СИСТЕМА СВЯЗИ СВЕРХНИЗКОЧАСТОТНОГО И КРАЙНЕНИЗКОЧАСТОТНОГО ДИАПАЗОНА С ГЛУБОКОПОГРУЖЕННЫМИ И УДАЛЕННЫМИ ОБЪЕКТАМИ - 6
COMMUNICATION SYSTEM OF ULTRA-LOW FREQUENCY AND EXTREMELY-FREQUENCY RANGE WITH DEEP-SEATED AND REMOTE OBJECTS - 6

Изобретение относится к области электротехники и радиотехники, а именно к технике связи СНЧ-КНЧ-диапазона, и может быть использована 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.
-7
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; ƒ - частота электромагнитной волны, от 3 до 300 Гц; μ=4⋅π⋅10, 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.
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.
Недостатками прототипа являются:
- большие мощности «n» генераторов не менее 100 кВт;
- «n» антенных устройств с «2n» плоскостными заземлителями, (у каждой низкорасположенной антенны два заземлителя по концам антенны) следовательно, большая площадь земной поверхности поражена обратными токами антенны и размещение электронных средств на данной площади невозможно;
- не защищена подземная кабельная магистраль управления и связи от токов растекания заземлителя передающей системы;
- электромагнитное поле, создаваемое «n» антенными устройствами поражает все системы на значительных расстояниях;
-4
- экологическая опасность превышения норм ПДУ СНЧ-КНЧ (предельно-допустимые нормы облучения личного состава обслуживающего СНЧ-КНЧ 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 из-за неровностей поверхности земли достигает из-за 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⋅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, а также проблему экологической безопасности не представляется возможным.
Целью изобретения является:
- снижение уровня мощности генератора;
- создание антенны СНЧ - КНЧ, не оказывающей влияние на электромагнитную обстановку района размещения антенны;
- обеспечить электромагнитную совместимость с радиоэлектронными средствами, ЛЭП и кабельными магистралями управления и связи, а также создание экологической безопасности для человека и окружающей среды;
- создание широкой диаграммы направленности СНЧ-КНЧ антенной системы для освещения океанских просторов при действии в них подводных объектов.
Поставленная цель достигается за счет применения в «Системе связи сверхнизкочастотного и крайненизкочастотного диапазона с глубокопогруженными и удаленными объектами» «n» маломощных КНЧ-СНЧ генераторов при их пространственном распределении, «n» заземлителей, «n» усилителей, «n» блоков системы управления для одной длинной в несколько десятков сотен километров передающей антенны с током в ней, позволяющим обеспечить заданный магнитный момент для обеспечения связи с глубокопогруженными и удаленными объектами и не оказывать влияние на электромагнитную совместимость с радиоэлектронными средствами, ЛЭП, а также защиту кабельной магистрали управления и связи передающей системы СНЧ-КНЧ антенны, и создание условий экологической безопасности для человека и окружающей среды, создание широкой диаграммы направленности СНЧ-КНЧ передающей антенны для освещения больших океанских просторов при действии в них подводных объектов.
0
0
8
8
8
2
Действительно, резонансная частота ƒ сферического резонатора Земля - ионосфера определяется как длина по экватору в 40000 км деленная на скорость света (3⋅10 м/с) или ƒ=(40000000⋅м)/(3⋅10 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 М≥10⋅[А⋅м]. Магнитный момент рамочной антенны определяется
A
-7
-4
-5
где I - ток в антенне в Амперах; h - глубина протекания тока в земле, определяется следующей формулой:  (π-=3,14; ƒ - частота электромагнитной волны 3 - 300 Гц; μ=4⋅π⋅10, Гн/м.; σ - проводимость земли в районе размещения антенны выбирается от 10 до 10 См/м);  - длина антенны в метрах.
A
Расчет показывает, что если ток принять равным I=1 ампер, глубину протекания обратного тока принять равной h=10 км, то длина антенны должна быть около . Следовательно, чтобы исключить влияние тока на окружающие антенну радиоэлектронные средства (РЭС), высоковольтные линии электропередачи и кабельные магистрали антенна должна иметь малый ток, но большую длину. Например, при использовании частоты 3 герца на данные объекты оказывается большое влияние, учитывая большую глубину проникновения через экранирующие оболочки кабелей и возбуждение кондуктивных помех через корпуса радиоэлектронных средств.
Таким образом, антенна СНЧ-КНЧ должна иметь большую длину для достижения заданного магнитного момента и малый ток для обеспечения ее экологической безопасности при эксплуатации, а также обеспечения электромагнитной совместимости с РЭС, кабельной магистралью управления и связи передающей системы антенны, высоковольтными линиями электропередачи и инженерными сооружениями, и для обеспечения возможности действия подводных объектов на широких океанических просторах путем увеличения ширины диаграммы направленности СНЧ-КНЧ передающей антенной системы.
На Фиг. 1 представлена передающая антенна, широкой диаграммы направленности, «Системы связи сверхнизкочастотного и крайненизкочастотного диапазона с глубокопогруженными и удаленными объектами», где:
A
- I - прямой ток центральной ветви передающей антенны;
-  - земляной или обратный ток в левой ветви передающей антенны;
-  - земляной или обратный ток в правой ветви передающей антенны;
A
-  - ток антенны I центральной ветви передающей антенны в точке «а» делится на ток антенны  левой ветви длиной  и ток антенны  правой ветви длиной  (ток центральной ветви есть сумма токов правой и левой ветвей, как три составные части передающей антенны);
1
2
3
N-1
N
- 3, 3, 3, …, 3, 3 - первый, второй третий, …, N-1 и N заземлители центральной ветви для тока передающей антенны;
- 1 - система управления передающей СНЧ-КНЧ антенной;
1
2
N-1
N
- 2, 2, …, 2, 2 - первый, второй, N-1 и N преобразователи центральной ветви передающей антенны;
1
2
3
N-1
N
1
2
N-1
N
K
- 4, 4, 4, 4, 4 - одна из N излучающих секций центральной ветви передающей антенны длиной  (фиг. 2), включенная между 2, 2, …, 2, 2 преобразователями (как изолированный проводник длиной не более 20 км, находящийся в земле на глубине h или называемый подземным или подводным неэкранированным кабелем);
11
1N
- 2, …, 2 - первый, …, и N преобразователи правой ветви передающей антенны;
21
2N
- 2, …, 2 - первый, …, и N преобразователи левой ветви передающей антенны;
21
2N
- 3, …, 3 - первый, …, и N заземлители левой ветви тока передающей антенны;
11
1N
- 3, …, 3 - первый, …, и N заземлители правой ветви тока передающей антенны;
11
1N
11
1N
- 4, …, 4 - одна из N излучающих секций правой ветви передающей антенны длиной , включенная между 2, …, 2 преобразователями;
21
2N
21
2N
- 4, …, 4 - одна из N излучающих секций левой ветви передающей антенны длиной , включенная между 2, …, 2 преобразователями;
-  - длина левой ветви передающей антенны длиной;
-  - длина правой ветви передающей антенны длиной;
- ЗК - защищенная подземная кабельная магистраль управления и связи передающей системы.
На Фиг. 2 представлены конструктивные особенности передающей антенны широкой диаграммы направленности с защищенной кабельной магистралью «Системы связи сверхнизкочастотного и крайненизкочастотного диапазона с глубокопогруженными и удаленными объектами», где:
- 1 - система управления передающей СНЧ-КНЧ антенной в центральной ветви, содержащая задающий генератор 1-1, управляемый защищенной кабельной магистралью ЗК через модулятор 1-2, систему управления, защиты и автоматизации 1-3, усилитель мощности 1-4, согласующее устройство 1-5, индикатор тока антенной системы 1-6, источник электрической энергии 1-7 питания системы управления передающей СНЧ-КНЧ антенной 1;
1
2
3
4
5
N
- 2, 2, 2, 2, 2, …, 2 - первый, второй, третий, четвертый, пятый, …, и N преобразователи центральной ветви;
1
2
3
4
5
6
N
- 3, 3, 3, 3, 3, 3, …, 3 - первый, второй третий, четвертый, пятый, шестой, …, и N заземлители центральной ветви;
1
2
3
4
5
N
1
2
3
4
5
N
K
- 4, 4, 4, 4, 4, …, 4 - одна из N излучающих секций центральной ветви антенной системы длиной , включенная между 2, 2, 2, 2, 2, …, 2 преобразователями (как изолированный проводник длиной не более 20 км, находящийся в земле на глубине h или называемый подземным или подводным неэкранированным кабелем);
11
1N
- 2, …, 2 - первый, …, и N преобразователи правой ветви передающей антенны;
21
2N
- 2, …, 2 - первый, …, и N преобразователи левой ветви передающей антенны;
21
2N
- 3, …, 3 - первый, …, и N заземлители левой ветви тока передающей антенны;
11
1N
- 3, …, 3 - первый, …, и N заземлители правой ветви тока передающей антенны;
11
1N
11
1N
- 4, …, 4 - одна из N излучающих секций правой ветви передающей антенны, включенная между 2, …, 2 преобразователями;
21
2N
21
2N
- 4, …, 4 - одна из N излучающих секций левой ветви передающей антенны, включенная между 2, …, 2 преобразователями;
1
N
-  - длина антенной системы СНЧ-КНЧ, состоящая из N излучающих секций, начиная с первой 4 по N секцию 4, для тока центральной ветви подземного неэкранированного кабеля;
- h - глубина протекания обратного тока антенны  левой и правой  ветвей (определяемая скин-слоем );
K
- h - глубина прокладки подземного (подводного) неэкранированного кабеля антенной системы для центральной, правой и левой ветвей;
A
- I - ток в антенне (подземном кабеле) центральной ветви;
1
2N
-  - обратный ток в земле, между заземлителем 3 центральной ветви и заземлителем 3 левой ветви передающей антенны;
1
1N
-  - обратный ток в земле, между заземлителем 3 центральной ветви и заземлителем 3 правой ветви передающей антенны.
1
2
3
4
5
N
21
2N
11
1N
На Фиг. 3 один из N преобразователей любой из 2, 2, 2, 2, 2, …, 2 в центральной ветви тока, любой из 2, …, 2 в левой ветви тока и любой из 2, …, 2 в правой ветви тока, где:
1
2
3
4
5
N
11
1N
21
2N
- 4 - секция антенной системы (подземного или подводного неэкранированного кабеля), любая 4, 4, 4, 4, 4, …, 4 в центральной токовой ветви, 4, …, 4 в правой токовой ветви и 4, …, 4 левой токовой ветви;
- 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 антенны длинной 20 км;
-  - ток в N секции антенны длинной 20 км;
-  - разность токов N-1 секции и N секции антенной системы.
На Фиг. 4 токовый трансформатор 16 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 обмоток 2 возбуждаемый в третьей обмотке 3 токового трансформатора 16.
На Фиг. 5 представлена диаграмма направленности передающей антенны «Системы связи сверхнизкочастотного и крайненизкочастотного диапазона с глубокопогруженными и удаленными объектами», где:
A
- I - ток в центральной ветви передающей антенны;
-  - обратный ток в земле левой ветви;
-  - обратный ток в земле правой ветви;
0,5
- 2θ - ширина диаграммы направленности в направлении А;
0,5
- 2θ - ширина диаграммы направленности в направлении В;
Ген
- U - источник ЭДС передающей антенны,
A
-  - ток антенны I центральной ветви передающей антенны в точке «а» (см. фиг. 1 и фиг. 2) делится на ток антенны  левой ветви длиной  и ток антенны  правой ветви длиной  (ток центральной ветви есть сумма токов правой и левой ветвей, как три составные части передающей антенны).
1
тока заземлителя
1
1
На фиг. 6 представлена картина растекания тока заземлителя З радиусом R=11 км, (или расстояние растекания тока равное скин-слою в земле), где 1 - система управления передающей СНЧ-КНЧ антенной, по первому входу к которой соединена подземная кабельная магистраль, находящаяся в зоне тока растекания и подверженая влияния этим токам, второй вход системы управления передающей системы 1 соединен с заземлителем З, выход передающей системы соединен с первым элементом 4 центральной ветви тока антенны СНЧ-КНЧ.
-5
кабеля
троса
На фиг. 7 представлен принцип прокладки подземной кабельной магистрали в земной поверхности (проводимость земли σ=(4÷5)⋅10 См/м), где показаны: глубина прокладки кабельной магистрали - h=70 см и прокладка поверх кабеля грозозащитного троса с глубиной прокладки грозозащитного троса - h=30 см.
1
На фиг. 8 представлена топология защищенной подземной кабельной магистрали ЗК и источника влияния токов растекания от заземлителя З, где:
- 1 - передающая система;
- 18 - защищенная подземная кабельная магистраль ЗК;
- 19 - контур заземления передающей системы 1;
- 20 - отрезки заземленного грозозащитного троса;
- 21 - заземлители металлических покровов подземного магистрального кабеля и металлического корпуса НЗП;
- 22 - два заземлителя для каждой части отрезка грозозащитного троса;
- НЗП1 (НЗП2, НЗП3) - необслуживаемый защитный пункт;
1
- 4 - первая из N секций излучателей антенной системы центральной ветви тока;
1
- З - первый заземлитель, из N заземлителей, антенной системы;
- а - клеммы или точки подключения заземлителей 22 к отрезкам грозозащитных тросов 20;
- б - клеммы или точки подключения заземлителей 21 к подземному магистральному кабелю 18 и необслуживающим защитным пунктам (НЗП);
- к - клемма или точка подключения грозозащитного троса с контуру заземления передающей системы 1.
На фиг. 9 представлен необслуживаемый защитный пункт (НЗП) защищенной кабельной магистрали, где:
- A1 - блок электрического деления проводных цепей кабельной магистрали;
- Тр. 1, Тр. 2 - разделительные трансформаторы первого информационного канала;
- Тр. 3, Тр. 4 - разделительные трансформаторы второго информационного канала;
- Тр. 5, Тр. 6 - разделительные трансформаторы фантомного информационного (служебного) канала;
- 23, 24 и 25 - первый второй и третий канальные усилители;
- Др. 1 и С1 - элементы первого низкочастотного фильтра цепи питания усилителей;
- Др. 2, С2 - элементы второго низкочастотного фильтра цепи питания усилителей;
- К1 - первый кабель входящий в НЗП;
- К2 - второй кабель входящий в НЗП;
кабеля
- h - глубина прокладки кабеля в поверхностном слое земли;
- 1, 2, 3 и 4 - номера проводников в магистральном кабеле в каждом их двух кабелей входящих в необслуживаемый защитный пункт для электрического их разделения (например, одночетверочный кабель - МКСБ 1×4, но чаще применяют два кабеля емкостью по четырем четверкам - МКСБ 4×4, либо МКСБ 7×4; волоконно-оптический неприменим, из-за сложности выполнения защиты металлических оболочек кабеля);
- к - клемма или средняя точка двух фильтров состоящих из С1, Др. 1 и С2, Др. 2, а также точка подключения плюса напряжения (+U) источника питания усилителей 23, 24 и 25;
- а, б - клеммы или точки подключения проводников кабеля К1 (или К2) к обмоткам разделительных трансформаторов Тр. 1, Тр. 2, Тр. 3, Тр. 4, Тр. 5, Тр. 6;
- с, ж, ф, д, в, у - клеммы или средние точки разделительных трансформаторов Тр. 1, Тр. 2, Тр. 3, Тр. 4, Тр. 5, Тр. 6;
- п, р - клеммы или точки соединения фильтров емкости С, дросселя Др и средних точек трансформаторов Тр. 5 и Тр. 6;
- +U - плюс источника питания усилителей, подаваемую через фантомную цепь кабеля первого К1.
A
Передающая антенна СНЧ-КНЧ, представленная на фиг. 1 и фиг. 2 содержит три ветви тока антенны: центральная ветвь тока передающей антенны, левая ветвь тока передающей антенны и правая ветвь тока передающей антенны; клемма соединения «а» является электрическим контактом всех трех ветвей, причем левая ветвь передающей антенны является продолжением правой ветви через клемму соединения «а», обе ветви являются одной топологической линией; топологическая линия центральной ветви тока передающей антенны перпендикулярна топологической линии левой и правой ветвей тока передающей антенны и соединена к клемме «а» в центре длины топологической линии левой и правой ветвей тока передающей антенны, так как длина левой ветви  равна длине правой ветви  (или ); ток антенны правой ветви  равен току антенны левой ветви  (или ); ток антенны центральной ветви I, подходящей к клемме «а» равен сумме токов отходящих от клеммы «а» к антенне правой ветви  и антенне левой ветви  (или ); ток антенны правой ветви  равен обратному току  в земле на глубине h равной скин-слою среды - земли; ток антенны левой ветви  равен обратному току  в земле на глубине h равной скин-слою среды - земли.
1
N
1
N
1
N
1
1
1
1
2
2
1
2
2
3
3
2
3
3
4
4
3
4
4
5
5
4
5
5
6
6
6
N-1
N
N
N-1
N
N
N
Передающая антенна СНЧ-КНЧ, представленная на фиг. 2 (фиг. 1), содержит центральную ветвь тока антенны длиной : защищенную подземную кабельную магистраль управления и связи ЗК, систему управления передающей СНЧ-КНЧ антенной - 1 состоящую: из задающего генератора 1-1, модулятора 1-2, системы управления, защиты и автоматизации 1-3, усилителя мощности 1-4, согласующего устройства 1-5, индикатор тока антенны 1-6, и источника тока 1-7; N преобразователей, с первого 2 преобразователя по N - 2, центральной ветви тока, N заземлителей антенны, с первого 3 заземлителя по N - 3, центральной ветви тока, N излучающих отрезков, с первого 4 отрезка по N - 4, подземного неэкранированного кабеля антенной системы длиной  центральной ветви тока, при этом защищенная подземная кабельная магистраль управления и связи ЗК через первый вход системы управления передающей СНЧ-КНЧ антенной - 1 соединена с первым входом модулятора 1-2, а второй вход модулятора 1-2 соединен с выходом задающего генератора 1-1, выход модулятора 1-2 соединен с первым входом усилителя мощности 1-4, выход системы управления, защиты и автоматизации 1-3 соединен параллельно со вторым входом усилителя мощности 1-4, с входом задающего генератора 1-1 и со вторым входом согласующего устройства 1-5; третий вход усилителя мощности 1-4 соединен с первым заземлителем антенной системы 3 через второй вход системы управления передающей СНЧ-КНЧ антенной 1, через первый выход индикатора тока антенны 1-6; выход усилителя мощности 1-4 соединен через первый вход согласующего устройства 1-5, через первый выход согласующего устройства 1-5 с выходом системы управления передающей СНЧ-КНЧ антенной 1, второй выход согласующего устройства 1-5 соединен с первым входом системы управления, защиты и автоматизации 1-3, второй вход системы управления, защиты и автоматизации 1-3 соединен с выходом индикатора тока антенны 1-6, источник тока 1-7 соединен параллельно с входами блоков 1-1, 1-2, 1-3, 1-4, 1-5 системы управления передающей СНЧ-КНЧ антенной 1 через их систему электроснабжения; выход системы управления передающей СНЧ-КНЧ антенной 1 соединен через первый излучающий отрезок подземного кабеля 4 передающей антенны с входом первого преобразователя 2, первый выход первого преобразователя 2 соединен с помощью второго излучающего отрезка подземного кабеля 4 передающей антенны с входом второго преобразователя 2, а второй выход первого преобразователя 2 соединен со вторым заземлителем 3 передающей антенны; выход второго преобразователя 2 соединен через третий излучающий отрезок подземного кабеля 4 передающей антенны с входом третьего преобразователя 2, а второй выход второго преобразователя 2 соединен с третьим заземлителем 3 передающей антенны; выход третьего преобразователя 2 соединен через четвертый излучающий отрезок подземного кабеля 4 передающей антенны с входом четвертого преобразователя 2, а второй выход третьего преобразователя 2 соединен с четвертым заземлителем 3 передающей антенны; выход четвертого преобразователя 2 соединен через пятый излучающий отрезок подземного кабеля 4 передающей антенны с входом пятого преобразователя 2, а второй выход четвертого преобразователя 2 соединен с пятым заземлителем 3 передающей антенны; выход пятого преобразователя 2 соединен через шестой излучающий отрезок подземного кабеля 4 антенной системы с входом шестого преобразователя 2, а второй выход пятого преобразователя 2$ соединен с шестым заземлителем 3 передающей антенны; таким образом обеспечивается соединение последующих преобразователей с последующими излучающими отрезками кабелей передающей антенны; выход N-1 преобразователя 2 соединен через N излучающий отрезок подземного кабеля 4 передающей антенны с входом N преобразователя 2, а второй выход N-1 преобразователя 2n соединен с N-1 заземлителем 3 передающей антенны; первый выход преобразователя 2 соединен с клеммой «а», а второй выход преобразователя 2 соединен с N заземлителем 3 передающей антенны.
21
2N
21
2N
21
2N
21
21
21
22
22
21
21
22
23
24
22
22
2N-1
2N
2N
2N
2N
Левая ветвь тока передающей антенны СНЧ-КНЧ длиной , представленная на фиг. 2 содержит N преобразователей, с первого 2 по N преобразователь 2, N заземлителей, с первого 3 по N заземлитель 3, N излучающих секций, с первой 4 по N излучающую секцию 4, при этом клемма «а» соединена через первый излучающий отрезок подземного кабеля 4 передающей антенны с входом первого преобразователя 2 левой ветви тока передающей антенны, первый выход первого преобразователя 2 через второй излучающий отрезок подземного кабеля 4 соединен с входом второго преобразователя 2, второй выход первого преобразователя 2 соединен с первым заземлителем 3 левой ветви тока передающей антенны; первый выход второго преобразователя 2 через третий излучающий отрезок подземного кабеля 4 соединен с входом четвертого преобразователя 2, второй выход второго преобразователя 2 соединен со вторым заземлителем 3 левой ветви тока передающей антенны; таким образом обеспечивается соединение последующих преобразователей с последующими излучающими отрезками кабелей левой ветви тока передающей антенны; первый выход N-1 преобразователя 2 через N излучающий отрезок подземного кабеля 4 соединен с входом N преобразователя 2, выход N преобразователя 2 соединен с N заземлителем 3 левой ветви тока передающей антенны;
11
1N
11
1N
11
1N
11
11
11
12
12
11
11
12
13
14
12
12
1N-1
1N
1N
1N
1N
Правая ветвь тока передающей антенны СНЧ-КНЧ длиной  представленная на фиг. 2 содержит N преобразователей, с первого 2 по N преобразователь 2, N заземлителей, с первого 3 по N заземлитель 3, N излучающих секций, с первой 4 по N излучающую секцию 4, при этом клемма «а» соединена через первый излучающий отрезок подземного кабеля 4 передающей антенны с входом первого преобразователя 2 правой ветви тока передающей антенны, первый выход первого преобразователя 2 через второй излучающий отрезок подземного кабеля 4 соединен с входом второго преобразователя 2, второй выход первого преобразователя 2 соединен с первым заземлителем 3 правой ветви тока передающей антенны; первый выход второго преобразователя 2 через третий излучающий отрезок подземного кабеля 4 соединен с входом четвертого преобразователя 2, второй выход второго преобразователя 2 соединен со вторым заземлителем 3 правой ветви тока передающей антенны; таким образом, обеспечивается соединение последующих преобразователей с последующими излучающими отрезками кабелей и заземлителями правой ветви тока передающей антенны; первый выход N-1 преобразователя 2 через N излучающий отрезок подземного кабеля 4 соединен с входом N преобразователя 2, выход N преобразователя 2 соединен с N заземлителем 3 правой ветви тока передающей антенны.
N
1
2
N
12
12
1N
21
22
2N
N
N
N
2
Один из N преобразователей 2 (любой 2, 2, …, 2, или любой 2, 2, …, 2, или любой 2, 2, …, 2,) на фиг. 3 содержит: подземный кабель 4 излучающей секции антенной системы, источник электрической энергии питания 5 блоков преобразователя 2, информационный трансформатор Тр. И 6, силовой трансформатор Тр. С 7, первый усилитель 8, интегральную цепочку 9, второй вентиль В. 2 дифференциальную цепочку 10, первый вентиль В. 1, второй усилитель 11, третий усилитель 12, генератор тактовых импульсов 13, модулятор 14, усилитель мощности 15, токовый трансформатор 16, регулятор мощности 17 на входе усилителя мощности 15,  - ток в N-1 секции антенны системы длинной до 20 км;  - ток в N секции антенны системы длинной до 20 км;  - разность токов N-1 секции антенны и N секции антенны, при этом вход N-1 отрезка подземного кабеля 4 секции антенной системы соединен через первичную обмотку информационного трансформатора (Тр. И) 6 с первым входом токового трансформатора 16 и через первый выход токового трансформатора 16 со вторым выходом преобразователя 2 м, вторичная обмотка 2 информационного трансформатора (Тр. И) 6 соединена через первый усилитель 8 параллельно с входом интегральной цепочки 9 и с входом дифференциальной цепочки 10; выход дифференциальной цепочки соединен с первым входом усилителя мощности 15 через первый вентиль В. 1, через второй усилитель 11, через генератор тактовых импульсов 13, через первый вход модулятора 14; выход интегрирующей цепочки 9 соединен через второй вентиль В. 2, через третий усилитель 12 со вторым входом модулятора 14; второй выход токового трансформатора 16 через регулятор мощности 17 соединен со вторым входом усилителя мощности 15; выход усилителя мощности 15 соединен с первичной обмоткой 1 силового трансформатора (Тр. С) 7; вторичная обмотка 2 силового трансформатора (Тр. С) 7 соединена клеммой «а» со вторым входом токового трансформатора 16, а клеммой «в» через первый выход преобразователя 2 с входом N отрезка подземного кабеля 4 секции антенной системы.
1
N
2
N
На фиг. 4 токовый трансформатор 16 содержит трехобмоточный трансформатор Тр. 1, при этом первый вход токового трансформатора 16 через первую обмотку 1 трехобмоточного трансформатора Тр. 1 соединен с клеммой «а», второй вход токового трансформатора 16 через вторичную обмотку 2 трехобмоточного трансформатора Тр. 1 соединен с клеммой «а», второй выход токового трансформатора 16 через третью обмотку 3 трехобмоточного трансформатора Тр. 1 соединен с клеммой «а», клемма «а» соединена с первым выходом токового трансформатора 16; с током  от N-1 секции подземного кабеля 4 антенной системы в первичной обмотке, втекаемый через первый вход на выход токового трансформатора 16 к заземлителю 3, с током  в N секции подземного кабеля 4 антенной системы протекаемый во второй обмотке 2 токового трансформатора 16, втекаемый через первый выход от заземлителя 3, разностный ток  от N-1 секции антенны и N секции антенны первой 3 и второй обмоток 2 возбуждаемый в третьей обмотке 3 токового трансформатора 16.
1
1
1
ТОКА ЗАЗЕМЛИТЕЛЯ
1
1
1
На фиг. 8 представлена защищенная подземная кабельная магистраль ЗК 18 расположенная в зоне растекания токов от заземлителя З, содержащая: систему управления передающей СНЧ-КНЧ антенной 1, контур заземления 19 системы управления передающей СНЧ-КНЧ антенной 1, отрезки заземленного грозозащитного троса 20 соединенных с двумя заземлителями 22, заземлители 21 металлических покровов подземного магистрального кабеля и металлического корпуса НЗП, два заземлителя соединенные по концам каждой части отрезка грозозащитного троса 21, необслуживаемые защитные пункты НЗП (НЗП1, НЗП2, НЗП3), первый излучатель 4 и первый заземлитель З из N секций антенной системы центральной ветви тока, при этом система управления передающей СНЧ-КНЧ антенной 1 соединена с контуром заземления 19, первый вход системы управления передающей СНЧ-КНЧ антенной 1 соединен с защищенной подземной кабельной магистралью 18, поверх подземного кабеля 18 в среде поверхностного слоя земли расположен разрезной грозозащитный трос 20; первая секция грозового троса 20 соединен с одной стороны через клемму «к» с контуром заземления 19 системы управления передающей СНЧ-КНЧ антенной 1, с другой стороны первая секция грозового троса заземлена через клемму «а» с собственным заземлителем 22; вторая секция и последующие секции грозозащитного троса 20 заземлены по концам секций через собственные для каждой секции клеммы «а» к собственным в каждой секции заземлителям 22; подземная кабельная магистраль 18 содержит отрезки магистрали соединенные в единую магистраль через необслуживаемые защитные пункты (НЗП); металлический корпус необслуживаемых защитных пунктов НЗП соединен с металлическими покровами магистрального кабеля и составляют единую систему заземленную на собственные заземлители у каждого необслуживаемого защитного пункта собственный заземлитель 21; защита подземной кабельной магистрали 18 выполняется в пределах радиуса R растекания тока заземлителя З передающей антенны; второй вход системы управления передающей СНЧ-КНЧ антенной 1 соединен с первым заземлителем З передающей антенн в ее центральной токовой ветви; выход системы управления передающей СНЧ-КНЧ антенной 1 соединен с первой излучающей секцией 4 передающей антенн в ее центральной токовой ветви.
На фиг. 9 представлен необслуживаемый защитный пункт (НЗП) защищенной кабельной магистрали состоящий из N блоков А1, блоков электрического деления проводных цепей кабельной магистрали в которых образованы два информационных канала, фантомный канал служебной связи и цепь питания канальных усилителей; причем каждый блок А1 содержит: два разделительных трансформатора первого информационного канала Тр. 1, Тр. 2; два разделительных трансформатора второго информационного канала Тр. 3, Тр. 4; два разделительных трансформатора фантомного информационного (служебного) канала Тр. 5, Тр. 6; три канальных усилителя 23, 24 и 25; первый Др. 1, С1 и второй Др. 2, С2 низкочастотные фильтры цепи питания канальных усилителей; первый К1 и второй К2 кабели входящие в НЗП; при этом первый провод 1 входного в НЗП первого кабеля К1 через первый вход блока А1 соединен с клеммой «а» первичной обмотки 1 первого разделительного трансформатора Тр. 1, второй провод 2 входного в НЗП первого кабеля через второй вход блока А1 соединен с клеммой «б» первичной обмотки 1 первого разделительного трансформатора Тр. 1, вторичная обмотка 2 первого разделительного трансформатора Тр. 1 через первый канальный усилитель 23 соединена с первичной обмоткой 1 второго разделительного трансформатора Тр. 2, вторичная обмотка 2 второго разделительного трансформатора Тр. 2 клеммой «а» соединена с первым проводом 1 выходного из НЗП первого кабеля К1 через первый выход блока А1, а клеммой «б» вторичная обмотка 2 соединена со вторым проводом 2 выходного из НЗП первого кабеля К1 через второй выход блока А1; третий провод 3 входного в НЗП первого кабеля К1 через третий вход блока А1 соединен с клеммой «а» первичной обмотки 1 третьего разделительного трансформатора Тр. 3, четвертый провод 4 входного в НЗП первого кабеля К1 через четвертый вход блока А1 соединен с клеммой «б» первичной обмотки 1 третьего разделительного трансформатора Тр. 3, вторичная обмотка 2 третьего разделительного трансформатора Тр. 3 через второй канальный усилитель 24 соединена с первичной обмоткой 1 четвертого разделительного трансформатора Тр. 4, вторичная обмотка 2 четвертого разделительного трансформатора Тр. 4 клеммой «а» соединена с третьим проводом 3 выходного из НЗП первого кабеля К1 через третий выход блока А1, а клеммой «б» вторичной обмотки трансформатора Тр. 4 соединена с четвертым проводом 4 выходного из НЗП первого кабеля К1 через четвертый выход блока А1; клемма «с» как средняя точка первичной обмотки первого разделительного трансформатора Тр. 1 соединена с клеммой «а» первичной обмотки пятого разделительного трансформатора Тр. 5, клемма «ж» как средняя точка первичной обмотки третьего разделительного трансформатора Тр. 3 соединена с клеммой «б» первичной обмотки пятого разделительного трансформатора Тр. 5, вторичная обмотка пятого разделительного трансформатора Тр. 5 соединена с первичной обмоткой шестого разделительного трансформатора Тр. 6 через третий канальный усилитель 25; вторичная обмотка шестого разделительного трансформатора Тр. 6 клеммой «а» соединена с клеммой «д» как средней точкой вторичной обмотки второго разделительного трансформатора Тр. 2, а клемма «б» вторичной обмотки шестого разделительного трансформатора Тр. 6 соединена с клеммой «в» как средней точкой вторичной обмотки четвертого разделительного трансформатора Тр. 4; клемма «ф» как средняя точка первичной обмотки пятого разделительного трансформатора Тр. 5 соединена с клеммой «n» и через клемму «n» параллельно через первый дроссель Др. 1 с клеммой «к» и с заземленным первым конденсатором С1; клемма «у» как средняя точка вторичной обмотки шестого разделительного трансформатора Тр. 6 соединена с клеммой «р» и через клемму «р» параллельно через второй дроссель Др. 2 с клеммой «к» и с заземленным вторым конденсатором С2; клемма «к» соединена с клеммой «+U» образуя плюс источника питания канальных усилителей.
Принцип действия «Система связи сверхнизкочастотного и крайненизкочастотного диапазонов с глубокопогруженными и удаленными объектами» состоит в следующем. Система связи на берегу содержит передающую антенну (фиг. 1), представляющую центральную ветвь тока протекаемого по подземному протяженному проводнику длиной , изолированному от земли, как проводящей среды. Этот протяженный проводник соединен через клемму «а» параллельно с правой и левой токовыми ветвями. Топология трасс правой и левой токовых ветвей перпендикулярны топологии центральной токовой ветви передающей антенны. Каждая из трех ветвей разделены на N излучающих секций последовательно включенных между собой.
N
N
1
1
1
1
1
N
N
N
Соседние секции, из N секций, между собой соединены через преобразователь 2, из N преобразователей в антенной системе, каждый из N преобразователей соединен с собственным заземлителем 3 из N заземлителей. Передающая система 1 состоящая из задающего генератора 1-1, модулятора 1-2, системы управления, защиты и автоматизации 1-3, усилителя мощности 1-4, согласующего устройства 1-5, индикатор тока антенны 1-6, и источника тока 1-7 предназначена создать в антенной системе заданный ток соответствующий требуемому значению магнитного момента антенны на частоте излучения. Причем передающая система 1 имеет задающий генератор 1-1, который перестраивается в зависимости от частоты передачи, и модулятор 1-2, на который поступает по первому входу передающей системы 1 и второму входу модулятора 1-2 необходимая информация для модулирования заданной частоты задающего генератора 1-1, поступающего по его первому входу. Модулированный сигнал на выходе модулятора 1-2 поступает на первый вход усилителя мощности 1-4, последний обеспечивает на своем выходе заданный ток на выходе передающей системы 1 в первой секции 4 антенной системы, причем согласование выходных параметров усилителя мощности 1-4 с первой секцией 4 антенной системы на рабочей частоте осуществляется через первый вход согласующего устройства 1-5. Контроль параметров согласования тока поступающего в первую секцию 4 антенной системы осуществляется в согласующем устройстве 1-5, данные по параметрам согласования, частоте и величине тока через согласующее устройстве 1-5 поступают по первому входу в систему управления, защиты и автоматизации 1-3. Одновременно, контролируется ток поступающий от заземлителя 3 через второй вход передающей системы 1 через первый выход индикатора тока антенной системы 1-6 на третий вход усилителя мощности 1-4, данные о токе заземлителя 3 через второй выход индикатора тока антенной системы 1-6 поступают на второй вход системы управления, защиты и автоматизации 1-3. По току заземлителя 3 системе управления, защиты и автоматизации 1-3 осуществляется контроль работы всей антенной системы ее элементов: преобразователей 2, заземлителей 3 и N секций, отрезков подземного неэкранированного кабеля 4: определяется точность настройки антенной системы «Системы связи…» по величине тока, по частоте и по искаженности информации. Регулировка передающей системы 1 осуществляется через выход системе управления, защиты и автоматизации 1-3 для задающего генератора 1-1 через его вход, для усилителя мощности 1-4 через его второй вход и согласующее устройство 1-5 через его второй вход.
1
N
1
N
Таким образом, передающая система 1 задает параметры для работы всей антенной системы. Так параметры тока по частоте, модуляции и уровню, поступающий на выходе передающей системы 1 и протекающей по первой секции 4 кабеля антенной системы должен быть восстановлен каждым из N преобразователей. Следовательно, ток втекаемый в заземлитель 3 должен быть равен току первой секции 4 подземного кабеля. Достигается это работой преобразователей 2, принцип работы преобразователей идентичен и представлен блок-схемой на фиг. 2.
Прием и регистрация излучения, создаваемого СНЧ-КНЧ-антенной системой, осуществляются с помощью буксируемой кабельной антенны, антенного усилителя и приемника СНЧ-КНЧ-диапазона, находящихся на борту подводного объекта,
1
1
1
1
2
1
2
1
2
2
1
1
Ток системы управления передающей СНЧ-КНЧ антенной 1 пройдя первую секцию 4 подземного кабеля поступает на вход первого преобразователя 2 (фиг. 2). С первого входа преобразователя 2 ток протекает по первичной обмотке 1 информационного трансформатора 6 и далее через первый вход токового трансформатора 16 и второй выход преобразователя 2 поступает на заземлитель 3. За счет взаимной индукции ток первичной обмотки информационного трансформатора 6 во вторичной его обмотке 2 наводится ЭДС соответствующая параметрам тока в первичной обмотке 1. Эта ЭДС усиливается первым усилителем 8 и поступает параллельно на интегральную схему 9 и дифференциальную схему 10. На выходе интегральной схемы выделяется огибающая или информационная составляющая тока передающей системы 1. Эта информационная составляющая после ограничения однопериодным вентилем В. 2 и усиления третьим усилителем 13 поступает на второй вход модулятора 12, чем обеспечивается модуляция напряжения генератора тактовых импульсов 13 поступающего по первому входу модулятора 14. На выходе дифференциальной схемы 10 появляются импульсы несущей частоты тока созданного в первой секции 4 кабеля передающей системой 1. Первый вентиль В. 1 оставляет только положительный импульс на его выходе, который после усиления вторым усилителем 11 поступает для синхронизации генератора тактовых импульсов 13, чем обеспечивается воссоздание рабочей частоты задающего генератора 1-1 передающей системы 1. Далее воссозданная рабочая частота генератором 13 пройдя модулятор 14 получает информационную составляющую. Выходной сигнал модулятора 14 соответствующий сигналу передающей системы 1 поступает на усилитель мощности 15. Высокое напряжение на выходе усилителя мощности 15 создает достаточный ток в первичной обмотке силового трансформатора 7 чтобы во вторичной его обмотке создать требуемый ток для работы второй секции 4 кабеля антенной системы «Системы связи…». Ток второй обмотки силового трансформатора 7 клеммой «в» соединен с первым выходом преобразователя 2, а первый выход преобразователя соединен со второй секцией 4 кабеля антенной системы, возбуждая в секции 4 ток. Данный ток должен быть равен току возбуждаемому в секции 4 кабеля передающей системой 1. Для контроля тока в секции 4 кабеля клемма «а» вторичной обмотки силового трансформатора соединена со вторым входом токового трансформатора 16, а второй выход этого токового трансформатора 16 подсоединен через регулятор мощности 17 ко второму входу усилителя мощности 15, чем обеспечивается регулировка уровня мощности на выходе усилителя мощности 15.
1
1
2
Работа токового трансформатора 16 поясняется схемой фиг. 3. Токовый трансформатор имеет три обмотки. Через первую обмотку 1 токового трансформатора 16 протекает ток возбужденный передающей системой 1 в первой секции 4 - , а во второй обмотке протекает ток  возбужденный преобразователем 2 во второй секции 4 кабеля антенной системы. Оба тока в первичной и вторичной обмотках направлены встречно, этим компенсируется возбужденная в них взаимоиндукция. Если токи равны , то в третьей обмотки наведенная ЭДС равна нулю. А если токи в первичной и вторичной обмотках не равны , то возникающая разность  взаимоиндукций наводит ЭДС в третьей обмотки токового трансформатора 16 (фиг. 3). Эта ЭДС поступает на второй выход токового трансформация 16 и через регулятор мощности 17 изменяет мощность усилителя мощности 15 в сторону уменьшения или в сторону увеличения (фиг. 2).
2
1
N
Таким образом, через заземлитель 3 в рабочем состоянии ток не течет, ибо токи первичной и вторичной обмоток в токовом трансформаторе 16 всегда подстраиваются равными по амплитуде, но противоположными по фазе, поэтому компенсируют поля возбуждаемые друг другом. Поэтому заземлители должны быть дешевыми при строительстве. Следовательно, все заземлители при преобразователях являются не рабочими и необходимы только для настройки требуемого тока в антенной системе. Для работы используются только первый 3 и последний 3 заземлители в антенной системе (фиг. 1)
1
2
N
Описанная работа преобразователя 2 является типовой для остальных преобразователей с 2 по 2, поэтому нет необходимости повторять описание их принципа действия.
В качестве проводника антенной системы можно использовать изолированный от земли кабель. Расчеты параметров изолированного проводника различного сечения представлены в таблице, приведенной ниже.
Из таблицы видно, что при длине секции подземного кабеля 25 км волновое сопротивление равно 280 Ом при токе в 10 А напряжение в кабеле будет около 3000 В. При таком напряжении работает кабель КПК - кабель подводный коаксиальный. Если заложить производство кабеля без экрана, то его можно использовать в качестве секций в антенной системе рассмотренной «Системе связи сверхнизкочастотного и крайненизкочастотного диапазона с глубокопогруженными и удаленными объектами - 1»
2
1
N
1
N
1
N
-4
Таким образом, через заземлитель 3 в рабочем состоянии ток не течет, ибо токи первичной и вторичной обмоток в токовом трансформаторе 16 всегда подстраиваются равными по амплитуде, но противоположными по фазе, поэтому компенсируют поля возбуждаемые друг другом. Поэтому заземлители должны быть дешевыми при строительстве. Следовательно, все заземлители при преобразователях являются не рабочими и необходимы только для настройки требуемого тока в антенной системе. Для работы используются только первый 3 и последний 3 заземлители в антенной системе (фиг. 1), причем токи по всей длине антенной системы для каждой секции подземного кабеля должны быть жестко равны , тогда подземный кабель, все его секции работают как единый не делимый кабель, и следовательно, разрядный ток между концевыми заземлителями 3 и 3 будет протекать на глубине скин-слоя для проводимости земли размещения этих заземлителей. Так на частоте 3 Гц скин-слой для σ=10⋅См/м, будет равен  для концевых заземлителей первого 3 и последнего 3. Глубина протекания обратного тока антенной системы будет 11 км.
-4
тока заземлителя
1
Концевые заземлители, таким образом, обеспечиваю электрический контакт с земной поверхностью, причем стремятся создать наилучшие условия для электрического контакта. Это значить уменьшить переходное сопротивление на границе раздела сред металл-земля путем увеличения размеров заземлителей. Наиболее приемлемыми размерами для проводимости земли σ=10⋅См/м являются 1000 м.×1000 м. При этом ток растекания от концевых заземлителей будет представлять полусферу в земле радиусом R=11 км., как это было показано расчетами выше. В зоне растекания первого заземлителя З располагается кабельная подземная магистраль (фиг. 6), обеспечивающая передачу информации от удаленных пунктов управления на вход системы управления передающей СНЧ-КНЧ антенной 1 с целью ее излучения в канал на глубокопогруженные и удаленные объекты. Естественен вопрос о защите кабельной подземной магистрали необходимой от токов растекания. Опыт работы кабельных систем в зонах растекания приводит к возникновению следующих явлений:
- мешающих влияний в информационных каналах;
- опасных влияний в виде напряжений недопустимых в цепях провод - земля для обслуживающего персонала кабельных магистралей;
- разогреву изоляции и ее выгоранию из-за невозможности отвода тепла в кабелях.
Следовательно, необходима защита подземной кабельной магистрали. Подобная защита выполняется на кабельных магистралях при их подходе к высоковольтным подстанциям высоковольтных линий электропередачи (см. Михайлов М.И. Разумов Л.Д. «Защита сооружений связи от опасных и мешающих влияний», - М:, Изд. «Связь» 1978).
Исходя из правил проектирования сооружений связи, в частности кабельных магистралей, подверженных влиянию токов растекания высоковольтных источников, рекомендовано для повышения коэффициента защитного действия (или КЗД) кабеля поверх прокладывать грозозащитный трос (фиг. 7). Последний, в два раза повышает защищенность кабеля. Поэтому прокладывают до трех грозозащитных тросов, чем снижают в четыре раза напряжение влияния. Кроме того, вводят разделение кабеля на отрезки, путем деления электрической длины кабеля подверженного влиянию с помощью введения необслуживаемых защитных пунктов (НЗП).
1
1
Для защиты подземной кабельной магистрали от антенны «Системы связи СНЧ и КНЧ диапазона с глубокопогруженными удаленными объектами» применимы рекомендуемые методы и показаны на фиг. 6, фиг. 7 и фиг. 8. В зоне токов растекания от заземлителя З создана система защиты подземной кабельной магистрали представленная на фиг. 8. Кабельная магистраль 18 соединена по первому входу с системой управления передающей СНЧ-КНЧ антенной 1. При этом система управления передающей СНЧ-КНЧ антенной 1 имеет собственный контур заземления 19. Необходимость контура заземления обосновывается тем, что потенциал земной поверхности и аппаратурного комплекса системы управления передающей СНЧ-КНЧ антенной 1 будет значительно отличаться и превысит нормы допустимых уровней. Назначение контура заземления 19 выровнять их значения. Подземная кабельная магистраль 18 разделена на три части в зоне действия заземлителя З. Разделение электрической длины проводников кабеля происходит в трех установленных необслуживаемых защитных пунктах: НЗП1, НЗП2 и НЗП3. Все НЗП выполняются идентично и представляют замкнутую металлическую конструкцию цилиндрической формы, помещенной в поверхностную среду земли. Внутри цилиндра размещаются системы защиты (фиг. 9) и имеет доступ обслуживающего персонала к цепям системы, одновременно там же устанавливается служебная связь на основе организации служебных каналов по фантомным цепям. Металлическая поверхность цистерны НЗП с металлическими покровами подземного кабеля образует единую систему экранирования кабельной магистрали 18, причем каждая НЗП имеет собственный заземлитель 21, что создает единый потенциал поверхности среды по трассе кабельной магистрали. Для увеличения экранирующих свойств поверхности земли поверх кабельной магистрали (фиг. 7) проложен грозозащитный трос 20. Причем трос разрезной, разделенный на три секции. Первая секция соединена с одной стороны к клемме «к» контура заземления системы управления передающей СНЧ-КНЧ антенной 1, а с другой стороны - к собственному заземлителю 22 через клемму «а». Последующие два отрезка грозозащитного троса 20 заземлены через клеммы «а» на собственные заземлители 22. Таким образом образован эквипотенциальный слой в поверхности размещения подземной кабельной магистрали 18, чем достигается снижение влияния кондуктивных токов на проводные цепи.
Для разделения проводных цепей в кабельной магистрали используется необслуживаемый защитный пункт НЗП. На фиг. 9 отображена структура НЗП, состоящая в данном случае из двух блоков электрического деления проводных цепей кабельной магистрали А1. В каждом блоке А1 образованы разделения двух информационных каналов и разделение фантомного канала служебной связи и цепь питания канальных усилителей. Первый блок А1 содержит: два разделительных трансформатора первого информационного канала Тр. 1 и Тр. 2; два разделительных трансформатора второго информационного канала Тр. 3 и Тр. 4; два разделительных трансформатора фантомного информационного (служебного) канала Тр. 5 и Тр. 6; три канальных усилителя 23, 24 и 25; первый Др. 1, С1 и второй Др. 2, С2 низкочастотные фильтры цепи питания канальных усилителей, первый К1 кабель входящий в НЗП. Второй блок А1 содержит те же устройства что и первый блок А1, показанный на фиг. 9, поэтому не представлен устройствами в виду идентичности. Работа обеих блоков абсолютно одинакова и второй блок А1 необходим как аварийная система в кабельной магистрали.
Работа первого блока А1 состоит в следующем.
Первый информационный канал образован в первом кабеле первым и вторым проводниками. Второй информационный канал образован в первом кабеле третьим и четвертым проводниками. Кабели могут быть использованы различного типа:
- симметричный кабель МКСАБпШп 4×4 (или МКСАБпШп 7×4) - междугородный симметричный с полиэтиленовым шлангом поверх металлических покровов, кабель имеет четыре четверки проводников;
- коаксиальный кабель КСППК 1×4 - одночетверочный кабель.
Учитывая, что скорость передачи радиостанции очень низкая, поэтому целесообразен кабель типа МКС.
Первый 1 и второй 2 проводники первого кабеля К1 проходя через первый и второй входы блока А1 подключены к клеммам «а» и «б» первой обмотки 1 первого разделительного трансформатора Тр. 1. Вторичная обмотка 2 трансформатора Тр. 1 через канальный усилитель 23 соединена с первичной обмоткой 1 второго разделительного трансформатора Тр. 2. Вторичная обмотка 2 второго разделительного трансформатора Тр. 2 через клеммы «а» и «б» соединена с первым и вторым проводниками соответственно через первый и второй выходы блока А1.
Разделительные трансформаторы первого информационного канала Тр. 1 и Тр. 2 обеспечивают деление электрической длины первого кабеля К1 в необслуживаемом защитном пункте НЗП, чем обеспечивается снижение электрического и магнитного влияния токов передающей антенны СНЧ, КНЧ и кондуктивных токов растекания заземлителя.
Третий 3 и четвертый 4 проводники первого кабеля К1 проходя через третий и четвертый входы блока А1 подключены к клеммам «а» и «б» первой обмотки 1 третьего разделительного трансформатора Тр. 3. Вторичная обмотка 2 трансформатора Тр. 3 через канальный усилитель 24 соединена с первичной обмоткой 1 четвертого разделительного трансформатора Тр. 4. Вторичная обмотка 2 четвертого разделительного трансформатора Тр. 4 через клеммы «а» и «б» соединена с третьим и четвертым проводниками первого кабеля К1 соответственно через третьей и четвертой выходы блока А1.
Разделительные трансформаторы второго информационного канала Тр. 3 и Тр. 4 обеспечивают деление электрической длины первого кабеля К1 в необслуживаемом защитном пункте НЗП, чем обеспечивается снижение электрического и магнитного влияния токов передающей антенны СНЧ, КНЧ и кондуктивных токов растекания заземлителя. Необходимые потери уровней в проводных системах связи восполняются канальными усилителями 23 и 24.
Устройства двух информационных каналов, организованных по четырем проводникам первого кабеля К1 возможно использовать для организации служебного канала и передачи постоянного тока для питания канальных усилителей 23, 24 и 25. Так выбранная средняя точка обмотки трансформаторов позволяет направлять встречные токи по обеим частям обмотки, при этом токи встречные не передаются во вторичную обмотку. Это физическое явление используется для вторичного использования разделительных трансформаторов в организации фантомного канала, которой используется для служебных переговоров. Спектры передачи служебного и информационного каналоы естественно отличаются. Организованы фантомный канал и подача потенциала питания усилителей выполнено в блоке А1 следующим образом.
Фантомный канал образован тем, что клемма «с» как средняя точка первичной обмотки первого разделительного трансформатора Тр. 1 соединена с клеммой «а» первичной обмотки пятого разделительного трансформатора Тр. 5, клемма «ж» как средняя точка первичной обмотки третьего разделительного трансформатора Тр. 3 соединена с клеммой «б» первичной обмотки пятого разделительного трансформатора Тр. 5, вторичная обмотка пятого разделительного трансформатора Тр. 5 соединена с первичной обмоткой шестого разделительного трансформатора Тр. 6 через третий канальный усилитель 25; вторичная обмотка шестого разделительного трансформатора Тр. 6 клеммой «а» соединена с клеммой «д» как средней точкой вторичной обмотки второго разделительного трансформатора Тр. 2, а клемма «б» вторичной обмотки шестого разделительного трансформатора Тр. 6 соединена с клеммой «в» как средней точкой вторичной обмотки четвертого разделительного трансформатора Тр. 4. Таким образом, фантомный канал приходит последовательно к НЗП1 и далее передается на следующие НЗП,
Цепь питания канальных усилителей образована следующим образом. Клемма «ф» как средняя точка первичной обмотки пятого разделительного трансформатора Тр. 5 соединена с клеммой «n» и через клемму «n» параллельно через первый дроссель Др. 1 с клеммой «к» и с заземленным первым конденсатором С1; клемма «у» как средняя точка вторичной обмотки шестого разделительного трансформатора Тр. 6 соединена с клеммой «р» и через клемму «р» параллельно через второй дроссель Др. 2 с клеммой «к» и с заземленным вторым конденсатором С2; клемма «к» соединена с клеммой «+U» образуя плюс источника питания канальных усилителей. Передаваемый ток центральной станцией, конечной в системе кабельной магистрали поступает по всем четырем проводникам первого кабеля и через фильтрацию поступает на клемму «к» с уровнем «+U». Подаваемый потенциал по второму кабелю К2 через работу второго блока А1 позволяет получить подобную клемму «к» с уровнем «-U». Таким образом канальные усилители имеют плюс «+U» и минус «-U» источника для питания усилителей 23, 24 и 25, а также последующие канальные усилители в последующих НЗП.
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.