RU2672664C1 - Quantum radio transmitting and radio receiving device for transmitting and receiving information - Google Patents
Quantum radio transmitting and radio receiving device for transmitting and receiving information Download PDFInfo
- Publication number
- RU2672664C1 RU2672664C1 RU2017117820A RU2017117820A RU2672664C1 RU 2672664 C1 RU2672664 C1 RU 2672664C1 RU 2017117820 A RU2017117820 A RU 2017117820A RU 2017117820 A RU2017117820 A RU 2017117820A RU 2672664 C1 RU2672664 C1 RU 2672664C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- information
- transmitting
- radio
- receiving
- antenna
- Prior art date
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
- H04W8/00—Network data management
Abstract
Description
Изобретение относится к области передачи и приема информации с применением квантового радиопередающего и радиоприемного устройства магнитоэлектрических волн и может быть использовано при разработке и создании наземных спутниковых квантовых радиотехнических систем различного назначения, обеспечивающих высокий энергетический потенциал, высокую скорость передачи информации и их информационную безопасность и помехозащищенность.The invention relates to the field of transmission and reception of information using a quantum radio transmitting and receiving device of magnetoelectric waves and can be used in the development and creation of terrestrial satellite quantum radio systems for various purposes, providing high energy potential, high speed information and their information security and noise immunity.
Радиоприемное и радиопередающее устройство - совокупность технических средств радиотехнических систем различного назначения с целью передачи и приема информации (ППИ) между наземными пунктами (НП), между НП и космическими аппаратами (КА), между несколькими НП через КА и т.д.Radio receiving and transmitting device - a set of technical means of radio systems for various purposes with the aim of transmitting and receiving information (PPI) between ground points (NP), between NP and spacecraft (SC), between several NPs through SC, etc.
Известно радиопередающее и радиоприемное устройство (прототип) ППИ с применением электромагнитных волн, содержащее: источник питания, задающий генератор колебаний высокой частоты, преобразователь информации в электрический сигнал, модуляционный каскад, выходной каскад, электрическую передающую антенну, излучающую электромагнитные волны и источник питания, электрическую приемную антенну, принимающую электромагнитные волны, входную цепь, усилитель высокой частоты, детектор, усилитель низкочастотного сигнала, преобразователь электрического сигнала в информацию (Н.И. Овчинников. Основы радиотехники. Изд-во Мин. обороны СССР, М.: - 1968, с. 8).A known transmitting and receiving device (prototype) PPI using electromagnetic waves, comprising: a power source, a master oscillator of high frequency, an information converter into an electric signal, a modulation stage, an output stage, an electric transmitting antenna emitting electromagnetic waves and a power source, an electric receiving electromagnetic wave receiving antenna, input circuit, high-frequency amplifier, detector, low-frequency signal amplifier, electric converter signal in the information (NI Ovchinnikov. Fundamentals of radio engineering. Publishing House of the Ministry of Defense of the USSR, M .: - 1968, p. 8).
Основные недостатки известного устройства - низкий энергетический потенциал и как следствие низкая скорость передачи информации, низкая помехозащищенность и информационная безопасность, а так же зависимость линейных размеров электрических антенн от используемого диапазона длин волн (диапазона частот), низкая стабильность частоты (периода) излучаемых и принимаемых электромагнитных волн.The main disadvantages of the known device are its low energy potential and, as a result, low information transmission speed, low noise immunity and information security, as well as the dependence of the linear dimensions of electric antennas on the used wavelength range (frequency range), low frequency (period) stability of the emitted and received electromagnetic waves.
Изложенные недостатки устройства типичны для всех наземных, спутниковых и других устройств радиотехнических систем различного назначения, 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 не малых комплексных затрат, которые необходимо соизмерить с платой за риск в условиях расширенного применения технологий XXI века.The stated disadvantages of the device are typical for all terrestrial, satellite, and other devices of radio engineering systems for various purposes, since in them, unlike wired (cable), unmasking signs dominate not in the topological, but in the information-signal zone. Therefore, ensuring a high energy potential, a high speed of information transfer, noise immunity, information security requires not small 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 квантового радиопередающего и радиоприемного устройства передачи и приема информации в любом диапазоне длин волн (в любом частотном диапазоне), с применением магнитоэлектрических когерентных волн.The objective of the invention is to develop a fundamentally new quantum radio transmitting and receiving device for transmitting and receiving information in any wavelength range (in any frequency range), using magnetoelectric coherent waves.
Решение указанной задачи в квантовом радиопередающем и радиоприемном устройствах достигается путем замены выходного каскада, электрической антенны радиопередающего устройства и электрической антенны радиоприемного устройства, излучающих и принимающих электромагнитные волны, на малогабаритную сверхширокополосную магнитную квантовую антенну индуцированного когерентного излучения и приема магнитоэлектрических волн вращающейся поляризации, и путем замены входной цепи радиоприемного устройства на преобразователь слабого магнитного поля в электрический сигнал (Патент №2570651, МПК H04J 1/00, 2015 RU, Патент №2598312, МПК H04W 8/00, 2016, RU, Петербургский журнал электроника. 4/2014, с. 15, Авиакосмическая техника и технология, №2, 2014, с. 30-37, Авиакосмическая техника и технология, №4, 2014, с. 26-34).The solution of this problem in a quantum radio transmitting and receiving device is achieved by replacing the output stage, the electric antenna of the radio transmitting device and the electric antenna of the radio receiving device, emitting and receiving electromagnetic waves, with a small ultra-wideband magnetic quantum antenna of induced coherent radiation and receiving magnetoelectric waves of rotating polarization, and by replacing the magnetoelectric waves of rotating polarization, and the input circuit of the radio receiver to the weak magnetic converter field in an electrical signal (Patent No. 2570651, IPC H04J 1/00, 2015 RU, Patent No. 2598312, IPC H04W 8/00, 2016, RU, Petersburg Journal of Electronics. 4/2014, p. 15, Aerospace Engineering and Technology, No. 2, 2014, pp. 30-37, Aerospace Engineering and Technology, No. 4, 2014, pp. 26-34).
Физическая сущность предлагаемого квантового радиопередающего и радиоприемного устройства передачи и приема информации заключается в следующем.The physical nature of the proposed quantum radio transmitting and receiving device for transmitting and receiving information is as follows.
Согласно первому уравнению Максвелла изменение электрической составляющей связанного поля электрической антенны вызывает в ее окрестностях переменные магнитные поля.According to the first Maxwell equation, a change in the electrical component of the associated field of an electric antenna causes alternating magnetic fields in its vicinity.
Изменение магнитной составляющей связанного поля вызывает в ее окрестностях соответственно переменное электрическое поле. Вновь образованные поля уже свободные, они неразрывно 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, correspondingly, an alternating electric field in its vicinity. The newly formed fields are already free, they are inextricably changing 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 of a symmetric phenomenon of magnetoelectric induction along with electromagnetic 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 создания устройств 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. Part 1. M .: Soviet radio, 1968] Therefore, to create devices for transmitting information reception, you can use both electromagnetic waves and, accordingly, electric antennas, magnetoelectric waves and, accordingly, magnetic 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 и 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 and 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 магнитное 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 уравнения 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 magnetic 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 эфире (среде), 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 связанными электрическими колебаниями с применением электрических антенн, а во втором случае магнитоэлектрические волны (поле) изначально возбуждаются свободными 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 ether (medium), 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 coupled electrical vibrations using electric antennas, and in the second case, magnetoelectric waves (field) are initially excited by free magnetic vibrations using magnetic antennas. The authors in the second case called electromagnetic waves magnetoelectric.
Магнитная антенна (магнитный излучатель), как элемент магнитного тока, не может быть осуществлен, 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 радиопередающих и радиоприемных устройствах радиотехнических систем антенны выполняют специальную функцию, связывая излученную в пространстве принятую электромагнитную энергию с электронными компонентами аппаратуры.In radio transmitting and receiving devices of radio engineering systems, antennas perform a special function by linking the received electromagnetic energy radiated in space with the electronic components of the equipment.
В основу принципа работы квантового радиопередающего и радиоприемного устройства передачи и приема информации положено использование вращающегося переменного магнитного поля магнитной квантовой антенны, которое индуцирует в окружающем ее пространстве (среде) когерентное свободное магнитоэлектрическое поле.The principle of operation of a quantum radio transmitting and receiving device for transmitting and receiving information is based on the use of a rotating alternating magnetic field of a magnetic quantum antenna, which induces a coherent free magnetoelectric field in the surrounding space (medium).
Использование квантовых радиопередающих и радиоприемных устройств передачи и приема информации в спутниковых, наземных радиотехнических системах навигации, связи и других системах различного назначения позволит разработать и создать квантовые когерентные высокоэффективные системы передачи и приема информации, которые, в свою очередь, позволят:The use of quantum radio transmitting and receiving devices for transmitting and receiving information in satellite, ground-based radio engineering navigation, communication systems and other systems for various purposes will allow us to develop and create quantum coherent highly efficient information transmission and reception systems, which, in turn, will allow:
- повысить энергетический потенциал систем на (52-153) дБ;- increase the energy potential of systems by (52-153) dB;
- соответственно снизить потребление электрической энергии, вес, габариты, эквивалентную изотропно-излучаемую мощность передающих устройств, коэффициенты усиления приемно-передающих антенн;- respectively, to reduce the consumption of electric energy, weight, dimensions, equivalent isotropically radiated power of transmitting devices, gain of transmitting and receiving antennas;
- повысить чувствительность радиоприемных устройств;- increase the sensitivity of radio receivers;
- исключить из состава систем квантовые стандарты частоты;- exclude quantum frequency standards from the system;
- повысить информационную безопасность, помехозащищенность систем и т.д.- increase information security, noise immunity of systems, etc.
Анализ технических решений в исследуемой области позволяет сделать вывод об отсутствии признаков предлагаемого технического решения.Analysis of technical solutions in the study area allows us to conclude that there are no signs of the proposed technical solution.
Таким образом, предложенное квантовое радиопередающее и радиоприемное устройство передачи и приема информации соответствует критериям новизны, изобретательскому уровню, промышленной применимости и дает при использовании положительный эффект.Thus, the proposed quantum radio transmitting and receiving device for transmitting and receiving information meets the criteria of novelty, inventive step, industrial applicability and gives a positive effect when used.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017117820A RU2672664C1 (en) | 2017-05-22 | 2017-05-22 | Quantum radio transmitting and radio receiving device for transmitting and receiving information |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017117820A RU2672664C1 (en) | 2017-05-22 | 2017-05-22 | Quantum radio transmitting and radio receiving device for transmitting and receiving information |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2672664C1 true RU2672664C1 (en) | 2018-11-19 |
Family
ID=64328087
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2017117820A RU2672664C1 (en) | 2017-05-22 | 2017-05-22 | Quantum radio transmitting and radio receiving device for transmitting and receiving information |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2672664C1 (en) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4622558A (en) * | 1980-07-09 | 1986-11-11 | Corum Janes F | Toroidal antenna |
| RU2466491C2 (en) * | 2008-01-14 | 2012-11-10 | ООО "Перспективные магнитные технологии и консультации" | Halbach structure-based variable magnetic field generator |
| RU2570651C2 (en) * | 2013-09-13 | 2015-12-10 | Акционерное общество "Информационные спутниковые системы" имени академика М.Ф. Решетнёва" | Method for wireless transmission and reception of information and device implementing said method |
| RU2598312C2 (en) * | 2014-04-29 | 2016-09-20 | Открытое акционерное общество "Информационные спутниковые системы" имени академика М.Ф. Решетнёва" | Method of wireless transmission and reception of information |
-
2017
- 2017-05-22 RU RU2017117820A patent/RU2672664C1/en active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4622558A (en) * | 1980-07-09 | 1986-11-11 | Corum Janes F | Toroidal antenna |
| RU2466491C2 (en) * | 2008-01-14 | 2012-11-10 | ООО "Перспективные магнитные технологии и консультации" | Halbach structure-based variable magnetic field generator |
| RU2570651C2 (en) * | 2013-09-13 | 2015-12-10 | Акционерное общество "Информационные спутниковые системы" имени академика М.Ф. Решетнёва" | Method for wireless transmission and reception of information and device implementing said method |
| RU2598312C2 (en) * | 2014-04-29 | 2016-09-20 | Открытое акционерное общество "Информационные спутниковые системы" имени академика М.Ф. Решетнёва" | Method of wireless transmission and reception of information |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Burch et al. | Experimental generation of ELF radio signals using a rotating magnet | |
| Srinivas et al. | Magnetic pendulum arrays for ULF transmission | |
| Fawole et al. | An electromechanically modulated permanent magnet antenna for wireless communication in harsh electromagnetic environments | |
| Prasad et al. | Directly modulated spinning magnet arrays for ULF communications | |
| Glickstein et al. | Power-efficient ELF wireless communications using electro-mechanical transmitters | |
| MN et al. | Magnetic pendulum arrays for efficient ULF transmission | |
| Barani et al. | A frequency multiplier and phase modulation approach for mechanical antennas operating at super low frequency (SLF) band | |
| CN110011166A (en) | Multifrequency terahertz emission source based on dirac semimetal transmission grating | |
| RU2672664C1 (en) | Quantum radio transmitting and radio receiving device for transmitting and receiving information | |
| Zhou et al. | Maximum distance estimation of far-field model for underwater magnetic field communication | |
| RU2598312C2 (en) | Method of wireless transmission and reception of information | |
| RU2354018C2 (en) | Method and antenna for transmission and reception of longitudinal electromagnet waves | |
| RU2753420C1 (en) | Method for generating high-power pulses of nanosecond microwave radiation | |
| Dervić et al. | Basics of electromagnetic radiation | |
| RU2003101271A (en) | METHOD OF NMR LOGGING AND DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION | |
| Fawole et al. | Electromechanically-modulated permanent magnet antennas for wireless communication | |
| RU2570651C2 (en) | Method for wireless transmission and reception of information and device implementing said method | |
| Meyl | Wireless Power Transmission by Enlarging the Near Field. | |
| Zhang et al. | Amplitude modulation method of the mechanically rotating‐based antenna | |
| Yi et al. | A Rotating-Magnet Based Mechanical Antenna for VLF Communication | |
| Lu et al. | Incorporating electromagnetic measurements into drilling systems with a relay station | |
| Zhang et al. | Rotating permanent magnet antenna array for directional communication in pipeline monitoring system | |
| Zhang et al. | Propagation characteristics of very low frequency vortex electromagnetic waves in an anisotropic ionosphere | |
| RU2551357C1 (en) | Method of transmitting information in vlf range | |
| Patil et al. | Electromagnetic Waves in Communication |