СИСТЕМА СВЯЗИ СВЕРХНИЗКОЧАСТОТНОГО И КРАЙНЕНИЗКОЧАСТОТНОГО ДИАПАЗОНА С ГЛУБОКОПОГРУЖЕННЫМИ И УДАЛЕННЫМИ ОБЪЕКТАМИ - 2
COMMUNICATION SYSTEM FOR VERY LOW FREQUENCY AND EXTREMELY LOW FREQUENCY RANGE WITH DEEPLY SUBMERGED AND REMOTE OBJECTS - 2

Изобретение относится к области электротехники и радиотехники, а именно к технике связи СНЧ-КНЧ-диапазона, и может быть использовано для связи с глубокопогруженными и удаленными подводными объектами.
Известен «Способ сейсмической разведки» (патент №2029318 RU G01V 1/09, 1995). Этот способ сейсмической разведки заключается в возбуждении зондирующего сигнала и многоканального приема отраженных и дифрагированных волн от объекта, обработке с проведением селекции волн по направлениям прихода и отображением результатов в виде размеров параметров на платформе. Недостатком такого способа является то, что он использует приближенную интерполяцию данных, что приводит в ряде случаев к низкой достоверности результатов зондирования.
Известно устройство «Способ электромагнитного зондирования земной коры с использованием нормированных источников поля» (патент №2093863, RU G01V 3/12, 1997). Данное устройство содержит два генератора синусоидального тока, которые нагружены на протяженные, низко расположенные, горизонтально ориентированные и заземленные на концах антенны, регистрация же излучения, создаваемого СНЧ-радиоустановкой, осуществляется с помощью измерительного комплекса Объединенного Института Физики Земли (ОИФЗ) РАН типа «Борок». Однако данная установка не обеспечивает передачу информации с глубокопогруженными и удаленными подводными объектами, так как не имеет приемного комплекса в своем составе, а также обладает недостаточным уровнем СНЧ-КНЧ-сигналов на больших удалениях от источника.
Известно устройство «Унифицированный генераторно-измерительный комплекс СНЧ-КНЧ-излучения для геофизических исследований». Патент №2188439 RU от 27.08.02 G01V 3/12. Комплекс состоит из задающего генератора, N генераторов синусоидального тока, нагруженных на протяженные, низко расположенные горизонтально ориентированные передающие антенны с заземлителями на концах, причем регистрация излучения, создаваемого СНЧ-КНЧ-генераторами, осуществляется с помощью измерительного комплекса, при этом все N генераторов подключены к единому задающему генератору. Задающий генератор представляет собой однофазный мостовой инвертор, выполненный на мощных полупроводниковых управляемых вентилях-тиристорах. Недостатками устройства «Унифицированный генераторно-измерительный…» - известного генераторно-измерительного комплекса - является малый уровень излучения СНЧ-КНЧ-сигналов и их регистрация на больших удалениях от источника, так номинальная активная мощность при испытаниях на активную нагрузку составляет не более 30 кВт, а также низкая надежность работы комплекса в условиях наведенных помех (с глубоким подавлением гармоник промышленной частоты). Кроме того, в связи с высокими требованиями, предъявляемыми теорией электромагнитного поля к распространению радиосигналов в Мировом океане, для связи с удаленными и глубокопогруженными объектами необходимо иметь специальную антенну, малошумящий антенный усилитель и аналого-цифровой приемник, которые в прототипе отсутствуют.
<mrow><mi>h</mi><mo>=</mo><mn>1</mn><mo>/</mo><msqrt><mrow><mn>2</mn><mi>π</mi><mo>⋅</mo><mi>f</mi><mi>μ</mi><mi>σ</mi></mrow></msqrt></mrow>
-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; f - 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.
Базовым является патент №2350020 RU под названием «Система связи сверхнизкочастотного и крайненизкочастотного диапазона с глубокопогруженными и удаленными объектами», 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;
- электромагнитное поле, создаваемое «n» антенными устройствами поражает все системы на значительных расстояниях;
-4
<mrow><mi>h</mi><mo>=</mo><mn>1</mn><mo>/</mo><msqrt><mrow><mn>2</mn><mi>π</mi><mo>⋅</mo><mi>f</mi><mi>μ</mi><mi>σ</mi></mrow></msqrt></mrow>
- экологическая опасность превышения норм ПДУ СНЧ (предельнодопустимые нормы облучения личного состава обслуживающего СНЧ станции и жителей близлежащих районов, а также растения, животные и вся среда обитания). Например, на антенне, выполненной в виде ЛЭП (линий электропередачи) подается напряжение 30 кВ, а высота подвеса антенны из-за неровностей поверхности земли достигает из-за провеса 5 метров. Следовательно, напряженность поля вдоль антенны определится Е=(30кВ)/(5м)=6кВ. 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=10См/м, будет равен
=11259 м≈11 км, 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 нашей России;
- на глубокопогруженном и удаленном объекте установлена буксируемая кабельная антенна, 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; антенна буксируемая кабельного типа длиной до 1000 метров, такая антенна, прежде всего, ограничивает скорость движения подводного объекта до 6 узлов, хотя объект может развивать скорость намного больше, кроме того, сковывает маневр подводного объекта, так как антенна кабельного типа имеет направленные свойства, и объект должен двигаться только в направлении на координаты размещения береговой передающей антенны, либо в противоположном направлении.
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. Кроме того, на приеме буксируемая антенна кабельного типа у подводного объекта ограничивает возможности маневра объекта в горизонтальной и вертикальной плоскостях, по скорости движения, по выбору курса (направления) движения. Также трудности возникают при выпуске антенны кабельного типа из подводного объекта, так как при дифференте на нос выпускаемый или уже буксируемый кабель попадает под винт, и винт его рубит на части.
Целью изобретения является:
- снижения 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, а также создание экологической безопасности для человека и окружающей среды;
- разместить приемную антенную систему на корпусе подводного объекта, что обеспечит постоянный радиоприем СНЧ-КНЧ сигналов, независимость маневра и направления движения подводного объекта.
Поставленная цель достигается за счет применения в «Системе связи сверхнизкочастотного и крайненизкочастотного диапазона с глубокопогруженными и удаленными объектами» одного маломощного КНЧ-СНЧ генератора, двух заземлителей, «n» усилителей, «n» блоков системы управления для одной длиной 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 оказывающим влияние на электромагнитную совместимость с радиоэлектронными средствами, ЛЭП и кабельными магистралями, а также создание условий экологической безопасности для человека и окружающей среды; кроме того, за счет размещения приемной антенной системы на корпусе подводного объекта обеспечивается уверенный радиоприем СНЧ-КНЧ сигналов.
0
0
8
8
8
2
Действительно, резонансная частота f сферического резонатора Земля-ионосфера определяется как длина по экватору в 40000 км, деленная на скорость света (3·10 м/с) или f=(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, протекающим 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
<mrow><mi>h</mi><mo>=</mo><mn>1</mn><mo>/</mo><msqrt><mrow><mn>2</mn><mi>π</mi><mo>⋅</mo><mi>f</mi><mi>μ</mi><mi>σ</mi></mrow></msqrt></mrow>
-7
-4
-5
где I - ток в антенне в Амперах; h - глубина протекания тока в земле определяется следующей формулой:
(π=3,14; f - 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); l - 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 l=1000 км. Следовательно, чтобы исключить влияние тока на окружающие антенну радиоэлектронные средства (РЭС), высоковольтные линии электропередачи и кабельные магистрали, антенна должна иметь малый ток, но большую длину. Например, при использовании частоты 3 герца на данные объекты оказывается большое влияние, учитывая большую глубину проникновения через экранирующие оболочки кабелей и 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, кабельными магистралями, высоковольтными линиями электропередачи и инженерными сооружениями.
На фиг. 1 представлена антенна «Системы связи сверхнизкочастотного и крайненизкочастотного диапазона с глубокопогруженными и удаленными объектами», где:
- 1 - передающая система, содержащая: задающий генератор 1-1, модулятор 1-2, систему управления, защиты и автоматизации 1-3, усилитель мощности 1-4, согласующее устройство 1-5, индикатор тока антенной системы 1-6, источник электрической энергии 1-7 питания передающей системы 1;
1
2
3
4
5
N
- 2, 2, 2, 2, 2, …, 2 - первый, второй, третий, четвертый, пятый, … и N преобразователи;
1
2
3
4
5
6
N
- 3, 3, 3, 3, 3, 3, …, 3 - первый, второй третий, четвертый, пятый, шестой, … и N заземлители;
1
2
3
4
5
N
1
2
3
4
5
N
K
- 4 - одна из N секций (любая 4, 4, 4, 4, 4, …, 4) антенной системы длиной l, 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);
- l - длина антенной системы СНЧ-КНЧ, состоящая из N секций 4 подземного (подводного) неэкранированного кабеля;
<mrow><mrow><mo>(</mo><mrow><mi>h</mi><mo>=</mo><mn>1</mn><mo>/</mo><msqrt><mrow><mn>2</mn><mi>π</mi><mo>⋅</mo><mi>f</mi><mi>μ</mi><mi>σ</mi></mrow></msqrt></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow>
- h - глубина протекания обратного тока антенны
;
K
- h - глубина прокладки подземного (подводного) неэкранированного кабеля антенной системы;
A
- I - ток в антенне (подземном кабеле) и обратный ток в земле.
1
2
3
4
5
N
На Фиг. 2 один из N преобразователей (любой 2, 2, 2, 2, 2, …, 2):
1
2
3
4
5
N
- 4 - секция антенной системы (подземного или подводного неэкранированного кабеля), любая 4, 4, 4, 4, 4, 4;
- 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;
<mrow><msubsup><mi>I</mi><mi>A</mi><mrow><mi>N</mi><mo>−</mo><mn>1</mn></mrow></msubsup></mrow>
-
- ток в N-1 секции антенны длиной 20 км;
<mrow><msubsup><mi>I</mi><mi>A</mi><mi>N</mi></msubsup></mrow>
-
- ток в N секции антенны длиной 20 км;
<mrow><msubsup><mi>I</mi><mi>A</mi><mrow><mi>N</mi><mo>−</mo><mn>1</mn></mrow></msubsup><mo>−</mo><msubsup><mi>I</mi><mi>A</mi><mi>N</mi></msubsup></mrow>
-
- разность токов N-1 секции и N секции антенной системы.
<mrow><msubsup><mi>I</mi><mi>A</mi><mrow><mi>N</mi><mo>−</mo><mn>1</mn></mrow></msubsup></mrow>
<mrow><msubsup><mi>I</mi><mi>A</mi><mi>N</mi></msubsup></mrow>
<mrow><mrow><mo>(</mo><mrow><msubsup><mi>I</mi><mi>A</mi><mrow><mi>N</mi><mo>−</mo><mn>1</mn></mrow></msubsup><mo>−</mo><msubsup><mi>I</mi><mi>A</mi><mi>N</mi></msubsup></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow>
На фиг. 3 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.
N
N
N
На фиг. 4 представлена приемная антенная система подводного объекта, содержащая: N секций рамочных приемных антенн 18, N усилителей рамочных приемных антенн 19, N устройств суммирования наведенных ЭДС рамочных приемных антенн 20.
N
1
2
1
2
7
8
На фиг. 5 представлена одна из N однотипных секций рамочной антенны 18, содержащая: ортогонально расположенные идентичные первый и второй блоки из трех рамочных антенн с ферритовыми сердечниками 21 и 22; первый и второй частотоизбирательные блоки 23 и 23; первую и вторую емкости С и С; первую и вторую разделительные индуктивности L и L.
N
1
2
3
N
На фиг. 6 представлено устройство суммирования наведенных ЭДС рамочных антенн 20, содержащее N сумматоров (например, 20, 20, 20, …, 20), в каждом из N сумматоров двухобмоточный трансформатор (например, Tp.1, Tp.2, …, Tp.N).
На фиг. 7 представлен частотоизбирательный блок 23, содержащий: преобразователь импедансов 24, преобразователь частота-напряжение 25, преобразователь (понижающий) частоты 26.
На фиг. 8 представлен преобразователь импедансов (гиратор), содержащий: первый ОУ1 и второй ОУ2 оперативные усилители, резисторы первый R1, второй R2, третий R3 и четвертый R4, нагрузочную емкость С и варикап Вп.
1
2
3
4
5
N
1
2
3
4
5
6
N
N
1
1
1
1
2
2
2
2
2
3
2
3
3
4
4
3
4
4
5
5
4
5
5
6
6
5
6
N-1
N
N
N
N
N
N
«Система связи сверхнизкочастотного и крайненизкочастотного диапазонов с глубокопогруженными и удаленными объектами», представленная на фиг. 1, содержит передающую систему 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, индикатора тока антенны 1-6 и источника тока 1-7; N преобразователей - 2 (например, 2, 2, 2, 2, 2, …, 2), N заземлителей антенны (например, 3, 3, 3, 3, 3, 3, …, 3), N отрезков подземного неэкранированного кабеля 4 антенной системы длиной l (антенная система есть изолированный проводник, находящийся в земле или подземный неэкранированный кабель), при этом первый вход передающей системы 1 соединен 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 передающей системы 1, через вход индикатора тока антенны 1-6, выход усилителя мощности 1-4 соединен через первый вход согласующего устройства 1-5, через первый выход согласующего устройства с выходом передающей системы 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 их электроснабжения в передающей системе 1; выход передающей системы 1 соединен через первый отрезок подземного кабеля 4 антенной системы с входом первого преобразователя 2, первый выход первого преобразователя 2 соединен с помощью второго отрезка подземного кабеля 4 антенной системы с входом второго преобразователя 2, а второй выход первого преобразователя 2 соединен со вторым заземлителем 3 антенной системы; выход второго преобразователя 2 соединен через третий отрезок подземного кабеля 4з антенной системы с входом третьего преобразователя 2, а второй выход второго преобразователя 2 соединен с третьим заземлителем 3 антенной системы; выход третьего преобразователя 2 соединен через четвертый отрезок подземного кабеля 4 антенной системы с входом четвертого преобразователя 2, а второй выход третьего преобразователя 2 соединен с четвертым заземлителем 3 антенной системы; выход четвертого преобразователя 2 соединен через пятый отрезок подземного кабеля 4 антенной системы с входом пятого преобразователя 2, а второй выход четвертого преобразователя 2 соединен с пятым заземлителем 3 антенной системы; выход пятого преобразователя 2 соединен через шестой отрезок подземного кабеля 4 антенной системы с входом шестого преобразователя 2, а второй выход пятого преобразователя 2 соединен с шестым заземлителем 3 антенной системы; таким образом обеспечивается соединение последующих преобразователей с последующими отрезками кабелей в антенной системе; выход N-1 преобразователя 2 соединен через N отрезок подземного кабеля 4 антенной системы с входом N преобразователя 2, а второй выход N-1 преобразователя 2 соединен с N заземлителем 3 антенной системы; выход преобразователя 2 соединен с N заземлителем 3 антенной системы.
N
1
2
3
4
5
N
N
N
N
2
<mrow><msubsup><mi>N</mi><mi>A</mi><mrow><mi>N</mi><mo>−</mo><mn>1</mn></mrow></msubsup></mrow>
<mrow><msubsup><mi>I</mi><mi>A</mi><mi>N</mi></msubsup></mrow>
<mrow><msubsup><mi>I</mi><mi>A</mi><mrow><mi>N</mi><mo>−</mo><mn>1</mn></mrow></msubsup><mo>−</mo><msubsup><mi>I</mi><mi>A</mi><mi>N</mi></msubsup></mrow>
Один из N преобразователей 2 (любой 2, 2, 2, 2, 2, …, 2) на фиг. 2 содержит: подземный кабель 4 секции антенной системы, источник электрической энергии питания 5 блоков преобразователя 2, информационный трансформатор Тр.И6, силовой трансформатор Тр.С7, 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 длиной до 20 км;
- ток в N секции антенны системы длиной 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, 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.
<mrow><msubsup><mi>I</mi><mi>A</mi><mrow><mi>N</mi><mo>−</mo><mn>1</mn></mrow></msubsup></mrow>
<mrow><msubsup><mi>I</mi><mi>A</mi><mi>N</mi></msubsup></mrow>
<mrow><msubsup><mi>I</mi><mi>A</mi><mrow><mi>N</mi><mo>−</mo><mn>1</mn></mrow></msubsup><mo>−</mo><msubsup><mi>I</mi><mi>A</mi><mi>N</mi></msubsup></mrow>
1
N
2
N
На фиг. 3 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, втекаемым через первый вход на выход токового трансформатора 16 к заземлителю 3, с током
в N секции подземного кабеля 4 антенной системы, протекаемым во второй обмотке 2 токового трансформатора 16, втекаемым 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.
N
N
N
1
1
1
2
2
2
2
3
3
3
3
4
4
4
4
N
N
N
N
На фиг. 4 представлена приемная антенная система подводного объекта, содержащая N секций рамочных антенн 18 приемной антенной системы, N усилителей рамочных антенн 19, N устройств суммирования наведенных ЭДС рамочных антенн 20 приемной антенной системы, при этом выход первой секции рамочной антенны 18 соединен через первый усилитель рамочной антенны 19, через первое устройство суммирования наведенных ЭДС рамочных антенн 20 со вторым входом второго устройства суммирования наведенных ЭДС рамочных антенн 20; выход второй секции рамочной антенны 18 соединен через второй усилитель рамочных антенн 19, через первый вход второго устройства суммирования наведенных ЭДС рамочных антенн 20 со вторым входом третьего устройства суммирования наведенных ЭДС рамочных антенн 20; выход третьей секции рамочной антенны 18 соединен через третий усилитель рамочных антенн 19, через первый вход третьего устройства суммирования наведенных ЭДС рамочных антенн 20 со вторым входом четвертого устройства суммирования наведенных ЭДС рамочных антенн 20; выход четвертой секции рамочной антенны 18 соединен через четвертый усилитель рамочных антенн 19, через первый вход четвертого устройства суммирования наведенных ЭДС рамочных антенн 20 со вторым входом пятого устройства суммирования наведенных ЭДС рамочных антенн, через второй вход шестого, седьмого до N устройства суммирования наведенных ЭДС рамочных антенн 20; выход N секции рамочной антенны 18 соединен через N усилитель рамочных антенн 19, через первый вход N устройства суммирования наведенных ЭДС рамочных антенн 20 с входом приемного устройства 21.
N
1
2
1
2
7
8
N
1
3
1
2
3
7
1
1
4
5
6
8
2
2
N
На фиг. 5 представлена одна из N однотипных секций рамочной антенны 18, содержащая ортогонально расположенные идентичные первый и второй блоки из трех секций рамочных антенн с ферритовыми сердечниками 21 и 22, первый и второй частотоизбирательные блоки 23 и 23, первую и вторую емкости С и С, первую и вторую разделительные индуктивности L и L, при этом вход секции рамочной антенны 18 соединен параллельно с входами первого и второго частотоизбирательных блоков 23 и 23; три рамочные антенны L, L и L первого блока из трех рамочных антенн с ферритовыми сердечниками 21 с одной стороны соединены параллельно с заземленной клеммой «в», а с другой стороны параллельно соединены с выходом блока из трех рамочных антенн с ферритовыми сердечниками 21; выход блока из трех рамочных антенн с ферритовыми сердечниками 21 соединен с клеммой «д», клемма «д» через первую разделительную индуктивность L соединена с клеммой «а», кроме того, клемма «д» соединена параллельно с выходом первого частотоизбирательного блока 23 и заземленной первой емкостью С три рамочные антенны L, L и L второго блока из трех рамочных антенн с ферритовыми сердечниками 22 с одной стороны соединены параллельно с заземленной клеммой «с», а с другой стороны параллельно соединены с выходом блока из трех секций рамочных антенн с ферритовыми сердечниками 22; выход блока из трех секций рамочных антенн с ферритовыми сердечниками 22 соединен с клеммой «е», клемма «е» через вторую разделительную индуктивность L соединена с клеммой «а», кроме того, клемма «е» соединена параллельно с выходом второго частотоизбирательного блока 23 и заземленной второй емкостью С; клемма «а» соединена с выходом секции рамочной антенны 18.
N
1
2
3
N
1
1
2
2
2
3
3
3
N
На фиг. 6 представлено устройство суммирования наведенных ЭДС рамочных антенн 20, содержащее N сумматоров (например, 20, 20, 20, …, 20), в каждом из N сумматоров двухобмоточный трансформатор, при этом вход первого сумматора 20 соединен через первичную обмотку первого трансформатора Тр.1 с земляным проводом, вторичная обмотка первого трансформатора Тр.1 с одной стороны заземлена, а с другой стороны соединена через выход первого сумматора 20 со вторым входом второго сумматора 20; первый вход второго сумматора 20 соединен через первичную обмотку второго трансформатора Тр.2 с земляным проводом, вторичная обмотка второго трансформатора Тр.2 с одной стороны заземлена, а с другой стороны соединена через выход второго сумматора 20 со вторым входом третьего сумматора 20; первый вход третьего сумматора 20 соединен через первичную обмотку третьего трансформатора Тр.3 с земляным проводом, вторичная обмотка третьего трансформатора Тр.3 с одной стороны заземлена, а с другой стороны соединена через выход третьего (четвертого, пятого и последующих) сумматора 20 со вторым входом третьего, четвертого и последующих сумматоров 20 и через выход N сумматора соединен с входом приемного устройства.
На фиг. 7 представлен частотоизбирательный блок 23, содержащий 24 преобразователь импеданса (гиратор), 25 преобразователь частота-напряжение, 26 преобразователь (понижающий) частоты, при этом вход частотоизбирательного блока 23 соединен с выходом частотоизбирательного блока 23 через преобразователь (понижающий) частоты 26, через преобразователь частота-напряжение 25 и через преобразователь импеданса 24.
0
<mrow><msub><mi>f</mi><mn>0</mn></msub><mo>=</mo><mn>1</mn><mo>/</mo><mrow><mo>(</mo><mrow><mn>2</mn><mi>π</mi><msqrt><mrow><msub><mi>L</mi><mn>0</mn></msub><mo>⋅</mo><msub><mi>C</mi><mn>0</mn></msub></mrow></msqrt></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow>
На фиг. 8 представлен преобразователь импеданса (гиратор), содержащий первый ОУ1 и второй ОУ2 оперативные усилители, резисторы первый R1, второй R2, третий R3 и четвертый R4, нагрузочная емкость - С и варикап Вп. Принцип работы преобразователя импеданса (гиратора) представлен в литературе авторов У. Титце, К. Шенк «Полупроводниковая схемотехника», - М.: изд. Мир, 1983 г., раздел 12.6, стр. 180-183. Гиратор позволяет преобразовать емкость нагрузочной емкости С (фиг. 8) в индуктивность на выходе гиратора. Например, при емкости нагрузочной в 1 мкФ индуктивность на выходе составит 100 Гн. Создать такую индуктивность достаточно сложно, так как будет иметь большой вес и очень значительные габариты. Расчет необходимой индуктивности L параллельного колебательного контура для приема СНЧ-КНЧ электромагнитных полей от 3 до 300 Гц проводится в соответствии с формулой
, то зная емкость С у гиратора (фиг. 8) можно определить индуктивность исходя из параметров гиратора
0
0
L=(R1·R2·R4·С)/R3, где L - в Гн, R - в омах, С - в нФ.
Параллельно емкости С включен варикап Вп, который позволяет изменять нагрузочную емкость в зависимости от подаваемого напряжения, подаваемого на варикап в пределах до 300 пФ, при необходимости увеличения емкости следует включать блок варикапов вместо одного (работа варикапа представлена на стр. 24, раздел 3.3, в литературе авторов У. Титце, К. Шенк «Полупроводниковая схемотехника», - М.: изд. Мир, 1983 г. Принцип управления изменением индуктивного сопротивления на выходе гиратора показан в журнале «Радио» №11, за 1996 г., автором Петин Г.П. «Применение гиратора в резонансных усилителях и генераторах».
Принцип действия «Системы связи сверхнизкочастотного и крайненизкочастотного диапазонов с глубокопогруженными и удаленными объектами» состоит в следующем.
N
N
1
1
1
1
N
N
N
Система связи на берегу содержит антенную систему (фиг. 1), представляющую один подземный протяженный изолированный от земли как проводящей среды проводник длиной l. Этот протяженный проводник разделен на N секций, последовательно включенных между собой. 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 4i 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 искаженное™ 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, поступающие на выходе передающей системы 1 и протекающие по первой секции 4 кабеля антенной системы должны быть восстановлены 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
Ток передающей системы 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 4i 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
1
2
N
<mrow><msubsup><mi>I</mi><mi>A</mi><mrow><mi>N</mi><mo>−</mo><mn>1</mn></mrow></msubsup></mrow>
<mrow><msubsup><mi>I</mi><mi>A</mi><mi>N</mi></msubsup></mrow>
<mrow><mrow><mo>(</mo><mrow><msubsup><mi>I</mi><mi>A</mi><mrow><mi>N</mi><mo>−</mo><mn>1</mn></mrow></msubsup><mo>−</mo><msubsup><mi>I</mi><mi>A</mi><mi>N</mi></msubsup></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow>
<mrow><mrow><mo>(</mo><mrow><msubsup><mi>I</mi><mi>A</mi><mrow><mi>N</mi><mo>−</mo><mn>1</mn></mrow></msubsup><mo>#</mo><msubsup><mi>I</mi><mi>A</mi><mi>N</mi></msubsup></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow>
<mrow><mrow><mo>(</mo><mrow><msubsup><mi>I</mi><mi>A</mi><mrow><mi>N</mi><mo>−</mo><mn>1</mn></mrow></msubsup><mo>−</mo><msubsup><mi>I</mi><mi>A</mi><mi>N</mi></msubsup></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow>
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 обмотке 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 трансформатора 16 и через регулятор мощности 17 изменяет мощность усилителя мощности 15 в сторону уменьшения или в сторону увеличения (фиг. 2). Описанная работа преобразователя 2 является типовой для остальных преобразователей с 2 по 2, поэтому нет необходимости повторять описание их принципа действия.
2
1
N
1
N
1
N
<mrow><mrow><mo>(</mo><mrow><msubsup><mi>I</mi><mi>A</mi><mrow><mi>N</mi><mo>−</mo><mn>1</mn></mrow></msubsup><mo>=</mo><msubsup><mi>I</mi><mi>A</mi><mi>N</mi></msubsup></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow>
<mrow><mi>h</mi><mo>=</mo><mn>1</mn><mo>/</mo><msqrt><mrow><mn>2</mn><mi>π</mi><mo>⋅</mo><mi>f</mi><mi>μ</mi><mi>σ</mi></mrow></msqrt></mrow>
-4
Таким образом, через заземлитель 3 в рабочем состоянии ток не течет, так как 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 нерабочими 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 неделимый 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
=11259 м≈11 км для концевых заземлителей первого 3 и последнего 3. Глубина протекания обратного тока антенной системы будет 11 км.
Приемная антенная система, представленная на фиг. 4, размещается стационарно на корпусе подводного объекта. Причем в настоящее время уже размещаются рамочные антенны с ферритовыми сердечниками. Так как ферритовый сердечник способствует затеканию электромагнитного поля в пространства между сплошными металлическими конструкциями, т.е. в щель, где располагается феррит для создания обтекаемости подводных объектов. А металлическая щель, где располагается стационарно рамочная антенна с ферритовыми сердечниками, заливается эпоксидной смолой. Такие антенны выполняются двумя секциями, расположенными ортогонально друг относительно друга, причем каждая секция состоит из трех рамочных антенн с тремя ферритовыми сердечниками (фиг. 5, секции 21 и 22). Подобные антенны работают на частотах от 6 до 30 кГц. Ниже диапазон не может быть принят, так как требуемую индуктивность создать не удается, чтобы настроить в резонанс колебательный контур, образованный этими рамочными антеннами, на частоты от 3 до 300 Гц невозможно. Необходимо увеличение индуктивного сопротивления контура приемной антенны. Для приема диапазона частот от 3 до 300 Гц предлагается увеличить индуктивное сопротивление антенного контура введением преобразователя импеданса (гиратора) и обеспечит, его автоматическую перестройку по диапазону частот. Внедрение стационарной приемной антенной системы в корпусе подводного объекта, между легким и прочным корпусами, вместо буксируемого антенного кабеля, позволит менять курс и направление подводного объекта; иметь непрерывный радиоприем; нет необходимости выпуска и сбора приемной антенны; обеспечить маневр подводного объекта без опасности отсечки антенны вращающимися винтами; повысить отношение сигнал/шум на входе приемного устройства; исключить влияние вращающейся поляризованной водной среды за счет вращения винтов подводного объекта на радиоприем.
N
N
N
1
1
1
1
N
N
Для реализации рассмотрим схему построения приемной антенной системы и ее работу. На фиг. 4 приведена схема построения приемной антенной системы на подводном объекте. Приемная антенная система подводного объекта размещается вдоль длины объекта. Система содержит N секций рамочных антенн 18 приемной антенной системы, N усилителей рамочных антенн 19, N устройств суммирования наведенных ЭДС рамочных антенн 20 приемной антенной системы. Наведенная ЭДС в рамочной антенне, настроенной в резонанс с частотой поля падающей электромагнитной волны, поступает на выход первой секции рамочной антенны 18, которая соединена через первый усилитель рамочных антенн 19 с входом первого устройство суммирования наведенных ЭДС рамочных антенн 20. Эта наведенная ЭДС складывается с наведенными ЭДС в последующих сумматорах от первого сумматора 20 до последнего 20. Причем в каждый из N сумматоров наведенная ЭДС поступает собственной рамочной антенны. Суммарная ЭДС наведенная во всех N рамочных антеннах, поступает с выхода последнего сумматора 20 на вход радиоприемного устройства СНЧ-КНЧ диапазона.
N
1
2
1
2
7
8
N
1
3
1
2
3
7
1
1
4
5
6
8
2
2
N
Принцип работы и конструктивные особенности рамочной антенны приведены на фиг. 5. Где представлена одна из N однотипных секций магнитной антенны 18, содержащая ортогонально расположенные идентичные первый и второй блоки из трех секций рамочных антенн с ферритовыми сердечниками 21 и 22, первый и второй частотоизбирательные блоки 23 и 23, первую и вторую емкости C и С, первую и вторую разделительные индуктивности L и L, при этом вход секции рамочной антенны 18 соединен параллельно с входами первого и второго частотоизбирательных блоков 23 и 23; три рамочные антенны L, L и L первого блока из трех секций рамочных антенн с ферритовыми сердечниками 21 с одной стороны соединены параллельно с заземленной клеммой «в», а с другой стороны параллельно соединены с выходом блока из трех рамочных антенн с ферритовыми сердечниками 21; выход блока из трех рамочных антенн с ферритовыми сердечниками 21 соединен с клеммой «д», клемма «д» через первую разделительную индуктивность L соединена с клеммой «а», кроме того, клемма «д» соединена параллельно с выходом первого частотоизбирательного блока 23 и заземленной первой емкостью C; три рамочные антенны L, L и L второго блока из трех рамочных антенн с ферритовыми сердечниками 22 с одной стороны соединены параллельно с заземленной клеммой «с», а с другой стороны параллельно соединены с выходом блока из трех рамочных антенн с ферритовыми сердечниками 22; выход блока из трех рамочных антенн с ферритовыми сердечниками 22 соединен с клеммой «е», клемма «е» через вторую разделительную индуктивность L соединена с клеммой «а», кроме того, клемма «е» соединена параллельно с выходом второго частотоизбирательного блока 23 и заземленной второй емкостью С; клемма «а» соединена с выходом секции магнитной антенны 18. Ортогональное расположение рамочных антенных систем 21 и 22 позволяет иметь круговую диаграмму направленности в горизонтальной плоскости, чем обеспечивает движение объекта в различных направлениях, без обозначения курса для буксируемой антенны.
7
8
1
1
2
2
Падающая электромагнитная волна возбуждает в ферритовых стержнях поляризационные токи, которые создают ЭДС в витках рамочных антенн, расположенных на ферритовых стержнях. Эта ЭДС за счет наличия колебательного контура, созданного индуктивным сопротивлением, вносимым преобразователем импеданса (гиратором), возбуждает резонанс контура на частоте приема. Индуктивности L и L обеспечивают гальваническую развязку между колебательными контурами: первым, образованным рамочными антеннами секции 21, гиратором 23 и емкостью C, и вторым, образованным рамочными антеннами секции 22, гиратором 23 и емкостью С. Наведенная ЭДС мала, поэтому подключен параллельный колебательный контур, который на резонансной частоте имеет бесконечное сопротивление и практически не имеет потерь. Эта ЭДС от каждой резонансной системы используется для накопления энергии сумматорами от N рамочных антенн. Принцип последовательного суммирования ЭДС от N рамочных антенн приведен на фиг. 6.
N
1
2
3
N
1
1
2
2
2
3
3
3
N
На фиг. 6 представлено устройство суммирования наведенных ЭДС рамочных антенн 20, содержащее N сумматоров (например, 20, 20, 20, …, 20), в каждом из N сумматоров двухобмоточный трансформатор, при этом вход первого сумматора 20 соединен через первичную обмотку первого трансформатора Тр.1 с земляным проводом, вторичная обмотка первого трансформатора Тр.1 с одной стороны заземлена, а с другой стороны соединена через выход первого сумматора 20 со вторым входом второго сумматора 20; первый вход второго сумматора 20 соединен через первичную обмотку второго трансформатора Тр.2 с земляным проводом, вторичная обмотка второго трансформатора Тр.2 с одной стороны заземлена, а с другой стороны соединена через выход второго сумматора 20 со вторым входом третьего сумматора 20; первый вход третьего сумматора 20 соединен через первичную обмотку третьего трансформатора Тр.3 с земляным проводом, вторичная обмотка третьего трансформатора Тр.3 с одной стороны заземлена, а с другой стороны соединена через выход третьего (четвертого, пятого и последующих) сумматора 20 со вторым входом третьего, четвертого и последующих сумматоров 20 и через выход N сумматора соединен с входом приемного устройства.
На фиг. 7 представлен частотоизбирательный блок 23, содержащий 24 преобразователь импеданса (гиратор), 25 преобразователь частота-напряжение, 26 преобразователь (понижающий) частоты, при этом вход частотоизбирательного блока 23 соединен с выходом частотоизбирательного блока 23 через преобразователь (понижающий) частоты 26, через преобразователь частота-напряжение 25 и через преобразователь импеданса 24. В гираторе элемент варикап может управляться преобразователем частота-напряжение 25. В качестве преобразователя частота-напряжение 25 рекомендуется использовать преобразователь типа ADVFC32 Analog Devices, или ТС9400 Microchip Technology, или выпускаемые компаниями National Semiconductor Texas Instruments. Вместо варикапа можно спользовать интегральную схему цифрового управления типа Х90100М81 фирмы XIRON, в этом случае частота настройки приемного устройства в цифровом виде через преобразователь частоты может подаваться на интегральную схему. Понижение частоты преобразователем 26 связан с тем, что гиратор устойчиво работает на низких частотах.
0
<mrow><msub><mi>f</mi><mn>0</mn></msub><mo>=</mo><mn>1</mn><mo>/</mo><mrow><mo>(</mo><mrow><mn>2</mn><mi>π</mi><msqrt><mrow><msub><mi>L</mi><mn>0</mn></msub><mo>⋅</mo><msub><mi>C</mi><mn>0</mn></msub></mrow></msqrt></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow>
На фиг. 8 представлен преобразователь импеданса (гиратор), содержащий первый ОУ1 и второй ОУ2 оперативные усилители, резисторы первый R1, второй R2, третий R3 и четвертый R4, нагрузочная емкость - С и варикап Вп. Принцип работы преобразователя импеданса (гиратора) представлен в литературе авторов У. Титце, К. Шенк «Полупроводниковая схемотехника», - М.: изд. Мир, 1983 г., раздел 12.6, стр. 180-183. Гиратор позволяет преобразовать емкость нагрузочной емкости С (фиг. 8) в индуктивность на выходе гиратора. Например, при емкости нагрузочной в 1 мкФ индуктивность на выходе составит 100 Гн. Создать такую индуктивность достаточно сложно, так как будет иметь большой вес и очень значительные габариты. Расчет необходимой индуктивности L параллельного колебательного контура для приема СНЧ-КНЧ электромагнитных полей от 3 до 300 Гц проводится в соответствии с формулой
, то зная емкость С у гиратора (фиг. 8) можно определить индуктивность исходя из параметров гиратора
0
0
L=(R1·R2·R4·C)/R3, где L - в Гн, R - в омах, С - в нФ.
Параллельно емкости С включен варикап Вп, который позволяет изменять нагрузочную емкость в зависимости от напряжения, подаваемого на варикап, в пределах до 300 пФ; при необходимости увеличения емкости следует включать блок варикапов вместо одного (работа варикапа представлена на стр. 24, раздел 3.3, в литературе авторов У. Титце, К. Шенк «Полупроводниковая схемотехника», - М.: изд. Мир, 1983 г. Принцип управления изменением индуктивного сопротивления на выходе гиратора показан в журнале «Радио» №11, за 1996 г., автором Петин Г.П. «Применение гиратора в резонансных усилителях и генераторах».
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.