СИСТЕМА СВЯЗИ СВЕРХНИЗКОЧАСТОТНОГО И КРАЙНЕНИЗКОЧАСТОТНОГО ДИАПАЗОНА С ГЛУБОКОПОГРУЖЕННЫМИ И УДАЛЕННЫМИ ОБЪЕКТАМИ Российский патент 2017 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 генераторов 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 - является 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: , 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 Сименс на метр. 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.

Известна «Система связи сверхнизкочастотного и крайненизкочастотного диапазона с глубокопогруженными и удаленными объектами» по заявке 2014132320 от 05.08.2014 г., которая содержит один маломощный КНЧ-СНЧ генератор, два заземлителя, «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 оказывать влияние на электромагнитную совместимость с радиоэлектронными средствами, ЛЭП и кабельными магистралями, а также создание условий экологической безопасности для человека и окружающей среды. Однако такая система имеет следующие недостатки:

- не позволяет выполнить общую длину в несколько десятков сотен километров из-за естественных преград в виде рек, озер, возвышенностей, населенных пунктов и др.

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 датчика 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.

Недостатки 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 технические и инженерные 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 растения, животные и вся среда обитания). Например, на антенне, выполненной в виде ЛЭП (линий электропередачи) подается напряжение 30 кВ, а высота подвеса антенны при неровности поверхности земли достигает провеса 5 метров. Следовательно, напряженность поля вдоль антенны определится Е=(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 , 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 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 и экологической безопасности не представляется возможным.

Целью изобретения является:

- снижение уровня мощности сосредоточенного генератора в одной точке антенны;

- создание антенны СНЧ-КНЧ, не оказывающий влияние на электромагнитную обстановку района размещения антенны за счет рассредоточенных по длине антенны в несколько сотен километров маломощных генераторов;

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

- обеспечить природную и топологическую совместимость многокилометровой антенной системы с реками, озерами, возвышенностями и населенными пунктами.

Поставленная цель достигается за счет применения в «Системе связи сверхнизкочастотного и крайненизкочастотного диапазона с глубокопогруженными и удаленными объектами» передающей антенны длиной в несколько десятков сотен километров L_{АНТЕННЫ}, выполненную из «n» дипольных источников длиной l_ДИПОЛЯ, каждый из «n» дипольных источников соединен с двумя заземлителями и собственным маломощным КНЧ-СНЧ генератором, синхронизируемым блоком управления через радиоканал радиорелейной связи. Малый ток в «n» излучающих диполях передающей антенны, позволяет обеспечить заданный магнитный момент для обеспечения связи с глубоко-погруженными и удаленными объектами и исключить влияние на электромагнитную совместимость с радиоэлектронными средствами, ЛЭП и кабельными магистралями за счет рассредоточенных по длине антенны в несколько сотен километров маломощных генераторов, а также создание условий экологической безопасности для человека и окружающей среды, кроме того, обеспечить природную и топологическую совместимость многокилометровой антенной системы с реками, озерами, возвышенностями и населенными пунктами путем построения антенны передающей как «n» последовательно размещенных на поверхности земли типовых дипольных источников.

Действительно, резонансная частота сферического резонатора Земля - ионосфера определяется как длина по экватору в 40000 км деленная на скорость света (3⋅10⁸ м/с) или =(40000000⋅км)/(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, протекаемым между заземлителями. Известно, что для возбуждения резонатора магнитный момент антенны должен быть не менее или M≥10⁸⋅[A⋅м²]. Магнитный момент рамочной антенны определяется

,

где I_A - ток в антенне в Амперах; h_тока - глубина протекания тока в земле, определяется следующей формулой: (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_{АНТЕННЫ} - длина антенны в метрах.

Расчет показывает, что если ток каждого из N диполей принять равным ампер, а глубину протекания обратного тока I_ОБ принять равной h_тока=10 км, то длина передающий антенны, состоящая из суммы дипольных источников, должна быть около L_{АНТЕННЫ}=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, влияние частот 3 герц очень сильно сказывается, учитывая большую глубину проникновения через экранирующие оболочки кабелей и корпуса радиоэлектронных средств.

Таким образом, передающая 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, кроме того, обеспечение природной, топологической совместимости трассы многокилометровой антенной системы с реками, озерами, возвышенностями и населенными пунктами достигается путем построения антенны передающей в виде типовых дипольных источников представленных на фиг. 1.

На фиг. 1 представлена передающая антенна «Система связи сверхнизкочастотного и крайненизкочастотного диапазона с глубокопогруженными и удаленными объектами», где:

- 1 - блок управления передающей антенной сверхнизкочастотного и крайненизкочастотного диапазонов;

- 2₁, 2₂, 2₃, …, 2_N - первая, вторая, третья, …, и N-ая радиостанции радиорелейной связи;

- 3₁, 3₂, 3₃, …, 3_N - первый, второй, третий, …, и N-ый преобразователи;

- 4₁, 4₂, 4₃, …, 4_N - первый, второй третий, …, и N-ый заземлители;

- Тр.1, Тр.2, …, Tp.N - двухобмоточные трансформаторы источника энергии в каждом из N дипольных источников;

- - величина тока дипольного источника;

- I_ОБ - обратный ток, протекаемый на глубине скин-слоя ();

- h_{ГЛУБИНА} - глубина прокладки антенны в поверхностном слое земли;

- h_тока - глубина протекания обратного тока в земле равная скин-слою для данного дипольного источника или ;

- L_{АНТЕННЫ} - длина передающей антенны, как сумма всех N дипольных источников;

- диполя - длина каждого из N дипольных источников.

На фиг. 2 блок управления передающей антенной сверхнизкочастотного и крайненизкочастотного диапазонов, где:

- 1-1 - пульт управления каналами несущей частоты, информацией и метода передачи информации (например, широтный импульсный, частотный и другие);

- 1-2 - задающий генератор рабочей частоты излучения передающей антенны;

- 1-3 - первый усилитель;

- 1-4 - блок информационного канала;

- 1-5 - второй усилитель;

- 1-6 - передающее каналообразующее устройство (вторичная сеть);

- 1-7 - индикатор работы каждого из N дипольных источников;

- 1-8 - приемное каналообразующее устройство (вторичная сеть);

- 1-9 - источник питания.

На фиг. 3 каждый с первого по N-ый преобразователь дипольного источника 3_N содержит блоки, где:

- 3-1 - приемное каналообразующее устройство (вторичная сеть);

- 3-2 - задающий генератор рабочей частоты излучения дипольного источника;

- 3-3 - информационный блок;

- 3-4 - модулятор;

- 3-5 - усилитель мощности;

- 3-6 - линия задержки;

- 3-7 - индикатор мощности на выходе преобразователя;

- 3-8 - передающее каналообразующее устройство;

- 3-9 - источник питания.

«Система связи сверхнизкочастотного и крайненизкочастотного диапазонов с глубокопогруженными и удаленными объектами» представленная на фиг. 1 содержит передающую антенну длиной L_{АНТЕННЫ} состоящую: из блока управления передающей антенной сверхнизкочастотного и крайненизкочастотного диапазонов - 1; первой, второй, третьей, …, и N-ой радиостанций радиорелейной связи - 2₁, 2₂, 2₃, …, 2_N; первого, второго, третьего, …, и N-ого преобразователей - 3₁, 3₂, 3₃, …, 3_N; первого, второго, третьего, …, и N-ого заземлителей - 4₁, 4₂, 4₃, …, 4_N; двухобмоточного трансформатора источника энергии в каждом из N дипольных источников - Tp.1; N дипольных источников длиной каждый в виде отрезка подземного неэкранированного кабеля, прокладываемого в поверхностном слое на глубине h_{ГЛУБИНА} и питаемого двухобмоточным трансформатором Тр.1 в средней части длины дипольного источника, при этом выход блока управления передающей антенной сверхнизкочастотного и крайненизкочастотного диапазонов 1 соединен с входом первой радиорелейной станцией 2₁, выход первой радиорелейной станции 2₁ соединен с входом блока управления передающей антенной сверхнизкочастотного и крайненизкочастотного диапазонов 1; дуплексный радиоканал через воздушную среду соединяет первую радиорелейную станцию 2₁ со второй радиорелейной станцией 2₂, выход второй радиорелейной станцией 2₂ соединен параллельно с входом первого преобразователя 3₁ и с входом третьей радиорелейной станцией 2₃, выход третьей радиорелейной станцией 2₃ соединен с входом второй радиорелейной станцией 2₂, первый выход первого преобразователя 3₁ соединен с клеммой «а» первичной обмотки двухобмоточного трансформатора Тр.1, клемма «б» первичной обмотки двухобмоточного трансформатора Тр.1 заземлена, клемма «с» вторичной обмотки двухобмоточного трансформатора Тр.1 соединена с первым заземлителем 4₁ через отрезок подземного неэкранированного кабеля длиной равной половине длины первого дипольного источника , прокладываемого в поверхностном слое на глубине h_{ГЛУБИНА}, клемма «д» вторичной обмотки двухобмоточного трансформатора Тр.1 соединена со вторым заземлителем 4₂ через отрезок подземного неэкранированного кабеля длиной равной половине длины первого дипольного источника (_ДИПОЛЯ/2), прокладываемого в поверхностном слое на глубине h_{ГЛУБИНА}, второй выход первого преобразователя 3₁ соединен со входом второй радиорелейной станцией 2₂; дуплексный радиоканал через воздушную среду соединяет третью радиорелейную станцию 2₃ с четвертой радиорелейной станцией 2₄, выход четвертой радиорелейной станцией 2₄ соединен параллельно с входом второго преобразователя 3₂ и с входом пятой радиорелейной станцией 2₅, выход пятой радиорелейной станцией 2₅ соединен с входом четвертой радиорелейной станцией 2₄, первый выход второго преобразователя 3₂ соединен с клеммой «а» первичной обмотки второго двухобмоточного трансформатора Тр.2, клемма «б» первичной обмотки второго двухобмоточного трансформатора Тр.2 заземлена, клемма «с» вторичной обмотки второго двухобмоточного трансформатора Тр.2 соединена с третьим заземлителем 4₃ через отрезок подземного неэкранированного кабеля длиной равной половине длины второго дипольного источника (_ДИПОЛЯ/2), прокладываемого в поверхностном слое на глубине h_{ГЛУБИНА}, клемма «д» вторичной обмотки второго двухобмоточного трансформатора Тр.2 соединена с четвертым заземлителем 4₄ через отрезок подземного неэкранированного кабеля длиной равной половине длины второго дипольного источника (_ДИПОЛЯ/2), прокладываемого в поверхностном слое на глубине h_{ГЛУБИНА}, второй выход второго преобразователя 3₂ соединен со входом четвертой радиорелейной станцией 2₄; дуплексный радиоканал через воздушную среду соединяет N-1 радиорелейную станцию 2_N-1 с N-ой радиорелейной станцией 2_N, выход N-ой радиорелейной станцией 2_N соединен с входом N-ого преобразователя 3_N, первый выход N-ого преобразователя 3_N соединен с клеммой «а» первичной обмотки N-ого двухобмоточного трансформатора Tp.N, клемма «б» первичной обмотки N-ого двухобмоточного трансформатора Tp.N заземлена, клемма «с» вторичной обмотки N-ого двухобмоточного трансформатора Tp.N соединена с N-1 заземлителем 4_N-1 через отрезок подземного неэкранированного кабеля длиной равной половине длины N дипольного источника (_ДИПОЛЯ/2), прокладываемого в поверхностном слое на глубине h_{ГЛУБИНА}, клемма «д» вторичной обмотки N-ого двухобмоточного трансформатора Tp.N соединена с N-ым заземлителем 4_N через отрезок подземного неэкранированного кабеля длиной равной половине длины N дипольного источника (_ДИПОЛЯ/2), прокладываемого в поверхностном слое на глубине h_{ГЛУБИНА}, второй выход N преобразователя 3_N соединен со входом N-ой радиорелейной станцией 2_N.

На фиг. 2 блок управления передающей антенной сверхнизкочастотного и крайненизкочастотного диапазонов содержащий пульт управления каналами несущей частоты, информацией и метода передачи информации 1-1, задающий генератор рабочей частоты излучения передающей антенны 1-2; первый усилитель 1-3, блок информационного канала 1-4, второй усилитель 1-5, передающее каналообразующее устройство (вторичная сеть) 1-6, индикатор работы каждого из N дипольных источников 1-7, приемное каналообразующее устройство (вторичная сеть) 1-8; источник питания 1-9, при этом пульт управления каналами несущей частоты, информацией и метода передачи информации 1-1 соединен первым выходом с входом задающего генератора рабочей частоты излучения передающей антенны 1-2, выход задающего генератора рабочей частоты излучения передающей антенны 1-2 соединен параллельно со вторым входом индикатора работы каждого из N дипольных источников 1-7, а через первый усилитель 1-3 с первым входом передающего каналообразующего устройства (вторичная сеть) 1-6; второй выход пульта управления каналами несущей частоты, информацией и метода передачи информации 1-1 соединен параллельно с первым входом индикатора работы каждого из N дипольных источников 1-7 и со вторым входом передающего каналообразующего устройства (вторичная сеть) 1-6; третий выход пульта управления каналами несущей частоты, информацией и метода передачи информации 1-1 соединен параллельно с третьим входом индикатора работы каждого из N дипольных источников 1-7 и через второй усилитель 1-5 с третьим входом передающего каналообразующего устройства (вторичная сеть) 1-6; выход передающего каналообразующего устройства (вторичная сеть) 1-6 соединен с выходом блока управления передающей антенной сверхнизкочастотного и крайненизкочастотного диапазонов 1; вход блока управления передающей антенной сверхнизкочастотного и крайненизкочастотного диапазонов 1 соединен через приемное каналообразующее устройство (вторичная сеть) 1-8 с входом индикатора работы каждого из N дипольных источников 1-7; источник питания 1-9 соединен со всеми узлами блока управления передающей антенной сверхнизкочастотного и крайненизкочастотного диапазонов 1.

На фиг. 3 каждый с первого по N-ый преобразователь дипольного источника 3_N содержит приемное каналообразующее устройство (вторичная сеть) 3-1, задающий генератор рабочей частоты излучения дипольного источника 3-2, информационный блок 3-3, модулятор 3-4, усилитель мощности 3-5, линия задержки 3-6, индикатор мощности на выходе преобразователя 3-7, передающее каналообразующее устройство 3-8, источник питания 3-8, при этом вход преобразователя дипольного источника 3_N соединен с входом приемного каналообразующего устройства (вторичная сеть) 3-1; первый выход приемного каналообразующего устройства (вторичная сеть) 3-1 соединен через задающий генератор рабочей частоты излучения дипольного источника 3-2 с первым входом модулятора 3-4; второй выход приемного каналообразующего устройства (вторичная сеть) 3-1 соединен через второй вход информационного блока 3-3 со вторым входом модулятора 3-4; третий выход приемного каналообразующего устройства (вторичная сеть) 3-1 соединен с первым входом информационного блока 3-3; выход модулятора 3-4 через первый вход усилителя мощности 3-5 через линию задержки 3-6 соединен параллельно с первым выходом преобразователя дипольного источника 3_N, а через индикатор мощности на выходе преобразователя 3-7 со вторым входом усилителя мощности 3-5; выход усилителя мощности 3-5 соединен через передающее каналообразующее устройство 3-8 со вторым выходом преобразователь дипольного источника 3_N.

Принцип действия «Системы связи сверхнизкочастотного (СНЧ) и крайненизкочастотного (КНЧ) диапазонов с глубокопогруженными и удаленными объектами» состоит в следующем. Система связи на берегу содержит антенную систему (фиг. 1), представляющую подземный протяженный изолированный от земли, как проводящей среды, проводник длиной L_{АНТЕННЫ}. Этот протяженный проводник разделен на N дипольных источников длинной каждый, независимо работающих друг от друга, но по общей программе, задаваемой из единого центра блоком управления передающей антенной сверхнизкочастотного и крайненизкочастотного диапазонов - 1 для всех N дипольных источников с использованием радиорелейного канала, как принадлежность каждого дипольного источника. Глубина прокладки изолированного кабеля в грунте соответствует условиям грунта и равна h_{ГЛУБИНА}.

На основании фиг. 1 блоком управления передающей антенной СНЧ и КНЧ диапазонов - 1 задается программа работы на излучения передающей антенне, которая состоит из N дипольных источников. Причем трасса всех N дипольных источников прямолинейна с отклонениями связанными с преодолением препятствий: водных преград, населенных пунктов, горных особенностей. Учитывая, что длина волны в самом верхнем диапазоне на 300 Гц составляет 1000 км, отклонения от прямолинейности трассы в пределах 10, …, 50 км не окажет влияние на диаграмму направленности рамочной антенны, которой представляются все дипольные источники. Дипольные источники электромагнитного поля КНЧ и СНЧ диапазонов используют землю в качестве обратного провода, в котором протекает I_ОБ обратный ток на глубинескин-слоя (), как цепи для протекания антенного тока диполей. Диаграмма направленности антенны в пределах 60° формируется суммарным током всех N дипольных источников.

Управление излучением передающей антенны, состоящей из N дипольных источников осуществляется с пульта управления каналами несущей частоты, информацией и метода передачи информации 1-1 блок управления передающей антенной 1 (фиг. 2). С пульта управления 1-1 задается рабочая частота, поступает информация и метод кодирования при модуляции несущей частоты. В современных условиях развития технических средств и методов доведения информации до потребителя существует много методов реализации информационных преобразований. Однако, учитывая очень низкие частоты возможна передача данных при кодировании следующими методами: частотный и широтно-импульсный. Поэтому с пульта управления 1-1 задается режим кодирования по его второму выходу на второй вход передающего каналообразующего устройства (вторичная сеть) 1-6. По первому выходу пульта управления 1-1 определяется код рабочей частоты f_РАБ настройки задающего генератора рабочей частоты излучения передающей антенны 1-2. Рабочая частота f_РАБ задающего генератора 1-2 поступает через первый усилитель 1-3 на первый вход передающего каналообразующего устройства (вторичная сеть) 1-6, и далее, по каналам радиорелейной связи (фиг. 1) для настройки задающих генераторов рабочей частоты излучения дипольных источников 3-2 (фиг. 3). Работа каждого из N задающих генераторов рабочей частоты излучения дипольных источников 3-2 контролируется в блоке контроля рабочих частот возбуждаемых в каждом преобразователе дипольного источника 3_N за счет сравнения частоты по второму входу индикатора работы каждого из N дипольных источников 1-7 с частотой задающего генератора в блоке управления рабочей частоты излучения передающей антенны 1-2 (фиг. 2).

По третьему выходу пульта управления каналами несущей частоты, информацией и метода передачи информации 1-1 в блоке управления передающей антенной сверхнизкочастотного и крайненизкочастотного диапазонов (фиг. 2) поступает команда о начале передачи информации с информационного блока 1-4. Информация поступает для передачи по радиоканалам СНЧ и КНЧ через передающую антенну (фиг. 1). Эта информация поступает с выхода информационного блока 1-4 на вход второго усилителя 1-5 и, через него на третий вход передающего каналообразующего устройства 1-6 и далее на выход блока управления передающей антенной 1 с последующей передачей по радиоканалам радиорелейной связи на вход преобразователя 3_N (фиг. 1 и фиг. 3). Параллельно с выхода информационного блока 1-4 информация поступает на третий вход индикатора работы каждого из N дипольных источников 1-7 (фиг. 2), где сравнивается с информацией, поступающей по входу блок управления передающей антенной СНЧ и КНЧ диапазонов через приемное каналообразующее устройство 1-8, таким образом, обеспечивается контроль передаваемой информации каждым из N дипольных источников за счет использования обратной связи в каналах радиорелейных. Источник питания 1-9 может быть выполнен использованием стационарных солнечных батарей, учитывая, что передающая антенна образуется как сумма маломощных дипольных источников и располагается в удаленных от населенных пунктов районах.

По каналам радиорелейной связи 2₁, 2₂, 2₃, 2₄, 2₅, …, 2_N (фиг. 1) данные по частоте, методу кодировании и информации поступают от блока управления передающей антенной 1 (фиг. 2) на каждый из N преобразователей дипольных источников с первого 3₁ по N-ый - 3_N. Результаты работы преобразователей в виде данных по частоте, методу кодировании и информации поступают в блок управления передающей антенной 1 по обратным каналам радиорелейной связи, для их обработки и доведения работы всей длинны передающей антенны в требуемый режим. Таким образом, обратный канал радиорелейной связи позволяет синхронизировать работу всех дипольных источников и представлять антенную систему как единую излучающую систему.

Поступающая информация по режиму работы каждого из блока управления передающей антенной 1 с первого по N-ый (3_N) преобразователей позволяет провести настройку каждого преобразователя в рабочий режим по данным блока управления передающей антенной 1. Так по входу преобразователя, например, 3_N (фиг. 3) поступают данные по частоте, методу кодировании и информации через приемное каналообразующее устройство 3-1, последнее обеспечивает разделение данных по трем своим выходам. По первому выходу приемного каналообразующего устройства 3-1 поступает рабочая частота f_РАБ (возможно код рабочей частоты) для запуска задающего генератора рабочей частоты f_РАБ излучения дипольного источника 3-2. По второму выходу приемного каналообразующего устройства 3-1 поступает информация на второй вход информационного блока 3-3. Одновременно по первому входу информационного блока 3-3 поступает информация о методе кодирования через третий выход приемного каналообразующего устройства 3-1. Информационный блок 3-3 кодирует информацию по заданному коду и на выходе обеспечивает модуляцию рабочей частоты f_РАБ по второму входу модулятора 3-4, по первому входу которого поступает рабочая частота f_РАБ с выхода генератора 3-2. Таким образом, сформирован радиосигнал излучения, т.е. рабочая частота, модулированная информационными данными по закону кодирования. С выхода модулятора 3-4 радиосигнал поступает на усилитель мощности 3-5, коэффициент усиления которого контролируется через второй вход усилителя мощности 3-5 обратной связью напряжением с первого выхода преобразователя дипольного источника 3_N через индикатор мощности на выходе преобразователя 3-7. Выход усилителя мощности 3-5 соединен параллельно через линию задержки 3-6 с первым выходом преобразователя дипольного источника 3_N, а через передающее каналообразующее устройство 3-8 со вторым выходом преобразователя дипольного источника 3_N. Линия задержки 3-6 обеспечивает согласованный режим для тока всех дипольных источников. Настройку линий задержки 3-6 в каждом дипольном излучателе производят на стадии разработки проекта по параметрам соотношения скорости распространения электромагнитного поля в воздушной среде и в передающей антенне. Это соотношение будет влиять на диаграмму направленности передающей антенны, приводя ее из поперечного излучения к продольному. Источник питания 3-9 может быть выполнен использованием стационарных солнечных батарей, учитывая, что передающая антенна образуется как сумма маломощных дипольных источников и располагается в удаленных от населенных пунктов районах.

Первый выход преобразователя дипольного источника, например, 3₁ соединен с клеммой «а» первичной обмотки двухобмоточного трансформатора Тр.1, а клемма «б» этой обмотки заземлена (фиг. 1). Вторичная обмотка двухобмоточного трансформатора включена в среднюю часть дипольного источника длиной _ДИПОЛЯ. При этом клемма «с» вторичной обмотки двухобмоточного трансформатора Тр.1 соединена с первым заземлителем 4₁ через отрезок подземного неэкранированного кабеля длиной равной половине длины первого дипольного источника (_ДИПОЛЯ/2), прокладываемого в поверхностном слое на глубине h_{ГЛУБИНА}, клемма «д» вторичной обмотки двухобмоточного трансформатора Тр.1 соединена со вторым заземлителем 4₂ через отрезок подземного неэкранированного кабеля длиной равной половине длины первого дипольного источника (_ДИПОЛЯ/2), прокладываемого в поверхностном слое на глубине h_{ГЛУБИНА}. Энергия электрического тока сформированного на выходе преобразователя 3₁ протекая по первичной обмотки Тр.1, возбуждает электрический ток во вторичной обмотки трансформатора Тр.1. Этот ток протекает по рамке, образованной электродвижущей силой вторичной обмотки Тр.1 между клеммами «с-д» дипольным источником. Ток течет от клеммы «с» через отрезок подземного кабеля длиной _ДИПОЛЯ/2 до заземлителя 4₁, далее в земной среде на глубине скин-слоя к заземлителю 4₂ и далее от заземлителя 4₂ по отрезку подземного кабеля длиной к клемме «д». Таким образом, возбуждается ток во всех дипольных источниках собственным для каждого диполя преобразователем.

Одновременно второй выход первого преобразователя 3₁ (фиг. 1) соединен со входом второй радиорелейной станцией 2₂ дуплексный радиоканал через воздушную среду соединяет радиорелейную станцию 2₂ с первой радиорелейной станцией 2₁, чем обеспечивается передача параметров излучения первого дипольного источника на блока управления передающей антенной 1. Подобным образом происходит возбуждение всех дипольных источников передающей антенны и контроль их по параметрам излучения.

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,

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 рассмотренной антенной системе - «Системе связи сверхнизкочастотного и крайненизкочастотного диапазона с глубокопогруженными и удаленными объектами»

Таким образом, можно определить глубину протекания тока равную скин-слою для установленной проводимости земли размещения заземлителей и минимальное расстояние между заземлителями. Так на частоте 3 Гц скин-слой для σ=10^-4⋅См/м, будет равен Следовательно расстояние между заземлителями в каждом дипольном источнике должно превышать двойную сумму скин-слоя, т.е. значительно больше 22 километров. При этом, 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 техничего объекта изобретения. Таким образом, заявленное техническое решение, по мнению авторов, обладает критерием существенных признаков.

Изобретение относится к технике связи и может использоваться в системах связи сверхнизкочастотного и крайненизкочастотного диапазона с глубокопогруженными и удаленными объектами. Технический результат состоит в обеспечении электромагнитной совместимости системы связи с РЭС, линиями электропередачи, кабельными линиями связи, инженерными сооружениями и создание условий экологической безопасности в районе размещения антенной системы. Для этого система связи 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 и КНЧ генераторами, осуществляются с помощью буксируемой кабельной антенны, антенного усилителя и приемника СНЧ и КНЧ диапазона, находящихся на борту подводного объекта, дополнительно введены N преобразователей, 2N заземлителей антенной системы, выполненной в виде протяженной прямолинейной линии длиной несколько десятков сотен километров. 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 и КНЧ генераторами, осуществляются с помощью буксируемой кабельной антенны, антенного усилителя и приемника СНЧ и КНЧ диапазона, находящихся на борту подводного объекта, отличающаяся тем, что дополнительно введены N преобразователей, 2N заземлителей антенной системы, выполненной в виде протяженной прямолинейной линии длиной L_{АНТЕННЫ}, равной нескольким десяткам сотен километров, представляющих систему из N отрезков, называемых дипольными источниками длиной и прокладываемых в поверхностном слое на глубине h_{ГЛУБИНА}, первой, второй, третьей, … и N-й радиостанций радиорелейной связи, двухобмоточный трансформатор источника энергии, подключенного в средней части длины дипольного источника в каждом из N дипольных источников, при этом выход блока управления передающей антенной СНЧ и КНЧ диапазонов соединен с входом первой радиорелейной станции, выход первой радиорелейной станции соединен с входом блока управления передающей антенной СНЧ и КНЧ диапазонов; дуплексный радиоканал через воздушную среду соединяет первую радиорелейную станцию со второй радиорелейной станцией, выход второй радиорелейной станции соединен параллельно с входом первого преобразователя и с входом третьей радиорелейной станции, выход третьей радиорелейной станции соединен с входом второй радиорелейной станции, первый выход первого преобразователя соединен с клеммой «а» первичной обмотки двухобмоточного трансформатора Тр.1, клемма «б» первичной обмотки двухобмоточного трансформатора Тр.1 заземлена, клемма «с» вторичной обмотки двухобмоточного трансформатора Тр.1 соединена с первым заземлителем через отрезок подземного неэкранированного кабеля длиной, равной половине длины первого дипольного источника , прокладываемого в поверхностном слое на глубине h_{ГЛУБИНА}, клемма «д» вторичной обмотки двухобмоточного трансформатора Тр.1 соединена со вторым заземлителем через отрезок подземного неэкранированного кабеля длиной, равной половине длины первого дипольного источника , прокладываемого в поверхностном слое на глубине h_{ГЛУБИНА}, второй выход первого преобразователя соединен со входом второй радиорелейной станции; дуплексный радиоканал через воздушную среду соединяет третью радиорелейную станцию с четвертой радиорелейной станцией, выход четвертой радиорелейной станции соединен параллельно с входом второго преобразователя и с входом пятой радиорелейной станции, выход пятой радиорелейной станции соединен с входом четвертой радиорелейной станции, первый выход второго преобразователя соединен с клеммой «а» первичной обмотки второго двухобмоточного трансформатора Тр.2, клемма «б» первичной обмотки второго двухобмоточного трансформатора Тр.2 заземлена, клемма «с» вторичной обмотки второго двухобмоточного трансформатора Тр.2 соединена с третьим заземлителем через отрезок подземного неэкранированного кабеля длиной, равной половине длины второго дипольного источника , прокладываемого в поверхностном слое на глубине h_{ГЛУБИНА}, клемма «д» вторичной обмотки второго двухобмоточного трансформатора Тр.2 соединена с четвертым заземлителем через отрезок подземного неэкранированного кабеля длиной, равной половине длины второго дипольного источника , прокладываемого в поверхностном слое на глубине h_{ГЛУБИНА}, второй выход второго преобразователя соединен со входом четвертой радиорелейной станции; дуплексный радиоканал через воздушную среду соединяет N-1 радиорелейную станцию с N-й радиорелейной станцией, выход N-й радиорелейной станции соединен с входом N-го преобразователя, первый выход N-го преобразователя соединен с клеммой «а» первичной обмотки N-го двухобмоточного трансформатора Тр.N, клемма «б» первичной обмотки N-го двухобмоточного трансформатора Тр.N заземлена, клемма «с» вторичной обмотки N-го двухобмоточного трансформатора Tp.N соединена с N-1 заземлителем через отрезок подземного неэкранированного кабеля длиной, равной половине длины N дипольного источника , прокладываемого в поверхностном слое на глубине h_{ГЛУБИНА}, клемма «д» вторичной обмотки N-го двухобмоточного трансформатора Тр.N соединена с N-м заземлителем через отрезок подземного неэкранированного кабеля длиной, равной половине длины N дипольного источника , прокладываемого в поверхностном слое на глубине h_{ГЛУБИНА}, второй выход N преобразователя соединен со входом N-й радиорелейной станции.

2. Система связи по п. 1, отличающаяся тем, что блок управления передающей антенной СНЧ и КНЧ диапазонов содержит пульт управления каналами несущей частоты, информации и метода передачи информации, задающий генератор рабочей частоты излучения передающей антенны, первый усилитель, блок информационного канала, второй усилитель, передающее каналообразующее устройство, индикатор работы каждого из N дипольных источников, приемное каналообразующее устройство; источник питания, при этом пульт управления каналами несущей частоты, информации и метода передачи информации соединен первым выходом с входом задающего генератора рабочей частоты излучения передающей антенны, выход задающего генератора рабочей частоты излучения передающей антенны соединен параллельно со вторым входом индикатора работы каждого из N дипольных источников, а через первый усилитель с первым входом передающего каналообразующего устройства; второй выход пульта управления каналами несущей частоты, информации и метода передачи информации соединен параллельно с первым входом индикатора работы каждого из N дипольных источников и со вторым входом передающего каналообразующего устройства; третий выход пульта управления каналами несущей частоты, информации и метода передачи информации соединен параллельно с третьим входом индикатора работы каждого из N дипольных источников и через второй усилитель с третьим входом передающего каналообразующего устройства; выход передающего каналообразующего устройства соединен с выходом блока управления передающей антенной СНЧ и КНЧ диапазонов, вход блока управления передающей антенной СНЧ и КНЧ диапазонов соединен через приемное каналообразующее устройство с входом индикатора работы каждого из N дипольных источников; источник питания соединен со всеми узлами блока управления передающей антенной СНЧ и КНЧ диапазонов и может быть выполнен в виде солнечных батарей, учитывая малые мощности потребителей.

3. Система связи по п. 2, отличающаяся тем, что каждый с первого по N-й преобразователь дипольного источника содержит приемное каналообразующее устройство, задающий генератор рабочей частоты излучения дипольного источника, информационный блок, модулятор, усилитель мощности, линию задержки, индикатор мощности на выходе преобразователя, передающее каналообразующее устройство, источник питания, при этом вход преобразователя дипольного источника соединен с входом приемного каналообразующего устройства; первый выход приемного каналообразующего устройства соединен через задающий генератор рабочей частоты излучения дипольного источника с первым входом модулятора; второй выход приемного каналообразующего устройства соединен через второй вход информационного блока со вторым входом модулятора; третий выход приемного каналообразующего устройства соединен с первым входом информационного блока; выход модулятора через первый вход усилителя мощности через линию задержки соединен параллельно с первым выходом преобразователя дипольного источника, а через индикатор мощности на выходе преобразователя со вторым входом усилителя мощности; выход усилителя мощности соединен через передающее каналообразующее устройство со вторым выходом преобразователя дипольного источника; источник питания соединен со всеми узлами блока управления передающей антенной СНЧ и КНЧ диапазонов и может быть выполнен в виде солнечных батарей, учитывая малые мощности потребителей.