Earth-ionosphere resonator resonates at a frequency of 7 Hz. Therefore, frequencies from 3 to 300 Hz can excite this resonator, provided that the excitation energy is sufficient. And an excited resonator has almost the same field strength anywhere in the world. In the prototype, the excitation is made by "n" generators with a capacity of 100 kW each, which create a current in the "n" frame antennas. The frame is formed by the antenna current, in the form of a 30 kV power transmission line, and the reverse current in the earth flowing between the ground electrodes. It is known that for the excitation of the resonator the magnetic moment of the antenna must be not less than or M≥10 8 · [A · m 2 ]. The magnetic moment of the loop antenna is determined
где IA - ток в антенне в Амперах; h - глубина протекания тока в земле определяется следующей формулой:
Расчет показывает, что если ток принять равным IA=1 ампер, глубину протекания обратного тока принять равной h=10 км, то длина антенны должна быть около l=1000 км. Следовательно, чтобы исключить влияние тока на окружающие антенну радиоэлектронные средства (РЭС), высоковольтные линии электропередачи и кабельные магистрали, антенна должна иметь малый ток, но большую длину. Например, при использовании частоты 3 герца на данные объекты оказывается большое влияние, учитывая большую глубину проникновения через экранирующие оболочки кабелей и корпуса радиоэлектронных средств.The calculation shows that if the current is taken equal to I A = 1 ampere, the depth of the reverse current flow is taken equal to h = 10 km, then the antenna length should be about l = 1000 km. Therefore, in order to exclude the influence of current on the radio electronic means (RES) surrounding the antenna, high-voltage power lines and cable lines, the antenna must have a small current, but a large length. For example, when using a frequency of 3 hertz, these objects have a great influence, given the large penetration depth through the shielding sheaths of cables and the housing of electronic equipment.
Таким образом, антенна СНЧ-КНЧ должна иметь большую длину для достижения заданного магнитного момента и малый ток для обеспечения ее экологической безопасности при эксплуатации, а также обеспечения электромагнитной совместимости с РЭС, кабельными магистралями, высоковольтными линиями электропередачи и инженерными сооружениями.Thus, the VLF-ELF antenna must have a large length to achieve a given magnetic moment and a low current to ensure its environmental safety during operation, as well as ensuring electromagnetic compatibility with RES, cable highways, high-voltage power lines and engineering structures.
На фиг. 1 представлена антенна «Системы связи сверхнизкочастотного и крайненизкочастотного диапазона с глубокопогруженными и удаленными объектами», где:In FIG. 1 shows the antenna "Communication systems of the ultra-low-frequency and ultra-low-frequency range with deeply immersed and remote objects", where:
- 1 - передающая система, содержащая: задающий генератор 1-1, модулятор 1-2, систему управления, защиты и автоматизации 1-3, усилитель мощности 1-4, согласующее устройство 1-5, индикатор тока антенной системы 1-6, источник электрической энергии 1-7 питания передающей системы 1;- 1 - a transmission system comprising: a master oscillator 1-1, a modulator 1-2, a control, protection and automation system 1-3, a power amplifier 1-4, a matching device 1-5, a current indicator of the antenna system 1-6, a source electrical energy 1-7
- 21, 22, 23, 24, 25, …, 2N - первый, второй, третий, четвертый, пятый, … и N преобразователи;- 2 1 , 2 2 , 2 3 , 2 4 , 2 5 , ..., 2 N - first, second, third, fourth, fifth, ... and N converters;
- 31, 32, 33, 34, 35, 36, …, 3N - первый, второй третий, четвертый, пятый, шестой, … и N заземлители;- 3 1 , 3 2 , 3 3 , 3 4 , 3 5 , 3 6 , ..., 3 N - first, second, third, fourth, fifth, sixth, ... and N grounding conductors;
- 4 - одна из N секций (любая 41, 42, 43, 44, 45, …, 4N) антенной системы длиной l, включенная между 21, 22, 23, 24, 25, …, 2N преобразователями (как изолированный проводник длиной не более 20 км, находящийся в земле на глубине hK или называемый подземным или подводным неэкранированным кабелем);- 4 - one of the N sections (any 4 1 , 4 2 , 4 3 , 4 4 , 4 5 , ..., 4 N ) of the antenna system of length l, included between 2 1 , 2 2 , 2 3 , 2 4 , 2 5 , ..., 2 N converters (as an insulated conductor no more than 20 km long, located in the ground at a depth of h K or called an underground or underwater unshielded cable);
- l - длина антенной системы СНЧ-КНЧ, состоящая из N секций 4 подземного (подводного) неэкранированного кабеля;- l is the length of the antenna system of the ELF-ELF, consisting of
- h - глубина протекания обратного тока антенны
- hK - глубина прокладки подземного (подводного) неэкранированного кабеля антенной системы;- h K - the depth of the underground (underwater) unshielded cable of the antenna system;
- IA - ток в антенне (подземном кабеле) и обратный ток в земле.- I A - current in the antenna (underground cable) and reverse current in the ground.
На Фиг. 2 один из N преобразователей (любой 21, 22, 23, 24, 25, …, 2N):In FIG. 2 one of the N converters (any 2 1 , 2 2 , 2 3 , 2 4 , 2 5 , ..., 2 N ):
- 4 - секция антенной системы (подземного или подводного неэкранированного кабеля), любая 41, 42, 43, 44, 45, 4N;- 4 - section of the antenna system (underground or underwater unshielded cable), any 4 1 , 4 2 , 4 3 , 4 4 , 4 5 , 4 N ;
- 5 - источник электрической энергии;- 5 - a source of electrical energy;
- 6 - информационный трансформатор;- 6 - information transformer;
- 7 - силовой трансформатор;- 7 - power transformer;
- 8 - первый усилитель;- 8 - the first amplifier;
- 9 - интегральная цепочка;- 9 - integral chain;
- 10 - дифференциальная цепочка;- 10 - differential chain;
- 11 - второй усилитель;- 11 - the second amplifier;
- 12 - третий усилитель;- 12 - the third amplifier;
- 13 - генератор тактовых импульсов;- 13 - clock generator;
- 14 - модулятор;- 14 - modulator;
- 15 - усилитель мощности;- 15 - power amplifier;
- 16 - токовый трансформатор;- 16 - current transformer;
- 17 - регулятор мощности на входе усилителя мощности 15;- 17 - power regulator at the input of the
-
-
-
На фиг. 3 токовый трансформатор 16 содержит трехобмоточный трансформатор Тр.1, с током
На фиг. 4 представлена приемная антенная система подводного объекта, содержащая: N секций рамочных приемных антенн 18N, N усилителей рамочных приемных антенн 19N, N устройств суммирования наведенных ЭДС рамочных приемных антенн 20N.In FIG. 4 shows a receiving antenna system of an underwater object, comprising: N sections of
На фиг. 5 представлена одна из N однотипных секций рамочной антенны 18N, содержащая: ортогонально расположенные идентичные первый и второй блоки из трех рамочных антенн с ферритовыми сердечниками 21 и 22; первый и второй частотоизбирательные блоки 231 и 232; первую и вторую емкости С1 и С2; первую и вторую разделительные индуктивности L7 и L8.In FIG. 5 shows one of N identical sections of a
На фиг. 6 представлено устройство суммирования наведенных ЭДС рамочных антенн 20N, содержащее N сумматоров (например, 201, 202, 203, …, 20N), в каждом из N сумматоров двухобмоточный трансформатор (например, Tp.1, Tp.2, …, Tp.N).In FIG. 6 shows a device for summing induced EMF of
На фиг. 7 представлен частотоизбирательный блок 23, содержащий: преобразователь импедансов 24, преобразователь частота-напряжение 25, преобразователь (понижающий) частоты 26.In FIG. 7 shows a frequency-
На фиг. 8 представлен преобразователь импедансов (гиратор), содержащий: первый ОУ1 и второй ОУ2 оперативные усилители, резисторы первый R1, второй R2, третий R3 и четвертый R4, нагрузочную емкость С и варикап Вп.In FIG. 8 shows an impedance converter (gyrator), comprising: first op-
«Система связи сверхнизкочастотного и крайненизкочастотного диапазонов с глубокопогруженными и удаленными объектами», представленная на фиг. 1, содержит передающую систему 1, состоящую из: задающего генератора 1-1, модулятора 1-2, системы управления, защиты и автоматизации 1-3, усилителя мощности 1-4, согласующего устройства 1-5, индикатора тока антенны 1-6 и источника тока 1-7; N преобразователей - 2 (например, 21, 22, 23, 24, 25, …, 2N), N заземлителей антенны (например, 31, 32, 33, 34, 35, 36, …, 3N), N отрезков подземного неэкранированного кабеля 4N антенной системы длиной l (антенная система есть изолированный проводник, находящийся в земле или подземный неэкранированный кабель), при этом первый вход передающей системы 1 соединен с первым входом модулятора 1-2, а второй вход модулятора 1-2 соединен с выходом задающего генератора 1-1, выход модулятора 1-2 соединен с первым входом усилителя мощности 1-4, выход системы управления, защиты и автоматизации 1-3 соединен параллельно со вторым входом усилителя мощности 1-4, с входом задающего генератора 1-1 и со вторым входом согласующего устройства 1-5, третий вход усилителя мощности 1-4 соединен с первым заземлителем антенной системы 31 через второй вход передающей системы 1, через вход индикатора тока антенны 1-6, выход усилителя мощности 1-4 соединен через первый вход согласующего устройства 1-5, через первый выход согласующего устройства с выходом передающей системы 1, второй выход согласующего устройства 1-5 соединен с первым входом системы управления, защиты и автоматизации 1-3, второй вход системы управления, защиты и автоматизации 1-3 соединен с выходом индикатора тока антенны 1-6, источник тока 1-7 соединен параллельно с входами блоков 1-1, 1-2, 1-3, 1-4, 1-5 их электроснабжения в передающей системе 1; выход передающей системы 1 соединен через первый отрезок подземного кабеля 41 антенной системы с входом первого преобразователя 21, первый выход первого преобразователя 21 соединен с помощью второго отрезка подземного кабеля 42 антенной системы с входом второго преобразователя 22, а второй выход первого преобразователя 22 соединен со вторым заземлителем 32 антенной системы; выход второго преобразователя 22 соединен через третий отрезок подземного кабеля 4з антенной системы с входом третьего преобразователя 23, а второй выход второго преобразователя 22 соединен с третьим заземлителем 33 антенной системы; выход третьего преобразователя 23 соединен через четвертый отрезок подземного кабеля 44 антенной системы с входом четвертого преобразователя 24, а второй выход третьего преобразователя 23 соединен с четвертым заземлителем 34 антенной системы; выход четвертого преобразователя 24 соединен через пятый отрезок подземного кабеля 45 антенной системы с входом пятого преобразователя 25, а второй выход четвертого преобразователя 24 соединен с пятым заземлителем 35 антенной системы; выход пятого преобразователя 25 соединен через шестой отрезок подземного кабеля 46 антенной системы с входом шестого преобразователя 26, а второй выход пятого преобразователя 25 соединен с шестым заземлителем 36 антенной системы; таким образом обеспечивается соединение последующих преобразователей с последующими отрезками кабелей в антенной системе; выход N-1 преобразователя 2N-1 соединен через N отрезок подземного кабеля 4N антенной системы с входом N преобразователя 2N, а второй выход N-1 преобразователя 2N соединен с N заземлителем 3N антенной системы; выход преобразователя 2N соединен с N заземлителем 3N антенной системы.The “Communication System of the Ultra-Low-Frequency and Extreme-Low-Frequency Bands with Deeply Submerged and Remote Objects”, presented in FIG. 1, comprises a transmission system 1, consisting of: a master oscillator 1-1, a modulator 1-2, a control, protection and automation system 1-3, a power amplifier 1-4, a matching device 1-5, an antenna current indicator 1-6, and current source 1-7; N converters - 2 (for example, 2 1 , 2 2 , 2 3 , 2 4 , 2 5 , ..., 2 N ), N grounding antennas (for example, 3 1 , 3 2 , 3 3 , 3 4 , 3 5 , 3 6 , ..., 3 N ), N pieces of underground unshielded cable 4 N antenna system of length l (the antenna system is an insulated conductor located in the ground or underground unshielded cable), while the first input of the transmitting system 1 is connected to the first input of the modulator 1-2 and the second input of modulator 1-2 is connected to the output of the master oscillator 1-1, the output of modulator 1-2 is connected to the first input of the power amplifier 1-4, the output of the control system, Industrial automation 1-3 is connected in parallel with the second input of the power amplifier 1-4, to the input of the master oscillator 1-1 and the second input matching device 1-5, the third input of the power amplifier 1-4 is connected to a first earthing the antenna 1 via the System 3 the second input of the transmitting system 1, through the input of the antenna current indicator 1-6, the output of the power amplifier 1-4 is connected through the first input of the matching device 1-5, through the first output of the matching device with the output of the transmitting system 1, the second output of the matching device 1-5 is connected with first entry the control system, protection and automation 1-3, the second input of the control, protection and automation 1-3 is connected to the output of the antenna current indicator 1-6, the current source 1-7 is connected in parallel with the inputs of blocks 1-1, 1-2, 1-3, 1-4, 1-5 of their power supply in the transmitting system 1; the output of the transmitting system 1 is connected through the first segment of the underground cable 4 1 of the antenna system to the input of the first converter 2 1 , the first output of the first converter 2 1 is connected using the second segment of the underground cable 4 2 of the antenna system to the input of the second converter 2 2 , and the second output of the first converter 2 2 connected to the second ground electrode 3 2 antenna system; the output of the second converter 2 2 is connected through the third segment of the underground cable 4z of the antenna system to the input of the third converter 2 3 , and the second output of the second converter 2 2 is connected to the third ground electrode 3 3 of the antenna system; the output of the third converter 2 3 is connected through the fourth segment of the underground cable 4 4 of the antenna system to the input of the fourth converter 2 4 , and the second output of the third converter 2 3 is connected to the fourth ground electrode 3 4 of the antenna system; the output of the fourth converter 2 4 is connected through the fifth segment of the underground cable 4 5 of the antenna system to the input of the fifth converter 2 5 , and the second output of the fourth converter 2 4 is connected to the fifth ground electrode 3 5 of the antenna system; the output of the fifth converter 2 5 is connected through the sixth section of the underground cable 4 6 of the antenna system to the input of the sixth converter 2 6 , and the second output of the fifth converter 2 5 is connected to the sixth ground electrode 3 6 of the antenna system; this ensures the connection of subsequent converters with subsequent pieces of cable in the antenna system; the output N-1 of the converter 2 N-1 is connected through the N segment of the underground cable 4 N of the antenna system to the input N of the converter 2 N , and the second output N-1 of the converter 2 N is connected to the N ground electrode 3 N of the antenna system; the output of the converter 2 N is connected to the N ground electrode 3 N antenna system.
Один из N преобразователей 2N (любой 21, 22, 23, 24, 25, …, 2N) на фиг. 2 содержит: подземный кабель 4 секции антенной системы, источник электрической энергии питания 5 блоков преобразователя 2N, информационный трансформатор Тр.И6, силовой трансформатор Тр.С7, первый усилитель 8, интегральную цепочку 9, второй вентиль В.2, дифференциальную цепочку 10, первый вентиль В.1, второй усилитель 11, третий усилитель 12, генератор тактовых импульсов 13, модулятор 14, усилитель мощности 15, токовый трансформатор 16, регулятор мощности 17 на входе усилителя мощности 15,
На фиг. 3 токовый трансформатор 16 содержит трехобмоточный трансформатор Тр.1, при этом первый вход токового трансформатора 16 через первую обмотку 1 трехобмоточного трансформатора Тр.1 соединен с клеммой «а», второй вход токового трансформатора 16 через вторичную обмотку 2 трехобмоточного трансформатора Тр.1 соединен с клеммой «а», второй выход токового трансформатора 16 через третью обмотку 3 трехобмоточного трансформатора Тр.1 соединен с клеммой «а», клемма «а» соединена с первым выходом токового трансформатора 16; с током
На фиг. 4 представлена приемная антенная система подводного объекта, содержащая N секций рамочных антенн 18N приемной антенной системы, N усилителей рамочных антенн 19N, N устройств суммирования наведенных ЭДС рамочных антенн 20N приемной антенной системы, при этом выход первой секции рамочной антенны 181 соединен через первый усилитель рамочной антенны 191, через первое устройство суммирования наведенных ЭДС рамочных антенн 201 со вторым входом второго устройства суммирования наведенных ЭДС рамочных антенн 202; выход второй секции рамочной антенны 182 соединен через второй усилитель рамочных антенн 192, через первый вход второго устройства суммирования наведенных ЭДС рамочных антенн 202 со вторым входом третьего устройства суммирования наведенных ЭДС рамочных антенн 203; выход третьей секции рамочной антенны 183 соединен через третий усилитель рамочных антенн 193, через первый вход третьего устройства суммирования наведенных ЭДС рамочных антенн 203 со вторым входом четвертого устройства суммирования наведенных ЭДС рамочных антенн 204; выход четвертой секции рамочной антенны 184 соединен через четвертый усилитель рамочных антенн 194, через первый вход четвертого устройства суммирования наведенных ЭДС рамочных антенн 204 со вторым входом пятого устройства суммирования наведенных ЭДС рамочных антенн, через второй вход шестого, седьмого до N устройства суммирования наведенных ЭДС рамочных антенн 20N; выход N секции рамочной антенны 18N соединен через N усилитель рамочных антенн 19N, через первый вход N устройства суммирования наведенных ЭДС рамочных антенн 20N с входом приемного устройства 21.In FIG. 4 shows a receiving antenna system of an underwater object containing N sections of loop antennas 18 N receiving antenna systems, N amplifiers of loop antennas 19 N , N devices for summing induced EMF of loop antennas 20 N of the receiving antenna system, while the output of the first section of frame antenna 18 1 is connected through the first amplifier of the loop antenna 19 1 , through the first summation device of the induced EMF of the loop antennas 20 1 with the second input of the second summation device of the induced EMF of the loop antennas 20 2 ; the output of the second section of the loop antenna 18 2 is connected through the second amplifier of the loop antennas 19 2 , through the first input of the second summed device of the induced EMF of the loop antennas 20 2 with the second input of the third summation device of the induced EMF of the loop antennas 20 3 ; the output of the third section of the loop antenna 18 3 is connected through the third amplifier of the loop antennas 19 3 , through the first input of the third induction summation device of the loop antennas 20 3 with the second input of the fourth induction summation device of the loop antennas 20 4 ; Output of the loop antenna of the fourth section 18 4 is connected via a fourth amplifier loop antennas April 19, through the first input of the fourth unit summation induced emf loop antennas April 20 to the second input of the fifth unit summation induced emf loop antennas through the second input of the sixth, seventh to N summing devices induced EMF of loop antennas 20 N ; the output of the N section of the loop antenna 18 N is connected through the N amplifier of the loop antennas 19 N , through the first input N of the summation device of the induced EMF of the loop antennas 20 N with the input of the receiver 21.
На фиг. 5 представлена одна из N однотипных секций рамочной антенны 18N, содержащая ортогонально расположенные идентичные первый и второй блоки из трех секций рамочных антенн с ферритовыми сердечниками 21 и 22, первый и второй частотоизбирательные блоки 231 и 232, первую и вторую емкости С1 и С2, первую и вторую разделительные индуктивности L7 и L8, при этом вход секции рамочной антенны 18N соединен параллельно с входами первого и второго частотоизбирательных блоков 231 и 233; три рамочные антенны L1, L2 и L3 первого блока из трех рамочных антенн с ферритовыми сердечниками 21 с одной стороны соединены параллельно с заземленной клеммой «в», а с другой стороны параллельно соединены с выходом блока из трех рамочных антенн с ферритовыми сердечниками 21; выход блока из трех рамочных антенн с ферритовыми сердечниками 21 соединен с клеммой «д», клемма «д» через первую разделительную индуктивность L7 соединена с клеммой «а», кроме того, клемма «д» соединена параллельно с выходом первого частотоизбирательного блока 231 и заземленной первой емкостью С1 три рамочные антенны L4, L5 и L6 второго блока из трех рамочных антенн с ферритовыми сердечниками 22 с одной стороны соединены параллельно с заземленной клеммой «с», а с другой стороны параллельно соединены с выходом блока из трех секций рамочных антенн с ферритовыми сердечниками 22; выход блока из трех секций рамочных антенн с ферритовыми сердечниками 22 соединен с клеммой «е», клемма «е» через вторую разделительную индуктивность L8 соединена с клеммой «а», кроме того, клемма «е» соединена параллельно с выходом второго частотоизбирательного блока 232 и заземленной второй емкостью С2; клемма «а» соединена с выходом секции рамочной антенны 18N.In FIG. 5 shows one of N sections of the same type of the frame antenna 18 N , containing identical orthogonally located identical first and second blocks of three sections of the frame antennas with ferrite cores 21 and 22, the first and second frequency-selective blocks 23 1 and 23 2 , the first and second capacitances C 1 and C 2 , the first and second separation inductances L 7 and L 8 , while the input section of the frame antenna 18 N is connected in parallel with the inputs of the first and second frequency-selective blocks 23 1 and 23 3 ; three loop antennas L 1 , L 2 and L 3 of the first block of three loop antennas with ferrite cores 21 are connected in parallel to the grounded terminal “B”, and on the other hand are connected in parallel to the output of the block of three loop antennas with ferrite cores 21 ; the output of the block of three loop antennas with ferrite cores 21 is connected to terminal “d”, terminal “d” is connected to terminal “a” through the first isolation inductance L 7 , and terminal “d” is connected in parallel with the output of the first frequency-selective block 23 1 and a grounded first capacitance C 1, three loop antennas L 4 , L 5 and L 6 of the second block of three loop antennas with ferrite cores 22 are connected in parallel with the grounded terminal “c”, and on the other hand in parallel with the output of the block of three frame sections Tenn ferrite core 22; the output of the block of three sections of the loop antenna with ferrite cores 22 is connected to the terminal “e”, the terminal “e” is connected to the terminal “a” through the second isolation inductance L 8 , and the terminal “e” is connected in parallel with the output of the second frequency-selective block 23 2 and a grounded second capacitance C 2 ; terminal “a” is connected to the output of the section of the loop antenna 18 N.
На фиг. 6 представлено устройство суммирования наведенных ЭДС рамочных антенн 20N, содержащее N сумматоров (например, 201, 202, 203, …, 20N), в каждом из N сумматоров двухобмоточный трансформатор, при этом вход первого сумматора 201 соединен через первичную обмотку первого трансформатора Тр.1 с земляным проводом, вторичная обмотка первого трансформатора Тр.1 с одной стороны заземлена, а с другой стороны соединена через выход первого сумматора 201 со вторым входом второго сумматора 202; первый вход второго сумматора 202 соединен через первичную обмотку второго трансформатора Тр.2 с земляным проводом, вторичная обмотка второго трансформатора Тр.2 с одной стороны заземлена, а с другой стороны соединена через выход второго сумматора 202 со вторым входом третьего сумматора 203; первый вход третьего сумматора 203 соединен через первичную обмотку третьего трансформатора Тр.3 с земляным проводом, вторичная обмотка третьего трансформатора Тр.3 с одной стороны заземлена, а с другой стороны соединена через выход третьего (четвертого, пятого и последующих) сумматора 203 со вторым входом третьего, четвертого и последующих сумматоров 20N и через выход N сумматора соединен с входом приемного устройства.In FIG. 6 shows a device for summing induced EMF of frame antennas 20 N , containing N adders (for example, 20 1 , 20 2 , 20 3 , ..., 20 N ), in each of N adders a double-winding transformer, while the input of the first adder 20 1 is connected through the primary the winding of the first transformer Tr. 1 with an earth wire, the secondary winding of the first transformer Tr. 1 is grounded on one side and connected to the second input of the second adder 20 2 through the output of the first adder 20 1 ; the first input of the second adder 20 2 is connected through the primary winding of the second transformer Tr.2 with an earth wire, the secondary winding of the second transformer Tr.2 is grounded on one side, and on the other hand connected through the output of the second adder 20 2 to the second input of the third adder 20 3 ; the first input of the third adder 20 3 is connected through the primary winding of the third transformer Tr.3 with an earth wire, the secondary winding of the third transformer Tr.3 is grounded on one side, and connected on the other side through the output of the third (fourth, fifth and subsequent) adder 20 3 the second input of the third, fourth and subsequent adders 20 N and through the output N of the adder is connected to the input of the receiving device.
На фиг. 7 представлен частотоизбирательный блок 23, содержащий 24 преобразователь импеданса (гиратор), 25 преобразователь частота-напряжение, 26 преобразователь (понижающий) частоты, при этом вход частотоизбирательного блока 23 соединен с выходом частотоизбирательного блока 23 через преобразователь (понижающий) частоты 26, через преобразователь частота-напряжение 25 и через преобразователь импеданса 24.In FIG. 7 shows a frequency
На фиг. 8 представлен преобразователь импеданса (гиратор), содержащий первый ОУ1 и второй ОУ2 оперативные усилители, резисторы первый R1, второй R2, третий R3 и четвертый R4, нагрузочная емкость - С и варикап Вп. Принцип работы преобразователя импеданса (гиратора) представлен в литературе авторов У. Титце, К. Шенк «Полупроводниковая схемотехника», - М.: изд. Мир, 1983 г., раздел 12.6, стр. 180-183. Гиратор позволяет преобразовать емкость нагрузочной емкости С (фиг. 8) в индуктивность на выходе гиратора. Например, при емкости нагрузочной в 1 мкФ индуктивность на выходе составит 100 Гн. Создать такую индуктивность достаточно сложно, так как будет иметь большой вес и очень значительные габариты. Расчет необходимой индуктивности L0 параллельного колебательного контура для приема СНЧ-КНЧ электромагнитных полей от 3 до 300 Гц проводится в соответствии с формулой
L0=(R1·R2·R4·С)/R3, где L0 - в Гн, R - в омах, С - в нФ.L 0 = (R1 · R2 · R4 · С) / R3, where L 0 - in H, R - in ohms, C - in nF.
Параллельно емкости С включен варикап Вп, который позволяет изменять нагрузочную емкость в зависимости от подаваемого напряжения, подаваемого на варикап в пределах до 300 пФ, при необходимости увеличения емкости следует включать блок варикапов вместо одного (работа варикапа представлена на стр. 24, раздел 3.3, в литературе авторов У. Титце, К. Шенк «Полупроводниковая схемотехника», - М.: изд. Мир, 1983 г. Принцип управления изменением индуктивного сопротивления на выходе гиратора показан в журнале «Радио» №11, за 1996 г., автором Петин Г.П. «Применение гиратора в резонансных усилителях и генераторах».In parallel to the capacitance C, a Vic varicap is turned on, which allows you to change the load capacitance depending on the voltage supplied to the varicap up to 300 pF, if you need to increase the capacitance, you should turn on the varicap block instead of one (for the varicap operation, see
Принцип действия «Системы связи сверхнизкочастотного и крайненизкочастотного диапазонов с глубокопогруженными и удаленными объектами» состоит в следующем.The principle of operation of “Communication systems of the ultra-low-frequency and ultra-low-frequency ranges with deeply immersed and remote objects” is as follows.
Система связи на берегу содержит антенную систему (фиг. 1), представляющую один подземный протяженный изолированный от земли как проводящей среды проводник длиной l. Этот протяженный проводник разделен на N секций, последовательно включенных между собой. Соседние секции, из N секций, между собой соединены через преобразователь 2N, из N преобразователей в антенной системе, каждый из N преобразователей соединен с собственным заземлителем 3N из N заземлителей. Передающая система 1, состоящая из задающего генератора 1-1, модулятора 1-2, системы управления, защиты и автоматизации 1-3, усилителя мощности 1-4, согласующего устройства 1-5, индикатор тока антенны 1-6, и источника тока 1-7, предназначена создать в антенной системе заданный ток, соответствующий требуемому значению магнитного момента антенны на частоте излучения. Причем передающая система 1 имеет задающий генератор 1-1, который перестраивается в зависимости от частоты передачи, и модулятор 1-2, на который поступает по первому входу передающей системы 1 и второму входу модулятора 1-2 необходимая информация для модулирования заданной частоты задающего генератора 1-1, поступающего по его первому входу. Модулированный сигнал на выходе модулятора 1-2 поступает на первый вход усилителя мощности 1-4, последний обеспечивает на своем выходе заданный ток на выходе передающей системы 1 в первой секции 4i антенной системы, причем согласование выходных параметров усилителя мощности 1-4 с первой секцией 4 антенной системы на рабочей частоте осуществляется через первый вход согласующего устройства 1-5. Контроль параметров согласования тока, поступающего в первую секцию 41 антенной системы осуществляется в согласующем устройстве 1-5, данные по параметрам согласования, частоте и величине тока через согласующее устройстве 1-5 поступают по первому входу в систему управления, защиты и автоматизации 1-3. Одновременно, контролируется ток, поступающий от заземлителя 31 через второй вход передающей системы 1 через первый выход индикатора тока антенной системы 1-6 на третий вход усилителя мощности 1-4, данные о токе заземлителя 31 через второй выход индикатора тока антенной системы 1-6 поступают на второй вход системы управления, защиты и автоматизации 1-3. По току заземлителя 31 системе управления, защиты и автоматизации 1-3 осуществляется контроль работы всей антенной системы ее элементов: преобразователей 2N, заземлителей 3N и N секций, отрезков подземного неэкранированного кабеля 4N: определяется точность настройки антенной системы «Системы связи …» по величине тока, по частоте и по искаженное™ информации. Регулировка передающей системы 1 осуществляется через выход системе управления, защиты и автоматизации 1-3 для задающего генератора 1-1 через его вход, для усилителя мощности 1-4 через его второй вход и согласующее устройство 1-5 через его второй вход.The communication system on the shore contains an antenna system (Fig. 1), which represents one underground long conductor of length l isolated from the earth as a conductive medium. This extended conductor is divided into N sections connected in series with each other. Neighboring sections, of N sections, are interconnected via a 2 N converter, of N converters in the antenna system, each of N converters is connected to its
Таким образом, передающая система 1 задает параметры для работы всей антенной системы. Так параметры тока по частоте, модуляции и уровню, поступающие на выходе передающей системы 1 и протекающие по первой секции 41 кабеля антенной системы должны быть восстановлены каждым из N преобразователей. Следовательно, ток, втекаемый в заземлитель 3N, должен быть равен току первой секции 41 подземного кабеля. Достигается это работой преобразователей 2N, принцип работы преобразователей идентичен и представлен блок-схемой на фиг. 2.Thus, the transmitting
Прием и регистрация излучения, создаваемого СНЧ-КНЧ-антенной системой, осуществляются с помощью буксируемой кабельной антенны, антенного усилителя и приемника СНЧ-КНЧ-диапазона, находящихся на борту подводного объекта,The reception and registration of radiation generated by the ELF-ELF antenna system is carried out using a towed cable antenna, antenna amplifier and receiver of the ELF-ELF range, located on board the underwater object,
Ток передающей системы 1, пройдя первую секцию 41 подземного кабеля, поступает на вход первого преобразователя 21 (фиг. 2). С первого входа преобразователя 21 ток протекает по первичной обмотке 1 информационного трансформатора 6 и далее через первый вход токового трансформатора 16 и второй выход преобразователя 21 поступает на заземлитель 32. За счет взаимной индукции ток первичной обмотки информационного трансформатора 6 во вторичной его обмотке 2 наводится ЭДС, соответствующая параметрам тока в первичной обмотке 1. Эта ЭДС усиливается первым усилителем 8 и поступает параллельно на интегральную схему 9 и дифференциальную схему 10. На выходе интегральной схемы выделяется огибающая или информационная составляющая тока передающей системы 1. Эта информационная составляющая после ограничения однопериодным вентилем В.2 и усиления третьим усилителем 13 поступает на второй вход модулятора 12, чем обеспечивается модуляция напряжения генератора тактовых импульсов 13 поступающего по первому входу модулятора 14. На выходе дифференциальной схемы 10 появляются импульсы несущей частоты тока, созданного в первой секции 41 кабеля передающей системой 1. Первый вентиль В.1 оставляет только положительный импульс на его выходе, который после усиления вторым усилителем 11 поступает для синхронизации генератора тактовых импульсов 13, чем обеспечивается воссоздание рабочей частоты задающего генератора 1-1 передающей системы 1. Далее воссозданная рабочая частота генератором 13, пройдя модулятор 14, получает информационную составляющую. Выходной сигнал модулятора 14, соответствующий сигналу передающей системы 1, поступает на усилитель мощности 15. Высокое напряжение на выходе усилителя мощности 15 создает достаточный ток в первичной обмотке силового трансформатора 7, чтобы во вторичной его обмотке создать требуемый ток для работы второй секции 42 кабеля антенной системы «Системы связи…». Ток второй обмотки силового трансформатора 7 клеммой «в» соединен с первым выходом преобразователя 21, а первый выход преобразователя соединен со второй секцией 42 кабеля антенной системы, возбуждая в секции 42 ток. Данный ток должен быть равен току, возбуждаемому в секции 4i кабеля передающей системой 1. Для контроля тока в секции 41 кабеля клемма «а» вторичной обмотки силового трансформатора соединена со вторым входом токового трансформатора 16, а второй выход этого токового трансформатора 16 подсоединен через регулятор мощности 17 ко второму входу усилителя мощности 15, чем обеспечивается регулировка уровня мощности на выходе усилителя мощности 15.The current of the transmitting
Работа токового трансформатора 16 поясняется схемой фиг. 3. Токовый трансформатор имеет три обмотки. Через первую обмотку 1 токового трансформатора 16 протекает ток, возбужденный передающей системой 1 в первой секции 41 -
Таким образом, через заземлитель 32 в рабочем состоянии ток не течет, так как токи первичной и вторичной обмоток в токовом трансформаторе 16 всегда подстраиваются равными по амплитуде, но противоположными по фазе, поэтому компенсируют поля, возбуждаемые друг другом. Поэтому заземлители должны быть дешевыми при строительстве. Следовательно, все заземлители при преобразователях являются нерабочими и необходимы только для настройки требуемого тока в антенной системе. Для работы используются только первый 31 и последний 3N заземлители в антенной системе (фиг. 1), причем токи по всей длине антенной системы для каждой секции подземного кабеля должны быть жестко равны
Приемная антенная система, представленная на фиг. 4, размещается стационарно на корпусе подводного объекта. Причем в настоящее время уже размещаются рамочные антенны с ферритовыми сердечниками. Так как ферритовый сердечник способствует затеканию электромагнитного поля в пространства между сплошными металлическими конструкциями, т.е. в щель, где располагается феррит для создания обтекаемости подводных объектов. А металлическая щель, где располагается стационарно рамочная антенна с ферритовыми сердечниками, заливается эпоксидной смолой. Такие антенны выполняются двумя секциями, расположенными ортогонально друг относительно друга, причем каждая секция состоит из трех рамочных антенн с тремя ферритовыми сердечниками (фиг. 5, секции 21 и 22). Подобные антенны работают на частотах от 6 до 30 кГц. Ниже диапазон не может быть принят, так как требуемую индуктивность создать не удается, чтобы настроить в резонанс колебательный контур, образованный этими рамочными антеннами, на частоты от 3 до 300 Гц невозможно. Необходимо увеличение индуктивного сопротивления контура приемной антенны. Для приема диапазона частот от 3 до 300 Гц предлагается увеличить индуктивное сопротивление антенного контура введением преобразователя импеданса (гиратора) и обеспечит, его автоматическую перестройку по диапазону частот. Внедрение стационарной приемной антенной системы в корпусе подводного объекта, между легким и прочным корпусами, вместо буксируемого антенного кабеля, позволит менять курс и направление подводного объекта; иметь непрерывный радиоприем; нет необходимости выпуска и сбора приемной антенны; обеспечить маневр подводного объекта без опасности отсечки антенны вращающимися винтами; повысить отношение сигнал/шум на входе приемного устройства; исключить влияние вращающейся поляризованной водной среды за счет вращения винтов подводного объекта на радиоприем.The receiving antenna system shown in FIG. 4, is stationary on the body of the underwater object. Moreover, frame antennas with ferrite cores are already being placed. Since the ferrite core contributes to the leakage of the electromagnetic field into the spaces between the solid metal structures, i.e. in the gap where the ferrite is located to create streamlining of underwater objects. And the metal gap, where the stationary frame antenna with ferrite cores is located, is filled with epoxy. Such antennas are made in two sections located orthogonally relative to each other, and each section consists of three frame antennas with three ferrite cores (Fig. 5,
Для реализации рассмотрим схему построения приемной антенной системы и ее работу. На фиг. 4 приведена схема построения приемной антенной системы на подводном объекте. Приемная антенная система подводного объекта размещается вдоль длины объекта. Система содержит N секций рамочных антенн 18N приемной антенной системы, N усилителей рамочных антенн 19N, N устройств суммирования наведенных ЭДС рамочных антенн 20N приемной антенной системы. Наведенная ЭДС в рамочной антенне, настроенной в резонанс с частотой поля падающей электромагнитной волны, поступает на выход первой секции рамочной антенны 181, которая соединена через первый усилитель рамочных антенн 191 с входом первого устройство суммирования наведенных ЭДС рамочных антенн 201. Эта наведенная ЭДС складывается с наведенными ЭДС в последующих сумматорах от первого сумматора 201 до последнего 20N. Причем в каждый из N сумматоров наведенная ЭДС поступает собственной рамочной антенны. Суммарная ЭДС наведенная во всех N рамочных антеннах, поступает с выхода последнего сумматора 20N на вход радиоприемного устройства СНЧ-КНЧ диапазона.For implementation, we consider the design of the receiving antenna system and its operation. In FIG. 4 shows a diagram of the construction of a receiving antenna system on an underwater object. The receiving antenna system of the underwater object is located along the length of the object. The system contains N sections of
Принцип работы и конструктивные особенности рамочной антенны приведены на фиг. 5. Где представлена одна из N однотипных секций магнитной антенны 18N, содержащая ортогонально расположенные идентичные первый и второй блоки из трех секций рамочных антенн с ферритовыми сердечниками 21 и 22, первый и второй частотоизбирательные блоки 231 и 232, первую и вторую емкости C1 и С2, первую и вторую разделительные индуктивности L7 и L8, при этом вход секции рамочной антенны 18N соединен параллельно с входами первого и второго частотоизбирательных блоков 231 и 233; три рамочные антенны L1, L2 и L3 первого блока из трех секций рамочных антенн с ферритовыми сердечниками 21 с одной стороны соединены параллельно с заземленной клеммой «в», а с другой стороны параллельно соединены с выходом блока из трех рамочных антенн с ферритовыми сердечниками 21; выход блока из трех рамочных антенн с ферритовыми сердечниками 21 соединен с клеммой «д», клемма «д» через первую разделительную индуктивность L7 соединена с клеммой «а», кроме того, клемма «д» соединена параллельно с выходом первого частотоизбирательного блока 231 и заземленной первой емкостью C1; три рамочные антенны L4, L5 и L6 второго блока из трех рамочных антенн с ферритовыми сердечниками 22 с одной стороны соединены параллельно с заземленной клеммой «с», а с другой стороны параллельно соединены с выходом блока из трех рамочных антенн с ферритовыми сердечниками 22; выход блока из трех рамочных антенн с ферритовыми сердечниками 22 соединен с клеммой «е», клемма «е» через вторую разделительную индуктивность L8 соединена с клеммой «а», кроме того, клемма «е» соединена параллельно с выходом второго частотоизбирательного блока 232 и заземленной второй емкостью С2; клемма «а» соединена с выходом секции магнитной антенны 18N. Ортогональное расположение рамочных антенных систем 21 и 22 позволяет иметь круговую диаграмму направленности в горизонтальной плоскости, чем обеспечивает движение объекта в различных направлениях, без обозначения курса для буксируемой антенны.The principle of operation and design features of the loop antenna are shown in FIG. 5. Where one of the N sections of the same type of magnetic antenna 18 N is presented, containing identical first and second blocks of three sections of frame antennas with ferrite cores 21 and 22, orthogonally located, the first and second frequency-selective blocks 23 1 and 23 2 , the first and second capacitances C 1 and C 2 , the first and second isolation inductances L 7 and L 8 , while the input section of the frame antenna 18 N is connected in parallel with the inputs of the first and second frequency-selective blocks 23 1 and 23 3 ; three loop antennas L 1 , L 2 and L 3 of the first block of three sections of loop antennas with ferrite cores 21 are connected in parallel with the grounded terminal “b”, and on the other hand are connected in parallel with the output of the block of three loop antennas with ferrite cores 21; the output of the block of three loop antennas with ferrite cores 21 is connected to terminal “d”, terminal “d” is connected to terminal “a” through the first isolation inductance L 7 , and terminal “d” is connected in parallel with the output of the first frequency-selective block 23 1 and a grounded first capacitance C 1 ; three loop antennas L 4 , L 5 and L 6 of the second block of three loop antennas with ferrite cores 22 are connected in parallel with the grounded terminal “c”, and on the other hand are connected in parallel with the output of the block of three loop antennas with ferrite cores 22 ; the output of the block of three loop antennas with ferrite cores 22 is connected to the terminal “e”, the terminal “e” is connected to the terminal “a” through the second isolation inductance L 8 , and the terminal “e” is connected in parallel with the output of the second frequency block 23 2 and a grounded second capacitance C 2 ; terminal “a” is connected to the output of the section of the magnetic antenna 18 N. The orthogonal arrangement of the frame antenna systems 21 and 22 allows you to have a circular radiation pattern in the horizontal plane, which ensures the movement of the object in different directions, without indicating the course for the towed antenna.
Падающая электромагнитная волна возбуждает в ферритовых стержнях поляризационные токи, которые создают ЭДС в витках рамочных антенн, расположенных на ферритовых стержнях. Эта ЭДС за счет наличия колебательного контура, созданного индуктивным сопротивлением, вносимым преобразователем импеданса (гиратором), возбуждает резонанс контура на частоте приема. Индуктивности L7 и L8 обеспечивают гальваническую развязку между колебательными контурами: первым, образованным рамочными антеннами секции 21, гиратором 231 и емкостью C1, и вторым, образованным рамочными антеннами секции 22, гиратором 232 и емкостью С2. Наведенная ЭДС мала, поэтому подключен параллельный колебательный контур, который на резонансной частоте имеет бесконечное сопротивление и практически не имеет потерь. Эта ЭДС от каждой резонансной системы используется для накопления энергии сумматорами от N рамочных антенн. Принцип последовательного суммирования ЭДС от N рамочных антенн приведен на фиг. 6.The incident electromagnetic wave excites polarizing currents in the ferrite rods, which create an EMF in the turns of the frame antennas located on the ferrite rods. This EMF due to the presence of the oscillatory circuit created by the inductive resistance introduced by the impedance converter (gyrator), excites the resonance of the circuit at the receiving frequency. Inductances L 7 and L 8 provide galvanic isolation between the oscillatory circuits: the first formed by the loop antennas of
На фиг. 6 представлено устройство суммирования наведенных ЭДС рамочных антенн 20N, содержащее N сумматоров (например, 201, 202, 203, …, 20N), в каждом из N сумматоров двухобмоточный трансформатор, при этом вход первого сумматора 201 соединен через первичную обмотку первого трансформатора Тр.1 с земляным проводом, вторичная обмотка первого трансформатора Тр.1 с одной стороны заземлена, а с другой стороны соединена через выход первого сумматора 201 со вторым входом второго сумматора 202; первый вход второго сумматора 202 соединен через первичную обмотку второго трансформатора Тр.2 с земляным проводом, вторичная обмотка второго трансформатора Тр.2 с одной стороны заземлена, а с другой стороны соединена через выход второго сумматора 202 со вторым входом третьего сумматора 203; первый вход третьего сумматора 203 соединен через первичную обмотку третьего трансформатора Тр.3 с земляным проводом, вторичная обмотка третьего трансформатора Тр.3 с одной стороны заземлена, а с другой стороны соединена через выход третьего (четвертого, пятого и последующих) сумматора 203 со вторым входом третьего, четвертого и последующих сумматоров 20N и через выход N сумматора соединен с входом приемного устройства.In FIG. 6 shows a device for summing induced EMF of frame antennas 20 N , containing N adders (for example, 20 1 , 20 2 , 20 3 , ..., 20 N ), in each of N adders a double-winding transformer, while the input of the first adder 20 1 is connected through the primary the winding of the first transformer Tr. 1 with an earth wire, the secondary winding of the first transformer Tr. 1 is grounded on one side and connected to the second input of the second adder 20 2 through the output of the first adder 20 1 ; the first input of the second adder 20 2 is connected through the primary winding of the second transformer Tr.2 with an earth wire, the secondary winding of the second transformer Tr.2 is grounded on one side, and on the other hand connected through the output of the second adder 20 2 to the second input of the third adder 20 3 ; the first input of the third adder 20 3 is connected through the primary winding of the third transformer Tr.3 with an earth wire, the secondary winding of the third transformer Tr.3 is grounded on one side, and connected on the other side through the output of the third (fourth, fifth and subsequent) adder 20 3 the second input of the third, fourth and subsequent adders 20 N and through the output N of the adder is connected to the input of the receiving device.
На фиг. 7 представлен частотоизбирательный блок 23, содержащий 24 преобразователь импеданса (гиратор), 25 преобразователь частота-напряжение, 26 преобразователь (понижающий) частоты, при этом вход частотоизбирательного блока 23 соединен с выходом частотоизбирательного блока 23 через преобразователь (понижающий) частоты 26, через преобразователь частота-напряжение 25 и через преобразователь импеданса 24. В гираторе элемент варикап может управляться преобразователем частота-напряжение 25. В качестве преобразователя частота-напряжение 25 рекомендуется использовать преобразователь типа ADVFC32 Analog Devices, или ТС9400 Microchip Technology, или выпускаемые компаниями National Semiconductor Texas Instruments. Вместо варикапа можно спользовать интегральную схему цифрового управления типа Х90100М81 фирмы XIRON, в этом случае частота настройки приемного устройства в цифровом виде через преобразователь частоты может подаваться на интегральную схему. Понижение частоты преобразователем 26 связан с тем, что гиратор устойчиво работает на низких частотах.In FIG. 7 shows a frequency
На фиг. 8 представлен преобразователь импеданса (гиратор), содержащий первый ОУ1 и второй ОУ2 оперативные усилители, резисторы первый R1, второй R2, третий R3 и четвертый R4, нагрузочная емкость - С и варикап Вп. Принцип работы преобразователя импеданса (гиратора) представлен в литературе авторов У. Титце, К. Шенк «Полупроводниковая схемотехника», - М.: изд. Мир, 1983 г., раздел 12.6, стр. 180-183. Гиратор позволяет преобразовать емкость нагрузочной емкости С (фиг. 8) в индуктивность на выходе гиратора. Например, при емкости нагрузочной в 1 мкФ индуктивность на выходе составит 100 Гн. Создать такую индуктивность достаточно сложно, так как будет иметь большой вес и очень значительные габариты. Расчет необходимой индуктивности L0 параллельного колебательного контура для приема СНЧ-КНЧ электромагнитных полей от 3 до 300 Гц проводится в соответствии с формулой
L0=(R1·R2·R4·C)/R3, где L0 - в Гн, R - в омах, С - в нФ.L 0 = (R1 · R2 · R4 · C) / R3, where L 0 - in H, R - in ohms, C - in nF.
Параллельно емкости С включен варикап Вп, который позволяет изменять нагрузочную емкость в зависимости от напряжения, подаваемого на варикап, в пределах до 300 пФ; при необходимости увеличения емкости следует включать блок варикапов вместо одного (работа варикапа представлена на стр. 24, раздел 3.3, в литературе авторов У. Титце, К. Шенк «Полупроводниковая схемотехника», - М.: изд. Мир, 1983 г. Принцип управления изменением индуктивного сопротивления на выходе гиратора показан в журнале «Радио» №11, за 1996 г., автором Петин Г.П. «Применение гиратора в резонансных усилителях и генераторах».In parallel with capacitance C, a varicap Vp is included, which allows you to change the load capacitance depending on the voltage supplied to the varicap, up to 300 pF; if it is necessary to increase the capacity, a block of varicaps should be included instead of one (the operation of a varicap is presented on
Авторам неизвестны технические решения из области радиосвязи, содержащие признаки, эквивалентные отличительным признакам заявленного устройства. Авторам неизвестны технические решения из других областей техники, обладающие свойствами заявленного технического объекта изобретения. Таким образом, заявленное техническое решение, по мнению авторов, обладает критерием существенных признаков.The authors are not aware of technical solutions from the field of radio communications containing features equivalent to the distinguishing features of the claimed device. The authors are not aware of technical solutions from other technical fields having the properties of the claimed technical object of the invention. Thus, the claimed technical solution, according to the authors, has the criterion of essential features.
Claims (7)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014142468/07A RU2590899C2 (en) | 2014-10-21 | 2014-10-21 | Communication system for very low frequency and extremely low frequency range with deeply submerged and remote objects - 2 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014142468/07A RU2590899C2 (en) | 2014-10-21 | 2014-10-21 | Communication system for very low frequency and extremely low frequency range with deeply submerged and remote objects - 2 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2014142468A RU2014142468A (en) | 2016-05-10 |
RU2590899C2 true RU2590899C2 (en) | 2016-07-10 |
Family
ID=55959674
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2014142468/07A RU2590899C2 (en) | 2014-10-21 | 2014-10-21 | Communication system for very low frequency and extremely low frequency range with deeply submerged and remote objects - 2 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2590899C2 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2796792C1 (en) * | 2022-04-27 | 2023-05-29 | Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-Морского Флота "Военно-морская академия имени Адмирала флота Советского Союза Н.Г. Кузнецова" | Transmitting communication complex of communication system for ultra-low frequency and extremely low-frequency range communication with deep and remote objects |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2221149C1 (en) * | 2002-06-11 | 2004-01-10 | Уральский государственный университет путей сообщения | Method of transmission of messages to underground workings |
RU2472236C1 (en) * | 2011-06-15 | 2013-01-10 | Учреждение Российской академии наук Специальное конструкторское бюро средств автоматизации морских исследований Дальневосточного отделения РАН (СКБ САМИ ДВО РАН) | Method of transmitting information waves in marine environment |
RU143839U1 (en) * | 2013-11-26 | 2014-08-10 | Закрытое акционерное общество: Научно производственное предприятие "Нелинейные акустические системы" ЗАО НПП "НЕЛАКС" | INTEGRATED HYDROACOUSTIC SYSTEM FOR SEARCHING HYDROBIONTS |
-
2014
- 2014-10-21 RU RU2014142468/07A patent/RU2590899C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2221149C1 (en) * | 2002-06-11 | 2004-01-10 | Уральский государственный университет путей сообщения | Method of transmission of messages to underground workings |
RU2472236C1 (en) * | 2011-06-15 | 2013-01-10 | Учреждение Российской академии наук Специальное конструкторское бюро средств автоматизации морских исследований Дальневосточного отделения РАН (СКБ САМИ ДВО РАН) | Method of transmitting information waves in marine environment |
RU143839U1 (en) * | 2013-11-26 | 2014-08-10 | Закрытое акционерное общество: Научно производственное предприятие "Нелинейные акустические системы" ЗАО НПП "НЕЛАКС" | INTEGRATED HYDROACOUSTIC SYSTEM FOR SEARCHING HYDROBIONTS |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2796792C1 (en) * | 2022-04-27 | 2023-05-29 | Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-Морского Флота "Военно-морская академия имени Адмирала флота Советского Союза Н.Г. Кузнецова" | Transmitting communication complex of communication system for ultra-low frequency and extremely low-frequency range communication with deep and remote objects |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2014142468A (en) | 2016-05-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2626070C1 (en) | Communication system of ultra-low frequency and extremely-frequency range with deep-seated and remote objects - 6 | |
FI71203C (en) | FOER FARERE OCH ANORDNING FOER BESTAEMNING AV MARKENS ELEKTRISKA LEDNINGSFOERMAOGA | |
US5557206A (en) | Apparatus and method for detecting a weak induced magnetic field by means of two concentric transmitter loops | |
KR970705197A (en) | Transmit and receive loop antenna | |
SE515388C2 (en) | Device for sensing electrical discharges in a sample object | |
RU2567181C1 (en) | System for very low-frequency and extremely low-frequency communication with deep-sunk and remote objects - 1 | |
RU2659409C1 (en) | Communication system of super low frequency and extremely low frequency ranges with deeply submerged and remote objects | |
RU2608072C1 (en) | Communication system of super low frequency and extremely low frequency ranges with deeply submerged and remote objects | |
WO2015087724A1 (en) | Magnetic loop antenna and magnetic-field communication device using same | |
RU2611603C1 (en) | Communication system of very low and extremely low frequency range with deep-seated and distant objects | |
RU2350020C2 (en) | Communication system of superlow-frequency and very low frequency range with deep-sunk and remote objects | |
KR100928006B1 (en) | Detecting device of leakage current in the flooded water | |
RU2590899C2 (en) | Communication system for very low frequency and extremely low frequency range with deeply submerged and remote objects - 2 | |
RU2692931C1 (en) | Communication system of ultra-low frequency and ultra-rare-frequency bands with deep-loaded and remote objects -7 | |
RU2693060C1 (en) | Ultra-low frequency and ultra-rare-frequency communication system with deep-loaded and remote objects-8 | |
RU2778738C1 (en) | System for very-low-frequency and ultra-low-frequency range communication with deep-submerged and remote objects | |
RU2766153C1 (en) | System for communication of the very-low-frequency and ultra-low-frequency range with deep-submerged and remote objects | |
RU2559155C1 (en) | Field indicator of earth natural electromagnetic field | |
RU2736926C1 (en) | Ultra-low-frequency and extremely low-frequency communication system with deep-loaded and remote objects | |
Trueman et al. | Comparison of computed RF current flow on a power line with full scale measurements | |
RU2697026C1 (en) | Individual low-power electric power source | |
RU2673427C1 (en) | Test bench for studying of the electric power resonant transmission system | |
Wu et al. | Uncommon electromagnetic radiations related to extra-high voltage/ultra-high voltage power projects in China | |
RU154803U1 (en) | ELECTRIC TRANSMISSION PHASE VOLTAGE CONTROL DEVICE | |
GB1590944A (en) | Device for detecting submerged bodies by means of extremely low frequency radio waves |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20161022 |