СИСТЕМА СВЯЗИ СВЕРХНИЗКОЧАСТОТНОГО И КРАЙНЕНИЗКОЧАСТОТНОГО ДИАПАЗОНОВ С ГЛУБОКОПОГРУЖЕННЫМИ И УДАЛЕННЫМИ ОБЪЕКТАМИ Российский патент 2018 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» (пат. RU №2029318, 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» (пат. RU №2093863, 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» (пат/ RU №2188439, 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» (пат. RU №2350020). Радиоволны большей части электромагнитного диапазона не проникают в морскую воду. Глубина проникновения электромагнитной энергии определяется следующей формулой , где π=3,14; ƒ - 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 м. Поэтому для связи с удаленными глубоко-погруженными 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.

Базовым является пат. RU №2590899 под названием «Система связи сверхнизкочастотного и крайненизкочастотного диапазона с глубокопогруженными и удаленными объектами - 2», которая содержит передающую систему, состоящую из: задающего генератора; модулятора; системы управления, защиты и автоматизации; усилителя мощности; согласующего устройства; индикатора тока антенны и источника тока; 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 нескольким десяткам сотен километров. Каждый из N преобразователей выполнен идентично и содержит: секцию подземного кабеля длиной, не превышающей 20 км в антенной системе; источник электрической энергии для 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. Каждый из N токовых трансформаторов содержит трехобмоточный трансформатор для обеспечения заданных параметров тока во всех секциях антенной системы. Прием и регистрация излучения, создаваемого СНЧ-КНЧ-генератором, осуществляются с помощью антенны, антенного усилителя и приемника СНЧ-КНЧ-диапазона, находящихся на борту подводного объекта. Приемная антенная система содержит N секций рамочных антенн на корпусе объекта, N усилителей и N сумматоров наведенных ЭДС, выход сумматоров присоединен к входу приемника.

Недостаток прототипа: электроснабжение каждого усилительного пункта вдоль антенной системы требует привязки к высоковольтным линиям передачи и, как следствие, привязки к жилым поселкам для обслуживания усилительных пунктов.

Таким образом, размещение антенной системы вблизи высоковольтных линий передачи, ограничивают возможности антенной системы по дальности связи, так как высоковольтные линии передачи обладают размагничивающими свойствами или уменьшают магнитный момент антенны. Размещение вблизи населенных пунктов приводит к появлению проблем электромагнитной совместимости с РЭС населенных пунктов и экологической безопасности.

Целью изобретения является: обеспечение автономного электроснабжения усилительных пунктов вдоль антенной системы, что исключит необходимость постоянного присутствия обслуживающего персонала в районе размещения антенной системы, присутствие персонала потребуется только для аварийного или регламентного технического обслуживания.

Поставленная цель достигается за счет применения в «Системе связи сверхнизкочастотного и крайненизкочастотного диапазона с глубокопогруженными и удаленными объектами» автономного электроснабжения усилительных пунктов с использованием нетрадиционных источников тока.

На фиг. 1 представлена топология размещения передающей части «Системы связи сверхнизкочастотного и крайненизкочастотного диапазона с глубокопогруженными и удаленными объектами», где показаны зоны возможных районов размещения заземлителей и радиостанций (это зоны с низкой удельной проводимостью земли порядка σ - проводимость земли в районе размещения антенны выбирается от 10^-4 до 10^-5 См/м) для получения больших глубин протекания обратного тока антенной системы. Для размещения антенной системы в необжитых районах береговой черты «Суша-Море» на фиг. 1 представлены варианты №1 и 2. Причем наилучшим является вариант №1, однако в нем нет возможности для подачи питания к усилительным пунктам 2₁, 2₂, …, 2_N. Вариант №2 в полной мере обеспечивает выполнение требований и может быть реализован на значительном расстоянии от линий передачи, кабельных линий и жилых поселков. Как показано на фиг. 1 антенная система не требует размещения на участке с пониженным удельным сопротивлением земли, при этом важно, чтобы конечные заземлители располагались в зонах с пониженным сопротивлением.

На фиг. 2 представлена передающая часть «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 для питания передающей системы 1;

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

- 3₁, 3₂, 3₃, 3₄, 3₅, 3₆, …, 3_N - первый, второй третий, четвертый, пятый, шестой, …, 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_К или называемый подземным (подводным) неэкранированным кабелем);

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

- h - глубина протекания обратного тока антенны ();

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

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

На фиг. 3 представлен один из N преобразователей (любой 2₁, 2₂, 2₃, 2₄, 2₅, …, 2_N), где:

- 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;

- 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;

- - ток в N-1 секции антенной системы длиной 20 км;

- - ток в N секции антенной системы длиной 20 км;

- - разность токов N-1 секции и N секции антенной системы.

На фиг. 4 представлен токовый трансформатор 16, который содержит трехобмоточный трансформатор Тр.1, с током от N-1 секции антенной системы в первой обмотке 1, с током от N секции антенной системы во второй обмотке 2 токового трансформатора 16, разностный ток () от N-1 секции антенной системы и N секции антенной системы первой 1 и второй 2 обмоток возбуждаемый в третьей обмотке 3 токового трансформатора 16.

На фиг. 5 представлена приемная антенная система подводного объекта содержащая: N секций рамочных приемных антенн 18_N, N усилителей рамочных приемных антенн 19_N, N устройств суммирования наведенных ЭДС рамочных приемных антенн 20_N, радиоприемное устройство 31.

На фиг. 6 представлена одна из N однотипных секций рамочной антенны 18_N содержащая: ортогонально расположенные идентичные первый и второй блоки из трех рамочных антенн с ферритовыми сердечниками 21 и 22; два частотоизбирательные блоки 23; первую и вторую емкости С₁ и С₂; первую и вторую разделительные индуктивности L₇ и L₈.

На фиг. 7 представлено устройство суммирования наведенных ЭДС рамочных антенн 20_N, содержащее N сумматоров (например, 20₁, 20₂, 20₃, …, 20_N), в каждом из N сумматоров двухобмоточный трансформатор (например, Tp.1, Tp.2, Tp.3, …, Tp.N).

На фиг. 8 представлен частотоизбирательный блок 23 содержащий: преобразователь импедансов (гиратор) 24, преобразователь частота-напряжение 25, преобразователь (понижающий) частоты 26.

На фиг. 9 представлен преобразователь импедансов (гиратор) содержащий: первый ОУ1 и второй ОУ2 оперативные усилители, резисторы первый R1, второй R2, третий R3 и четвертый R4, нагрузочную емкость С и варикап Вп.

На фиг. 10 представлено соединение многожильного кабеля, длиной не менее 100 м, выполненного из литцендрата, каждая жила которого соединена с одной стороны с собственным заземлителем, а с другой стороны заземлена через N входов источника электрической энергии.

На фиг. 11 представлен источник электрической энергии 5, где 27-1, 27-2, 27-3, …, 27-N-N идентичных активных приемных модулей, 32-1, 32-2, 32-3, …, 32-N - N жил многожильного кабеля, длиной не менее 100 м, выполненного из литцендрата, 28 - суммирующий блок источника электрической энергии.

На фиг. 12 представлен один из N идентичных активных приемных модулей (с 27-1 по 27-N) содержащий параллельный колебательный контур 29 с параметрами магнитной рамочной антенны L_КОНТ и С_КОНТ, с индуктивностью связи в контуре L_СВ, гиратор 30, при этом параллельный колебательный контур 29 соединен с жилой многожильного кабеля, длиной не менее 100 м, выполненного из литцендрата 32-N, гиратор 30 соединен с колебательным контуром 29 с параметрами L_КОНТ и C_КОНТ, выходы активных приемных модулей (27-1 по 27-N) соединены с индуктивностью связи L_СВ, индуктивно связанной с параллельным колебательным контуром L_КОНТ и С_КОНТ.

На фиг. 13 представлен суммирующий блок источника электрической энергии 28 содержащий трансформатор Тр.1 из N первичных обмоток 1, одной вторичной обмотки 2 с включением в цепь вторичной обмотки выпрямляющих элементов - двухполупериодного диодного моста состоящего из вентилей: B.1, В.2, В.3, В.4, и фильтра состоящего из дросселя ДР.1 и емкости С₁, при этом N входов, начиная с первого по N, соединены с входами первичных обмоток 1 трансформатора Тр.1, выходы первичных обмоток 1 трансформатора Тр.1 заземлены; вторичная обмотка трансформатора Тр.1 соединена с выходом суммирующего блока через диодный мост из четырех вентилей (B.1, В.2, В.3, В.4), через фильтр из дросселя ДР.1 и емкость С₁.

На фиг. 14 представлен гиратор 30 одного из N идентичных активных приемных модулей (с 27-1 по 27-N) содержащий первый ОУ1 и второй ОУ2 оперативные усилители, резисторы первый R1, второй R2, третий R3 и четвертый R4, нагрузочную емкость - С. Принцип работы гиратора представлен в литературе авторов У. Титце, К. Шенк «Полупроводниковая схемотехника», - М: Мир, 1983, раздел 12.6, стр. 180-183. Гиратор позволяет преобразовать емкость нагрузочной емкости С в индуктивность на выходе гиратора. Например, при емкости нагрузочной в 1 мкФ индуктивность на выходе составит 100 Гн. Создать такую индуктивность достаточно сложно, так как будет иметь большой вес и очень значительные габариты. Расчет необходимой индуктивности L₀ параллельного колебательного контура для приема СНЧ-КНЧ электромагнитных полей от 3 до 300 Гц проводится в соответствии с формулой ). Зная емкость С гиратора можно определить индуктивность исходя из параметров гиратора: L₀=(R1⋅R2⋅R4⋅C)/R3, где L₀ - в Гн, R - в Омах, С - в нФ.

«Система связи сверхнизкочастотного и крайненизкочастотного диапазонов с глубокопогруженными и удаленными объектами» (фиг. 2) содержит передающую систему согласно п. 1 формулы изобретения базового пат. RU №2590899, 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-генератором, осуществляются с помощью 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 нескольким десяткам 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.

Один из N преобразователей 2_N (любой 2₁, 2₂, 2₃, 2₄, 2₅, …, 2_N) (фиг. 3) согласно п. 2 формулы изобретения базового пат. RU №2590899 содержит: секцию подземного кабеля длиной, не превышающей 20 км в антенной системе, источник электрической энергии для питания каждого из блоков по цепям питания преобразователя, информационный трансформатор, силовой трансформатор, первый усилитель, интегральную цепочку (схему), второй вентиль, дифференциальную цепочку, первый вентиль, второй усилитель, третий усилитель, генератор тактовых импульсов, модулятор, усилитель мощности, токовый трансформатор, регулятор мощности на входе усилителя мощности, - ток в N-1 секции антенной системы длиной до 20 км; - ток в N секции антенной системы длиной до 20 км; - разность токов N-1 секции антенной системы и N секции антенной системы, 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, 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.

Токовый трансформатор 16 (фиг. 4) согласно п. 3 формулы изобретения базового пат. RU №2590899 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 3N, ток в N секции подземного кабеля антенной системы протекаемый по второй обмотке токового трансформатора втекаемый через первый выход от заземлителя, разностный ток от N-1 секции и N секции антенной системы первой и второй обмоток, возбуждаемый в третьей обмотке токового трансформатора.

Приемная антенная система подводного объекта (фиг. 5) согласно п. 4 формулы изобретения базового пат. RU №2590899 содержит: N секций рамочных антенн приемной антенной системы, N усилителей рамочных антенн, N устройств суммирования наведенных ЭДС рамочных антенн приемной антенной системы, при этом выход первой секции рамочной антенны соединен через первый усилитель рамочной антенны, через первое устройство суммирования наведенных ЭДС рамочных антенн со вторым входом второго устройства суммирования наведенных ЭДС рамочных антенн; выход второй секции рамочной антенны соединен через второй усилитель рамочной антенны, через первый вход второго устройства суммирования наведенных ЭДС рамочных антенн со вторым входом третьего устройства суммирования наведенных ЭДС рамочных антенн; выход третьей секции рамочной антенны соединен через третий усилитель рамочной антенны, через первый вход третьего устройства суммирования наведенных ЭДС рамочных антенн со вторым входом четвертого устройства суммирования наведенных ЭДС рамочных антенн; выход четвертой секции рамочной антенны соединен через четвертый усилитель рамочной антенны, через первый вход четвертого устройства суммирования наведенных ЭДС рамочных антенн со вторым входом пятого устройства суммирования наведенных ЭДС рамочных антенн, через второй вход шестого, седьмого до N устройства суммирования наведенных ЭДС рамочных антенн; выход N секции рамочной антенны соединен через N усилитель рамочной антенны, через первый вход N устройства суммирования наведенных ЭДС рамочных антенн с входом приемного устройства.

Одна из N однотипных секций рамочной антенны (фиг. 6) согласно п. 5 формулы изобретения базового пат. RU №2590899 содержит: ортогонально расположенные идентичные первый и второй блоки, каждый блок состоит из трех рамочных антенн с ферритовыми сердечниками, первый и второй частотоизбирательные блоки, первую и вторую емкости, первую и вторую разделительные индуктивности, при этом вход секции рамочной антенны соединен параллельно с входами первого и второго частотоизбирательных блоков; три рамочные антенны первого блока рамочных антенн с ферритовыми сердечниками с одной стороны соединены параллельно с заземленной клеммой «в», а с другой стороны эти три рамочные антенны параллельно соединены с выходом первого блока рамочных антенн с ферритовыми сердечниками; выход первого блока рамочных антенн с ферритовыми сердечниками соединен с клеммой «д», клемма «д» через первую разделительную индуктивность L₇ соединена с клеммой «а», кроме того, клемма «д» соединена параллельно с выходом первого частотоизбирательного блока и с заземленной первой емкостью, три рамочные антенны второго блока рамочных антенн с ферритовыми сердечниками с одной стороны соединены параллельно с заземленной клеммой «с», а с другой стороны параллельно соединены с выходом второго блока рамочных антенн с ферритовыми сердечниками; выход второго блока трех рамочных антенн с ферритовыми сердечниками соединен с клеммой «е», клемма «е» через вторую разделительную индуктивность соединена с клеммой «а», кроме того, клемма «е» соединена параллельно с выходом второго частотоизбирательного блока и с заземленной второй емкостью, клемма «а» соединена с выходом секции рамочных антенн.

Устройство суммирования наведенных ЭДС рамочных антенн (фиг. 7) согласно п. 6 формулы изобретения базового пат. RU №2590899 содержит: N сумматоров, в каждом из N сумматоров двухобмоточный трансформатор, при этом вход первого сумматора соединен через первичную обмотку первого трансформатора с земляным проводом, вторичная обмотка этого первого трансформатора с одной стороны заземлена, а с другой стороны соединена через выход первого сумматора со вторым входом второго сумматора; первый вход второго сумматора соединен через первичную обмотку второго трансформатора с земляным проводом, вторичная обмотка этого второго трансформатора с одной стороны заземлена, а с другой стороны соединена через выход второго сумматора со вторым входом третьего сумматора; первый вход третьего сумматора соединен через первичную обмотку третьего трансформатора с земляным проводом, вторичная обмотка этого третьего трансформатора с одной стороны заземлена, а с другой стороны соединена через выход третьего, четвертого, пятого и последующих сумматоров со вторым входом третьего, четвертого и последующих сумматоров и через выход N сумматора соединена с входом приемного устройства.

Частотоизбирательный блок (фиг. 8) согласно п/ 7 формулы изобретения базового пат. RU №2590899 содержит: преобразователь импедансов (гиратор), преобразователь частота-напряжение, преобразователь (понижающий) частоты, при этом вход частотоизбирательного блока соединен с выходом частотоизбирательного блока через преобразователь (понижающий) частоты, через преобразователь частота-напряжение и через преобразователь импедансов.

Преобразователь импеданса (гиратор) (фиг. 9) содержит первый ОУ1 и второй ОУ2 оперативные усилители, резисторы первый R1, второй R2, третий R3 и четвертый R4, нагрузочная емкость - С и варикап Вп. Параллельно емкости С включен варикап Вп, который позволяет изменять нагрузочную емкость в зависимости от подаваемого напряжения подаваемого на варикап в пределах до 300 пФ, при необходимости увеличения емкости следует включать блок варикапов вместо одного (работа варикапа представлена на стр. 24, раздел 3.3, в литературе авторов У. Титце, К. Шенк «Полупроводниковая схемотехника», - М: Мир, 1983 г.). Принцип управления изменением индуктивного сопротивления на выходе гиратора, показан в журнале «Радио» №11 за 1996 г., автором Петин Г.П. «Применение гиратора в резонансных усилителях и генераторах».

Источник электрической энергии 5 (фиг. 11) содержит N идентичных активных приемных модулей с 27-1 по 27-N, N жил многожильного кабеля, длиной не менее 100 м, выполненного из литцендрата с 32-1 по 32-N, суммирующий блок источника электрической энергии 28, при этом вход каждого из N идентичных активных приемных модулей с 27-1 по 27-N соединен с одной жилой многожильного кабеля, длиной не менее 100 м, выполненного из литцендрата с 32-1 по 32-N, выход каждого из N идентичных активных приемных модулей с 27-1 по 27-N соединен с собственным входом суммирующего блока источника электрической энергии 28 и через суммирующий блок источника электрической энергии 28 соединен с его выходом.

На фиг. 12 представлен один из N идентичных активных приемных модулей 27-N, который содержит параллельный колебательный контур 29 с параметрами магнитной рамочной антенны L_КОНТ и С_КОНТ, с индуктивностью связи в контуре рамочной антенны L_СВ, гиратор 30, при этом параллельный колебательный контур 29 соединен с жилой многожильного кабеля, длиной не менее 100 м, выполненного из литцендрата 32-N, вход гиратора соединен с параллельным колебательным контуром с параметрами L_КОНТ и С_КОНТ, выход активного приемного модуля 27-N соединен с одной стороны с индуктивностью связи L_СВ, индуктивно связанной с магнитной рамочной антенной в параллельном колебательном контуре L_КОНТ и С_КОНТ 29, а с другой стороны заземлен.

На фиг. 13 суммирующий блок источника электрической энергии 28 содержит трансформатор Тр.1 из N первичных обмоток и одной вторичной обмотки, мостовой выпрямитель из четырех вентилей и фильтр нижних частот состоящий из дросселя и емкости, при этом N входов, начиная с первого по N соединены с одной стороны к N входам первичных обмоток трансформатора, выходы первичных обмоток трансформатора Тр.1 заземлены; вторичная обмотка трансформатора Тр.1 соединена с выходом суммирующего блока через диодный мост из четырех вентилей (B.1, В.2, В.3, В.4), через фильтр нижних частот из последовательно соединенных дросселя ДР.1 и плюсовую клемму емкости С₁, минусовая клемма емкости C₁ заземлена.

Принцип действия «Системы связи сверхнизкочастотного и крайненизкочастотного диапазонов с глубокопогруженными и удаленными объектами» состоит в следующем.

«Система связи сверхнизкочастотного и крайненизкочастотного диапазона с глубокопогруженными и удаленными объектами» на берегу содержит передающую антенную систему (фиг. 1 и 2), работа которой осуществляется аналогично базовому пат. RU №2590899.

Известно, что резонатор Земля-ионосфера возбуждается непрерывными разрядами молний грозовой активности. Причем резонансная частота резонатора находится в пределах ƒ_{РЕЗОНАН}=7 Гц [Блиох П.В., Николаенко А.П., Филиппов Ю.Ф. Глобальные электромагнитные резонансы в полости земля-ионосфера. Киев: «Наукова думка», 1977]. Резонатор возбуждает частоты гармоник до 1000 Гц. Наибольший уровень электромагнитного поля создается в полости Земля-ионосфера на частоте 7 Гц. Эта частота создает помехи радиолиниям от 3 Гц до 30 МГц. Если использовать энергию электромагнитного поля частотой 7 Гц преобразовав ее в энергию электрического тока, то можно обеспечить энергией все преобразователи 2_N передающей антенной системы. Однако, создание индикаторов поля 7 Гц или моделей приемных на 7 Гц осложнено из-за невозможности получения технической реализации элементов параллельного колебательного контура настроенного на частоту 7 Гц. С использованием преобразователя импеданса (гиратора) создание малогабаритной индуктивности большой величины стало возможным [У. Титце, К. Шенк «Полупроводниковая схемотехника», - М.: Мир, 1983 г., раздел 12.6, с. 180-183]. Принцип управления изменением индуктивного сопротивления на выходе гиратора показан автором Г.П. Петиным в статье «Применение гиратора в резонансных усилителях и генераторах» [Журнал «Радио» №11, 1996]. Предложено использовать колебательные системы для получения электрической энергии из энергии электромагнитного поля 7 Гц резонатора Земля-ионосфера. Возбуждаемая электромагнитным полем резонатора Земля-ионосфера наведенная ЭДС в N жилах многожильного кабеля с 32-1 по 32-N, длиной не менее 100 м, выполненного из литцендрата поступает в N активные приемные модули (фиг. 10-12) с 27-1 по 27-N и далее поступает на суммирующий блок 28 источника электрической энергии 5 (фиг. 11), где складывается в суммирующем ЭДС трансформаторе Тр.1 (фиг. 13) за счет включенных в трансформатор N первичных обмоток. Фазировать наведенные ЭДС в N активных приемных модулей нет необходимости, так как длина волны на 7 Гц составляет около 40000 км. Поэтому распределенное электромагнитное поле для района размещения модулей синфазно. Суммарная энергия наведенной ЭДС во вторичной обмотке трансформатора Тр.1 (фиг. 13) поступает на выход суммирующего блока источника электрической энергии 28 и далее для питания электрической энергией преобразователей 2_N передающей антенной системы. На фиг. 10 представлено соединение многожильного кабеля 32, длиной не менее 100 м, выполненного из литцендрата, каждая жила которого 32-N соединена с одной стороны с собственным заземлителем, а с другой стороны заземлена через N входов источника электрической энергии 5.

На фиг. 11 представлен источник электрической энергии 5, где 27-1, 27-2, 27-3, …, 27-N - N идентичных активных приемных модулей, 32-1, 32-2, 32-3, …, 32-N - N жил многожильного кабеля, длиной не менее 100 м, выполненного из литцендрата, 28 - суммирующий блок источника электрической энергии, при этом вход каждого из N идентичных активных приемных модулей с 27-1 по 27-N соединен с одной жилой многожильного кабеля, длиной не менее 100 м, выполненного из литцендрата с 32-1 по 32-N, выход каждого из N идентичных активных приемных модулей с 27-1 по 27-N соединен с собственным входом суммирующего блока источника электрической энергии 28 и через суммирующий блок источника электрической энергии 28 соединен с его выходом. На фиг. 12 представлен один из N идентичных активных приемных модулей (с 27-1 по 27-N) содержащий параллельный колебательный контур 29 с параметрами магнитной рамочной антенны L_КОНТ и C_КОНТ, с индуктивностью связи в контуре L_СВ, гиратор 30, при этом параллельный колебательный контур 29 соединен с жилой многожильного кабеля, длиной не менее 100 м, выполненного из литцендрата 32-N, гиратор 30 соединен с колебательным контуром 29 с параметрами L_КОНТ и C_КОНТ, выходы активных приемных модулей (27-1 по 27-N) соединены с индуктивностью связи L_СВ, индуктивно связанной с параллельным колебательным контуром L_КОНТ и С_КОНТ.

Наведенная ЭДС возбуждается в N жилах многожильного кабеля с 32-1 по 32-N, длиной не менее 100 м, выполненного из литцендрата, поступает в N активные приемные модули (с 27-1 по 27-N), содержащих параллельный колебательный контур 29 с параметрами магнитной рамочной антенны L_КОНТ и C_КОНТ (фиг. 12), с индуктивностью связи в контуре L_СВ, гиратор 30, при этом вход гиратора соединен с параллельным колебательным контуром с параметрами L_КОНТ и C_КОНТ, выход активного приемного модуля 27-N соединен с одной стороны с индуктивностью связи L_СВ, индуктивно связанной с магнитной рамочной антенной в параллельном колебательном контуре L_КОНТ и C_КОНТ 29, а с другой стороны заземлен.

Подключенная нагрузочная емкость С гиратора 30 (фиг. 14) позволяет создать значительную индуктивность L_ВХОДА на входе гиратора 30, а небольшая индуктивность магнитной рамочной антенны L_КОНТ как дополнение к индуктивности входа L_ВХОДА гиратора позволит настроить параллельный колебательный контур состоящего из общей индуктивности L_ОБЩ=(L_КОНТ+L_ВХОДА) и емкости С. Сложность создания подобных контуров заключается в необходимости иметь очень большие значения индуктивного сопротивления, это решается путем использования преобразователей реактивных сопротивлений, что нашло отражение в применении активных приемных модулей. Возбуждаемая электромагнитным полем резонатора Земля-ионосфера наведенная ЭДС в параллельном колебательном контуре через индуктивную связь с индуктивностями L_СВ поступает на выход активного приемного модуля (фиг. 12).

Суммирующий блок источника электрической энергии 28 (фиг. 13), содержащий трансформатор Тр.1 из N первичных обмоток 1, одной вторичной обмотки 2 с включением в цепь вторичной обмотки выпрямляющих элементов - двухполупериодного диодного моста состоящего из вентилей: B.1, В.2, В.3, В.4, и фильтра состоящего из дросселя ДР.1 и емкости С₁, при этом N входов, начиная с первого по N, соединены с входами первичных обмоток 1 трансформатора Тр.1, выходы первичных обмоток 1 трансформатора Тр.1 заземлены; вторичная обмотка трансформатора Тр.1 соединена с выходом суммирующего блока через диодный мост из четырех вентилей (B.1, В.2, В.3, В.4), через фильтр из дросселя ДР.1 и емкость d. Суммарная энергия наведенной ЭДС во вторичной обмотке трансформатора Тр.1 (фиг. 13) поступает на первый выход суммирующего блока источника электрической энергии 28 через двухполупериодный выпрямитель в виде диодного моста и фильтра. Работа гиратора и его применение представлены выше, гиратор показан на фиг. 14 с нагрузочной емкостью «С», параметры емкости определяются необходимой индуктивностью в контуре.

Индуктивность параллельного колебательного контура может представляться двух вариантов: в виде однослойной катушки расположенной в удалении от преобразователя антенной системы или плоской катушки со спиральной прямоугольной намоткой. Примеры расчета и параметры приведены ниже.

1. Расчет индуктивности однослойной катушки:

,

где D - диаметр витка, l - длина катушки, ω - количество витков.

D=100 см, l=20 см, ω=10000 витков, то L=0,15 Гн, С=3400 мкФ.

2. Расчет плоской катушки со спиральной прямоугольной намоткой:

; .

Для плоской спирали, пусть S=1 м, ω=1000 витков, а=1 мм, тогда L=0,76 мГн; С=0,68 Ф - подобную емкость создать невозможно, для уменьшения емкости необходимо значительно увеличить индуктивность.

Наибольший интерес представляет контур, построенный на основе плоской катушки, индуктивность этой катушки должна быть учтена как L_КОНТ параллельного колебательного контура при расчете вносимой индуктивности гиратором в контур.

Таким образом, активный приемный модуль 27-N выбирается расчетным путем или подбирается экспериментально применительно к местности размещения модулей. Размеры рамок должны быть по нескольку метров, чтобы получить значительные уровни мощности наведенной резонатором. При этом размещение приемных модулей должно быть за пределами размещения преобразователей 2_N.

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 связи и может использоваться для связи с глубокопогруженными и удаленными объектами в сверхнизкочастотном и крайненизкочастотном диапазонах. Технический результат состоит в обеспечении автономным электроснабжением усилительных пунктов вдоль антенной системы с помощью источников электрической энергии каждого преобразователя. Для этого источник электрической энергии каждого из N преобразователей содержит N идентичных активных приемных модулей, N жил многожильного кабеля, длиной не менее 100 м, выполненного из литцендрата, суммирующий блок источника электрической энергии, при этом вход каждого из N идентичных активных приемных модулей соединен с одной жилой многожильного кабеля, длиной не менее 100 м, выполненного из литцендрата, выход каждого из N идентичных активных приемных модулей соединен с собственным входом суммирующего блока источника электрической энергии и через суммирующий блок источника электрической энергии соединен с его выходом. 2 з.п. ф-лы, 14 ил.

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; N преобразователей; N заземлителей; антенной системы, выполненной в виде протяженной прямолинейной линии, состоящей из N секций - отрезков подземного неэкранированного кабеля антенной системы длиной , равной нескольким десяткам сотен километров; каждый из N преобразователей выполнен идентично и содержит: секцию подземного кабеля длиной, не превышающей 20 км в антенной системе; источник электрической энергии для питания каждого из блоков по цепям питания преобразователя; информационный трансформатор; силовой трансформатор; первый усилитель; интегральную цепочку; 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; каждый из N токовых трансформаторов содержит трехобмоточный трансформатор для обеспечения заданных параметров тока во всех секциях антенной системы; прием и регистрация излучения, создаваемого СНЧ-КНЧ-генератором, осуществляются с помощью антенны, антенного усилителя и приемника СНЧ-КНЧ-диапазона, находящихся на борту подводного объекта; приемная антенная система содержит N секций рамочных антенн на корпусе объекта, N усилителей и N сумматоров наведенных ЭДС; выход сумматоров присоединен к входу приемника, отличающаяся тем, что источник электрической энергии каждого из N преобразователей содержит N идентичных активных приемных модулей, N жил многожильного кабеля, длиной не менее 100 м, выполненного из литцендрата, суммирующий блок источника электрической энергии, при этом вход каждого из N идентичных активных приемных модулей соединен с одной жилой многожильного кабеля, длиной не менее 100 м, выполненного из литцендрата, выход каждого из N идентичных активных приемных модулей соединен с собственным входом суммирующего блока источника электрической энергии и через суммирующий блок источника электрической энергии соединен с его выходом.

2. Система связи по п. 1, отличающаяся тем, что каждый из N идентичных активных приемных модулей содержит параллельный

колебательный контур с параметрами магнитной рамочной антенны L_КОНТ и С_КОНТ, с индуктивностью связи в контуре рамочной антенны L_CB, гиратор, при этом параллельный колебательный контур соединен с жилой многожильного кабеля, длиной не менее 100 м, выполненного из литцендрата, вход гиратора соединен с параллельным колебательным контуром с параметрами L_K0HT и С_КОНТ, выход активного приемного модуля соединен с одной стороны с индуктивностью связи L_CB, индуктивно связанной с магнитной рамочной антенной в параллельном колебательном контуре L_K0HT и С_КОНТ, а с другой стороны заземлен.

3. Система связи по п. 2, отличающаяся тем, что суммирующий блок источника электрической энергии содержит трансформатор из N первичных обмоток и одной вторичной обмотки, мостовой выпрямитель из четырех вентилей и фильтр нижних частот, состоящий из дросселя и емкости, при этом N входов, начиная с первого по N соединены с одной стороны к N входам первичных обмоток трансформатора, выходы первичных обмоток трансформатора Тр.1 заземлены; вторичная обмотка трансформатора Тр.1 соединена с выходом суммирующего блока через диодный мост из четырех вентилей (B.1, В.2, В.3, В.4), через фильтр нижних частот из последовательно соединенных дросселя ДР.1 и плюсовую клемму емкости С₁, минусовая клемма емкости C₁ заземлена.