RU2598312C2 - Method of wireless transmission and reception of information - Google Patents
Method of wireless transmission and reception of information Download PDFInfo
- Publication number
- RU2598312C2 RU2598312C2 RU2014117624/08A RU2014117624A RU2598312C2 RU 2598312 C2 RU2598312 C2 RU 2598312C2 RU 2014117624/08 A RU2014117624/08 A RU 2014117624/08A RU 2014117624 A RU2014117624 A RU 2014117624A RU 2598312 C2 RU2598312 C2 RU 2598312C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- information
- magnetic
- antenna
- magnetoelectric
- electric
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)
- Near-Field Transmission Systems (AREA)
Abstract
Description
Предлагаемое изобретение относится к области передачи приема информации с применением магнитоэлектрических волн и может быть использовано при разработке и создании наземных, спутниковых радиолиний, обеспечивающее высокий энергетический потенциал, высокую скорость передачи информации и ее информационную безопасность, помехозащищенность.The present invention relates to the field of transmission of information using magnetoelectric waves and can be used in the development and creation of terrestrial, satellite radio links, providing a high energy potential, high speed data transmission and its information security, noise immunity.
Радиолинии - совокупность технических средств и среды распространения радиосигналов с целью передачи, приема информации (ППИ) между наземными пунктами (НП), между НП и космическими аппаратами (КА), между несколькими НП через КА и т.д.Radio lines - a set of technical means and a medium for the propagation of radio signals for the purpose of transmitting, receiving information (PPI) between ground-based points (NP), between NPs and spacecraft (SC), between several NPs through SCs, etc.
Известен способ (прототип) беспроводной ППИ на расстояние с применением электромагнитных волн, при котором (Н.И. Овчинников. Основы радиотехники. Изд-ство Мин. обороны СССР, М.: - 1968, с.8) изначально током электрических колебаний в форме информации модулируют высокочастотные колебания задающего генератора, усиливают их, преобразуют возбуждение в электрической антенне высокочастотные электрические колебания в свободные электромагнитные волны путем излучения их в определенные направления, а на приемном конце производят обратное преобразование, при котором электромагнитные волны, возбуждаемые в электрической антенне, преобразуют в высокочастотные электрические колебания в форме информации, усиливают их, извлекают низкочастотные электрические колебания в форме информации путем детсобирования, усиливают их и преобразуют в информацию.There is a method (prototype) of wireless PPI over a distance using electromagnetic waves, in which (NI Ovchinnikov. Fundamentals of radio engineering. Publishing House of the Ministry of Defense of the USSR, M .: - 1968, p. 8) initially with an electric oscillation current in the form information modulate the high-frequency oscillations of the master oscillator, amplify them, convert the excitation in the electric antenna high-frequency electric oscillations into free electromagnetic waves by emitting them in certain directions, and at the receiving end they reverse A process in which electromagnetic waves excited in an electric antenna are converted into high-frequency electrical vibrations in the form of information, amplify them, low-frequency electrical vibrations in the form of information are extracted by kicking, amplify them and transform into information.
Основные недостатки известного способа - низкий энергетический потенциал радиолиний и, как следствие, низкая скорость передачи информации, низкая помехозащищенность и информационная безопасность, а также зависимость линейных размеров электрических антенн от используемого диапазона длин волн (диапазона частот).The main disadvantages of this method are the low energy potential of the radio lines and, as a consequence, the low speed of information transfer, low noise immunity and information security, as well as the dependence of the linear dimensions of the electric antennas on the used wavelength range (frequency range).
Изложенные недостатки радиолиний (информационных каналов) типичны для всех наземных, спутниковых и т.д. радиолиний радиотехнических систем, поскольку в них, в отличие от проводных (кабельных), демаскирующие признаки доминируют не в топологической, а в информационно-сигнальной зоне. Поэтому обеспечение высокого энергетического потенциала, высокой скорости передачи информации, помехозащищенности информационной безопасности требует немалых комплексных затрат, которые необходимо соизмерить с платой за риск в условиях расширенного применения технологий 21 века.The stated disadvantages of radio links (information channels) are typical for all terrestrial, satellite, etc. radio links of radio engineering systems, because in them, unlike wired (cable), unmasking signs dominate not in the topological, but in the information-signal zone. Therefore, ensuring a high energy potential, high speed of information transfer, noise immunity of information security requires considerable complex costs, which must be commensurate with the risk pay in the context of the expanded use of 21st century technologies.
Задачей предлагаемого изобретения является разработка принципиально нового беспроводного способа передачи приема информации в любом диапазоне длин волн (в любом частотном диапазоне), использующего магнитоэлектрические волны и магнитные рамочные антенны.The objective of the invention is to develop a fundamentally new wireless method for transmitting information in any wavelength range (in any frequency range) using magnetoelectric waves and magnetic loop antennas.
Указанная задача достигается за счет того, что передачу, прием информации осуществляют посредством магнитоэлектрических волн, при этом преобразуют возбуждаемые высокочастотные электрические колебания в магнитной рамочной антенне в форме кольца из ферромагнетика, на поверхности которого размещена фазовая обмотка, в свободные магнитноэлектрические волны, путем излучения их в определенные направления, а на приемном конце производят обратное преобразование, при котором магнитноэлектрические волны, возбуждаемые в магнитной рамочной антенне в форме кольца из ферромагнетика, на поверхности которого размещена фазовая обмотка, преобразуют в электрические колебания в форме информации путем демодуляции, усиливают их и преобразуют информационные электрические колебания в информацию, а также тем, что электрическими колебаниями в форме информации модулируют электрические колебания задающего генератора с использованием широтноимпульсной модуляции, заполняя периоды модулируемых электрических колебаний прямоугольными подимпульсами, а на приемном конце производят демодуляцию, усиливают и преобразуют информационные электрические колебания в информацию.This problem is achieved due to the fact that the transmission, reception of information is carried out by means of magnetoelectric waves, while the excited high-frequency electric oscillations in the magnetic frame antenna in the form of a ring of a ferromagnet, on the surface of which the phase winding is placed, are converted into free magnetoelectric waves by emitting them into certain directions, and at the receiving end they perform the inverse transformation, in which the magnetoelectric waves excited in the magnetic frame tenn in the form of a ring of a ferromagnet, on the surface of which the phase winding is placed, is converted into electrical vibrations in the form of information by demodulation, amplifies them and transforms informational electrical vibrations into information, and also by the fact that electrical vibrations in the form of information modulate the electrical vibrations of the master oscillator with using pulse width modulation, filling the periods of modulated electric oscillations with rectangular sub-pulses, and a demode is produced at the receiving end yatsiyu, amplify and convert the information into electrical oscillations information.
Технический результат настоящего изобретения заключается в том, что простые, предельнокомпактные, сверхширокополосные, с высоким значением коэффициента полезного действия приемно-передающие магнитные антенны с вращающейся поляризацией, излучающие и принимающие магнитноэлектрические волны, обеспечат высокий энергетический потенциал, высокую скорость передачи информации и ее информационную безопасность, помехозащищенность в спутниковых и наземных радиолиниях.The technical result of the present invention is that simple, extremely compact, ultra-wideband, with a high value of the efficiency of the receiving and transmitting magnetic antennas with rotating polarization, emitting and receiving magnetoelectric waves, will provide a high energy potential, high speed information and its information security, noise immunity in satellite and terrestrial radio links.
Физическая сущность предлагаемого способа заключается в следующем.The physical nature of the proposed method is as follows.
Согласно первому уравнению Максвелла изменение электрической составляющей связанного поля вызывает в данной точке и ее окрестностях переменное магнитное поле.According to the first Maxwell equation, a change in the electric component of the bound field causes an alternating magnetic field at a given point and its environs.
где 
Изменение магнитной составляющей связанного поля вызывает в той же точке и ее окрестностях переменное электрическое поле. Вновь образованные поля уже свободные, они непрерывно изменяются во времени и благодаря этому распространяются в пространстве со скоростью света, образуя электромагнитные волны. Электромагнитные поля считаются свободными тогда, когда они не связаны с зарядами излучателя. Основные принципы теории Максвелла были экспериментально доказаны Герцем в 1888 г.A change in the magnetic component of the bound field causes an alternating electric field at the same point and its environs. The newly formed fields are already free, they continuously change in time and due to this they propagate in space at the speed of light, forming electromagnetic waves. Electromagnetic fields are considered free when they are not associated with the charges of the emitter. The basic principles of Maxwell's theory were experimentally proved by Hertz in 1888.
С физической точки зрения, введенная Максвеллом плотность тока смещения приводит к возможности существования наряду с электромагнитной индукцией симметричного явления - магнитоэлектрической индукции [А.А. Кураев, Т.Л. Попкова, А.К. Синицын. Электродинамика и распространение радиоволны, Минск "Новое знание", 2013, М.: "ИНФА - М"], открытого на основе опыта М. Фарадея в 1831 году.From a physical point of view, the bias current density introduced by Maxwell leads to the possibility of the existence, along with electromagnetic induction, of a symmetric phenomenon - magnetoelectric induction [A.A. Kuraev, T.L. Popkova, A.K. Sinitsyn. Electrodynamics and radio wave propagation, Minsk "New Knowledge", 2013, M .: "INFA - M"], discovered on the basis of the experience of M. Faraday in 1831.
Таким образом, экспериментально была доказана взаимная связь электрических полей с магнитными полями и наоборот: магнитных полей с электрическими, т.е. изменение одного из них вызывает в окружающем пространстве появление другого. [Г.Б. Белоцерковский. Основы радиотехники и антенны. Часть 1. М.: Советское радио, 1968]. Следовательно, для организации радиолиний с целью передачи приема информации можно использовать как электромагнитные волны и соответственно электрические антенны, так магнитоэлектрические волны и соответственно магнитные антенны.Thus, the interrelation of electric fields with magnetic fields and vice versa: magnetic fields with electric fields, i.e. a change in one of them causes the appearance of another in the surrounding space. [G. B. Belotserkovsky. Fundamentals of radio engineering and antennas.
Теория Максвелла позволяет установить физическую сущность образования электромагнитных и магнитоэлектрических волн. Если к вибратору (проволочной антенне) приложено переменное напряжение определенной частоты, то в окрестностях вибратора изначально возбуждается переменное электрическое поле той же частоты. Следовательно, вибратор - электрическая антенна, создающая электрические поля, геометрические и электрические характеристики которой определяются частотой запитывающего напряжения, тока.Maxwell's theory allows us to establish the physical nature of the formation of electromagnetic and magnetoelectric waves. If an alternating voltage of a certain frequency is applied to a vibrator (wire antenna), then in the vicinity of the vibrator an alternating electric field of the same frequency is initially excited. Therefore, a vibrator is an electric antenna that creates electric fields, the geometric and electrical characteristics of which are determined by the frequency of the supply voltage, current.
То есть изначально электрической антенной создается переменное электрическое поле, которое затем вызывает магнитное поле. Эти поля, связанные: они появляются и исчезают вместе с током вибратора. Поскольку электромагнитное поле вибратора переменное, то по первому уравнению Максвелла изменение электрической составляющей связанного поля вызывает в данной точке и ее окрестностях переменное электрическое поле, а по второму уравнению Максвелла изменение магнитной составляющей связанного поля вызывает в этой точке и ее окрестностях переменное электрическое поле. В соответствии с третьим уравнением Максвелла обе составляющие имеют вихревой характер и изображаются замкнутыми силовыми линиями. Четвертое уравнение Максвелла подтверждает отсутствие зарядов и одновременно постулирует его справедливость для любой среды. Следовательно, связанные поля по совокупности, беря во внимание, что изначально электрические поля электрической антенны, возбуждаемые электрическими колебаниями, называются электромагнитными.That is, initially an electric antenna creates an alternating electric field, which then causes a magnetic field. These fields are related: they appear and disappear with the current of the vibrator. Since the electromagnetic field of the vibrator is variable, according to the first Maxwell equation, a change in the electric component of the bound field causes an alternating electric field at a given point and its environs, and according to the second Maxwell equation, a change in the magnetic component of the bound field causes an alternating electric field at this point and its environs. In accordance with the third Maxwell equation, both components have a vortex character and are represented by closed force lines. The fourth Maxwell equation confirms the absence of charges and at the same time postulates its validity for any medium. Consequently, coupled fields in the aggregate, taking into account that initially the electric fields of an electric antenna, excited by electric vibrations, are called electromagnetic.
Теперь возьмем постоянный магнит. Каждый магнит имеет два полюса: северный и южный. По отдельности магнитные полюса не существуют. Между магнитными полюсами существует магнитное поле. При вращении постоянного магнита относительно оси симметрии, вокруг вращающегося магнита создается вращающееся переменное магнитное поле. Следовательно, вращающийся постоянный магнит - магнитная антенна, в окрестностях которой существует переменное магнитное поле определенной частоты, определяемой только угловой скоростью вращения магнита.Now take a permanent magnet. Each magnet has two poles: north and south. Separately, magnetic poles do not exist. Between the magnetic poles there is a magnetic field. When the permanent magnet rotates about the axis of symmetry, a rotating alternating magnetic field is created around the rotating magnet. Therefore, a rotating permanent magnet is a magnetic antenna, in the vicinity of which there is an alternating magnetic field of a certain frequency, determined only by the angular velocity of rotation of the magnet.
В отличие от электрической антенны в данном случае магнитная антенна напряжением (током) непосредственно той частоты, которую мы хотим использовать в радиолинии, не запитывается. По второму уравнению Максвелла изменение магнитного поля вызывает в окрестностях магнитной антенны электрическое переменное поле. Переменное электрическое поле порождает магнитное поле точно так же, как обычный ток.Unlike an electric antenna, in this case, a magnetic antenna with a voltage (current) directly of that frequency that we want to use in a radio line is not powered. According to the second Maxwell equation, a change in the magnetic field causes an electric alternating field in the vicinity of the magnetic antenna. An alternating electric field generates a magnetic field in the same way as a normal current.
Из вышеизложенного видно, что физическая сущность свободных электромагнитных и магнитоэлектрических волн, возбуждаемых в физическом вакууме, с использованием как электрических, так и магнитных антенн одна и та же. Разница лишь в том, что в первом случае электромагнитные волны (поле) изначально возбуждаются электрическими колебаниями с применением электрических антенн, а во втором случае электромагнитные волны (поле) изначально возбуждаются магнитными колебаниями с применением магнитных антенн. Авторы во втором случае назвали электромагнитные волны магнитоэлектрическими.It can be seen from the foregoing that the physical nature of free electromagnetic and magnetoelectric waves excited in a physical vacuum, using both electric and magnetic antennas, is one and the same. The only difference is that in the first case, electromagnetic waves (field) are initially excited by electrical oscillations using electric antennas, and in the second case, electromagnetic waves (field) are initially excited by magnetic oscillations using magnetic antennas. The authors in the second case called electromagnetic waves magnetoelectric.
Магнитная антенна (магнитный излучатель), как элемент магнитного тока, не может быть осуществлена, поскольку в природе нет магнитного тока. Но если антенной-излучателем изначально создается переменное магнитное поле, то по первому уравнению Максвелла изменение магнитного поля вызывает электрическое поле. Но эти поля уже не связанные, а свободные, поскольку они не связаны с какими-то зарядами, токами. То есть можно создать антенну, реализовав в ней свойства элемента магнитного тока.A magnetic antenna (magnetic emitter), as an element of a magnetic current, cannot be implemented, since there is no magnetic current in nature. But if an alternating magnetic field is initially created by the emitting antenna, then according to the first Maxwell equation, a change in the magnetic field causes an electric field. But these fields are no longer connected, but free, because they are not connected with any charges, currents. That is, you can create an antenna by implementing in it the properties of a magnetic current element.
До настоящего времени человечество применяет только электрические антенны и не применяет магнитные антенны, хотя природа (физика) распространения электромагнитных и магнитоэлектрических волн идентична. Разные только технологии возбуждения электромагнитных и магнитоэлектрических волн.To date, mankind uses only electric antennas and does not use magnetic antennas, although the nature (physics) of the propagation of electromagnetic and magnetoelectric waves is identical. Different only excitation technology of electromagnetic and magnetoelectric waves.
Исходя из вышеизложенных определений, магнитные антенны не могут эффективно излучать, принимать изначально возбужденные электромагнитные волны, а электрические антенны не могут эффективно излучать, принимать изначально возбужденные магнитоэлектрические волны.Based on the above definitions, magnetic antennas cannot efficiently emit, receive initially excited electromagnetic waves, and electrical antennas cannot efficiently emit, receive originally excited magnetoelectric waves.
В радиолиниях радиотехнических систем антенны выполняют специальную функцию, связывая излученную в пространстве электромагнитную энергию с электронными компонентами аппаратуры. Поэтому следует подчеркнуть, что антенны являются одними из основных экономических и технических элементов, определяющим построение радиолиний информационных радиотехнических систем.In radio links of radio engineering systems, antennas perform a special function by linking electromagnetic energy radiated in space with electronic components of the equipment. Therefore, it should be emphasized that antennas are one of the main economic and technical elements that determine the construction of radio links of information radio systems.
Способность магнитных антенн принимать, излучать магнитоэлектрические волны позволяет эффективно организовать и обеспечить в современных наземных и спутниковых информационных каналах защищенность информации, селективный доступ.The ability of magnetic antennas to receive, emit magnetoelectric waves makes it possible to efficiently organize and ensure information security and selective access in modern terrestrial and satellite information channels.
В основу принципа работы магнитной антенны положено использование вращающегося переменного магнитного поля, которое индуцирует в окружающем ее пространстве переменное электрическое поле. Принцип работы основан на законе магнитоэлектрической индукции, открытом М. Фарадеем, и работах Д. Максвелла.The principle of operation of a magnetic antenna is based on the use of a rotating alternating magnetic field, which induces an alternating electric field in the space surrounding it. The principle of operation is based on the law of magnetoelectric induction, discovered by M. Faraday, and the works of D. Maxwell.
В явлении магнитоэлектрической индукции Максвелл увидел факт порождения вихревого электрического поля переменным магнитным полем. Далее Максвелл в открытии основных свойств магнитоэлектрического поля поставил вопрос: если переменное магнитное поле порождает электрическое, то не существует ли в природе обратного процесса, когда переменное электрическое поле в свою очередь порождает магнитное.In the phenomenon of magnetoelectric induction, Maxwell saw the fact of the generation of a vortex electric field by an alternating magnetic field. Further, in discovering the basic properties of the magnetoelectric field, Maxwell posed the question: if an alternating magnetic field generates an electric field, then doesn’t the reverse process exist in nature when an alternating electric field in turn generates a magnetic field.
Максвелл допустил, что такого рода процесс реально происходит в природе: во всех случаях, когда электрическое поле изменяется, оно порождает магнитное поле. Никаких прямых указаний со стороны эксперимента в пользу этой гипотезы в то время еще не было. Впоследствии справедливость этой гипотезы была доказана открытием электромагнитных волн, сама возможность существования которых полностью вытекает из данной гипотезы и симметричного явления электромагнитной индукции. Взаимовозбуждение переменных электрического и магнитного полей и образуют соответствующие процессы электромагнитного и магнитоэлектрического полей.Maxwell admitted that this kind of process actually takes place in nature: in all cases when the electric field changes, it generates a magnetic field. There were no direct indications from the experiment in favor of this hypothesis at that time. Subsequently, the validity of this hypothesis was proved by the discovery of electromagnetic waves, the very possibility of the existence of which fully follows from this hypothesis and the symmetric phenomenon of electromagnetic induction. Mutual excitation of alternating electric and magnetic fields and form the corresponding processes of electromagnetic and magnetoelectric fields.
В первом случае для преобразования применяются электрические антенны, а во втором - магнитные антенны.In the first case, electric antennas are used for conversion, and in the second, magnetic antennas are used.
В магнитном поле всегда запасена энергия W:The energy W is always stored in a magnetic field:
µ0=1,257-10-6 Гн/м, µ - относительная магнитная проницаемость, H - напряженность магнитного поля, Al - объем однородного магнитного поля V.µ 0 = 1.257-10 -6 GN / m, µ is the relative magnetic permeability, H is the magnetic field strength, Al is the volume of the uniform magnetic field V.
Поскольку B=µ0·H, то 
В природе существуют вещества, способные намагничиваться, которые называются МАГНЕТИКАМИ. Магнетики, когда они намагничены, создают в окружающем пространстве магнитное поле.In nature, there are substances that can be magnetized, which are called magnets. Magnets, when they are magnetized, create a magnetic field in the surrounding space.
Степень намагниченности магнетика определяется вектором намагничивания j, который пропорционален вектору напряженности поля, создаваемого магнетиком.The degree of magnetization of a magnet is determined by the magnetization vector j, which is proportional to the field intensity vector generated by the magnet.
Магнитная индукция B - векторная величина, равная среднему значению индукции поля внутри магнетика. Эта величина складывается из индукции поля, намагничивающим током (µ0H), и индукции поля, создаваемого магнетиком (4πj). В=µ0H+4πj.Magnetic induction B is a vector quantity equal to the average value of the field induction inside the magnet. This value consists of the induction of the field, the magnetizing current (µ 0 H), and the induction of the field created by the magnet (4πj). B = μ 0 H + 4πj.
Связь между вектором намагничения j и напряженностью намагничивающего поля определяется выражением j=аеН, где величина ae, называемая магнитной восприимчивостью, зависит от рода магнетика и его состояния. Так как B=µ0H, то µ=µ0+4πae. Вещества, у которых µ намного больше единицы, называют ФЕРРОМАГНЕТИКАМИ.The relationship between the magnetization vector j and the strength of the magnetizing field is determined by the expression j = aeH, where the quantity ae, called the magnetic susceptibility, depends on the kind of magnet and its state. Since B = µ 0 H, then µ = µ 0 + 4πae. Substances with µ much larger than unity are called FERROMAGNETICS.
Под действием вращающего магнитного поля, обусловленного фазовыми токами, протекающими в фазовых обмотках магнитной антенны магнитные диполи ферромагнетика ориентируются в направлении поля фазовых обмоток, увеличивая, таким образом, магнитную индукцию от В0 до В.Under the action of a rotating magnetic field due to phase currents flowing in the phase windings of the magnetic antenna, the magnetic dipoles of the ferromagnet are oriented in the direction of the field of phase windings, thus increasing the magnetic induction from B 0 to B.
Величина, показывающая во сколько раз увеличивается (уменьшается) магнитная индукция, называется относительная магнитная проницаемость µ.A value that shows how many times the magnetic induction increases (decreases) is called the relative magnetic permeability μ.
С увеличением магнитной индукции магнитной антенны увеличивается напряженность магнитного поля антенныWith increasing magnetic induction of the magnetic antenna, the magnetic field strength of the antenna increases.
Важнейшей характеристикой ферромагнетика является значение 
Следовательно, если фазовую обмотку кольцевой магнитной антенны разместить на поверхности ферромагнетика "сплав магнико…", то энергия магнитного поля, создаваемого магнитной антенной, увеличится на 52 дБ.Therefore, if the phase winding of the ring magnetic antenna is placed on the surface of the ferromagnet "magneto alloy ...", then the energy of the magnetic field generated by the magnetic antenna will increase by 52 dB.
Из курса теоретических основ электротехники известно, что при питании трехфазной кольцевой обмотки трехфазным синусоидальным током, в последней возникает вращающееся магнитное поле, которое индуцирует в окружающем ее пространстве переменное электрическое поле. Частота индуцируемого электрического поля, частота излучения магнитоэлектрического поля кольцевой трехфазной обмоткой - магнитной антенной определяется частотой питающей трехфазной сети ƒпит и числом пар полюсов (p) (Г.И. Атабеков. Основы теории цепей. Москва, "Энергия", 1969)From the course of the theoretical foundations of electrical engineering, it is known that when a three-phase ring winding is supplied with a three-phase sinusoidal current, a rotating magnetic field appears in the latter, which induces an alternating electric field in the surrounding space. The frequency of the induced electric field, the frequency of the magnetoelectric field of the ring three-phase winding - the magnetic antenna is determined by the frequency of the three-phase supply network ƒ pit and the number of pole pairs (p) (GI Atabekov. Fundamentals of circuit theory. Moscow, "Energy", 1969)
Три одинаковые фазовые обмотки кольцевой магнитной антенны расположены так, что их оси сдвинуты относительно друг друга в пространстве на угол 120°. Тогда через фазовые обмотки будут протекать следующие токи:Three identical phase windings of the ring magnetic antenna are located so that their axes are shifted relative to each other in space by an angle of 120 °. Then the following currents will flow through the phase windings:
iA-Imsinωt;i A -I m sinωt;
Положительное направление токов обозначено на фиг. 1 с помощью точек и крестиков; точкой обозначено острие, а крестиком - конец стрелки, соответствующей по направлению с током.The positive direction of the currents is indicated in FIG. 1 using dots and crosses; the dot indicates the tip, and the cross indicates the end of the arrow, corresponding in the direction with the current.
При пропорциональной зависимости индукций от токов мгновенные значения индукций фаз выражаются следующим образом:With a proportional dependence of induction on currents, the instantaneous values of phase induction are expressed as follows:
BA=Bmsinωt;B A = B m sinωt;
где Bm - амплитуда индукции на оси каждой фазовой обмотки, ω - угловая скорость, t - время, R=180°.where B m is the induction amplitude on the axis of each phase winding, ω is the angular velocity, t is time, R = 180 °.
Результирующий вектор индукции 
Результирующий вектор магнитного поля магнитной антенны имеет постоянный модуль, равный 1,5 Вт, и равномерно вращается с угловой скоростью ω, создавая круговое вращающееся магнитное поле.The resulting magnetic field vector of the magnetic antenna has a constant modulus of 1.5 W and rotates uniformly with an angular velocity ω, creating a circular rotating magnetic field.
Для изменения направления вращения поля достаточно поменять местами токи в каких-нибудь двух фазовых обмотках, например токи iB и iC.To change the direction of rotation of the field, it is enough to interchange the currents in some two phase windings, for example, currents i B and i C.
Линии магнитной индукции замыкаются по воздушному кольцу кольцевой магнитной антенны. Место выхода линий индукции можно рассматривать как северный полюс, а место выхода как южный полюс магнитного поля магнитной антенны.The magnetic induction lines are closed along the air ring of the ring magnetic antenna. The exit point of the induction lines can be considered as the north pole, and the exit point as the south pole of the magnetic field of the magnetic antenna.
На Фиг. 1 представлено устройство кольцевой магнитной антенны вращающегося поля с трехфазной обмоткой на примере четырехполюсной антенны (2p=4) и расположение катушек трехфазной однослойной обмотки кольцевой магнитной антенны, и векторная диаграмма фазных токов.In FIG. 1 shows a device of a rotating magnetic ring magnetic antenna with a three-phase winding by the example of a four-pole antenna (2p = 4) and the location of the coils of a three-phase single-layer winding of a ring magnetic antenna, and a vector diagram of phase currents.
Функциональная схема создания вращающегося магнитного поля магнитной антенны, поочередно подключающая обмотки антенны и графики напряжения и тока в фазовых обмотках, приведена на Фиг. 2.A functional diagram of creating a rotating magnetic field of a magnetic antenna, alternately connecting the antenna windings and voltage and current graphs in the phase windings, is shown in FIG. 2.
Схема содержит следующие основные элементы: входной фильтр 1, служащий для уменьшения пульсаций тока в питающей сети постоянного тока; регулятор напряжения 2, позволяющий изменять напряжение питания магнитной антенны при изменении частоты излучения магнитного поля в соответствии с выбранным законом регулирования; преобразователь (инвертор) частоты 3, поочередно подключающий обмотки антенны 4 к шинам разной полярности.The circuit contains the following main elements:
Для передачи цифровой информации выходное напряжение преобразователя, подаваемого на обмотку магнитной антенны, модулируется высокочастотными сигналами, с применением широтно-импульсной модуляции.To transmit digital information, the output voltage of the converter supplied to the winding of the magnetic antenna is modulated by high-frequency signals using pulse-width modulation.
Графики изменения напряжения, подаваемого на обмотку магнитной антенны при широтно-импульсной модуляции (а) и при широтноимпульсной модуляции по синусоидальному закону (б), представлены на Фиг. 3.Graphs of the voltage applied to the winding of the magnetic antenna during pulse width modulation (a) and pulse width modulation according to the sinusoidal law (b) are presented in FIG. 3.
Широко-импульсная модуляция (ШИМ), англ. pulse-width-modulation (PWM) - управление средним значением напряжения на нагрузке путем изменения скважности импульсов управляющим ключом. Различают аналоговую ШИМ и цифровую ШИМ, двоичную (двухуровневую) ШИМ и троичную (трехуровневую) ШИМ.Wide Pulse Modulation (PWM) pulse-width-modulation (PWM) - control of the average value of the voltage across the load by changing the duty cycle of the pulses with a control key. There are analog PWM and digital PWM, binary (two-level) PWM and ternary (three-level) PWM.
В цифровой ШИМ прямоугольные подимпульсы, заполняющие период, могут стоять в любом месте периода. На среднюю величину на периоде влияет только их количество на периоде. Например, при разбиении периода на 8 частей, последовательности 11110000, 11101000, 11100100, 11100010 и др. дают одинаковую среднюю на периоде величину.In digital PWM, rectangular subpulses filling a period can stand anywhere in the period. The average value in a period is affected only by their number in a period. For example, when dividing a period into 8 parts, the sequences 11110000, 11101000, 11100100, 11100010, etc. give the same average value for the period.
Основное достоинство магнитных антенн заключается в том, что линейные размеры антенн, изначально возбуждающие МЭП, не зависят от используемого диапазона длин волн, а достоинством магнитоэлектрических волн является их высокая помехозащищенность, информационная безопасность.The main advantage of magnetic antennas is that the linear dimensions of the antennas, which initially excite MEPs, do not depend on the wavelength range used, and the advantage of magnetoelectric waves is their high noise immunity, information security.
Проблема помехоустойчивости (помехозащищенности) информационной безопасности является также одной из важнейших проблем современной теории передачи информации. Значение и актуальность их с течением времени возрастает. Особенно остро проблема помехоустойчивости, информационной безопасности встает при проектировании и эксплуатации радиолиний различного назначения, имеющих ограниченный энергетический потенциал. Это, прежде всего, относится к спутниковым (космическим) радиолиниям радиотехнических систем.The problem of noise immunity (noise immunity) of information security is also one of the most important problems of the modern theory of information transfer. Their value and relevance increases over time. The problem of noise immunity, information security is especially acute when designing and operating radio lines for various purposes with limited energy potential. This primarily relates to satellite (space) radio links of radio systems.
Энергопотенциал радиолинии есть величина, показывающая, в какой полосе частот может передаваться информация с требуемым отношением сигнал/шум, т.е. с заданным качеством. Применительно к полосе сигнала ΔF можно записать, The energy potential of a radio link is a value indicating in which frequency band information with the required signal-to-noise ratio can be transmitted, i.e. with a given quality. As applied to the signal band ΔF,
C/No=(C/Ш)вых*ΔF,C / No = (C / W) out * ΔF,
где C/No - энергопотенциал радиолинии, (C/Ш)вых - отношение сигнал/шум на выходе демодулятора приемного канала.where C / No is the energy potential of the radio line, (C / N) o is the signal-to-noise ratio at the output of the receive channel demodulator.
Основным выражением, применяемым для расчета спутниковой радиолинии, является 
где ЭИИМ - эквивалентная изотронно-излучаемая мощность передающего конца радиолинии, равная произведению выходной мощности передатчика и коэффициента усиления (КУ) передающей антенны с учетом потерь в фидерном тракте,where EIIM is the equivalent isotron-radiated power of the transmitting end of the radio line, equal to the product of the output power of the transmitter and the gain (KU) of the transmitting antenna, taking into account losses in the feeder path,
G/T - добротность приемного конца радиолинии, равная отношению коэффициента усиления приемной антенны к эффективной шумовой температуре приемного канала. Составляющими этой шумовой температуры выступают значения шумовой температуры самой антенны, ее фидерного тракта и малошумящего усилителя,G / T is the quality factor of the receiving end of the radio line, equal to the ratio of the gain of the receiving antenna to the effective noise temperature of the receiving channel. The components of this noise temperature are the noise temperature of the antenna itself, its feeder path and low-noise amplifier,
K - постоянная Больцмана, равная 1,38·1023 Вт/Гц·K.K is the Boltzmann constant equal to 1.38 · 10 23 W / Hz · K.
Таким образом, энергетический потенциал радиолинии определяется отношением сигнал/шум, которое в свою очередь определяется значениями выходной мощности передающего устройства и КУ передающей, приемной антенн, а само отношение сигнал/шум определяет уже скорость передачи информации и ее информационную безопасность, помехозащищенность.Thus, the energy potential of the radio link is determined by the signal-to-noise ratio, which in turn is determined by the output power of the transmitting device and the transmitting and receiving antenna antennas, and the signal-to-noise ratio itself determines the information transfer rate and its information security, noise immunity.
Положительный эффект использования предложенного технического решения преимущества магнито-рамочных антенн по сравнению с электрическими состоит в следующем:The positive effect of using the proposed technical solution, the advantages of magnetic-frame antennas in comparison with electric antennas is as follows:
- предельная компактность сочетается с высоким значением коэффициента полезного действия;- ultimate compactness combined with a high value of efficiency;
- способность непрерывно перекрывать заданный интервал частот;- the ability to continuously overlap a given frequency range;
- магнито-рамочные антенны не нуждаются в согласующих устройствах;- magneto-frame antennas do not need matching devices;
- благодаря оптимальному согласованию отсутствуют потери мощности;- due to optimal matching, there is no power loss;
- пригодность для любых приемно-передающих устройств;- suitability for any receiving and transmitting devices;
- при вертикальном расположении магнито-рамочной антенны ее диаграмма направленности в горизонтальной плоскости имеет форму восьмерки, что позволяет отстраиваться от мешающих станций (пеленгаторный эффект);- with a vertical arrangement of the magnetic-frame antenna, its directivity pattern in the horizontal plane has the shape of a figure of eight, which allows you to tune away from interfering stations (direction-finding effect);
- при горизонтальном расположении магнито-рамочной антенны с экраном ее диаграмма направленности имеет однонаправленность, что позволяет создавать остронаправленные антенны, антенные решетки;- with a horizontal arrangement of the magnetic-frame antenna with a screen, its radiation pattern is unidirectional, which allows you to create highly directional antennas, antenna arrays;
- магнитная составляющая поля магнитоэлектрического излучения глубже проникает в здание по сравнению с электрической составляющей. Обилие металла и проводов, хорошо проводящие стены, в определенной степени затрудняют проникновение электрической составляющей в помещения, благодаря чему магнито-рамочные антенны лучше работают в комнатах, нежели электрические;- the magnetic component of the field of magnetoelectric radiation penetrates deeper into the building compared to the electrical component. The abundance of metal and wires, well-conducting walls, to some extent impede the penetration of the electrical component into the room, so that magnetic-frame antennas work better in rooms than electric ones;
- в режиме передачи рамочные антенны препятствуют излучению побочных гармоник передатчика, например, первая гармоника подавляется на уровне 35 дБ.- in transmission mode, the loop antennas prevent the emission of side harmonics of the transmitter, for example, the first harmonic is suppressed at a level of 35 dB.
Использование предложенного технического решения позволяет существенно:Using the proposed technical solution allows you to significantly:
- снизить эквивалентную изотропно-излучаемую мощность передающих устройств, что позволит в свою очередь снизить мощность используемых источников питания электрической энергией;- reduce the equivalent isotropically radiated power of the transmitting devices, which in turn will reduce the power of the used power sources of electric energy;
- снизить значения коэффициентов усиления приемопередающих антенн, что позволит применять простейшие малогабаритные антенны, антенные решетки.- reduce the gain of the transmit-receive antennas, which will allow the use of the simplest small-sized antennas, antenna arrays.
В целом, использование предложенного способа беспроводной передачи, приема информации позволит разработать и создать как локальные защищенные интеллектуальные национальные информационные системы, так и глобальные.In general, the use of the proposed method for wireless transmission and reception of information will allow us to develop and create both local secure intellectual national information systems and global ones.
Анализ известных решений в исследуемой области позволяет сделать вывод об отсутствии признаков предложенного технического решения.Analysis of known solutions in the study area allows us to conclude that there are no signs of the proposed technical solution.
Таким образом, предложенный способ беспроводной передачи, приема информации соответствует критериям новизны, изобретательскому уровню, промышленно применим и дает при использовании положительный эффект.Thus, the proposed method for wireless transmission, reception of information meets the criteria of novelty, inventive step, is industrially applicable and gives a positive effect when used.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2014117624/08A RU2598312C2 (en) | 2014-04-29 | 2014-04-29 | Method of wireless transmission and reception of information |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2014117624/08A RU2598312C2 (en) | 2014-04-29 | 2014-04-29 | Method of wireless transmission and reception of information |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2014117624A RU2014117624A (en) | 2015-11-10 |
| RU2598312C2 true RU2598312C2 (en) | 2016-09-20 |
Family
ID=54536203
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2014117624/08A RU2598312C2 (en) | 2014-04-29 | 2014-04-29 | Method of wireless transmission and reception of information |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2598312C2 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2672664C1 (en) * | 2017-05-22 | 2018-11-19 | Алексей Николаевич Армизонов | Quantum radio transmitting and radio receiving device for transmitting and receiving information |
| RU2680629C2 (en) * | 2017-07-07 | 2019-02-26 | Алексей Николаевич Армизонов | Quantum way of measuring the intensity, direction, gradient magnetic fields of the earth and sells its device |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4101899A (en) * | 1976-12-08 | 1978-07-18 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army | Compact low-profile electrically small vhf antenna |
| RU2159486C2 (en) * | 1995-06-07 | 2000-11-20 | Уэст Вирджиниа Юниверсити | Electromagnetic antenna (design versions) |
| EP2048738A1 (en) * | 2007-10-09 | 2009-04-15 | N.V. Nederlandsche Apparatenfabriek NEDAP | Magnetic ferrite antenna |
| EP2385581A1 (en) * | 2009-01-30 | 2011-11-09 | Toda Kogyo Corporation | Magnetic antenna, rf tag, and substrate having the rf tag mounted thereon |
| RU2433513C1 (en) * | 2010-03-30 | 2011-11-10 | Закрытое акционерное общество "Научно-производственная фирма Микран" | Screened magnet loop antenna |
-
2014
- 2014-04-29 RU RU2014117624/08A patent/RU2598312C2/en active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4101899A (en) * | 1976-12-08 | 1978-07-18 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army | Compact low-profile electrically small vhf antenna |
| RU2159486C2 (en) * | 1995-06-07 | 2000-11-20 | Уэст Вирджиниа Юниверсити | Electromagnetic antenna (design versions) |
| EP2048738A1 (en) * | 2007-10-09 | 2009-04-15 | N.V. Nederlandsche Apparatenfabriek NEDAP | Magnetic ferrite antenna |
| EP2385581A1 (en) * | 2009-01-30 | 2011-11-09 | Toda Kogyo Corporation | Magnetic antenna, rf tag, and substrate having the rf tag mounted thereon |
| RU2433513C1 (en) * | 2010-03-30 | 2011-11-10 | Закрытое акционерное общество "Научно-производственная фирма Микран" | Screened magnet loop antenna |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Н.И.ОВЧИННИКОВ, Основы радиотехники, МО СССР. Москва, 1968, стр.8. * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2672664C1 (en) * | 2017-05-22 | 2018-11-19 | Алексей Николаевич Армизонов | Quantum radio transmitting and radio receiving device for transmitting and receiving information |
| RU2680629C2 (en) * | 2017-07-07 | 2019-02-26 | Алексей Николаевич Армизонов | Quantum way of measuring the intensity, direction, gradient magnetic fields of the earth and sells its device |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2014117624A (en) | 2015-11-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Fawole et al. | An electromechanically modulated permanent magnet antenna for wireless communication in harsh electromagnetic environments | |
| US10230273B2 (en) | Electricity transmission sending method and device, and system | |
| Selvin et al. | Spinning magnet antenna for VLF transmitting | |
| Han et al. | The ultra-compact ELF magneto-mechanical transmission antenna with the speed modulated EM signal based on three-phase induction motor | |
| Manteghi | A wideband electrically small transient-state antenna | |
| Fereidoony et al. | Efficient ULF transmission utilizing stacked magnetic pendulum array | |
| RU2598312C2 (en) | Method of wireless transmission and reception of information | |
| Barani et al. | A frequency multiplier and phase modulation approach for mechanical antennas operating at super low frequency (SLF) band | |
| Priputnev et al. | RF pulse generation in a gyromagnetic nonlinear transmission line with periodically placed ferrites and permanent magnets | |
| Strachen et al. | Mechanical super-low frequency (SLF) transmitter using electrically-modulated reluctance | |
| Sun et al. | Rotating permanent magnet antenna array based on near-field polarization modulation | |
| Srinivas et al. | Magnetic pendulum arrays for ULF transmission | |
| RU2753420C1 (en) | Method for generating high-power pulses of nanosecond microwave radiation | |
| Zhou et al. | Maximum distance estimation of far-field model for underwater magnetic field communication | |
| RU2354018C2 (en) | Method and antenna for transmission and reception of longitudinal electromagnet waves | |
| Li et al. | Experimental system design of wireless power transfer based on witricity technology | |
| RU2672664C1 (en) | Quantum radio transmitting and radio receiving device for transmitting and receiving information | |
| RU2570651C2 (en) | Method for wireless transmission and reception of information and device implementing said method | |
| Fawole et al. | Electromechanically-modulated permanent magnet antennas for wireless communication | |
| RU2599771C2 (en) | Method of damaging current-conducting targets by damage current regulation and device for its implementation | |
| Yi et al. | A rotating-magnet based mechanical antenna for vlf communication | |
| Kuo | On the nonlinear plasma waves in the high-frequency wave heating of the ionosphere | |
| WO2013191576A1 (en) | Method for transmitting electromagnetic energy and device for implementing same | |
| Barani et al. | A phase modulation scheme for super-low frequency handheld mechanical antennas | |
| Nagaraja | Directly modulated magnetic pendulum arrays for efficient ultra low frequency transmission |