СПОСОБ ПЕРЕДАЧИ ИНФОРМАЦИИ В СДВ ДИАПАЗОНЕ
METHOD OF TRANSMITTING INFORMATION IN VLF RANGE

Изобретение относится к области радиотехники, а именно к распространению радиоволн.
Основное использование СДВ диапазона приходится на обеспечение связи с погруженными в морскую среду объектами.
Известны способы передачи информации в СДВ диапазоне с использованием радиопередающих устройств мощностью в несколько сот кВт, например радиопередатчики «РОТОР» 500 кВт, «ПРОЛОМ» 1000 кВт, и многокилометровые антенные устройства.
Известна сверхдлинноволновая радионавигационная и связная система, Патент РФ №2117399, Н04В 13/00 от 10.08.1998.
Существующий способ передачи информации включает в себя формирование в возбудителе СДВ диапазона сигнала на несущей частоте этого диапазона, усиление этого сигнала усилителем мощности, излучение передающей антенной электромагнитных сверхдлинных волн, распространение этих волн в околоземном пространстве, прием и демодуляцию сигнала СДВ диапазона.
Недостатком этого способа является дороговизна его реализации по причине существенных материальных затрат на строительство радиопередающих и антенных устройств СДВ диапазона указанной выше мощности и больших габаритов, определяемых специфическими особенностями радиопередающей аппаратуры и антенн этого частотного диапазона.
Целью изобретения является удешевление способа передачи информации в СДВ диапазоне.
Поставленная цель достигается за счет того, что предложен способ передачи информации, включающий формирование в возбудителе СДВ диапазона сигнала на несущей частоте этого диапазона, прием и демодуляцию сигнала СДВ диапазона, при этом способ включает в себя формирование однополосного сигнала на несущей частоте коротковолнового диапазона, в качестве модулирующей функции которого используется сигнал от возбудителя СДВ диапазона, усиление и излучение сформированного сигнала коротковолнового диапазона.
Радиопередатчики коротковолнового (KB) диапазона мощностью в несколько кВт могут быть установлены как на стационарных, так и на подвижных объектах и подойти, выполняя роль ретранслятора, если это необходимо, на относительно небольшое расстояние к корреспонденту, находящемуся в подводном положении. При использовании коротковолновых радиопередатчиков не потребуются такие большие мощности, как радиопередатчикам СДВ диапазонов, и существенно снижаются габариты усилителей мощности и антенных устройств, что значительно снизит материальные затраты на разработку и производство техники связи в СДВ диапазоне.
Работа радиопередатчика KB диапазона осуществляется следующим образом.
В радиопередатчике устанавливается режим усиления сигнала на несущей частоте KB диапазона с амплитудной модуляцией в одной боковой полосе частотой СДВ диапазона. Как известно (Харкевич А.А. Спектры и анализ. М.: ГИТТЛ, 1957), при воздействии на нелинейный элемент суммы гармонических колебаний возникают комбинационные колебания, в том числе и на частотах модулирующей функции. В предложенном способе модулирующей функцией является сигнал СДВ диапазона. Поскольку ионосфера представляет собой область с нелинейными параметрами, то сигнал на частотах СДВ возникает в результате нелинейных преобразований в ней (как это показано в работах: Гуревич А.В., Шварцбург А.Б. Нелинейная теория распространения радиоволн в ионосфере. М., 1972, Гуревич А.В. Нелинейные явления в ионосфере. УФН (успехи физических наук), 177, 1145-1177, 2007, Ситенко А.Г. Флуктуации и нелинейное взаимодействие волн в плазме. Киев: Наукова думка, 1977).
При нелинейном преобразовании спектра возникают комбинационные частоты
1
2
n
где а, а, … a - целочисленные положительные коэффициенты.
0
0
0
В рассматриваемом случае излучается сигнал, содержащий ω - несущую частоту KB диапазона и ω+Ω при использовании верхней боковой полосы либо ω-Ω при использовании нижней боковой полосы, где Ω - модулирующая частота диапазона СДВ или КНЧ.
1
0
2
0
3
0
1
2
3
1КТ
2
1
0
0
2КТ
2
3
0
0
Примем ω=ω-Ω, ω=ω, ω=ω-Ω, a=a=a=1, тогда ω=|ω-ω|=ω-(ω-Ω)=Ω, также как ω=|ω-ω|=|ω-(ω+Ω)|=Ω.
0
Таким образом, комбинационные частоты спектра сигнала на несущей частоте ω KB диапазона, модулированного по амплитуде частотой Ω СДВ или КНЧ диапазона, содержат сигнал на модулирующей частоте Ω (см. чертеж).
0
Ток на выходе нелинейного элемента может быть представлен разложением функции, аппроксимирующей реальную характеристику нелинейности, в ряд Тэйлора относительно некоторой точки U (Котельников В.А. Научно-технический сборник, вып.14, М.: МЭИС, 1936)
где u - сумма гармонических колебаний;
(n)
0
i(U) - производные аппроксимирующей функции.
Предложенный математический аппарат инвариантен к природе функции i(u), будь это ток или напряженность поля (электрическая или магнитная), поскольку описывает процесс взаимодействия суммы гармонических колебаний и нелинейности.
Общее выражение для амплитуд комбинационных тонов в случае n гармонических колебаний (См. Муравченко В.Л. «Об одном методе определения уровней комбинационных составляющих на выходе нелинейного элемента» // Радиотехника, №8, 1982 г.) следующее:
1
2
n-1
где r, l, l, … l - индексы суммирования;
- сочетания.
Представленный выше математический аппарат подтверждает существование комбинационных частот, имеющих номинал модулирующей функции, при воздействии на нелинейный объект суммы гармонических колебаний и позволяет рассчитать амплитуды комбинационных тонов для конкретных условий передачи информации, включающих мощность радиопередатчиков и параметров нелинейности. Этим подтверждается также реализация предложенного способа передачи информации на частотах СДВ диапазона при использовании коротковолновых радиопередатчиков меньшей мощности, габаритов и стоимости.