MULTIPLE-CHANNEL SYSTEM FOR APPLICATION OF ULTRASHORT PULSE ELECTROMAGNETIC RADIATION WITH HIGH FREQUENCY OF REPETITION TO GROUND BROADBAND RADIO COMMUNICATION LINE
МНОГОКАНАЛЬНЫЙ КОМПЛЕКС ВОЗДЕЙСТВИЯ СВЕРХКОРОТКОИМПУЛЬСНОГО ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ С ВЫСОКОЙ ЧАСТОТОЙ ПОВТОРЕНИЯ НА НАЗЕМНЫЕ ШИРОКОПОЛОСНЫЕ ЛИНИИ РАДИОСВЯЗИ

Изобретение относится к радиотехнике, а более конкретно к радиосвязи и может быть использовано в многоканальных комплексах воздействия сверхкороткоимпульсного электромагнитного излучения с высокой частотой повторения, состоящих из синхронно работающих излучателей малой мощности, на наземные широкополосные линии радиосвязи.
Многоканальные излучающие комплексы относятся к средствам создания радиопомех и предназначены для излучения мощных электромагнитных импульсов в полосе частот 0,1÷40 ГГц с пиковой мощностью от десятков мегаватт до десятков гигаватт. В зависимости от решаемых задач излучающие системы комплектуются различными типами импульсных генераторов, системами питания, управления и синхронизации. Используются также различные типы антенн и различные методы сканирования излучением.
Одним из основных требований к средствам создания радиопомех является возможность подавления разнообразных средств радиосвязи. В настоящее время средств для создания сверхкороткоимпульсного электромагнитного излучения с высокой частотой повторения на наземные широкополосные линии радиосвязи, работающие в определенном диапазоне частот, не существует, поэтому техническая реализация предлагаемого устройства формирования помех позволит сократить дисбаланс в этой области.
Уровень техники.
Известна станция помех радиосвязи, содержащая последовательно соединенные приемную антенну, антенный переключатель, приемник, анализатор сигнала, генератор напряжения, модулятор, усилитель, передатчик и передающую антенну [А.И. Палий. Радиоэлектронная борьба: (Средства и способы подавления и защиты радиоэлектронных систем). М.: «Воениздат», - 1981, стр. 56].
Недостатком данного устройства является отсутствие возможности создания воздействия сверхкороткоимпульсного электромагнитного излучения с высокой частотой повторения на наземные широкополосные линии радиосвязи, работающие в диапазоне частот 0,03-3 ГГц, устройство не надежно в работе, сложно в ремонте, имеет неудовлетворительную ресурсоемкость.
Из известных устройств для формирования помех каналам связи известна станция ответных помех, содержащая последовательно соединенные приемную антенну, приемно-возбудительный блок и радиопередающий блок с передающей антенной, при этом ко второму и третьему выходам приемно-возбудительного блока присоединены блоки формирования помех и управления соответственно, а ко второму и третьему входам - первый выход блока управления и выход блока формирования помех соответственно [В.И. Борисов, В.М. Зинчук, А.Е. Лимарев, А.В. Немчилов, А.А. Чаплыгин. Пространственные и вероятностно-временные характеристики эффективности станций ответных помех при подавлении систем радиосвязи. М.: «РадиоСофт», - 2008, стр. 320].
Недостатком данного устройства является отсутствие возможности создания воздействия сверхкороткоимпульсного электромагнитного излучения с высокой частотой повторения на наземные широкополосные линии радиосвязи, работающие в диапазоне частот 0,03-3 ГГц, устройство сложно в управлении, обладает невысокой ресурсоемкостью и надежностью.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является устройство формирования радиопомех, содержащее последовательно соединенные приемную антенну, приемно-возбудительный блок и радиопередающий блок с передающей антенной, при этом ко второму и третьему выходам приемно-возбудительного блока присоединены блоки формирования помех и управления соответственно, а ко второму и третьему входам - первый выход блока управления и выход блока формирования помех соответственно, кроме того, в него введены последовательно соединенные блок тактовой синхронизации, генератор псевдослучайной последовательности и блок радиоподавления дискретных каналов связи, при этом вход блока тактовой синхронизации соединен с третьим выходом блока управления, а второй выход - со вторым входом блока радиоподавления дискретных каналов связи, третий вход которого соединен со вторым выходом блока управления, а выход - с четвертым входом приемно-возбудительного блока (патент на изобретение №2451402 от 04.08.2011, МПК H04K 3/00).
Недостатком данного устройства является отсутствие возможности создания воздействия сверхкороткоимпульсного электромагнитного излучения с высокой частотой повторения и состоящего из синхронно работающих излучателей малой мощности на наземные широкополосные линии радиосвязи для формирования радиопомех, работающие в диапазоне частот 0,03-3 ГГц, низкая надежность, ремонтопригодность, ресурсоемкость и сложность управления устройством.
Техническими задачами данного изобретения являются: расширение функциональных возможностей многоканального комплекса, состоящего из синхронно работающих излучателей малой мощности, заключающихся в возможности гибкого изменения параметров создаваемого поля - напряженности, частоты повторения импульсов, диаграммы направленности - за счет использования многоканальной структуры и устанавливаемого программного обеспечения управления на персональном компьютере, создание сверхкороткоимпульсного электромагнитного излучения с высокой частотой повторения в диапазоне частот 0,03-3 ГГц для воздействия на наземные широкополосные линии радиосвязи; упрощение управления устройством; повышение надежности, заключающейся в повышении времени безотказной работы комплекса, которая обеспечивается уменьшением протекающего тока в генераторах антенных модулей, за счет увеличения их количества при сохранении результирующих параметров создаваемого поля и повышение ремонтопригодности за счет модульного построения комплекса.
Технический результат достигается за счет того, что многоканальный комплекс воздействия сверхкороткоимпульсного электромагнитного излучения с высокой частотой повторения, состоящий из синхронно работающих излучателей малой мощности, на наземные широкополосные линии радиосвязи, включающий систему синхронизации генераторов, состоящую из n блоков питания, блока управления в составе устройства управления генераторами и n блоков коммутации; n-антенных модулей, содержащих генераторы импульсов высокого напряжения и соединенные с ними TM-рупорные излучающие антенны; контрольно-измерительный блок, включающий источник бесперебойного питания, аналого-цифровой регистратор, делитель напряжения, коаксиальную линию связи, измерительный преобразователь напряженности импульсного электрического поля; источник обеспечения работы комплекса в автономном режиме; при этом питание от внешнего источника питания комплекса поступает на входы параллельно соединенных блоков питания, выходы которых последовательно соединены с входом блока управления и с входами параллельно соединенных n блоков коммутации, выходы которых в свою очередь соединены с генераторами импульсов высокого напряжения n-антенных модулей, одновременно питание от внешнего источника питания комплекса поступает на персональный компьютер, источник бесперебойного питания, выход которого последовательно соединен с входом аналого-цифрового регистратора; при этом общее управление многоканальным комплексом осуществляется персональным компьютером с усиленной помехозащищенностью, команды от которого передаются по оптической линии связи к устанавливающему рабочие режимы излучения блоку управления, команды управления от которого поступают на каждый n-антенный модуль, состоящий из генератора высокого напряжения, выход которого соединен с входом ТМ-рупорной антенны, излучение каждого n-антенного модуля поступает на измерительный преобразователь напряженности импульсного электрического поля, выход которого последовательно соединен с входом коаксиальной линии связи, выход которой последовательно соединен с входом делителя напряжения, выход которого в свою очередь соединен с входом аналого-цифрового регистратора, кроме того, комплекс дополнительно оборудован источником автономного питания и источником бесперебойного питания и может работать в автономном режиме.
Кроме того, многоканальный комплекс воздействия сверхкороткоимпульсного электромагнитного излучения с высокой частотой повторения, состоящий из синхронно работающих излучателей малой мощности, на наземные широкополосные линии радиосвязи работает в непрерывном диапазоне частот 0,03-3 ГГц.
Предлагаемое изобретение иллюстрируется схемой, изображенной на фиг. 1.
Многоканальный комплекс воздействия сверхкороткоимпульсного электромагнитного излучения состоит из:
системы синхронизации генераторов - I,
включающей блок управления генераторами - II;
n блоков источников питания - 1,
блок управления - 2 в составе блока управления генераторами II;
n блоков коммутации - 3;
n-антенных модулей - III, содержащих
генераторы импульсов высокого напряжения - 4;
ТМ-рупорные излучающие антенны - 5;
контрольно-измерительный блок IV, включающий
источник бесперебойного питания - 6;
аналого-цифровой регистратор - 7;
делитель напряжения - 8;
коаксиальную линию связи - 9;
измерительный преобразователь напряженности импульсного электрического поля - 10;
источник обеспечения работы комплекса в автономном режиме - 11;
персональный компьютер - 12.
Многоканальный комплекс воздействия сверхкороткоимпульсного электромагнитного излучения с высокой частотой повторения на наземные широкополосные линии радиосвязи, которые работают в диапазоне частот 0,03-3 ГГц.
Работа комплекса предусматривается в довольно большом диапазоне частот, характерных для различных систем радиосвязи и вещания, включая спутниковую, сотовую связь, мобильные средства связи. Работа комплекса в этих диапазонах необходима для обеспечения широкого применения заявляемого устройства. Так, из литературных источников известно, что частотная полоса от 0,03 до 3 ГГц перекрывает несколько частотных диапазонов:
- 3-30 МГц - радиовещание, радиосвязь, рации;
- 30-300 МГц - телевидение, радиовещание, радиосвязь, рации;
- 0,3-3 ГГц - телевидение, радиосвязь, мобильные телефоны, рации, спутниковая навигация;
- 3-30 ГГц - радиолокация, интернет, спутниковое телевидение, радиосвязь, беспроводные компьютерные сети.
Многоканальный комплекс воздействия сверхкороткоимпульсного электромагнитного излучения работает следующим образом. Общее управление комплексом осуществляется персональным компьютером 12 с усиленной помехозащищенностью. Команды от персонального компьютера по оптической линии связи подаются на блок управления 2 в составе блока управления генераторами II. Блок управления 2 по команде от компьютерного блока устанавливает необходимые рабочие режимы, которые подаются на генераторы импульсов высокого напряжения 4, входящие в состав антенных модулей III, импульсы запуска и далее на ТМ-рупорные излучающие антенны 5, которые создают электромагнитное излучение.
От антенных модулей излучение поступает на измерительный преобразователь напряженности импульсного электрического поля 10 контрольно-измерительного блока IV. Далее по коаксиальной линии связи 9 сигнал передается к входу делителя напряжения 8 и далее на вход аналого-цифрового регистратора 7.
Блоки питания 1 обеспечивают необходимое напряжение для работы комплекса, а контрольно-измерительный блок IV, включающий источник бесперебойного питания 6; аналого-цифровой регистратор 7; делитель напряжения 8; коаксиальную линию связи 9; измерительный преобразователь напряженности импульсного электрического поля 10, необходим для определения амплитудно-временных параметров комплекса.
При этом многоканальный комплекс воздействия сверхкороткоимпульсного электромагнитного излучения с высокой частотой повторения, состоящий из синхронно работающих излучателей малой мощности, на наземные широкополосные линии радиосвязи обеспечен как внешним источником питания, так и источником питания в автономном режиме 11.
В многоканальных комплексах связи число каналов может быть более 100, и каждый канал имеет индивидуальную регулируемую задержку в диапазоне 10÷20 нс с точностью установки 20÷40 пс. Поканальные задержки обеспечивают юстировку полной задержки генераторов импульсов высокого напряжения, а также формируют необходимые фазовые задержки при работе комплекса в режиме сканирования. Блок управления II также корректирует задержки при изменении рабочей температуры комплекса.
Известно, что для уменьшения габаритных комплекса необходимо уменьшить размеры антенной решетки. Для этого эффективность единичного модуля должна быть повышена, что можно реализовать путем оптимального увеличения количества минимальных антенн за счет сокращения апертуры антенны. Это позволит повысить надежность, ремонтопригодность, ресурсоемкость и гибкость управления комплексом.
При этом экспериментальными данными установлено, что количество антенных модулей определяется величиной напряженности создаваемого электрического поля. Чем меньше напряженность электрического поля, тем меньшее количество антенных модулей в составе комплекса.
В ОАО "МНИРТИ" разработан и испытан многоканальный комплекс воздействия сверхкороткоимпульсного электромагнитного излучения с высокой частотой повторения, состоящий из синхронно работающих излучателей малой мощности, на наземные широкополосные линии радиосвязи. Экспериментально установлено, что многоканальный комплекс обеспечивает излучение импульсов электрического поля амплитудой 100 кВ/м на при частоте следования импульсов 10 МГц.
Исходя из экспериментальных данных в ОАО "МНИРТИ" подобран размер излучающей антенной решетки равный 150×150 см. Установлено, что излучающая антенная решетка состоит из (150×150/9×9)~256 каналов излучения, которые образуют 64 антенных модуля, объединяющих по 4 канала излучения. Расчетным путем определено, что для достижения амплитуды излучаемого поля равной 100 кВ/м необходимо, чтобы каждый из 64 излучающих антенных модулей обеспечивал амплитуду 1,3÷1,6 кВ/м, а амплитуда поля 100 кВ/м будет достигаться при синхронной работе всех 64 модулей при точности синхронизации ±20÷30 пс. В этом случае излучение всех модулей суммируется по амплитуде с точностью 10÷20%.
Для работы генераторы импульсов высокого напряжения рассчитано постоянное напряжение равное 100 В. Блок питания для 64 генераторов изготовлен из 2-х модулей.
Для формирования излучения на частоте 60 МГц в комплексе используется последовательное включение 4 секций, каждая из которых состоит из 16 антенных модулей, работающих на частоте 15 МГц, так, чтобы последовательность импульсов поля составляла 60 МГц. При частоте следования импульсов 5-МГц максимальное значение амплитуды напряженности поля составляет около 25 кВ/м.
При таком построении комплекса реализуются и достигаются следующие преимущества:
- используется метод модульного построения излучателей с применением систем синхронизации излучателей;
- формируются радиопомехи на наземные широкополосные и сверхширокополосные линии радиосвязи, работающие в диапазоне частот 0,03-3 ГГц с целью снижения качества их функционирования;
- возможность управления режимами синхронизации излучающей системы и контрольно-измерительной системы для сбора, хранения и обработки измерительной информации и автоматизированного управления режимами работы измерительной системы и испытательного комплекса в целом.