СИСТЕМА СВЯЗИ СВЕРХНИЗКОЧАСТОТНОГО И КРАЙНЕНИЗКОЧАСТОТНОГО ДИАПАЗОНА С ГЛУБОКОПОГРУЖЕННЫМИ И УДАЛЕННЫМИ ОБЪЕКТАМИ - 1 Российский патент 2015 года по МПК H04B13/02 

Изобретение относится к области электротехники и радиотехники, а именно к технике связи СНЧ-КНЧ-диапазона, и может быть использовано для связи с глубокопогруженными и удаленными подводными объектами.

Известен способ сейсмической разведки (патент №2029318 RU G01V 1/09, 1995). Этот способ сейсмической разведки заключается в возбуждении зондирующего сигнала и многоканального приема отраженных и дифрагированных волн от объекта, обработке с проведением селекции волн по направлениям прихода и отображением результатов в виде размеров параметров на платформе. Недостатком такого способа является то, что он использует приближенную интерполяцию данных, что приводит в ряде случаев к низкой достоверности результатов зондирования.

Известно устройство «Способ электромагнитного зондирования земной коры с использованием нормированных источников поля» (патент №2093863, RU G01V 3/12, 1997). Данное устройство содержит два генератора синусоидального тока, которые нагружены на протяженные, низко расположенные, горизонтально ориентированные и заземленные на концах антенны, регистрация же излучения, создаваемого СНЧ-радиоустановкой, осуществляется с помощью измерительного комплекса Объединенного Института Физики Земли (ОИФЗ) РАН типа «Борок». Однако данная установка не обеспечивает передачу информации с глубокопогруженными и удаленными подводными объектами, так как не имеет приемного комплекса в своем составе, а также обладает недостаточным уровнем СНЧ-КНЧ-сигналов на больших удалениях от источника.

Известно устройство унифицированный генераторно-измерительный комплекс СНЧ-КНЧ-излучения для геофизических исследований (патент №2188439 RU от 27.08.02 G01V 3/12). Комплекс состоит из задающего генератора, N генераторов синусоидального тока, нагруженных на протяженные, низко расположенные горизонтально ориентированные передающие антенны с заземлителями на концах, причем регистрация излучения, создаваемого СНЧ-КНЧ-генераторами, осуществляется с помощью измерительного комплекса, при этом все N генераторы подключены к единому задающему генератору. Задающий генератор представляет собой однофазный мостовой инвертор, выполненный на мощных полупроводниковых управляемых вентилях-тиристорах. Недостатками устройства «Унифицированный генераторно-измерительный…» - известного генераторно-измерительного комплекса - являются малый уровень излучения СНЧ-КНЧ-сигналов и их регистрация на больших удалениях от источника, так номинальная активная мощность при испытаниях на активную нагрузку составляет не более 30 кВт, а также низкая надежность работы комплекса в условиях наведенных помех (с глубоким подавлением гармоник промышленной частоты). Кроме того, в связи с высокими требованиями, предъявляемыми теорией электромагнитного поля к распространению радиосигналов в Мировом океане, для связи с удаленными и глубокопогруженными объектами необходимо иметь специальную антенну, малошумящий антенный усилитель и аналого-цифровой приемник, которые в прототипе отсутствуют.

Известна система связи сверхнизкочастотного и крайненизкочастотного диапазона с глубокопогруженными и удаленными объектами (патент №2350020 RU). Радиоволны большей части электромагнитного диапазона не проникают в морскую воду. Глубина проникновения электромагнитной энергии определяется следующей формулой: $$h=1/\sqrt{2\pi \cdot f\mu \sigma }$$ , где π=3,14; f - частота электромагнитной волны, от 3 до 300 Гц; µ=4·π·10^-7, Гн/м; σ - проводимость морской воды от 1 до 4 См/м. Используя самые низкие частоты от 3 до 300 Гц (КНЧ и СНЧ) можно получить глубину подводного радиоприема больше 100 метров. Поэтому для связи с удаленными глубокопогруженными подводными объектами (подводные лодки, подводные аппараты, батискафы, подводные дома и т.п.) предложена система связи СНЧ-КНЧ-диапазона. Электромагнитные волны этого диапазона являются пригодными для решения указанной задачи вследствие их способности проникать в толщу морской воды на значительную глубину. Кроме того, по сравнению с электромагнитными волнами других диапазонов распространение СНЧ-КНЧ-сигналов в волноводе «земля-ионосфера» отличается высокой стабильностью даже при возникновении различных возмущений в ионосфере.

Прототипом является система связи сверхнизкочастотного и крайненизкочастотного диапазона с глубокопогруженными и удаленными объектами (патент №2350020 RU), которая содержит «n» генераторов синусоидального тока, нагруженных на протяженные низко расположенные горизонтально ориентированные передающие антенны с заземлителями на концах, причем прием и регистрация излучения, создаваемого СНЧ-КНЧ-генераторами, осуществляются с помощью буксируемой кабельной антенны, антенного усилителя и приемника СНЧ-КНЧ-диапазона, находящихся на борту подводного объекта, при этом задающий генератор состоит из системы управления, защиты и автоматизации (СУРЗА), тиристорного выпрямителя, первого устройства защиты, автономного инвертора напряжения, второго устройства защиты, согласующего устройства, устройства питания и двух входных переключателей, при этом входные переключатели выполнены трехпозиционными и последовательно тремя входами соединены с тиристорным выпрямителем, причем на соединительных линиях установлены датчики тока (ДТ) и датчики напряжения (ДН), которые соединены с системой управления, регулирования и автоматики, а выпрямитель через устройство защиты двумя выходами соединен с автономным инвертором, который в свою очередь через устройство защиты соединен с согласующим устройством, при этом согласующее устройство соединено с антенной, причем СУРЗА соединено с выносным постом управления и понижающим выпрямителем, который своим входом соединен с третьим входом высоковольтного устройства питания генератора, а тот в свою очередь первым входом соединен с входным переключателем, а вторым входом с понижающими блоками питания, при этом на глубокопогруженном и удаленном объекте установлена буксируемая кабельная антенна, которая через антенный усилитель соединена с приемником СНЧ-КНЧ-диапазона.

Недостатками прототипа являются:

- большие мощности «n» генераторов не менее 100 кВт;

- «n» антенных устройств с «2n» плоскостными заземлителями (у каждой низкорасположенной антенны два заземлителя по концам антенны), следовательно, большая площадь земной поверхности поражена обратными токами антенны и размещение электронных средств на данной площади невозможно;

- электромагнитное поле, создаваемое «n» антенными устройствами, поражает все системы на значительных расстояниях;

- экологическая опасность превышения норм ПДУ СНЧ (предельно-допустимые нормы облучения личного состава обслуживающего СНЧ станции и жителей близлежащих районов, а также растений, животных и всей среды обитания). Например, на антенне, выполненной в виде ЛЭП (линий электропередачи), подается напряжение 30 кВ, а высота подвеса антенны из-за неровностей поверхности земли достигает из-за провеса 5 метров. Следовательно, напряженность поля вдоль антенны определится Ε=(30 кВ)/(5 м)=6 кВ. Как видно, вдоль антенны напряженность поля 6 кВ, что превышает в три раза нормы ПДУ. Хотя нормы ПДУ рекомендуют пребывание не более 8 часов в зонах, где напряженность поля электрической составляющей достигает 2 кВ. Причем длина антенн зависит от скин-слоя, например на частоте 3 Гц скин-слой для σ=10^-4 См/м, будет равен $$h=1/\sqrt{2\pi \cdot f\mu \sigma }=11259\cdot м\approx 11\cdot км$$ , при двух заземлителях, чтобы не было поверхностных токов замыкания, длина антенны должна превышать 20 км. А учитывая, что для создания заданного магнитного момента необходимо «n» антенных устройств с «2n» плоскостными заземлителями, общая площадь, пораженная мощными электромагнитными полями, недопустимо огромна даже для территории России.

Таким образом, компоновка на ограниченной территории антенной системы, состоящей из «n» антенных устройств с «2n» плоскостными заземлителями с подключенными к ним 100 кВт генераторами, является опасной для данного региона, и решить проблему электромагнитной совместимости с РЭС, ЛЭП, кабельными магистралями, а также проблему экологической безопасности не представляется возможным.

Целью изобретения является:

- снижение уровня мощности генератора;

- создание антенны СНЧ-КНЧ, не оказывающей влияние на электромагнитную обстановку района размещения антенны;

- обеспечить электромагнитную совместимость с радиоэлектронными средствами, ЛЭП и кабельными магистралями, а также создание экологической безопасности для человека и окружающей среды.

Поставленная цель достигается за счет применения в системе связи сверхнизкочастотного и крайненизкочастотного диапазона с глубокопогруженными и удаленными объектами одного маломощного КНЧ-СНЧ генератора, двух заземлителей, «n» усилителей, «n» блоков системы управления для одной длинной в несколько десятков сотен километров передающей антенны с током в ней, позволяющим обеспечить заданный магнитный момент для обеспечения связи с глубокопогруженными и удаленными объектами и не оказывающим влияние на электромагнитную совместимость с радиоэлектронными средствами, ЛЭП и кабельными магистралями, а также создание условий экологической безопасности для человека и окружающей среды.

Действительно, резонансная частота f₀ сферического резонатора Земля - ионосфера - определяется как длина по экватору в 40000 км, деленная на скорость света (3·10⁸ м/с) или f₀=(40000000·м)/(3·10⁸ м/с)=7 Гц. Резонатор Земля - ионосфера - резонирует на частоте 7 Гц. Следовательно, частоты от 3 до 300 Гц могут возбуждать данный резонатор при условии, что энергия возбуждения будет достаточной. А возбужденный резонатор имеет практически одинаковую напряженность поля в любой точке земного шара. В прототипе возбуждение производится «n» генераторами мощностью 100 кВт каждый, которые создают ток в «n» рамочных антеннах. Рамка образуется током антенны в виде ЛЭП 30 кВ и обратным током в земле, протекающим между заземлителями. Известно, что для возбуждения резонатора магнитный момент антенны должен быть не менее или M≥10⁸ [А·м²]. Магнитный момент рамочной антенны определяется

$$M=\frac{I[A]\cdot \ell [м]\cdot h[м]}{\sqrt{2}}\ge {10}^8\cdot [A\cdot {м}^2]$$ ,

где I_A - ток в антенне в амперах; h - глубина протекания тока в земле, определяется следующей формулой: $$h=1/\sqrt{2\pi \cdot f\mu \sigma }$$ (π=3,14; f - частота электромагнитной волны 3-300 Гц; µ=4·π·10^-7, Гн/м; σ - проводимость земли в районе размещения антенны выбирается от 10^-4 до 10^-5 См/м); l - длина антенны в метрах.

Расчет показывает, что если ток принять равным Ι_A=1 ампер, глубину протекания обратного тока принять равной h=10 км, то длина антенны должна быть около ℓ=1000 км. Следовательно, чтобы исключить влияние тока на окружающие антенну радиоэлектронные средства (РЭС), высоковольтные линии электропередачи и кабельные магистрали, антенна должна иметь малый ток, но большую длину. Например, при использовании частоты 3 герца на данные объекты оказывается большое влияние, учитывая большую глубину проникновения через экранирующие оболочки кабелей и корпусы радиоэлектронных средств.

Таким образом, антенна СНЧ-КНЧ должна иметь большую длину для достижения заданного магнитного момента и малый ток для обеспечения ее экологической безопасности при эксплуатации, а также обеспечения электромагнитной совместимости с РЭС, кабельными магистралями, высоковольтными линиями электропередачи и инженерными сооружениями.

На Фиг. 1 представлена антенна системы связи сверхнизкочастотного и крайненизкочастотного диапазона с глубокопогруженными и удаленными объектами, где:

- 1 - передающая система, содержащая: задающий генератор 1-1, модулятор 1-2, систему управления, защиты и автоматизации 1-3, усилитель мощности 1-4, согласующее устройство 1-5, индикатор тока антенной системы 1-6, источник электрической энергии 1-7 питания передающей системы 1;

- 2₁, 2₂, 2₃, 2₄, 2₅, …, 2_N - первый, второй, третий, четвертый, пятый, …, и N преобразователи;

- 3₁, 3₂, 3₃, 3₄, 3₅, 3₆, …, 3_N - первый, второй третий, четвертый, пятый, шестой, …, и N заземлители;

- 4 - одна из N секций (любая 4₁, 4₂, 4₃, 4₄, 4₅, …, 4_N) антенной системы длиной ℓ, включенная между 2₁, 2₂, 2₃, 2₄, 2₅, …, 2_N преобразователями (как изолированный проводник длиной не более 20 км, находящийся в земле на глубине h_K или называемый подземным или подводным неэкранированным кабелем);

- ℓ - длина антенной системы СНЧ-КНЧ, состоящая из N секций 4 подземного (подводного) неэкранированного кабеля;

- h - глубина протекания обратного тока антенны $$(h=1/\sqrt{2\pi \cdot f\mu \sigma })$$ ;

- h_K - глубина прокладки подземного (подводного) неэкранированного кабеля антенной системы;

- I_A - ток в антенне (подземном кабеле) и обратный ток в земле.

На Фиг. 2 - один из N преобразователей (любой 2₁, 2₂, 2₃, 2₄, 2₅, …, 2_N):

- 4 - секция антенной системы (подземного или подводного неэкранированного кабеля), любая 4₁, 4₂, 4₃, 4₄, 4₅, …, 4_N;

- 5 - источник электрической энергии;

- 6 - информационный трансформатор;

- 7 - силовой трансформатор;

- 8 - первый усилитель;

- 9 - интегральная цепочка;

- 10 - дифференциальная цепочка;

- 11 - второй усилитель;

- 12 - третий усилитель;

- 13 - генератор тактовых импульсов;

- 14 - модулятор;

- 15 - усилитель мощности;

- 16 - токовый трансформатор;

- 17 - регулятор мощности на входе усилителя мощности 15;

- $$I_A^{N-1}$$ - ток в N-1 секции антенны длиной 20 км;

- $$I_A^N$$ - ток в N секции антенны длиной 20 км;

- $$I_A^{N-1}-I_A^N$$ - разность токов Ν-1 секции и N секции антенной системы.

На фиг. 3 токовый трансформатор 16 содержит трехобмоточный трансформатор Тр.1, с током $$I_A^{N-1}$$ от Ν-1 секции антенной системы в первой обмотке 1, с током $$I_A^N$$ от N секции антенной системы во второй обмотке 2 токового трансформатора 16, разностный ток $$(I_A^{N-1}-I_A^N)$$ от N-1 секции антенной системы и N секции антенной системы первой 1 и второй обмоток 2, возбуждаемый в третьей обмотке 3 токового трансформатора 16.

Система связи сверхнизкочастотного и крайненизкочастотного диапазонов с глубокопогруженными и удаленными объектами, представленная на фиг. 1, содержит передающую систему 1, состоящую из: задающего генератора 1-1, модулятора 1-2, системы управления, защиты и автоматизации 1-3, усилителя мощности 1-4, согласующего устройства 1-5, индикатора тока антенны 1-6, источника тока 1-7; N преобразователей 2 (например, 2₁, 2₂, 2₃, 2₄, 2₅, …, 2_N), N заземлителей антенны (например, 3₁, 3₂, 3₃, 3₄, 3₅, 3₆, …, 3_N), N отрезков подземного неэкранированного кабеля 4_N антенной системы длиной ℓ (антенная система есть изолированный проводник, находящийся в земле, или подземный неэкранированный кабель), при этом первый вход передающей системы 1 соединен с первым входом модулятора 1-2, а второй вход модулятора 1-2 соединен с выходом задающего генератора 1-1, выход модулятора 1-2 соединен с первым входом усилителя мощности 1-4, выход системы управления, защиты и автоматизации 1-3 соединен параллельно со вторым входом усилителя мощности 1-4, с входом задающего генератора 1-1 и со вторым входом согласующего устройства 1-5, третий вход усилителя мощности 1-4 соединен с первым заземлителем антенной системы 3₁ через второй вход передающей системы 1, через вход индикатора тока антенны 1-6, выход усилителя мощности 1-4 соединен через первый вход согласующего устройства 1-5, через первый выход согласующего устройства с выходом передающей системы 1, второй выход согласующего устройства 1-5 соединен с первым входом системы управления, защиты и автоматизации 1-3, второй вход системы управления, защиты и автоматизации 1-3 соединен с выходом индикатора тока антенны 1-6, источник тока 1-7 соединен параллельно с входами блоков 1-1, 1-2, 1-3, 1-4, 1-5 их электроснабжения в передающей системе 1; выход передающей системы 1 соединен через первый отрезок подземного кабеля 4₁ антенной системы с входом первого преобразователя 2₁, первый выход первого преобразователя 2₁ соединен с помощью второго отрезка подземного кабеля 4₂ антенной системы с входом второго преобразователя 2₂, а второй выход первого преобразователя 2₁ соединен со вторым заземлителем 3₂ антенной системы; выход второго преобразователя 2₂ соединен через третий отрезок подземного кабеля 4₃ антенной системы с входом третьего преобразователя 2₃, а второй выход второго преобразователя 2₂ соединен с третьим заземлителем 3₃ антенной системы; выход третьего преобразователя 2₃ соединен через четвертый отрезок подземного кабеля 4₄ антенной системы с входом четвертого преобразователя 2₄, а второй выход третьего преобразователя 2₃ соединен с четвертым заземлителем 3₄ антенной системы; выход четвертого преобразователя 2₄ соединен через пятый отрезок подземного кабеля 4₅ антенной системы с входом пятого преобразователя 2₅, а второй выход четвертого преобразователя 2₄ соединен с пятым заземлителем 3₅ антенной системы; выход пятого преобразователя 2₅ соединен через шестой отрезок подземного кабеля 4₆ антенной системы с входом шестого преобразователя 2₆, а второй выход пятого преобразователя 2₅ соединен с шестым заземлителем 3₆ антенной системы; таким образом обеспечивается соединение последующих преобразователей с последующими отрезками кабелей в антенной системе; выход N-1 преобразователя 2_N-1 соединен через N отрезок подземного кабеля 4_N антенной системы с входом N преобразователя 2_N, а второй выход N-1 преобразователя 2_N соединен с N заземлителем 3_N антенной системы; выход преобразователя 2_N соединен с N заземлителем 3_N антенной системы.

Один из N преобразователей 2_N (любой 2₁, 2₂, 2₃, 2₄, 2₅, …, 2_N) на фиг. 2 содержит: подземный кабель 4 секции антенной системы, источник электрической энергии питания 5 блоков преобразователя 2_N, информационный трансформатор Тр.И 6, силовой трансформатор Тр.С 7, первый усилитель 8, интегральную цепочку 9, второй вентиль В.2, дифференциальную цепочку 10, первый вентиль В.1, второй усилитель 11, третий усилитель 12, генератор тактовых импульсов 13, модулятор 14, усилитель мощности 15, токовый трансформатор 16, регулятор мощности 17 на входе усилителя мощности 15, $$I_A^{N-1}$$ - ток в Ν-1 секции антенны системы длиной до 20 км; $$I_A^N$$ - ток в N секции антенны системы длиной до 20 км; $$I_A^{N-1}-I_A^N$$ - разность токов N-1 секции антенны и N секции антенны, при этом вход N-1 отрезка подземного кабеля 4 секции антенной системы соединен через первичную обмотку информационного трансформатора (Тр.И) 6 с первым входом токового трансформатора 16 и через первый выход токового трансформатора 16 со вторым выходом преобразователя 2_N, вторичная обмотка 2 информационного трансформатора (Тр.И) 6 соединена через первый усилитель 8 параллельно с входом интегральной цепочки 9 и с входом дифференциальной цепочки 10; выход дифференциальной цепочки соединен с первым входом усилителя мощности 15 через первый вентиль В.1, через второй усилитель 11, через генератор тактовых импульсов 13, через первый вход модулятора 14; выход интегрирующей цепочки 9 соединен через второй вентиль В.2, через третий усилитель 12 со вторым входом модулятора 14; второй выход токового трансформатора 16 через регулятор мощности 17 соединен со вторым входом усилителя мощности 15; выход усилителя мощности 15 соединен с первичной обмоткой 1 силового трансформатора (Тр.С) 7; вторичная обмотка 2 силового трансформатора (Тр.С) 7 соединена клеммой «а» со вторым входом токового трансформатора 16, а клеммой «в» через первый выход преобразователя 2_N с входом N отрезка подземного кабеля 4₂ секции антенной системы.

На фиг. 3 токовый трансформатор 16 содержит трехобмоточный трансформатор Тр.1, при этом первый вход токового трансформатора 16 через первую обмотку 1 трехобмоточного трансформатора Тр.1 соединен с клеммой «а», второй вход токового трансформатора 16 через вторичную обмотку 2 трехобмоточного трансформатора Тр.1 соединен с клеммой «а», второй выход токового трансформатора 16 через третью обмотку 3 трехобмоточного трансформатора Тр.1 соединен с клеммой «а», клемма «а» соединена с первым выходом токового трансформатора 16; с током $$I_A^{N-1}$$ от N-1 секции подземного кабеля 4₁ антенной системы в первичной обмотке, втекаемым через первый вход на выход токового трансформатора 16 к заземлителю 3_N, с током $$I_A^N$$ в N секции подземного кабеля 4₂ антенной системы, протекаемым во второй обмотке 2 токового трансформатора 16, втекаемый через первый выход от заземлителя 3_N разностный ток $$I_A^{N-1}-I_A^N$$ от N-1 секции антенны и N секции антенны первой 3 и второй обмоток 2 возбуждается в третьей обмотке 3 токового трансформатора 16.

Принцип действия системы связи сверхнизкочастотного и крайненизкочастотного диапазонов с глубокопогруженными и удаленными объектами состоит в следующем.

Система связи на берегу содержит антенную систему (фиг. 1), представляющую один подземный протяженный изолированный от земли, как проводящей среды, проводник длиной ℓ. Этот протяженный проводник разделен на N секций, последовательно включенных между собой. Соседние секции, из N секций, между собой соединены через преобразователь 2_N, из N преобразователей в антенной системе, каждый из N преобразователей соединен с собственным заземлителем 3_N из N заземлителей. Передающая система 1, состоящая из задающего генератора 1-1, модулятора 1-2, системы управления, защиты и автоматизации 1-3, усилителя мощности 1-4, согласующего устройства 1-5, индикатора тока антенны 1-6, источника тока 1-7, предназначена создать в антенной системе заданный ток, соответствующий требуемому значению магнитного момента антенны на частоте излучения. Причем передающая система 1 имеет задающий генератор 1-1, который перестраивается в зависимости от частоты передачи, и модулятор 1-2, на который поступает по первому входу передающей системы 1 и второму входу модулятора 1-2 необходимая информация для модулирования заданной частоты задающего генератора 1-1, поступающего по его первому входу. Модулированный сигнал на выходе модулятора 1-2 поступает на первый вход усилителя мощности 1-4, последний обеспечивает на своем выходе заданный ток на выходе передающей системы 1 в первой секции 4 антенной системы, причем согласование выходных параметров усилителя мощности 1-4 с первой секцией 4 антенной системы на рабочей частоте осуществляется через первый вход согласующего устройства 1-5. Контроль параметров согласования тока, поступающего в первую секцию 4₁ антенной системы, осуществляется в согласующем устройстве 1-5, данные по параметрам согласования, частоте и величине тока через согласующее устройстве 1-5 поступают по первому входу в систему управления, защиты и автоматизации 1-3. Одновременно, контролируется ток, поступающий от заземлителя 3₁ через второй вход передающей системы 1 через первый выход индикатора тока антенной системы 1-6 на третий вход усилителя мощности 1-4, данные о токе заземлителя 3₁ через второй выход индикатора тока антенной системы 1-6 поступают на второй вход системы управления, защиты и автоматизации 1-3. По току заземлителя 3₁ системы управления, защиты и автоматизации 1-3 осуществляется контроль работы всей антенной системы ее элементов: преобразователей 2_N, заземлителей 3_N и N секций, отрезков подземного неэкранированного кабеля 4_N: определяется точность настройки антенной системы «Системы связи…» по величине тока, по частоте и по искаженности информации. Регулировка передающей системы 1 осуществляется через выход системы управления, защиты и автоматизации 1-3 для задающего генератора 1-1 через его вход, для усилителя мощности 1-4 через его второй вход и согласующее устройство 1-5 через его второй вход.

Таким образом, передающая система 1 задает параметры для работы всей антенной системы. Так параметры тока по частоте, модуляции и уровню, поступающего на выходе передающей системы 1 и протекающего по первой секции 4₁ кабеля антенной системы, должен быть восстановлен каждым из N преобразователей. Следовательно, ток, втекаемый в заземлитель 3_N, должен быть равен току первой секции 4₁ подземного кабеля. Достигается это работой преобразователей 2_N, принцип работы преобразователей идентичен и представлен блок-схемой на фиг. 2.

Прием и регистрация излучения, создаваемого СНЧ-КНЧ-антенной системой, осуществляются с помощью буксируемой кабельной антенны, антенного усилителя и приемника СНЧ-КНЧ-диапазона, находящихся на борту подводного объекта.

Ток передающей системы 1, пройдя первую секцию 4₁ подземного кабеля, поступает на вход первого преобразователя 2₁ (фиг. 2). С первого входа преобразователя 2₁ ток протекает по первичной обмотке 1 информационного трансформатора 6 и далее через первый вход токового трансформатора 16 и второй выход преобразователя 2₁ поступает на заземлитель 3₂. За счет взаимной индукции ток первичной обмотки информационного трансформатора 6 во вторичной его обмотке 2 наводится ЭДС, соответствующая параметрам тока в первичной обмотке 1. Эта ЭДС усиливается первым усилителем 8 и поступает параллельно на интегральную схему 9 и дифференциальную схему 10. На выходе интегральной схемы выделяется огибающая или информационная составляющая тока передающей системы 1. Эта информационная составляющая после ограничения однопериодным вентилем В.2 и усиления третьим усилителем 13, поступает на второй вход модулятора 12, чем обеспечивается модуляция напряжения генератора тактовых импульсов 13 поступающего по первому входу модулятора 14. На выходе дифференциальной схемы 10 появляются импульсы несущей частоты тока, созданного в первой секции 4₁ кабеля передающей системой 1. Первый вентиль В.1 оставляет только положительный импульс на его выходе, который после усиления вторым усилителем 11 поступает для синхронизации генератора тактовых импульсов 13, чем обеспечивается воссоздание рабочей частоты задающего генератора 1-1 передающей системы 1. Далее воссозданная рабочая частота генератором 13, пройдя модулятор 14, получает информационную составляющую. Выходной сигнал модулятора 14, соответствующий сигналу передающей системы 1, поступает на усилитель мощности 15. Высокое напряжение на выходе усилителя мощности 15 создает достаточный ток в первичной обмотке силового трансформатора 7, чтобы во вторичной его обмотке создать требуемый ток для работы второй секции 4₂ кабеля антенной системы «Системы связи…». Ток второй обмотки силового трансформатора 7 клеммой «в» соединен с первым выходом преобразователя 2₁, а первый выход преобразователя соединен со второй секцией 4₂ кабеля антенной системы, возбуждая в секции 4₂ ток. Данный ток должен быть равен току, возбуждаемому в секции 4₁ кабеля передающей системой 1. Для контроля тока в секции 4₁ кабеля клемма «а» вторичной обмотки силового трансформатора соединена со вторым входом токового трансформатора 16, а второй выход этого токового трансформатора 16 подсоединен через регулятор мощности 17 ко второму входу усилителя мощности 15, чем обеспечивается регулировка уровня мощности на выходе усилителя мощности 15.

Работа токового трансформатора 16 поясняется схемой фиг. 3. Токовый трансформатор имеет три обмотки. Через первую обмотку 1 токового трансформатора 16 протекает ток, возбужденный передающей системой 1 в первой секции $$4_1-I_A^{N-1}$$ , а во второй обмотке протекает ток $$I_A^N$$ , возбужденный преобразователем 2₁ во второй секции 4₂ кабеля антенной системы. Оба тока в первичной и вторичной обмотках направлены встречно, этим компенсируется возбужденная в них взаимоиндукция. Если токи равны $$(I_A^{N-1}=I_A^N)$$ , то в третьей обмотки наведенная ЭДС равна нулю. А если токи в первичной и вторичной обмотках не равны $$(I_A^{N-1}\#I_A^N)$$ , то возникающая разность $$(I_A^{N-1}-I_A^N)$$ взаимоиндукций наводит ЭДС в третьей обмотке токового трансформатора 16 (фиг. 3). Эта ЭДС поступает на второй выход токового трансформатора 16 и через регулятор мощности 17 изменяет мощность усилителя мощности 15 в сторону уменьшения или в сторону увеличения (фиг. 2).

Таким образом, через заземлитель 3₂ в рабочем состоянии ток не течет, так как токи первичной и вторичной обмоток в токовом трансформаторе 16 всегда подстраиваются равными по амплитуде, но противоположными по фазе, поэтому компенсируют поля, возбуждаемые друг другом. Поэтому заземлители должны быть дешевыми при строительстве. Следовательно, все заземлители при преобразователях являются не рабочими и необходимы только для настройки требуемого тока в антенной системе. Для работы используются только первый 3₁ и последний 3_N заземлители в антенной системе (фиг. 1).

Описанная работа преобразователя 2₁ является типовой для остальных преобразователей с 2₂ по 2_N, поэтому нет необходимости повторять описание их принципа действия.

В качестве проводника антенной системы можно использовать изолированный от земли кабель. Расчеты параметров изолированного проводника различного сечения представлены в таблице, приведенной ниже.

Из таблицы видно, что при длине секции подземного кабеля 25 км волновое сопротивление равно 280 Ом при токе в 10 А, напряжение в кабеле будет около 3000 В. При таком напряжении работает кабель КПК - кабель подводный коаксиальный. Если заложить производство кабеля без экрана, то его можно использовать в качестве секций в антенной системе рассмотренной «Системы связи сверхнизкочастотного и крайненизкочастотного диапазона с глубокопогруженными и удаленными объектами - 1».

Таким образом, через заземлитель 3₂ в рабочем состоянии ток не течет, так как токи первичной и вторичной обмоток в токовом трансформаторе 16 всегда подстраиваются равными по амплитуде, но противоположными по фазе, поэтому компенсируют поля, возбуждаемые друг другом. Поэтому заземлители должны быть дешевыми при строительстве. Следовательно, все заземлители при преобразователях являются не рабочими и необходимы только для настройки требуемого тока в антенной системе. Для работы используются только первый 3₁ и последний 3_N заземлители в антенной системе (фиг. 1), причем токи по всей длине антенной системы для каждой секции подземного кабеля должны быть жестко равны $$(I_A^{N-1}=I_A^N)$$ , тогда подземный кабель, все его секции работают как единый не делимый кабель и, следовательно, разрядный ток между концевыми заземлителями 3₁ и 3_N будет протекать на глубине скин-слоя для проводимости земли размещения этих заземлителей. Так на частоте 3 Гц скин-слой для σ=10^-4·См/м, будет равен $$h=1/\sqrt{2\pi \cdot f\mu \sigma }=11259\cdot м\approx 11\cdot км$$ для концевых заземлителей первого 3₁ и последнего 3_N. Глубина протекания обратного тока антенной системы будет 11 км.

Авторам неизвестны технические решения из области радиосвязи, содержащие признаки, эквивалентные отличительным признакам заявленного устройства. Авторам неизвестны технические решения из других областей техники, обладающие свойствами заявленного технического объекта изобретения. Таким образом, заявленное техническое решение, по мнению авторов, обладает критерием существенных признаков.

Изобретение относится к технике сверхнизкочастотной (СНЧ) и крайненизкочастотной (КНЧ) связи с глубокопогруженными и удаленными подводными объектами. Предложенная система связи сверхнизкочастотного и крайненизкочастотного диапазонов с глубокопогруженными и удаленными объектами содержит передающую систему, состоящую из: задающего генератора; модулятора; системы управления, защиты и автоматизации; усилителя мощности; согласующего устройства; индикатора тока антенны и источника тока, причем прием и регистрация излучения, создаваемого СНЧ-КНЧ-генераторами, осуществляются с помощью буксируемой кабельной антенны, антенного усилителя и приемника СНЧ-КНЧ-диапазона, находящихся на борту подводного объекта, отличающаяся тем, что дополнительно введены: N преобразователей, N заземлителей антенной системы, выполненной в виде протяженной прямолинейной линии состоящей из N секций, отрезков, подземного неэкранированного кабеля, антенной системы длиной l, равной несколько десятков сотен километров. Использование предложенного устройства позволит обеспечить электромагнитную совместимость передающей антенны с радиоэлектронными станциями и инженерными сооружениями и обеспечить экологическую безопасность СНЧ-КНЧ радиостанции. 2 з.п. ф-лы, 3 ил., 1 табл.

1. Система связи сверхнизкочастотного и крайненизкочастотного диапазонов с глубокопогруженными и удаленными объектами содержит передающую систему, состоящую из: задающего генератора; модулятора; системы управления, защиты и автоматизации; усилителя мощности; согласующего устройства, индикатора тока антенны и источника тока, причем прием и регистрация излучения, создаваемого СНЧ-КНЧ-генераторами, осуществляются с помощью буксируемой кабельной антенны, антенного усилителя и приемника СНЧ-КНЧ-диапазона, находящихся на борту подводного объекта, отличающаяся тем, что дополнительно введены N преобразователей, N заземлителей антенной системы, выполненной в виде протяженной прямолинейной линии, состоящей из N секций, отрезков, подземного неэкранированного кабеля, антенной системы длиной l, равной несколько десятков сотен километров, при этом первый вход передающей системы соединен с первым входом модулятора, а второй вход модулятора соединен с выходом задающего генератора, выход модулятора соединен с первым входом усилителя мощности; выход системы управления, защиты и автоматизации соединен параллельно со вторым входом усилителя мощности, с входом задающего генератора и со вторым входом согласующего устройства, третий вход усилителя мощности соединен с первым заземлителем антенной системы через второй вход передающей системы, через вход индикатора тока антенны; выход усилителя мощности соединен через первый вход согласующего устройства, через первый выход согласующего устройства с выходом передающей системы, второй выход согласующего устройства соединен с первым входом системы управления, защиты и автоматизации; второй вход системы управления, защиты и автоматизации соединен с выходом индикатора тока антенны, источник тока соединен параллельно с входами всех блоков по цепям питания и их электроснабжения в передающей системе; выход передающей системы соединен через первую секцию, или отрезок, подземного кабеля антенной системы с входом первого преобразователя, первый выход первого преобразователя соединен с помощью второй секции подземного кабеля антенной системы с входом второго преобразователя, а второй выход первого преобразователя соединен со вторым заземлителем антенной системы; выход второго преобразователя соединен через третью секцию подземного кабеля антенной системы с входом третьего преобразователя, а второй выход второго преобразователя соединен с третьим заземлителем антенной системы; выход третьего преобразователя соединен через четвертую секцию подземного кабеля антенной системы с входом четвертого преобразователя, а второй выход третьего преобразователя соединен с четвертым заземлителем антенной системы; выход четвертого преобразователя соединен через пятую секцию, или отрезок, подземного кабеля антенной системы с входом пятого преобразователя, а второй выход четвертого преобразователя соединен с пятым заземлителем антенной системы; выход пятого преобразователя соединен через шестую секцию подземного кабеля антенной системы с входом шестого преобразователя, а второй выход пятого преобразователя соединен с шестым заземлителем антенной системы; таким образом, обеспечивается последовательное соединение преобразователей N через N секций кабелей в протяженную прямолинейную антенную систему при одном заземлителе в каждом из N преобразователей; выход N-1 преобразователя соединен через N секцию подземного кабеля антенной системы с входом N преобразователя, а второй выход N-1 преобразователя соединен с N заземлителем антенной системы; выход N преобразователя соединен с N заземлителем антенной системы; обратный ток земли соединяет N заземлитель с первым заземлителем антенной системы.

2. Система связи по п. 1, отличающаяся тем, что каждый из N преобразователей выполнен идентично и содержит: секцию подземного кабель длиной, не превышающей 20 км в антенной системе, источник электрической энергии питания каждого из блоков по цепям питания преобразователя, информационный трансформатор, силовой трансформатор, первый усилитель, интегральную цепочку (схему), второй вентиль В.2, дифференциальную цепочку, первый вентиль В.1, второй усилитель, третий усилитель, генератор тактовых импульсов, модулятор, усилитель мощности, токовый трансформатор, регулятор мощности на входе усилителя мощности, - ток в N-1 секции антенны системы длиной до 20 км; - ток в N секции антенны системы длиной до 20 км; - разность токов N-1 секции антенны и N секции антенны, при этом вход N-1 секции подземного кабеля антенной системы соединен через первичную обмотку информационного трансформатора с первым входом токового трансформатора и через первый выход токового трансформатора со вторым выходом преобразователя N, вторичная обмотка информационного трансформатора соединена через первый усилитель параллельно с входом интегральной цепочки и с входом дифференциальной цепочки; выход дифференциальной цепочки соединен с первым входом усилителя мощности через первый вентиль В.1, через второй усилитель, через генератор тактовых импульсов, через первый вход модулятора; выход интегрирующей цепочки соединен через второй вентиль В.2, через третий усилитель со вторым входом модулятора; второй выход токового трансформатора через регулятор мощности соединен со вторым входом усилителя мощности; выход усилителя мощности соединен с первичной обмоткой силового трансформатора; вторичная обмотка силового трансформатора соединена через клемму "а" со вторым входом токового трансформатора, а клеммой "в" через первый выход N преобразователя с входом N отрезка подземного кабеля секции антенной системы.

3. Система связи по п. 2, отличающаяся тем, что каждый из N токовых трансформаторов содержит трехобмоточный трансформатор, при этом первый вход токового трансформатора через первую обмотку трехобмоточного трансформатора соединен с клеммой "а", второй вход токового трансформатора через вторичную обмотку трехобмоточного трансформатора соединен с клеммой "а", второй выход токового трансформатора через третью обмотку трехобмоточного трансформатора соединен с клеммой "а", клемма "а" является "земляным проводом", который соединен с первым выходом токового трансформатора, и заземлена на заземлитель собственный у каждого преобразователя; ток от N-1 секции подземного кабеля антенной системы протекает по первичной обмотке через первый вход на выход токового трансформатора к заземлителю 3_N, ток в N секции подземного кабеля антенной системы протекает по второй обмотке токового трансформатора и втекает через первый выход от заземлителя, разностный ток от N-1 секции и N секции антенны первой и второй обмоток возбуждается в третьей обмотке токового трансформатора.