СПОСОБ ПЕРЕДАЧИ ИНФОРМАЦИИ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2002 года по МПК H04B10/10 

Изобретение относится к способам передачи информации с помощью электромагнитного излучения, один из параметров которого модулируется по закону передаваемой информации.

Известен способ передачи информации с помощью ИК излучения полупроводникового лазера [1]. Недостатком этого способа является невозможность обеспечения высокой надежности передаваемой информации если передача осуществляется в приземном слое. Одной из причин этого является пересечение луча лазера пролетающими птицами, что приводит к прерыванию связи.

Для повышения надежности связи в [2] предлагается производить дублирование передаваемой информации за счет передачи ее по двум идентичным ИК каналам. Однако этот способ передачи информации имеет недостатки:
- во-первых, на приемных концах линии возникает проблема синхронизации сигналов, передаваемых по разным каналам;
- во-вторых, полностью не исключена вероятность перекрытия обоих каналов, например при пролете стаи птиц.

Данное изобретение направлено на решение задачи повышения надежности связи. Его реализация обеспечивает получение технического результата повышения качества связи за счет уменьшения вероятности прерывания канала связи.

Предлагаемый способ передачи информации заключается в том, что на передающем конце линии связи передаваемой информацией модулируют один из параметров ВЧ или оптического излучения: амплитуду, частоту, фазу или поляризацию, при этом для передачи одной и той же информации используют излучение двух длин волн, а на приемном конце линии связи оба излучения принимают, детектируют и выделяют передаваемую информацию.

От наиболее близкого способа заявляемый способ отличается тем, что частоту одного из излучений выбирают такой, чтобы оно активно воздействовало на биологические объекты, например птиц, и диаграмму направленности одного из излучений формируют таким образом, чтобы она была заключена внутри диаграммы направленности другого излучения, и ширину диаграммы направленности первого излучения выбирают не менее чем на порядок больше ширины диаграммы направленности второго излучения.

Сущность предлагаемого способа будет ясна из рассмотрения принципа работы устройства, его реализующего. На фиг.1 и фиг.2 показаны схемы устройств для передачи и приема информации, построенные на основе предлагаемого способа.

Устройство включает передающую часть, схема которой представлена на фиг. 1 и приемную часть - фиг.2.

Передающая часть содержит: блок формирования сигнала СВЧ (сантиметрового или миллиметрового) диапазонов (1), нагруженного на рупор (2), блок формирования сигнала оптического диапазона (3), нагруженного на оптический излучатель (4) (например полупроводниковый ИК лазер). Кроме того, в состав передающей части входит комбинированная (СВЧ - оптическая) антенна, построенная по схеме Кассейгрена. Антенна содержит: дихроичный элемент (5), зеркало СВЧ (6), комбинированное (СВЧ - оптическое) зеркало (7), имеющее отверстие в центре, и оптическое зеркало (8). Комбинированное зеркало (7) с одной стороны имеет покрытие (7а) с максимумом коэффициента отражения на частоте СВЧ-передатчика, а с другой стороны покрытие (7б) с максимумом коэффициента отражения на длине волны ИК-лазера (4).

Рупор (2), дихроичный элемент (5), зеркала (6),(7) и (8) установлены соосно. А дихроичный элемент (5), кроме того, установлен так, чтобы оптическое излучение излучателя (4) проходило через отверстия в зеркалах (6) и (7) и попадало на зеркало (8).

Приемная часть устройства состоит из отдельных СВЧ и оптических трактов. СВЧ тракт включает приемную антенну, построенную по схеме Кассейгрена, и образованную зеркалами (9) и (10), СВЧ конвертер (11) и собственно приемник и устройство выделения информации (12).

Оптический тракт приемной части содержит линзовый объектив (13), фотодетектор (14) и устройство выделения информации (15).

Функционирует устройство, реализующее предлагаемый способ следующим образом. Передаваемая информация поступает одновременно на входы блоков формирования сигналов СВЧ (1) и оптического (3) диапазонов. Частоту передатчика СВЧ выбирают в сантиметровом (или миллиметровом) диапазоне, например в диапазоне 20 ГГц. Опыт эксплуатации радиорелейных станций показывает, что к излучению на этих частотах чувствительны некоторые биологические объекты, например птицы. Попадая в поле этого излучения они стремятся повернуть назад и выйти из него.

Выход передатчика СВЧ блока (1) нагружен на рупор (2). СВЧ излучение из рупора (2) проходит через дихроичный элемент (5), отверстие в зеркале (6) и попадает на зеркало (7). Так как поверхность зеркала (7), обращенная к зеркалу (6), имеет максимум коэффициента отражения на частоте СВЧ передатчика блока (1), то СВЧ излучение отражается от нее и попадает на поверхность зеркала (6), а затем в свободное пространство. Дихроичный элемент (5) изготавливают из материала радиопрозрачного на частоте передатчика блока (1). Таким образом рупор (2) и зеркала (6) и (7) формируют поле излучение СВЧ диапазона.

Кроме блока (1) передаваемая информация поступает на вход блока формирования сигнала оптического диапазона (3). С его выхода сформированный сигнал поступает на вход оптического излучателя (4). В качестве излучателя может быть использован, например, полупроводниковый лазер ИК диапазона. Излучение лазера (4) попадает на поверхность дихроичного элемента (5), отражается от нее и через отверстия в зеркалах (6) и (7) попадает на поверхность зеркала (8). Поверхность зеркала (8), как и поверхность зеркала (7), обращенная к нему, имеет максимум коэффициента отражения на длине волны излучателя (4). Отразившись от зеркал (8) и (7), ИК излучение уходит в свободное пространство. Таким образом излучатель (4), дихроичный элемент (5), зеркала (8) и (7) формируют поле излучения ИК диапазона. Размеры отверстий в зеркалах (6) и (7), кривизну поверхностей зеркал и расстояние между ними выбирают исходя из длин волн передатчиков (1) и (4), ширины диаграммы излучения рупора (2) и излучателя (4). Для их расчета может быть использована методика, изложенная в [3].

Так как рупор (2), дихроичный элемент (5), зеркала (6), (7) и (8) расположены соосно, то диаграммы направленности передающей части заявляемого устройства в СВЧ- и оптическом диапазонах оказываются также соосными. При этом диаграмма направленности передатчика оптического диапазона из-за своей значительно меньшей ширины находится как бы внутри диаграммы направленности СВЧ диапазона.

Поскольку длина волны СВЧ излучения как минимум на два порядка больше длины волны ИК излучения, то, выбирая соответствующие размеры зеркал (6), (7) и (8) формируют диаграмму направленности СВЧ передатчика таким образом, чтобы она была не менее чем на порядок шире диаграммы направленности оптического излучения. И при работе предлагаемого устройства оптическое излучение распространяется от передающей части к приемной внутри конуса СВЧ излучения.

Прием и выделение передаваемой информации осуществляется приемной частью устройства, содержащей раздельные оптические и СВЧ тракты. Оптическое излучение через линзовый объектив (13) попадает на фотодетектор (14), преобразующий его в электрический сигнал. Электрический сигнал с выхода фотодетектора поступает на вход устройства выделения информации (15).

СВЧ излучение собирается антенной, образованной зеркалами (9) и (10) и конвертером (11), преобразуется в электрический сигнал, который поступает на вход устройства выделения информации (12).

В случае, если какой либо биологический объект, например птица, попадает в конус излучения СВЧ, то под его воздействием он испытает неприятные ощущения и повернет назад, не успев пересечь оптический луч. Прерывания связи в оптическом канале не произойдет. А так как апертура зеркала (6) в сантиметровом и миллиметровом диапазонах превышает средний мидель большинства птиц, то вероятность прерывания связи в СВЧ канале значительно меньше, чем в оптическом.

Кроме того, предлагаемый способ передачи информации и устройство, его реализующее, повышают надежность связи за счет использования двух существенно различающихся по диапазону каналов передачи: СВЧ и оптического. Условия распространения оптического и СВЧ излучений в атмосфере неодинаковы. При появлении на трассе распространения туманов, мелких аэрозолей оптическое излучение будет поглощаться, в то время как СВЧ излучение практически не испытает поглощения. В то же время во время дождя более интенсивно ослабляется СВЧ излучение, а оптическое испытывает меньшее ослабление. То есть в зависимости от атмосферных условий или один или второй канал обеспечат уверенную передачу информации.

Таким образом, из изложенного выше описания видно, что предложенный способ и устройство его реализующее обеспечивают достижение положительного технического эффекта - увеличение надежности передачи информации.

Литература
1. Иванов П. Инфракрасные системы фирмы PAV. Сети, 8, 2000.

2. Чачин П. Осваиваем ИК диапазон. Компьютерная неделя, 45 (219), 1999.

3. Приемопередающее устройство для атмосферной оптической линии связи. Патент России 2120185, МКИ 6, Н 04 В 10/10, 10/24, заявлен 20.01.97, опублик. 10.10.98.

Изобретение относится к технике передачи информации. Техническим результатом является повышение надежности связи. Способ заключается в том, что для передачи используют излучение на двух длинах волн и частоту одного из излучений выбирают такой, чтобы она активно воздействовала на биологические объекты, а диаграмма направленности второго излучения была заключена внутри диаграммы направленности первого излучения. В устройстве системы передатчиков выполнены по схеме Кассегрена. 2 с.п.ф-лы, 2 ил.

1. Способ передачи информации с помощью модулированного электромагнитного излучения, заключающийся в том, что на передающем конце линии передачи модулируют один из параметров электромагнитного излучения, при этом для передачи используют излучение в двух различных частотных диапазонах, а на приемном конце линии передачи принимают оба излучения, детектируют их, выделяя передаваемую информацию, отличающийся тем, что частоту излучения одного из излучений выбирают такой, чтобы оно активно воздействовало на биологические объекты, например птиц, диаграмму направленности второго излучения формируют таким образом, чтобы она была заключена внутри диаграммы направленности первого излучения, при этом ширину диаграммы направленности первого излучения формируют на порядок больше ширины диаграммы направленности второго излучения. 2. Устройство для передачи информации, содержащее два передатчика, работающие в первом и втором диапазонах, причем передатчики имеют раздельные антенные системы, которые выполнены по схеме Кассегрена, включающей дихроичное зеркало, отличающееся тем, что в антенную систему передатчиков дополнительно введено зеркало СВЧ, расположенное соосно с антенной системой, выполненной по схеме Кассегрена, при этом зеркало СВЧ выполнено с отверстием в центре, диаметр которого достаточен для прохождения излучения первого и второго частотных диапазонов, диаметр отверстия дихроичного зеркала схемы Кассегрена достаточен для прохождения второго частотного диапазона излучения, при этом дихроичное зеркало схемы Кассегрена имеет отражающее покрытие с обеих сторон, причем со стороны, обращенной к зеркалу СВЧ, имеет покрытие с максимумом коэффициента отражения на центральной частоте первого частотного диапазона, а с противоположной стороны - покрытие, имеющее максимум коэффициента отражения во втором частотном диапазоне.