Система антенная средневолновой радиосвязи нефтедобывающей платформы Российский патент 2022 года по МПК H01Q1/36 

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано для излучения электромагнитных колебаний в международной автоматизированной системе оповещения NAVTEX, преимущественно для организации высоконадежной системы арктической двухсторонней средневолновой радиосвязи морских нефтедобывающих платформ по обеспечению безопасности и оповещениям.

Передача информации по безопасности мореплавания является обязательством, которое принимают на себя правительства государств согласно «Международной конвенции по охране человеческой жизни на море (Конвенция СОЛАС-74)».

Обязательными фрагментами передачи информации по безопасности на плавсредства в акваториях морей и океанов являются береговые станции, использующие частоты 490 и 518 кГц диапазона средних радиоволн, передающие антенные устройства которых, соизмеримые с 0,25 длин используемых радиоволн, реализуются конструкциями до 150 метров высоты. При том, что в судовых условиях установка передающих антенн подобных крупногабаритных размеров не представляется возможным, в свою очередь особенность диапазона средних радиоволн по гарантированной надежной радиосвязи без мертвых зон на расстояния от 250 до 400 морских миль (750 километров), вполне удовлетворяет требования донесения срочных оповещений по особенностям мореплавания при односторонней радиосвязи с береговых станций на плавсредства. При этом прием информации судовыми станциями осуществляется малогабаритными, преимущественно активными антеннами. Формализованная информация с береговых станций передается на суда в автоматизированном режиме методом узкополосной частотной телеграфии в полосах частот 300 Гц по расписанию передачами по 10 минут в указанный час или 10 минут каждые 4 часа при наличии срочных сообщений.

Недостатком известных станций системы передачи информации по безопасности на море является низкоскоростная односторонняя передача данных на плавсредства и исключение в надежной системе оповещения искусственных морских сооружений в виде нефтедобывающих платформ, являющихся одновременно навигационными помехами судоходству и объектами потенциальных аварий от плавсредств и гидрометеорологических воздействий.

Известна цифровая широкополосная система NAVDAT, передающая на центральной частоте 500 кГц в полосе 10 кГц и обеспечивающая увеличение скорости передачи данных на основе использования многочастотных сигналов, современных многократных методов модуляции сигналов и избыточного сверточного кодирования (РЕКОМЕНДАЦИЯ МСЭ-R М.2010-1. Характеристики цифровой системы под названием "Навигационные данные", которая предназначена для радиовещания информации, касающейся защиты и обеспечения безопасности на море в направлении берег-судно в диапазоне 500 кГц).

Недостатком известной системы является односторонность радиосвязи и необходимость кардинального переоснащения радиооборудованием береговых передающих станций и судовых радиоприемных устройств с невозможностью интеграции в используемые устройства в разветвленной сети существующей системы НАВТЕКС. (РЕЗОЛЮЦИЯ А.617(15) принята 19 ноября 1991 года Внедрение Системы НАВТЕКС - компонента Всемирной службы навигационных предупреждений)

Технический результат, на который направлено изобретение, состоит в обеспечении двухсторонней средневолновой радиосвязи с приемом информации по безопасности, квитанционного ответа и передачи оповещений с контролем излучения, а также в повышении надежности оповещения с корректурой навигационной обстановки в районе нефтедобывающих платформ, а также в обеспечении навигационной информации удаленных, не охваченных электромагнитной доступностью районов акватории береговыми станциями НАВТЕКС.

Для достижения указанного технического результата система антенная средневолновой радиосвязи нефтедобывающей платформы, включает установленные на нефтедобывающей платформе радиопередающее устройство, радиоприемник с малогабаритной антенной для приема информации, радиоприемник с малогабаритной антенной для контроля излучения радиопередающим устройством, активный проводник антенны верхним концом кондуктивно прикреплен к верхней части ствола проводящей факельной вышки платформы, нижним концом, являющимся первым электродом ввода узла питания, проводник прикреплен к изолятору последнего, вторым электродом является точка соединения питающего фидера с проводящей палубой платформы, активный проводник и пассивный проводник, которым является факельная вышка, замкнуты по линии нулевого потенциала проводящей палубой платформы, узел питания удален от основания вышки на расстояние 0,02 - 0,03λ при длине активного проводника 0,2 - 0,25λ. При этом факельная вышка и палуба нефтедобывающей платформы заземлены.

Для достижения указанного технического результата система антенная средневолновой радиосвязи нефтедобывающей платформы, включает установленные на нефтедобывающей платформе радиопередающее устройство, радиоприемник с малогабаритной антенной для приема информации, радиоприемник с малогабаритной антенной для контроля излучения радиопередающим устройством, антенна выполнена в виде двух идентичных активных проводников длиной 0,2 - 0,25λ, верхними сведенными концами и кондуктивно прикрепленными к стволу верхней части факельной проводящей вышки, являющейся пассивным элементом антенны, нижние концы активных проводников симметрично разведены друг от друга на расстояние S 0,075λ - 0,1λ и соединительными проводниками равной длины подключены к изолятору ввода узла питания, удаленному от основания вышки на расстояние 0,02 - 0,03λ, и через который антенна подключена к радиопередающему устройству. При этом факельная вышка и палуба нефтедобывающей платформы заземлены.

Система антенная средневолновой радиосвязи нефтедобывающей платформы содержит радиопередающее устройство с большеразмерной антенной, состоящей из стационарной конструкции факельной вышки в качестве пассивного антенного проводникового элемента, восполненной активным элементом в виде оттяжки-проводника, верхним концом кондуктивно прикрепленного к стволу верхней части факельной проводящей вышки с «заземленным» основанием к проводящей палубе, а нижним концом прикрепленного к изолятору ввода узла питания и радиоприемниками с малогабаритными антеннами. Факельная вышка на нефтедобывающей платформе, из состава ее обязательного оборудования, дополнительно к технологическому предназначению по изобретению дополнительно выполняет функцию элемента передающей антенны. Система антенная радиопередающего устройства нефтедобывающей платформы конструктивно реализуется в виде шлейф-вибратора из активного проводника, верхним концом кондуктивно прикрепленного к стволу верхней части факельной проводящей вышки с «заземленным» основанием к проводящей палубе. Нижним концом активного проводника, прикрепленного к изолятору ввода узла питания, антенна подключается к радиопередающему устройству. При этом вторым электродом ввода является точка соединения питающего фидера с поверхностью проводящей палубы, причем узел питания разнесен в плоскости палубы от основания факельной вышки на расстояние 1 соизмеримое с 0,02 - 0,03λ, при длине L активного проводника соизмеримой с 0,2 - 0,25λ.

Система антенная средневолновой связи нефтедобывающей платформы конструктивно может быть выполнена в виде двух идентичных проводников, верхними сведенными концами и кондуктивно прикрепленными к стволу верхней части факельной проводящей вышки с «заземленным» основанием к проводящей палубе, с симметрично разведенными на расстояние S, соизмеримое с 0,075 - 0,1λ, нижними концами. Нижние концы соединительными проводниками равной длины подключены к изолированному электроду ввода узла питания, через который антенна подключается к радиопередающему устройству, при этом вторым электродом ввода является точка соединения питающего фидера с поверхностью проводящей палубы.

Новое построение элементов структуры системы антенной средневолновой радиосвязи нефтедобывающей платформы направлено на обеспечение безопасности за счет осуществления квитанционного ответа и передачи оповещений, с контролем излучения, дополнительно к возможностям приема информации по безопасности в акватории дислокации.

Предлагаемое изобретение иллюстрируется чертежами, представленными на фиг.1-6.

На фиг.1 приведен эскиз системы антенной средневолновой радиосвязи нефтедобывающей платформы с одним активным проводником, фиг.2 приведен эскиз системы антенной средневолновой радиосвязи нефтедобывающей платформы с двумя активными проводниками, фиг.3 - график изменения коэффициента стоячей волны (КСВ) в рабочем диапазоне для системы антенной средневолновой радиосвязи нефтедобывающей платформы с одним активным проводником, фиг.4 - диаграммы направленностей в горизонтальной и вертикальной плоскости с электрическими параметрами системы с одним активным проводником, фиг.5 - график изменения коэффициента стоячей волны (КСВ) в рабочем диапазоне системы с двумя активными проводниками, фиг.6 - диаграммы направленностей в горизонтальной и вертикальной плоскости с электрическими параметрами для системы с двумя активными проводниками.

Предложенная система антенная средневолновой радиосвязи нефтедобывающей платформы работает следующим образом. Радиоприемник с малогабаритной антенной, установленный на нефтедобывающей платформе, осуществляет прием информации по безопасности в международной автоматизированной системе оповещения NAVTEX в установленные сеансы связи. После приема информации радиопередающее устройство 1 (фиг.1) с большеразмерной антенной системой, включающей активный проводник 6 и пассивный проводник 2, последним является факельная вышка 8 нефтедобывающей платформы, обеспечивает передачу квитанции о принятой информации, подтверждая нормальную работу средневолнового канала радиосвязи. Радиоприемник 4 с малогабаритной антенной, установленный на нефтедобывающей платформе, осуществляет контроль излучения радиопередающим устройством 1 с большеразмерной антенной системой. Излучение электромагнитных колебаний средневолнового диапазона длин радиоволн производится крупногабаритных размеров антенной системой радиопередающего устройства 1 нефтедобывающей платформы. Система антенная конструктивно выполнена в виде активного проводника 6, верхним концом 7 кондуктивно прикрепленного к стволу верхней части факельной проводящей вышки 8 с «заземленным» основанием к проводящей палубе 9, а нижним концом 10 прикрепленного к изолятору 11 ввода узла питания, через который антенна подключается к радиопередающему устройству 1. При этом вторым электродом ввода является точка 5 соединения питающего фидера с поверхностью проводящей палубы 9, причем узел питания удален (разнесен) в плоскости палубы от основания факельной вышки 8 на расстояние 1, соизмеримое с 0,02 - 0,03λ при длине L активного проводника 6, прикрепленного к стволу верхней части факельной проводящей вышки 8, соизмеримом с 0,2 - 0,25λ. Предложенная конструкция антенны реализует полувибратор Пистолькорса с пассивным проводником 2 увеличенного диаметра в виде факельной проводящей вышки 8 и активного проводника 6 верхним концом 7 кондуктивно прикрепленного к стволу верхней части факельной проводящей вышки 8 с «заземленным» основанием к проводящей палубе 9, а нижним концом 10 прикрепленного к изолятору 11 ввода узла питания, через который антенна подключается к радиопередающему устройству 1. Таким образом, излучающая структура в составе активного проводника 6 и пассивного проводника 2, замкнутых по линии нулевого потенциала проводящей палубой 9, реализуют половину классического шлейф-вибратора Пистолькорса, работа которого общеизвестна. В отличие от широко используемых средневолновых антенн в виде «штырей» с низким входным сопротивлением и узкой полосой пропускания, широко используемый в ультракоротковолновом диапазоне шлейф-вибратор Пистолькорса обладает в 4 раза увеличенным сопротивлением и более широкой полосой пропускания, что подтверждается графиком изменения коэффициента стоячей волны и в средневолновом диапазоне, как показано на фиг 3. Исходя из выявленного, предложенное техническое решение реализации системы антенной средневолновой радиосвязи нефтедобывающей платформы конструктивно выполненной в виде проводника 6, кондуктивно прикрепленного к стволу верхней части факельной проводящей вышки 8 с «заземленным» основанием к проводящей палубе 9 дополнительно обеспечивает ее использование с увеличенной в 2,5 раза полосой пропускания относительно классических средневолновых антенн (фиг.3), что позволяет увеличить скорости передачи информации и расширить функции по использованию системы НАВТЕКС для обмена служебной информацией.

Излучение электромагнитных колебаний средневолнового диапазона длин радиоволн может производиться и крупногабаритных размеров системой антенной радиопередающего устройства 1 нефтедобывающей платформы, конструктивно выполненной в виде двух идентичных проводников 6 длиной 0,2 - 0,25λ, (фиг.2), верхними сведенными концами 7 и кондуктивно прикрепленными к стволу верхней части факельной проводящей вышки 8 с «заземленным» основанием к проводящей палубе 9. При этом симметрично разведенные на расстояние S, соизмеримое с 0,075 - 0,1λ, нижние концы 10 проводников 6 соединительными проводниками 12 равной длины подключены к изолятору 11 ввода узла питания, удаленному от основания вышки на расстояние 0,02 - 0,03λ, через который антенна подключается к радиопередающему устройству 1, первым электродом ввода является точка соединения нижних концов 10 активных проводников 6 с помощью соединительных проводников 12 к изолятору 11 ввода узла питания, вторым электродом 5 ввода является точка соединения питающего фидера с поверхностью проводящей палубы 9. В такой версии, излучающая структура в составе двух активных проводников 6 и пассивного проводника 2, которым является факельная вышка, замкнутых по линии нулевого потенциала проводящей палубой 9, реализуется суммой половин классических шлейф-вибраторов Пистолькорса с общим пассивным проводником, что не стандартно снижает входное сопротивление антенны не в 2, а в 4 раза, обеспечивая ее работу без согласующих устройств на 75-омный фидер для соединения с передатчиком, что подтверждается результатами компьютерного моделирования на фиг.5 и фиг.6. В данной версии использование радиоприемников 3 и 4 с малогабаритными антеннами идентично рассмотренному ранее.

Дополнительно к классическому приему информации по безопасности в системе НАВТЕКС предложенная система антенная средневолновой радиосвязи нефтедобывающей платформы делает возможным передачу квитанций или репетование полученных сообщений и возможность оперативной передачи и получения служебных сообщений вне времени работы системы НАВТЕКС по прямому предназначению с контролем излучений при работе средневолнового передатчика предложенной системы связи, расширяя функциональные возможности и повышая надежность работы ответственной системы радиосвязи.

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано для излучения электромагнитных колебаний в международной автоматизированной системе оповещения NAVTEX, преимущественно для организации высоконадежной системы двухсторонней средневолновой радиосвязи морских нефтедобывающих платформ по обеспечению безопасности и оповещениям. Система включает радиопередающее устройство с большеразмерной антенной системой, состоящей из стационарной конструкции факельной вышки в качестве пассивного антенного проводникового элемента, восполненной активным элементом в виде оттяжки-проводника, верхним концом кондуктивно прикрепленного к стволу верхней части факельной проводящей вышки с «заземленным» основанием к проводящей палубе, а нижним концом прикрепленного к изолятору ввода узла питания и двумя радиоприемниками с малогабаритными антеннами. Техническим результатом при реализации заявленного решения является обеспечение двухсторонней средневолновой радиосвязи с приемом информации по безопасности, квитанционного ответа и передачи оповещений с контролем излучения, а также в повышении надежности оповещения с корректурой навигационной обстановки в районе нефтедобывающих платформ, а также в обеспечении навигационной информации удаленных, не охваченных электромагнитной доступностью районов акватории береговыми станциями НАВТЕКС. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Система антенная средневолновой радиосвязи нефтедобывающей платформы, характеризующаяся тем, что включает установленные на нефтедобывающей платформе радиопередающее устройство, радиоприемник с малогабаритной антенной для приема информации, радиоприемник с малогабаритной антенной для контроля излучения радиопередающим устройством, активный проводник антенны системы верхним концом кондуктивно прикреплен к верхней части ствола проводящей факельной вышки платформы, нижним концом, являющимся первым электродом ввода узла питания, проводник прикреплен к изолятору последнего, вторым электродом является точка соединения питающего фидера с проводящей палубой платформы, активный проводник и пассивный проводник, которым является факельная вышка нефтедобывающей платформы, замкнуты по линии нулевого потенциала проводящей палубой платформы, узел питания удален от основания вышки на расстояние 0,02λ - 0,03λ, при длине активного проводника 0,2λ - 0,25λ.

2. Система по п. 1, характеризующаяся тем, что факельная вышка и палуба нефтедобывающей платформы заземлены.

3. Система антенная средневолновой радиосвязи нефтедобывающей платформы, характеризующаяся тем, что включает установленные на нефтедобывающей платформе радиопередающее устройство, радиоприемник с малогабаритной антенной для приема информации, радиоприемник с малогабаритной антенной для контроля излучения радиопередающим устройством, антенна системы выполнена в виде двух идентичных активных проводников длиной 0,2λ - 0,25λ, верхними сведенными концами кондуктивно прикрепленных к стволу верхней части факельной проводящей вышки, являющейся пассивным элементом антенны, активные проводники и пассивный проводник замкнуты по линии нулевого потенциала проводящей палубой платформы, нижние концы активных проводников симметрично разведены друг от друга на расстояние 0,075λ - 0,1λ, и соединительными проводниками равной длины подключены к изолятору ввода узла питания, удаленному от основания вышки на расстояние 0,02λ - 0,03λ и через который антенна подключена к радиопередающему устройству.

4. Система по п. 2, характеризующаяся тем, что факельная вышка и палуба нефтедобывающей платформы заземлены.