СРЕДСТВО РАДИОСВЯЗИ Российский патент 2003 года по МПК H04B1/38 

Изобретение относится к радиосвязи, а именно к средствам радиосвязи, и может быть использовано для производства средств радиосвязи специального предназначения.

Известны стационарные средства радиосвязи, которые содержат корпус, передатчик и/или приемник радиосигналов и антенну, и для электропитания которых используются стационарные источники электрического тока [1].

Главный недостаток этих известных средств радиосвязи - привязанность к стационарному источнику электрического тока, т.е. к электросети.

Известны переносные средства радиосвязи, содержащие корпус, передатчик и/или приемник радиосигналов, антенну и химический источник электрического тока (источник электропитания). Они различаются по мощности излучаемых радиосигналов. Из их числа наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является радиомикрофон со встроенными антенной и химическим источником постоянного тока [2].

Главные недостатки этого известного средства-прототипа (обусловленные его источником электропитания): малый срок годности в снаряженном состоянии до рабочего включения, недостаточные надежность и температурный диапазон использования (в лучших случаях - до плюс 50-70^oС или невозможность использования при морозах, ниже минус 20^oС).

Известны [3, с.284] высокотемпературные резервные термоактивируемые химические источники электрического тока (тепловые химические источники электрического тока, т. е. снабженные термоактивирующим пиротехническим нагревателем), содержащие металлический анод (кальциевый, магниевый, литиевый), катод из сильного окисляющего агента (например, хромат кальция СаСrO₄), разделяющий их термоактивируемый электролит на основе солевого расплава (например, смесь LiCl и KCl со связывающим веществом - каолином или мелкодисперсной окисью кремния), и снабженные термоактивирующим пиротехническим нагревателем (например, на основе смеси циркония и хромата бария, которая при сгорании образует изолирующую керамическую массу). Токовый коллектор изготовляют из относительно инертного металла (обычно железа или никеля). Например, часто используется восстановительно-окислительная система: Са/LiCl, KCl - СаСrO₄/Fe или сокращенно Са - CaCO₄. Перед расплавлением (т. е. перед термоактивацией) электролит представляет собой твердое тело. Он проводит ток только в расплавленном состоянии, для чего требуется его нагревание до нескольких сот градусов (более 400^oС). Пиротехнический нагреватель для термоактивирования (расплавления) электролита приводят в действие при помощи пламенного, электрического или механического запала (ударного капсюля). Тепловые батареи используются для обеспечения экстренного запуска двигателей военных самолетов и наземных транспортных средств при морозах [3, с. 298].

Но они нетехнологичны в изготовлении, имеют высокий процент брака, не обладают достаточной надежностью при хранении и эксплуатации, требуют высокую рабочую температуру и экологически вредны.

Известны высокотемпературные термоактивируемые химические источники тока, содержащие металлический анод (кальциевый, магниевый, литиевый), катод из сильного окисляющего агента (серы, селена или теллура, в смеси с графитом или углем) и разделяющий их термоактивируемый электролит (твердый электролит на основе стекла) [4]. При обычных температурах твердый электролит на основе стекла практически не проводит электрического тока. Но при перемещении такого источника тока в нагретую среду и разогреве его до нескольких сот градусов (300-600^oС) стеклянный твердый электролит становится способным пропускать электрический ток (катионная проводимость), в результате чего на токоотводы выдается рабочее электрическое напряжение. Такие источники высокотехнологичны в изготовлении, имеют стандартные технические параметры, обладают высокими удельными характеристиками.

Однако они могут быть использованы только при достаточно высокой температуре окружающей среды (300-600^oС) после медленного (осторожного) их разогрева, и нет сведений об использовании их в комплекте с быстродействующими пиротехническими нагревателями-термоактиваторами или об использовании в средствах радиосвязи.

Недавно нами предложен [5] тепловой химический источник электрического тока, содержащий анодную и катодную массы, разделяющий их термоактивируемый электролит и снабженный пиротехническим нагревателем для термоактивирования, отличающийся тем, что в качестве термоактивируемого электролита он содержит твердый электролит (например, на основе алюмосиликатного или алюмофосфатного стекла), обладающий высокой ионной проводимостью и низким коэффициентом линейного термического расширения (КЛТР). Такой источник тока отличается высокими механической прочностью, устойчивостью к ударным и температурным нагрузкам. Поэтому мы предлагаем использовать его в заявляемом изобретении.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение срока сохранности и надежности действия, расширение температурного диапазона использования и сферы использования средств радиосвязи. Кроме того, техническим результатом является также расширение арсенала специальных средств радиосвязи.

Технический результат достигается тем, что устройство радиосвязи, содержащее корпус, передатчик радиосигналов, антенну и источник электрического тока (источник электропитания), согласно изобретению дополнительно содержит пиротехнический нагреватель источника электрического тока, а в качестве источника электрического тока содержит термоактивируемый химический источник с твердым электролитом (например, на основе алюмосиликатного или алюмофосфатного стекла), обладающим высокой ионной проводимостью и низким коэффициентом линейного термического расширения.

Кроме того, технический результат достигается тем, что, при необходимости, в заявляемом устройстве к передатчику радиосигналов подключен блок для автоматической радиопередачи запрограммированного сигнала оповещения (SOS или другие) или командного сигнала, выполняемой после включения электропитания. Кроме того, технический результат достигается тем, что согласно изобретению, при необходимости, цепь электропитания средства радиосвязи содержит выключатель для отключения источника электрического тока от потребителей электрического тока, а пиротехнический нагреватель источника электрического тока снабжен воспламенителем-включателем, приводимым в действие кодированным радиосигналом или электрическим сигналом, и которым запускают инициирующий импульс для воспламенения нагревателя источника электрического тока.

Снабжение средства радиосвязи термоактивируемым химическим источником тока с твердым электролитом (например, на основе алюмосиликатного или алюмофосфатного стекла), обладающим высокой ионной проводимостью и низким коэффициентом линейного термического расширения, позволяет повысить срок годности средства радиосвязи в снаряженном состоянии до рабочего включения, повысить надежность действия, расширить температурный диапазон использования, по сравнению с устройством-прототипом. Такие твердые электролиты обладают повышенной устойчивостью к температурным и ударным механическим нагрузкам.

Снабжение заявляемого средства радиосвязи подключенным к передатчику радиосигналов блоком для автоматической радиопередачи запрограммированного сигнала оповещения (SOS иди другие) или командного сигнала, выполняемой после включения электропитания, позволяет повысить надежность, точность и легкость передачи необходимой информации, что особенно важно в условиях экстремальных ситуаций.

Снабжение средства радиосвязи выключателем для отключения источника электрического тока от потребителей электрического тока позволяет избежать самопроизвольного включения средства радиосвязи и бесполезного расходования электрического заряда химического источника электрического тока при случайном воспламенении пиротехнического нагревателя источника химического источника электрического тока.

Снабжение, в заявляемом средстве радиосвязи, нагревателя источника электрического тока воспламенителем-включателем, приводимым в действие кодированным радиосигналом или электрическим сигналом, позволяет расширить сферу использования средства радиосвязи.

Сравнение заявляемого средства радиосвязи с прототипом позволяет установить, что заявляемое устройство отличается выполнением источника электрического тока и наличием пиротехнического нагревателя источника электрического тока, и сделать вывод, что изобретение соответствует критерию "новизна".

При изучении других известных решений в данной области радиотехники признаки, идентичные признакам, отличающим заявляемое средство радиосвязи от прототипа, выявлены не были, и поэтому заявляемое устройство соответствует критерию "изобретательский уровень".

Возможность применения заявляемого изобретения для производства специальных средств радиосвязи обеспечивает ему критерий "промышленная применимость".

Сущность предлагаемого технического решения поясняется чертежами (фиг. 1-3).

Устройство (фиг. 1) содержит корпус 1, передатчик радиосигналов 2 с передающей антенной 3, источник электрического тока 4, и, согласно изобретению, содержит пиротехнический нагреватель 5 источника электрического тока, а в качестве источника электрического тока 4 содержит термоактивируемый химический источник тока с твердым электролитом 6 на основе алюмосиликатного стекла состава 0,15Li₂O•0,15Al₂O₃•0,7SiO₂. Твердый электролит (ТЭЛ) разделяет анодную массу (например, литий) от катодной массы (например, на основе серы). Электропроводность этого ТЭЛ по литию при 300^oС составляет 8,3•10^-5 Ом^-1см^-1; электронная составляющая электропроводности составляет около 10^-3%, что является показателем очень малого саморазряда источника тока и большого срока годности (более 15 лет); средняя величина коэффициента линейного термического расширения (КЛТР) равна 48•10⁷К^-1. Диапазон рабочих этого ТЭЛ от 300 до 600^oС, что выгодно отличает его от известных тепловых химических источников тока, где для расплавления солей-электролитов требуется более высокая температура. Рабочее напряжение одинарного химического источника тока (гальванического элемента) со стеклянным ТЭЛ составляет не менее 3 В.

Устройство работает следующим образом.

Поджигают воспламенительный состав нагревателя 5. За счет тепла, выделяющегося при горении воспламенительного состава 5, происходит повышение температуры химического источника тока 4 и его термоактавация с подачей рабочего электрического напряжения через преобразователь электропитания (не показан) на передатчик радиосигналов 2, после чего через передатчик радиосигналов 2 и антенну 3 передают необходимую информацию в эфир. После остывания химического источника тока ниже минимальной рабочей температуры (обычно 300^oС) работа передатчика радиосигналов прекращается. Известное [5] введение в состав пиротехнического нагревателя 5 дополнительного химического подогревателя (не показан) позволяет увеличить сохранение необходимой рабочей температуры источника тока с нескольких минут до нескольких часов.

В тех случаях, когда необходима передача закодированной информации, к передатчику радиосигналов 2 подключен (фиг.2) блок 7, с электропитанием от химического источника тока 4, для автоматической радиопередачи запрограммированного сигнала оповещения (SOS или другие) или командного сигнала, выполняемой после включения электропитания. Блок 7 может быть выполнен в собственном корпусе, и его можно отделять от корпуса средства радиосвязи для раздельного хранения или для замены в нем запрограммированного сигнала.

Использование заявляемого средства радиосвязи наиболее целесообразно для обеспечения аварийной радиосвязью длительных экспедиций, например, в труднодоступные районы мира, когда в обычных автономных средствах радиосвязи из-за длительности экспедиции или из-за сильных морозов становятся непригодными к работе обычные химические источники питания. В этих случаях при возникновении чрезвычайных ситуаций достаточно воспламенить пиротехнический состав воспламенителя 5 и вся необходимая информация будет передана в эфир для следящей радиостанции. При применении химического источника тока 4 с достаточно большой электрической емкостью, которая от действия одного пиротехнического нагревателя 5 используется лишь частично, можно, после замены отработанного пиротехнического нагревателя на новый, вновь привести в действие средство радиосвязи. Т. е. устройство может быть снабжено заменяемым пиротехническим нагревателем 5.

Для того, чтобы при случайном воспламенении пиротехнического нагревателя химического источника электрического тока избежать самопроизвольного включения средства радиосвязи и бесполезного расходования электрического заряда химического источника электрического тока средство радиосвязи снабжено (фиг. 3) выключателем 8 для отключения источника электрического тока от потребителей электрического тока.

В тех случаях, когда средство радиосвязи должно провести радиопередачу по команде оператора (человека или прибора) и на дистанции от оператора, пиротехнический нагреватель источника электрического тока снабжен воспламенителем-включателем, который приводят в действие кодированным радиосигналом или по проводной связи электрическим сигналом и которым запускают инициирующий импульс для воспламенения нагревателя источника электрического тока. При этом разновидность устройства с воспламенителем-включателем от кодированного радиосигнала может быть использована, в частности, в автоматических космических аппаратах при длительном их нахождении на орбите (при выходе из строя солнечных батарей) для резервной передачи кодированных сигналов к объектам, недоступным для радиосвязи с земли. А разновидность устройства с воспламенителем-включателем от электрического сигнала по проводам может быть использована, в частности, для одноразовой передачи с глубоко замаскированного средства радиосвязи кодированной информации в центр слежения или кодированных команд на скрытые боевые средства. При хранении средства радиосвязи на складе такой воспламенитель-включатель (с устройством для приема кодированного пускового радиосигнала или электрического сигнала) может быть отделен от корпуса средства радиосвязи для обеспечения безопасности хранения.

По сравнению с прототипом заявляемое средство радиосвязи характеризуется намного большим сроком годности (более 15 лет, а в прототипе до 5-7 лет в лучших случаях). Отметим, что наименее сохранным в специальных автономных средствах радиосвязи в настоящее время является химический источник электрического тока. Для повышения надежности хранения на складах пиротехнический нагреватель 5, воспламенитель-включатель (не показан) химического источника тока и выключатель 8 можно отделять от корпуса средства радиосвязи. Кроме того, по сравнению с прототипом, заявляемое устройство можно использовать в более широком температурном диапазоне окружающей среды (от минус 60^oС до плюс 120-150^oС, в зависимости от природы конструктивных материалов средства радиосвязи, а в прототипе - от минус 20^oС и лишь до плюс 70^oС в лучшем случае, из-за выхода из строя химического источника электрического тока из-за перегрева), что расширяет его функциональные возможности и область применения. При необходимости в состав заявляемого средства радиосвязи может быть вмонтирован радиоприемник, что превращает его в приемопередающую радиостанцию.

Источники информации
1. Петриков В.М. Энциклопедия радиолюбителя. // С-Пб.: Наука и техника. 2000 г.

2. Авторское свидетельство РФ 2011297, Н 04 В 1/04, 1994 г., БИ 7. - Прототип.

3. Кромптон Т. Первичные источники тока. // М.: Мир. 1986 г.

4. Патент Великобритании 1344069, кл. Н 1 В, 1973.

5. Жуковский Ю.Г., Пронкин А.А. Химический источник электрического тока. //Заявка на изобретение. Кл. МКИ 7: Н 01 М 6/20. (Направлена на рассмотрение в ФИПС 09.02.2001 г.).

Изобретение относится к радиосвязи, а именно к средствам радиосвязи, и может быть использовано для производства средств радиосвязи специального назначения. Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение срока гарантийного хранения и надежности действия, расширение температурного диапазона использования и сферы использования средств радиосвязи. Кроме того, техническим результатом является также расширение арсенала специальных средств радиосвязи. Средство радиосвязи содержит корпус, передатчик радиосигналов, антенну и источник электрического тока и дополнительно пиротехнический нагреватель источника электрического тока, а в качестве источника электрического тока содержит термоактивируемый химический источник тока с твердым электролитом (например, на основе алюмосиликатного или алюмофосфатного стекла), обладающим высокой ионной проводимостью и низким коэффициентом линейного термического расширения. 4 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Средство радиосвязи, содержащее корпус, передатчик радиосигналов, антенну и источник электрического тока, отличающееся тем, что дополнительно содержит пиротехнический нагреватель источника электрического тока, а в качестве источника электрического тока содержит термоактивируемый химический источник тока с твердым электролитом, обладающим высокой йонной проводимостью и низким коэффициентом линейного термического расширения. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что к его передатчику радиосигналов подключен блок для автоматической радиопередачи запрограммированного сигнала оповещения или командного сигнала, выполняемой после включения электропитания. 3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что цепь его электропитания содержит выключатель для отключения источника электрического тока от потребителей электрического тока. 4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что пиротехнический нагреватель источника электрического тока снабжен воспламенителем-включателем, приводимым в действие кодированным радиосигналом или электрическим сигналом и запускающим инициирующий импульс для воспламенения пиротехнического нагревателя источника электрического тока. 5. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что содержит твердый электролит на основе алюмосиликатного или алюмофосфатного стекла.