СПОСОБ СВЯЗИ Российский патент 2025 года по МПК H04B5/24 

Способ связи относится к технике индукционной связи и может быть использована в малогабаритной приемопередающей технике средневолнового диапазона для ведения индукционной связи вдоль однопроводных линий в шахтах, туннелях. Данный способ позволяет быстро подключаться к продольным проводникам - волноводам мобильными радиостанциями и при этом иметь минимум дополнительного оборудования. Достоинством способа является возможность подключения на конце линии без заземления.

Для организации точки подключения приемопередатчиков в системах индукционной связи применяются несколько типов устройств:

- Подключение в разрыв продольной линии, когда через повышающий трансформатор с выходным сопротивлением 400-600 Ом можно согласовать низкоомный выход приемопередатчика. Для такого способа подключения требуются специальные выделенные линии и такой способ нельзя использовать на конце линии. Положительной стороной такого подключения является широкая полоса пропускания повышающего трансформатора и КПД близкий к 100%.

- Подключение к линии с помощью малогабаритных антенн электрического и магнитного типа. Это могут быть антенны электрического или магнитного типа. При использовании таких антенн возможно осуществлять мобильную связь в движении вдоль линии, при этом обычно имеется определенное расстояние между антенной и линией, например, если оператор радиостанции расположен в центре горной выработки, а продольный проводник идет по борту горной выработки, то расстояние между антенной и линией будет 1-3 метра. Такой тип связи имеет самый низкий КПД из всех перечисленных выше и ниже.

- Подключение через раскладные специальные трансформаторные устройства, которые обычно (Патент US №4777652) представляют собой размещенную на размыкаемом ферромагнитном кольце обмотку и последовательно включенный конденсатор переменной емкости. Для установки такого устройства подключения требуется раскрыть кольцо с обмоткой и внутри него установить шахтные кабели, которые требуется возбудить передаваемым сигналом. С помощью регулировки переменного конденсатора добиваются настройки резонансной частоты устройства подключения индукционной связи. Недостатком такого устройства является неудобство использования. Толщина кабеля, к которому можно подключиться ограничена внутренним диаметром размыкаемого ферромагнитного кольца. Кроме того, ферромагнитный сердечник ограничивает подводимую мощность к согласующему устройству, так как цепь работает в резонансном режиме. Другими недостатками такого способа подключения являются невысокий КПД, так как через кольцо трансформатора проходит только полвитка возбуждаемой линии и резонансные свойства, которые приводят к узкой полосе пропускания.

- Малогабаритные устройства подключения электрического типа, которые имеют емкостную связь с продольными проводами (Патент RU186668, RU191121). Эти конструкции устройства подключения приемопередатчика лишены ферритовых сердечников, что значительно увеличивает максимальный уровень подводимой мощности сигнала, а также нет ограничений на толщину продольного кабеля в случае с устройствами подключения магнитного трансформаторного типа. Кроме того, приемопередатчики с устройствами подключения к индукционным линиям электрического типа имеют неоспоримое преимущество перед магнитными трансформаторными, данные приемопередатчики могут работать на разомкнутых концах таких линий. Фактически такие устройства подключения представляют собой укороченную штырьевую антенну, штырь которой гибкий и укладывается вдоль продольного проводника, а энергия ВЧ колебания таким образом переходит не в излучение, а в ЭМ волну бегущую вдоль проводника от места расположения такого «штыря». Противовесом в таком случае выступает корпус радиостанции и тело человека. Недостатком этого способа является узкая частотная полоса.

Предлагаемое изобретение является новым способом связи сочетающим мобильность связи с использованием малогабаритных антенн, а также возможности стационарного ведения связи с существенным увеличением КПД и дальности связи, расширенной частотной полосой пропускания в 3-10 раз относительно резонансных антенн без использования дополнительных средств.

В предлагаемом способе связи с одним приемопередатчиком достаточно использовать только одну электрически малую резонансную антенну электрического типа, которой можно будет пользоваться и в условиях движения и в стационарном состоянии. Но в случае стационарного состояния антенна переводится из режима излучающего устройства в режим работы четвертьволнового противовеса, при котором возбуждение продольной линии связи происходит за счет синфазной составляющей тока в системе «антенна - приемопередатчик - линия» для этого достаточно соединить линию с одной из точек питания антенны, например, земли приемопередатчика. Для увеличения уровня полезного сигнала необходимо отнести антенну на максимально возможное расстояние от линии, например, если возбуждается линия по правому борту горной выработки, то антенну предпочтительно расположить у левого борта. Так как между концом электрической антенны и линией имеется паразитная емкость, то следует принять меры к ее минимизации. В случае если нет возможности подключиться к линии гальванически можно использовать емкостное подключение. Для этого вдоль линии на расстоянии 2-20 метров прокладывается гибкий провод, один конец которого соединяется с одной из точек питания антенны, а сам провод образует обкладку конденсатора системы «гибкий провод - линия».

Емкостное сопротивление такого конденсатора будет меньше или сравнимо с волновым сопротивлением линии и это позволит возникнуть синфазному току в системе «антенна - приемопередатчик» и стекать ему в линию с высоким КПД. Т.е. синфазный ток, который во многих антенных и радиосистемах является паразитным явлением, в случае с возбуждением индукционной линии передачи является положительным эффектом, использующимся для передачи сигналов. Практическое испытание такого способа возбуждения линии показало высокий КПД примерно равный или выше, чем используя способ возбуждения линии с использованием раскладного резонансного трансформатора или электрического резонансного устройства подключения. При этом было установлено, что рабочая полоса частот стала намного шире в 3-10 раз чем в резонансных устройствах подключения и в электрически малых антеннах. Это объясняется тем, что добавление в резонансную систему антенны линии передачи вызвало поглощение энергии, что эквивалентно внесению резистора нагрузки в цепь резонансного контура что приводит к уменьшению добротности и расширению рабочей полосы частот.

Новый способ связи найдет свое применение для техники связи горноспасателей и в обеспечении аварийной связи шахт. Известны мобильные приемопередатчики для шахтной связи вдоль горных выработок FERRA, ВЭБР (Россия), KUTTA (США), которые используют малогабаритные резонансные антенны электрического (FERRA) типа и магнитного типа (ВЭБР, KUTTA). Дальность связи приемопередатчиков с антеннами электрического типа в несколько раз больше, так как эффективность резонансных антенн магнитного типа меньше, чем антенн электрического типа. Однако, дальность связи приемопередатчиков использующих устройства подключения к продольным линиям всегда больше, чем при использовании мобильных антенн. Есть класс потребителей, которым требуется и стационарное размещение индукционных приемопередатчиков, и возможность их мобильного использования. В частности, пункты коллективного спасения предпочтительно оборудовать радиостанцией, которая может использоваться не только как стационарная, но и как мобильная, которую могут с собой захватить эвакуирующиеся шахтеры.

Таким образом, современные средства аварийной индукционной связи в шахте предпочтительно должны использовать новый способ связи чтобы обеспечивать как стационарное, так и мобильное использование, а также все виды подключения к индукционной линии - гальваническое и через антенну.

Описанный способ связи может быть осуществлен с применением известных радиосредств, например радиостанций FERRA или KUTTA к которым подключается малая резонансная антенна электрического типа (например, RU2413344, RU2488927, RU2689969, RU2696882, US11012047B2, CN112771720A). Такая антенна обеспечивает приемопередатчику мобильное использование и подключение к линии как в ее конце, так и в середине. Для этого, например, необходимо соединить отрезок гибкого провода с клеммой «земля» на зарядном разъеме радиостанций и расположить его вдоль возбуждаемой линии в качестве которой в шахте может выступать электрический кабель питания, телефонный кабель, кабель связи горноспасателей и т.п. Как показывает практика увеличение длины гибкого провода вдоль линии свыше 10 метров уже мало влияет на уровень сигнала в линии. Лучшим вариантом такого гибкого провода является использование коаксиального кабеля с толщиной 3-6 мм. Оплетка кабеля обладает достаточной емкостью, а сам коаксиальный кабель обладает хорошим сочетанием гибкости и жесткости, хорошо сворачивается и разворачивается не образуя узлов и скруток.

Таким образом, новый способ связи может сочетаться с известными. Такое ведение связи может использоваться для связи с радиостанцией в защищенном металлическом укрытии (камере спасения или бункере).

Реализовать такой способ связи в металлическом укрытии можно с помощью приемопередатчика, который в своем составе имеет клеммы высокоомного антенного выхода на 400-800 Ом для подключения в однопроводную линию в разрыв. А также приемопередатчик может содержать датчик тока высокоомного антенного выхода и реле переключения между двумя выходами - низкоомным антенным выходом на резонансную антенну и высокоомным антенным выходом на однопроводную линию. При размещении в металлическом укрытии приемопередатчик подключают к однопроводной линии и одновременно к антенне, которую размещают внутри укрытия при этом на расстоянии не менее 20-30 см от стенок данного укрытия, чтобы сохранить согласование резонансной антенны. В обычном режиме реле антенного выхода приемопередатчика подключено к высокоомному выходу, что приводит к тому что КПД системы «приемопередатчик-линия» будет около 100%. В случае аварии, взрыва, завала однопроводная линия у одного конца спасательной камеры может оборваться, а с другой стороны остаться не поврежденной и высокоомный антенный выход окажется в режиме холостого хода, высокочастотный ток прекратится. В такой ситуации приемопередатчик в ручном или автоматическом режиме с помощью реле переключается на низкоомный антенный выход на резонансную антенну, при этом земляная клемма приемопередатчика должна быть с помощью реле подключиться к однопроводной линии. При таком подключении антенна представляет собой противовес и высокочастотный сигнал будет входить в однопроводную линию, а точнее в сохранившуюся ее половину, при этом будет обеспечен значительный КПД «приемопередатчик-линия». В случае если спасенные шахтеры должны будут покинуть камеру, то они могут взять с собой приемопередатчик с мобильной антенной, которая обеспечит им индукционную связь вблизи не поврежденного провода однопроводной линии до следующего пункта спасения или диспетчера.

На фиг. 1 изображена схема приемопередатчика и антенны, размещенных в камере спасения 1, а также линии передачи 3. Приемопередатчик 2 состоит из корпуса, в котором размещаются приемник, передатчик, батареи питания, на корпусе расположены кнопки включения и управления, дисплей, тангента для голосовой связи. Приемопередатчик подключен через высокоомный антенный выход к однопроводной линии 3 в разрыв, а также через низкоомный выход к малогабаритной резонансной антенне 4, расположенной внутри камеры спасения на расстоянии более 20-30 см от ее стенок.

На фигуре 2 изображен вариант взаимодействия приемопередатчика с антенной и продольной линии передачи - А) возбуждение линии через излучение антенны, а В) и С) возбуждение линии с подключением к ней, приемопередатчика и антенны в качестве противовеса согласно нового способа - в варианте емкостного В) и гальванического С) подключения.

Новизна предложенного способа индукционной связи заключается прежде всего в том, что он позволяет вести связь на конце линии из экранированного металлического помещения.

Способ связи относится к технике индукционной связи и может быть использован для организации связи в шахте, например, из металлических экранированных спасательных помещений. Способ представляет собой генерацию ЭМ волн, распространяющихся вдоль однопроводной проводящей линии, когда используется приемопередатчик и малогабаритная антенна электрического типа, а возбуждение линии достигается путем проникновения в линию синфазного тока, возникающего в системе антенна - приемопередатчик, а антенна выступает в роли противовеса. Особенностью способа является возможность подключаться к однопроводной линии как в разрыв, так и в случае уничтожения половины линии во время аварии к одному из концов этой линии. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ связи вдоль проводящей линии коммуникации с использованием приемопередатчика с электрически малой резонансной вибраторной антенной электрического типа, отличающийся тем, что линия подключается к приемопередатчику и имеет точку общего потенциала с одной из точек питания антенны, антенна в таком случае играет роль четвертьволнового противовеса, при размещении приемопередатчика в экранированной металлической камере антенну располагают на расстоянии не менее 20-30 см от стенок камеры.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что подключение линии к приемопередатчику осуществляется емкостным способом с помощью провода длиной 2-20 м, который одним концом подключают к приемопередатчику и располагают вдоль проводящей линии связи таким образом, чтобы между проводом и линией образовалась электрическая емкость.