МНОГОДИАПАЗОННОЕ УСТРОЙСТВО ПОДКЛЮЧЕНИЯ ДЛЯ ИНДУКЦИОННОЙ СВЯЗИ

Полезная модель относится к технике индукционной связи и может быть использована в малогабаритной приемопередающей технике средневолнового диапазона для ведения мобильной радиосвязи и индукционной связи для быстроразворачиваемого узла индукционной связи. Это очень актуально в шахтах и рудниках, где практически в каждой горной выработке находится множество кабелей, вдоль которых хорошо распространяются сигналы средневолнового диапазона.
Для организации точки подключения радиостанций в системах индукционной связи применяются специальные устройства, которые обычно (Патент US №4777652) представляют собой обмотку на размыкаемом ферромагнитном кольце и последовательно включенный конденсатор переменной емкости. Для установки такого устройства подключения требуется раскрыть кольцо с обмоткой и внутри него разместить шахтные кабели, которые требуется возбудить передаваемым сигналом. С помощью регулировки переменного конденсатора добиваются настройки резонансной частоты устройства подключения индукционной связи. Недостатком такого устройства является неудобство использования. Толщина кабеля, к которому можно подключиться ограничена внутренним диаметром размыкаемого ферромагнитного кольца. Кроме того, ферромагнитный сердечник ограничивает подводимую мощность к согласующему устройству.
Конструкция предлагаемого устройства подключения лишена ферритовых сердечников, что значительно увеличивает максимальный уровень мощности подводимого сигнала.
Устройство подключения имеет в своем составе согласующий трансформатор с изменяемым коэффициентом трансформации в виде первичной и вторичной обмоток, расположенных на одной оси. Для осуществления перестройки резонансной частоты в разрыв трансформатора вводят подключаемую с помощью реле систему реактивных компонентов (емкости, конденсаторы) либо к одной из точек трансформатора с помощью реле подключают несколько емкостных элементов, располагаемых вблизи витков вторичной катушки трансформатора. К концу вторичной катушки трансформатора подключается либо непосредственно проводник однопроводной линии индукционной связи или отрезок провода, который далее располагается вдоль любых кабелей используемых в качестве линий передачи индукционной связи. Устройство подключения возбуждает электромагнитный сигнал в кабелях за счет емкостной связи. Такая конструкция обладает значительной простотой, для нее не существует ограничений на толщину кабеля для подключения устройства, так как гибкий отрезок проводника может быть размещен в любом месте, рядом с любым кабелем.
Таким образом, устройство подключения для индукционной связи дает возможность пользователям индукционных систем связи оперативно и просто организовывать стационарные точки связи в любом месте где проходят электрические коммуникации. Кроме того, возможность практически мгновенного переключения частотного канала в устройстве индукционного подключения позволяет использовать его в многоканальных системах связи и массового обслуживания, что невозможно было достичь в условиях плавной подстройки резонансной частоты излучающих и передающих устройств.
Наиболее близким аналогом по технической сущности к заявляемому устройству подключения является антенна по патенту RU №2488927 «Перестраиваемая резонансная антенна с согласующим устройством». Эта антенна содержит вибратор в виде 2D или 3D проводящего тела, согласующий трансформатор на незамкнутом магнитопроводе, вторичная обмотка которого подключена к вибратору, а на первичную - подается питание. Вместо вибратора у устройства подключения используется либо отрезок провода, либо линия индукционной связи. Эта антенна имеет очень малые габариты и может использоваться в мобильной радиосвязи, однако она обладает существенным недостатком, а именно, подобная конструкция антенны может эффективно использоваться только для излучения сигналов портативных радиостанций небольшой мощности 1-5 Вт, поскольку при подаче сигнала большей мощности ферритовый стержень, из которого выполняется магнитопровод, входит в магнитное насыщение и нагревается, что не позволяет использовать эти антенны для передачи мощностей в несколько десятков и сотен Ватт, что особенно требуется в случае организации узла стационарной связи.
Технический результат заявляемой полезной модели заключается в возможности мгновенного перестроения рабочей частоты в достаточно широком диапазоне при использовании источников сигнала повышенной мощности в десятки и сотни Ватт при сохранении малых габаритных размеров устройства для расширения функциональных возможностей радиоаппаратуры в особенности в условиях ограниченного объема (шахты, рудники).
Указанный технический результат достигается тем, что в устройстве подключения, содержащем согласующий трансформатор, состоящий из первичной и вторичной обмоток, расположенных вблизи на одной оси, согласно заявляемой полезной модели, к согласующему трансформатору с помощью управляемых реле в разрыв гальванически подключаются реактивные дискретные компоненты (емкости, индуктивности) либо с помощью реле к одной из точек трансформатора подключаются емкостные элементы, расположенные рядом с витками вторичной катушки трансформатора.
Кроме того, чтобы сделать устройство подключения двух или много диапазонным, первичная и вторичная обмотки трансформатора могут состоять из секций, которые подключаются с помощью реле. Так, например, можно сделать устройство двухдиапазонным с перестройкой по каждому диапазону если первичная и вторичная обмотки будут состоять из двух подключаемых секций. Когда будут подключены все секции, будет действовать нижний диапазон, в случае отключения по одной из секций у вторичной и первичной обмоток устройство подключения будет работать в верхнем диапазоне радиосигналов.
Чтобы управлять подобным устройством подключения для индукционной связи необходимо кроме подачи ВЧ радиосигнала подавать от радиостанции также сигнал питания и управления.
Для того чтобы упростить радиостанцию и осуществить возможность соединения устройства подключения для индукционной связи с любой радиостанцией, даже той, которая не имеет специальных функций для подачи питания и команд управления на антенный выход, устройство подключения оснащается элементом питания (аккумулятором), процессором и датчиком тока и напряжения в высокочастотной линии для определения уровня текущей настройки устройства в резонанс. Кроме того, в качестве источника питания устройства может использоваться ионистор, который заряжается от ВЧ линии. Подобная конструкция устройства подключения для индукционной связи требует всего два провода для подачи только ВЧ сигнала. После измерения тока и напряжения в высокочастотной линии процессор определяет необходимые дискретные реактивные элементы L и С для подключения с помощью реле, которыми он управляет. Далее происходит включение необходимых элементов и устройство подключения работает в резонансе с максимальной эффективностью.
Полезная модель может быть реализована промышленным способом с использованием известных технических средств, технологий и материалов и соответствует требованиям критерия "промышленная применимость".
Полезная модель поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображена конструкция устройства подключения индуктивной связи.
1
2
N.
На диэлектрическом каркасе 1 в виде отрезка трубы размещены первичная 2 и вторичная 3 обмотки трансформатора. На внутренней стороне каркаса закреплены дискретные емкостные элементы 4 в виде полосок фольги, которые располагаются напротив витков вторичной обмотки трансформатора и образуют совместно с этими витками емкости С, С…C
1
2
N
Ниже первичной катушки трансформатора расположены антенный вход 5 образуемый точками подключения А и В и плата управления устройством подключения, содержащая блок реле 6, которые подключают дискретные емкости С, С…C в цепь трансформатора.
К точке Е гальванически подключается либо индукционная линия, либо отрезок гибкого провода, который располагают вдоль кабельных линий, используемых в качестве индукционной линии связи.
g
На фиг. 6 разъясняется принцип действия устройства подключения. Приемопередатчик 10 соединен высокочастотным кабелем с устройством подключения 11. Устройство подключения 11 на фиг. 6 А) соединяется в точке Е к однопроводной линии индукционной связи 12. Вторым проводом для распространения сигнала служит земля, с которой у приемопередатчика имеется гальваническая или емкостная связь C. Сигнал индукционной связи распространяется вдоль однопроводной линии.
С
Кроме использования специальной выделенной однопроводной линии, с которой устройство подключения соединяется гальванически, можно использовать имеющиеся в шахте, руднике или на другом объекте кабели 14. На фиг. 6 В) показано безгальваническое емкостное подключение к имеющимся кабелям. Для этого к устройству подключения в точке E присоединяется отрезок гибкого изолированного провода 13, который укладывается вдоль кабелей 14. Между проводом 13 и кабелями 14 возникает емкостная связь С, вследствие этого кабели возбуждаются от высокочастотного сигнала приемопередатчика и служат линией индукционной связи.
1
2
N
На фиг. 2 изображена электрическая схема устройства подключения в случае использования в качестве дискретных реактивных элементов электродов, расположенных возле вторичной обмотки трансформатора и образующих с ней емкости С, С…C. Набор этих емкостей образует реактивную систему 4.
На фиг. 3 изображена электрическая схема варианта системы реактивных элементов 4 из L и С компонентов подключаемых с помощью блока реле 6 в разрыв индуктивностей трансформатора последовательно с ними, например, между точками В и D.
На фиг. 4 изображена совмещенная электрическая и структурная схема устройства подключения для индукционной связи, где в качестве реактивных элементов используются дискретные компоненты L и C.
Устройство подключения состоит из трансформатора с первичной 2 и вторичной 3 катушками индуктивности между которыми включена система управляемых реле 6 и блок подключаемых с помощью реле дискретных элементов L и C 4. Реле управляются и переключаются процессорным блоком управления 7, питание которого обеспечивается блоком питания и отбора мощности из высокочастотной линии 8. Данные о текущем режиме работы устройства и значение КСВ определяются с помощью датчика тока и напряжения 9, размещенного на высокочастотной линии питающей устройство. Получив данные от датчика тока и напряжения процессор вычисляет смещение рабочей точки устройства подключения относительно текущей частоты и подает команду реле подключить или отключить те или иные дискретные элементы L, С, чтобы изменить настройку устройства. Таким образом, устройство подключения само следит за соответствием его резонансной частоты частоте подаваемого сигнала.
На фиг. 5 изображена электрическая схема трансформатора для двухдиапазонного устройства подключения. Первичная катушка 2 состоит из двух последовательных индуктивностей 2.1 и 2.2, а вторичная катушка 3 состоит из двух последовательных индуктивностей 3.1 и 3.2. Обмотки 2.2 и 3.2 могут отключаться или подключаться с помощью реле. В случае их включения устройство подключения работает в нижнем диапазоне радиосигналов, а в случае отключения в более высокочастотном диапазоне. Точная настройка частоты достигается с помощью системы подключаемых реактивных элементов.
Устройство подключения индукционной связи работает следующим образом.
Данное устройство с помощью трансформатора согласует радиопередатчик с линией индукционной связи, которая подключается непосредственно к концу вторичной катушки трансформатора либо к концу вторичной катушки трансформатора подключается отрезок гибкого провода в несколько метров, который потом располагают вдоль кабелей, используемых для индукционной связи. Эти кабели будут возбуждаться за счет емкостной связи между ними и отрезком гибкого провода. Данное устройство может возбудить индукционную линию только на одной резонансной частоте, зависящей от индуктивности вторичной катушки трансформатора, длины и толщины гибкого провода. Подключение с помощью реле последовательно индуктивностям трансформатора дискретных дополнительных индуктивностей и конденсаторов, либо гальваническое подключение к трансформатору емкостных элементов, шунтирующих вторичную обмотку трансформатора, вызовет изменение резонансной частоты и перестроит резонансную частоту.