RU2567181C1 - System for very low-frequency and extremely low-frequency communication with deep-sunk and remote objects - 1 - Google Patents
System for very low-frequency and extremely low-frequency communication with deep-sunk and remote objects - 1 Download PDFInfo
- Publication number
- RU2567181C1 RU2567181C1 RU2014132320/28A RU2014132320A RU2567181C1 RU 2567181 C1 RU2567181 C1 RU 2567181C1 RU 2014132320/28 A RU2014132320/28 A RU 2014132320/28A RU 2014132320 A RU2014132320 A RU 2014132320A RU 2567181 C1 RU2567181 C1 RU 2567181C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- input
- output
- antenna
- current
- converter
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)
Abstract
Description
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.The invention relates to the field of electrical engineering and radio engineering, in particular to the communication technology of the ELF-ELF range, and can be used for communication with deeply submerged and remote underwater objects.
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.A known method of seismic exploration (patent No. 2029318
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.A device is known "Method of electromagnetic sounding of the earth's crust using normalized field sources" (patent No. 2093863, RU
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 генераторы 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 - являются 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.A device is known for a unified generator and measuring complex of ELF-ELF radiation for geophysical research (patent No. 2188439 RU dated 08.27.02 G01V 3/12). The complex consists of a master oscillator, N sinusoidal current generators loaded on long, low-lying horizontally oriented transmitting antennas with grounding conductors at the ends, and the radiation generated by the ELF-ELF generators is recorded using a measuring complex, while all N generators are connected to single master oscillator. The master oscillator is a single-phase bridge inverter made on powerful semiconductor controlled thyristor valves. The disadvantages of the device "Unified generator-measuring ..." - a well-known generator-measuring complex - are the low radiation level of the ELF-ELF signals and their registration at large distances from the source, so the rated active power when tested for active load is not more than 30 kW, and also low reliability of the complex in the conditions of induced noise (with deep suppression of harmonics of industrial frequency). In addition, due to the high requirements imposed by electromagnetic field theory on the propagation of radio signals in the oceans, it is necessary to have a special antenna, a low-noise antenna amplifier and an analog-to-digital receiver for communication with remote and deeply immersed objects.
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:
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 датчики 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.The prototype is a communication system of the ultra-low-frequency and ultra-low-frequency ranges with deeply immersed and distant objects (RU patent No. 2350020), which contains “n” sinusoidal current generators loaded on extended low-lying horizontally oriented transmitting antennas with grounding conductors at the ends, and the reception and registration of radiation generated VLF-ELF generators are carried out using a towed cable antenna, an antenna amplifier and a VLF-ELF receiver on board one object, while the master oscillator consists of a control, protection and automation system (SURZA), a thyristor rectifier, a first protection device, an autonomous voltage inverter, a second protection device, a matching device, a power device and two input switches, while the input switches are made of three-position and in series with three inputs connected to a thyristor rectifier, and on the connecting lines installed current sensors (DT) and voltage sensors (DN), which are connected to the systems control, regulation and automation, and the rectifier through a protection device with two outputs is connected to an autonomous inverter, which in turn is connected to a matching device through a protection device, while the matching device is connected to the antenna, and SURZA is connected to an external control station and a reducing rectifier, which by its input is connected to the third input of the high-voltage generator power supply device, and that in turn is connected by the first input to the input switch, and the second input with lower power supply units, while a towed cable antenna is installed on a deeply immersed and remote object, which is connected through an antenna amplifier to an ELF-ELF receiver.
Недостатками прототипа являются:The disadvantages of the prototype are:
- большие мощности «n» генераторов не менее 100 кВт;- high power “n” generators of at least 100 kW;
- «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;- “n” antenna devices with “2n” planar grounding conductors (each low-lying antenna has two grounding conductors at the ends of the antenna), therefore, a large area of the earth's surface is affected by the reverse currents of the antenna and the placement of electronic means in this area is impossible;
- электромагнитное поле, создаваемое «n» антенными устройствами, поражает все системы на значительных расстояниях;- the electromagnetic field created by the "n" antenna devices affects all systems at considerable distances;
- экологическая опасность превышения норм ПДУ СНЧ (предельно-допустимые нормы облучения личного состава обслуживающего СНЧ станции и жителей близлежащих районов, а также растений, животных и всей среды 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 Ε=(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=10-4 См/м, будет равен
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.Thus, the layout in a limited area of the antenna system, consisting of “n” antenna devices with “2n” planar ground electrodes with 100 kW generators connected to them, is dangerous for this region and solve the problem of electromagnetic compatibility with RES, power lines, cable lines, as well as the problem of environmental safety is not possible.
Целью изобретения является:The aim of the invention is:
- снижение уровня мощности генератора;- reduction of the generator power level;
- создание антенны СНЧ-КНЧ, не оказывающей влияние на электромагнитную обстановку района размещения антенны;- creation of an ELF-ELF antenna that does not affect the electromagnetic environment of the antenna location area;
- обеспечить электромагнитную совместимость с радиоэлектронными средствами, ЛЭП и кабельными магистралями, а также создание экологической безопасности для человека и окружающей среды.- to provide electromagnetic compatibility with electronic equipment, power lines and cable lines, as well as the creation of environmental safety for humans and the environment.
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 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 оказывающим влияние на электромагнитную совместимость с радиоэлектронными средствами, ЛЭП и кабельными магистралями, а также создание условий экологической безопасности для человека и окружающей среды.This goal is achieved through the use in the communication system of the ultra-low-frequency and ultra-low-frequency ranges with deeply submerged and remote objects of one low-power ELF-ELF generator, two grounding conductors, “n” amplifiers, “n” control system units for a transmitting antenna with a length of several tens of hundreds kilometers current in it, allowing to provide a given magnetic moment to ensure communication with deeply immersed and remote objects and not affecting electromagnetic compatibility with electronic means, power lines and cable lines, as well as the creation of environmental safety conditions for humans and the environment.
Действительно, резонансная частота f0 сферического резонатора Земля - ионосфера - определяется как длина по экватору в 40000 км, деленная на скорость света (3·108 м/с) или f0=(40000000·м)/(3·108 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 M≥108 [А·м2]. Магнитный момент рамочной антенны определяетсяIndeed, the resonant frequency f 0 of the Earth’s spherical resonator — the ionosphere — is defined as the equator length of 40,000 km divided by the speed of light (3 · 10 8 m / s) or f 0 = (40,000,000 · m) / (3 · 10 8 m / s) = 7 Hz. The Earth resonator - the ionosphere - resonates at a frequency of 7 Hz. Therefore, frequencies from 3 to 300 Hz can excite this resonator, provided that the excitation energy is sufficient. And an excited resonator has almost the same field strength anywhere in the world. In the prototype, the excitation is made by "n" generators with a capacity of 100 kW each, which create a current in the "n" frame antennas. The frame is formed by the antenna current in the form of a 30 kV power transmission line and the reverse current in the earth flowing between the ground electrodes. It is known that for the excitation of the resonator the magnetic moment of the antenna must be at least or M≥10 8 [A · m 2 ]. The magnetic moment of the loop antenna is determined
где IA - ток в антенне в амперах; h - глубина протекания тока в земле, определяется следующей формулой:
Расчет показывает, что если ток принять равным ΙA=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 корпусы радиоэлектронных средств.The calculation shows that if the current is taken to be Ι A = 1 ampere, the depth of the reverse current flow is taken to be equal to h = 10 km, then the antenna length should be about ℓ = 1000 km. Therefore, in order to exclude the influence of current on the radio electronic means (RES) surrounding the antenna, high-voltage power lines and cable lines, the antenna must have a small current, but a large length. For example, when using a frequency of 3 hertz, these objects have a great influence, given the large penetration depth through the shielding sheaths of cables and cases of electronic equipment.
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.Thus, the VLF-ELF antenna must have a large length to achieve a given magnetic moment and a low current to ensure its environmental safety during operation, as well as ensuring electromagnetic compatibility with RES, cable highways, high-voltage power lines and engineering structures.
На Фиг. 1 представлена антенна системы связи сверхнизкочастотного и крайненизкочастотного диапазона с глубокопогруженными и удаленными объектами, где:In FIG. 1 shows the antenna of the communication system of the ultra-low-frequency and ultra-low-frequency range with deeply immersed and remote objects, where:
- 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 - a transmission system comprising: a master oscillator 1-1, a modulator 1-2, a control, protection and automation system 1-3, a power amplifier 1-4, a matching device 1-5, a current indicator of the antenna system 1-6, a source electrical energy 1-7
- 21, 22, 23, 24, 25, …, 2N - первый, второй, третий, четвертый, пятый, …, и N преобразователи;- 2 1 , 2 2 , 2 3 , 2 4 , 2 5 , ..., 2 N - first, second, third, fourth, fifth, ..., and N converters;
- 31, 32, 33, 34, 35, 36, …, 3N - первый, второй третий, четвертый, пятый, шестой, …, и N заземлители;- 3 1 , 3 2 , 3 3 , 3 4 , 3 5 , 3 6 , ..., 3 N - first, second, third, fourth, fifth, sixth, ..., and N ground electrodes;
- 4 - одна из N секций (любая 41, 42, 43, 44, 45, …, 4N) антенной системы длиной ℓ, включенная между 21, 22, 23, 24, 25, …, 2N преобразователями (как изолированный проводник длиной не более 20 км, находящийся в земле на глубине hK или называемый подземным или подводным неэкранированным кабелем);- 4 - one of the N sections (any 4 1 , 4 2 , 4 3 , 4 4 , 4 5 , ..., 4 N ) of an antenna system of length ℓ included between 2 1 , 2 2 , 2 3 , 2 4 , 2 5 , ..., 2 N converters (as an insulated conductor no more than 20 km long, located in the ground at a depth of h K or called an underground or underwater unshielded cable);
- ℓ - длина антенной системы СНЧ-КНЧ, состоящая из N секций 4 подземного (подводного) неэкранированного кабеля;- ℓ - the length of the antenna system of the ELF-ELF, consisting of N sections 4 of the underground (underwater) unshielded cable;
- h - глубина протекания обратного тока антенны
- hK - глубина прокладки подземного (подводного) неэкранированного кабеля антенной системы;- h K - the depth of the underground (underwater) unshielded cable of the antenna system;
- IA - ток в антенне (подземном кабеле) и обратный ток в земле.- I A - current in the antenna (underground cable) and reverse current in the ground.
На Фиг. 2 - один из N преобразователей (любой 21, 22, 23, 24, 25, …, 2N):In FIG. 2 - one of the N converters (any 2 1 , 2 2 , 2 3 , 2 4 , 2 5 , ..., 2 N ):
- 4 - секция антенной системы (подземного или подводного неэкранированного кабеля), любая 41, 42, 43, 44, 45, …, 4N;- 4 - section of the antenna system (underground or underwater unshielded cable), any 4 1 , 4 2 , 4 3 , 4 4 , 4 5 , ..., 4 N ;
- 5 - источник электрической энергии;- 5 - a source of electrical energy;
- 6 - информационный трансформатор;- 6 - information transformer;
- 7 - силовой трансформатор;- 7 - power transformer;
- 8 - первый усилитель;- 8 - the first amplifier;
- 9 - интегральная цепочка;- 9 - integral chain;
- 10 - дифференциальная цепочка;- 10 - differential chain;
- 11 - второй усилитель;- 11 - the second amplifier;
- 12 - третий усилитель;- 12 - the third amplifier;
- 13 - генератор тактовых импульсов;- 13 - clock generator;
- 14 - модулятор;- 14 - modulator;
- 15 - усилитель мощности;- 15 - power amplifier;
- 16 - токовый трансформатор;- 16 - current transformer;
- 17 - регулятор мощности на входе усилителя мощности 15;- 17 - power regulator at the input of the
-
-
-
На фиг. 3 токовый трансформатор 16 содержит трехобмоточный трансформатор Тр.1, с током
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, источника тока 1-7; N преобразователей 2 (например, 21, 22, 23, 24, 25, …, 2N), N заземлителей антенны (например, 31, 32, 33, 34, 35, 36, …, 3N), N отрезков подземного неэкранированного кабеля 4N 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 31 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 41 антенной системы с входом первого преобразователя 21, первый выход первого преобразователя 21 соединен с помощью второго отрезка подземного кабеля 42 антенной системы с входом второго преобразователя 22, а второй выход первого преобразователя 21 соединен со вторым заземлителем 32 антенной системы; выход второго преобразователя 22 соединен через третий отрезок подземного кабеля 43 антенной системы с входом третьего преобразователя 23, а второй выход второго преобразователя 22 соединен с третьим заземлителем 33 антенной системы; выход третьего преобразователя 23 соединен через четвертый отрезок подземного кабеля 44 антенной системы с входом четвертого преобразователя 24, а второй выход третьего преобразователя 23 соединен с четвертым заземлителем 34 антенной системы; выход четвертого преобразователя 24 соединен через пятый отрезок подземного кабеля 45 антенной системы с входом пятого преобразователя 25, а второй выход четвертого преобразователя 24 соединен с пятым заземлителем 35 антенной системы; выход пятого преобразователя 25 соединен через шестой отрезок подземного кабеля 46 антенной системы с входом шестого преобразователя 26, а второй выход пятого преобразователя 25 соединен с шестым заземлителем 36 антенной системы; таким образом обеспечивается соединение последующих преобразователей с последующими отрезками кабелей в антенной системе; выход N-1 преобразователя 2N-1 соединен через N отрезок подземного кабеля 4N антенной системы с входом N преобразователя 2N, а второй выход N-1 преобразователя 2N соединен с N заземлителем 3N антенной системы; выход преобразователя 2N соединен с N заземлителем 3N антенной системы.The communication system of the ultra-low-frequency and ultra-low-frequency ranges with deeply immersed and distant objects, shown in FIG. 1, comprises a transmission system 1, consisting of: a master oscillator 1-1, a modulator 1-2, a control, protection and automation system 1-3, a power amplifier 1-4, a matching device 1-5, an antenna current indicator 1-6, current source 1-7; N converters 2 (for example, 2 1 , 2 2 , 2 3 , 2 4 , 2 5 , ..., 2 N ), N grounding antennas (for example, 3 1 , 3 2 , 3 3 , 3 4 , 3 5 , 3 6 , ..., 3 N ), N pieces of underground unshielded cable 4 N antenna system with a length of ℓ (the antenna system is an insulated conductor located in the ground, or an underground unshielded cable), while the first input of the transmitting system 1 is connected to the first input of the modulator 1-2 and the second input of modulator 1-2 is connected to the output of the master oscillator 1-1, the output of modulator 1-2 is connected to the first input of the power amplifier 1-4, the output of the control system, protection and automation 1-3 is connected in parallel with the second input of the power amplifier 1-4, with the input of the master oscillator 1-1 and with the second input of the matching device 1-5, the third input of the power amplifier 1-4 is connected to the first ground electrode of the antenna system 3 1 through the second input of the transmitting system 1, through the input of the antenna current indicator 1-6, the output of the power amplifier 1-4 is connected through the first input of the matching device 1-5, through the first output of the matching device with the output of the transmitting system 1, the second output of the matching device 1-5 is connected with the first in the control system, protection and automation 1-3, the second input of the control, protection and automation 1-3 is connected to the output of the antenna current indicator 1-6, the current source 1-7 is connected in parallel with the inputs of blocks 1-1, 1-2, 1-3, 1-4, 1-5 of their power supply in the transmitting system 1; the output of the transmitting system 1 is connected through the first segment of the underground cable 4 1 of the antenna system to the input of the first converter 2 1 , the first output of the first converter 2 1 is connected using the second segment of the underground cable 4 2 of the antenna system to the input of the second converter 2 2 , and the second output of the first converter 2 1 is connected to the second ground electrode 3 2 of the antenna system; the output of the second converter 2 2 is connected through the third segment of the underground cable 4 3 of the antenna system to the input of the third converter 2 3 , and the second output of the second converter 2 2 is connected to the third ground electrode 3 3 of the antenna system; the output of the third converter 2 3 is connected through the fourth segment of the underground cable 4 4 of the antenna system to the input of the fourth converter 2 4 , and the second output of the third converter 2 3 is connected to the fourth ground electrode 3 4 of the antenna system; the output of the fourth converter 2 4 is connected through the fifth segment of the underground cable 4 5 of the antenna system to the input of the fifth converter 2 5 , and the second output of the fourth converter 2 4 is connected to the fifth ground electrode 3 5 of the antenna system; the output of the fifth converter 2 5 is connected through the sixth section of the underground cable 4 6 of the antenna system to the input of the sixth converter 2 6 , and the second output of the fifth converter 2 5 is connected to the sixth ground electrode 3 6 of the antenna system; this ensures the connection of subsequent converters with subsequent pieces of cable in the antenna system; the output N-1 of the converter 2 N-1 is connected through the N segment of the underground cable 4 N of the antenna system to the input N of the converter 2 N , and the second output N-1 of the converter 2 N is connected to the N ground electrode 3 N of the antenna system; the output of the converter 2 N is connected to the N ground electrode 3 N antenna system.
Один из N преобразователей 2N (любой 21, 22, 23, 24, 25, …, 2N) на фиг. 2 содержит: подземный кабель 4 секции антенной системы, источник электрической энергии питания 5 блоков преобразователя 2N, 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,
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
Принцип действия системы связи сверхнизкочастотного и крайненизкочастотного диапазонов с глубокопогруженными и удаленными объектами состоит в следующем.The principle of operation of the communication system of the ultra-low-frequency and ultra-low-frequency ranges with deeply immersed and remote objects is as follows.
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 2N, из N преобразователей в антенной системе, каждый из N преобразователей соединен с собственным заземлителем 3N 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, индикатора тока антенны 1-6, 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 41 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 31 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 31 через второй выход индикатора тока антенной системы 1-6 поступают на второй вход системы управления, защиты и автоматизации 1-3. По току заземлителя 31 системы управления, защиты и автоматизации 1-3 осуществляется контроль работы всей антенной системы ее элементов: преобразователей 2N, заземлителей 3N и N секций, отрезков подземного неэкранированного кабеля 4N: определяется точность настройки антенной системы «Системы связи…» по величине тока, по частоте и по искаженности информации. Регулировка передающей системы 1 осуществляется через выход системы 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.The communication system on the shore contains an antenna system (Fig. 1), which represents one underground long conductor длиной of length isolated from the earth, as a conductive medium. This extended conductor is divided into N sections connected in series with each other. Neighboring sections, of N sections, are interconnected via a 2 N converter, of N converters in the antenna system, each of N converters is connected to its
Таким образом, передающая система 1 задает параметры для работы всей антенной системы. Так параметры тока по частоте, модуляции и уровню, поступающего на выходе передающей системы 1 и протекающего по первой секции 41 кабеля антенной системы, должен быть восстановлен каждым из N преобразователей. Следовательно, ток, втекаемый в заземлитель 3N, должен быть равен току первой секции 41 подземного кабеля. Достигается это работой преобразователей 2N, принцип работы преобразователей идентичен и представлен блок-схемой на фиг. 2.Thus, the transmitting
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.The reception and registration of radiation generated by the ELF-ELF antenna system is carried out using a towed cable antenna, antenna amplifier and receiver of the ELF-ELF range located on board the underwater object.
Ток передающей системы 1, пройдя первую секцию 41 подземного кабеля, поступает на вход первого преобразователя 21 (фиг. 2). С первого входа преобразователя 21 ток протекает по первичной обмотке 1 информационного трансформатора 6 и далее через первый вход токового трансформатора 16 и второй выход преобразователя 21 поступает на заземлитель 32. 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 41 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 42 кабеля антенной системы «Системы связи…». Ток второй обмотки силового трансформатора 7 клеммой «в» соединен с первым выходом преобразователя 21, а первый выход преобразователя соединен со второй секцией 42 кабеля антенной системы, возбуждая в секции 42 ток. Данный ток должен быть равен току, возбуждаемому в секции 41 кабеля передающей системой 1. Для контроля тока в секции 41 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.The current of the transmitting
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
Таким образом, через заземлитель 32 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 не рабочими и необходимы только для настройки требуемого тока в антенной системе. Для работы используются только первый 31 и последний 3N заземлители в антенной системе (фиг. 1).Thus, the current does not flow through the earthing
Описанная работа преобразователя 21 является типовой для остальных преобразователей с 22 по 2N, поэтому нет необходимости повторять описание их принципа действия.The described operation of the
В качестве проводника антенной системы можно использовать изолированный от земли кабель. Расчеты параметров изолированного проводника различного сечения представлены в таблице, приведенной ниже.An earth-insulated cable can be used as a conductor for the antenna system. Calculations of the parameters of an insulated conductor of various cross sections are presented in the table below.
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 «Системы связи сверхнизкочастотного и крайненизкочастотного диапазона с глубокопогруженными и удаленными объектами - 1».The table shows that with an underground cable section length of 25 km, the impedance is 280 Ohms at a current of 10 A, the voltage in the cable will be about 3000 V. At this voltage, the PDA cable works - underwater coaxial cable. If the production of a cable without a shield is laid down, then it can be used as sections in the antenna system of the considered “Communication system of the ultra-low-frequency and ultra-low-frequency ranges with deeply immersed and distant objects - 1”.
Таким образом, через заземлитель 32 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 не рабочими и необходимы только для настройки требуемого тока в антенной системе. Для работы используются только первый 31 и последний 3N заземлители в антенной системе (фиг. 1), причем токи по всей длине антенной системы для каждой секции подземного кабеля должны быть жестко равны
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.The authors are not aware of technical solutions from the field of radio communications containing features equivalent to the distinguishing features of the claimed device. The authors are not aware of technical solutions from other technical fields having the properties of the claimed technical object of the invention. Thus, the claimed technical solution, according to the authors, has the criterion of essential features.
Claims (3)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014132320/28A RU2567181C1 (en) | 2014-08-05 | 2014-08-05 | System for very low-frequency and extremely low-frequency communication with deep-sunk and remote objects - 1 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014132320/28A RU2567181C1 (en) | 2014-08-05 | 2014-08-05 | System for very low-frequency and extremely low-frequency communication with deep-sunk and remote objects - 1 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2567181C1 true RU2567181C1 (en) | 2015-11-10 |
Family
ID=54536920
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2014132320/28A RU2567181C1 (en) | 2014-08-05 | 2014-08-05 | System for very low-frequency and extremely low-frequency communication with deep-sunk and remote objects - 1 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2567181C1 (en) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2659409C1 (en) * | 2017-08-07 | 2018-07-02 | Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-Морского Флота "Военно-морская академия имени Адмирала флота Советского Союза Н.Г. Кузнецова" | Communication system of super low frequency and extremely low frequency ranges with deeply submerged and remote objects |
RU2666904C1 (en) * | 2017-06-06 | 2018-09-13 | Вольдемар Иванович Петросян | Method of two-way long radio communication with the underwater object |
RU2692931C1 (en) * | 2018-07-10 | 2019-06-28 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Балтийский федеральный университет имени Иммануила Канта" (БФУ им. И. Канта) | Communication system of ultra-low frequency and ultra-rare-frequency bands with deep-loaded and remote objects -7 |
RU2693060C1 (en) * | 2018-07-10 | 2019-07-01 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Балтийский федеральный университет имени Иммануила Канта" (БФУ им. И. Канта) | Ultra-low frequency and ultra-rare-frequency communication system with deep-loaded and remote objects-8 |
RU2778738C1 (en) * | 2021-02-24 | 2022-08-24 | Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-Морского Флота "Военно-морская академия имени Адмирала флота Советского Союза Н.Г. Кузнецова" | System for very-low-frequency and ultra-low-frequency range communication with deep-submerged and remote objects |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1296973A1 (en) * | 1984-07-05 | 1987-03-15 | Научно-производственное объединение "Рудгеофизика" | Reception device for low-frequency electric surveying |
RU99106410A (en) * | 1996-08-27 | 2001-01-20 | Джон Р. Джексон | DEVICE AND METHOD FOR PASSIVE GEOPHYSICAL EXPLORATION, BASED ON DETECTION OF HETEROGENEITY RELATED TO EXTREMELY LOW FREQUENCY ELECTROMAGNETIC FIELDS |
RU2012120082A (en) * | 2010-05-07 | 2014-06-20 | Самсунг Электроникс Ко., Лтд. | DEVICE AND METHOD FOR TRANSMISSION OF DATA IN A LOW-FREQUENCY BAND IN THE COMMUNICATION SYSTEM USING A HUMAN BODY AND THE COMMUNICATION SYSTEM USING A HUMAN BODY |
-
2014
- 2014-08-05 RU RU2014132320/28A patent/RU2567181C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1296973A1 (en) * | 1984-07-05 | 1987-03-15 | Научно-производственное объединение "Рудгеофизика" | Reception device for low-frequency electric surveying |
RU99106410A (en) * | 1996-08-27 | 2001-01-20 | Джон Р. Джексон | DEVICE AND METHOD FOR PASSIVE GEOPHYSICAL EXPLORATION, BASED ON DETECTION OF HETEROGENEITY RELATED TO EXTREMELY LOW FREQUENCY ELECTROMAGNETIC FIELDS |
RU2012120082A (en) * | 2010-05-07 | 2014-06-20 | Самсунг Электроникс Ко., Лтд. | DEVICE AND METHOD FOR TRANSMISSION OF DATA IN A LOW-FREQUENCY BAND IN THE COMMUNICATION SYSTEM USING A HUMAN BODY AND THE COMMUNICATION SYSTEM USING A HUMAN BODY |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2666904C1 (en) * | 2017-06-06 | 2018-09-13 | Вольдемар Иванович Петросян | Method of two-way long radio communication with the underwater object |
RU2659409C1 (en) * | 2017-08-07 | 2018-07-02 | Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-Морского Флота "Военно-морская академия имени Адмирала флота Советского Союза Н.Г. Кузнецова" | Communication system of super low frequency and extremely low frequency ranges with deeply submerged and remote objects |
RU2692931C1 (en) * | 2018-07-10 | 2019-06-28 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Балтийский федеральный университет имени Иммануила Канта" (БФУ им. И. Канта) | Communication system of ultra-low frequency and ultra-rare-frequency bands with deep-loaded and remote objects -7 |
RU2693060C1 (en) * | 2018-07-10 | 2019-07-01 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Балтийский федеральный университет имени Иммануила Канта" (БФУ им. И. Канта) | Ultra-low frequency and ultra-rare-frequency communication system with deep-loaded and remote objects-8 |
RU2778738C1 (en) * | 2021-02-24 | 2022-08-24 | Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-Морского Флота "Военно-морская академия имени Адмирала флота Советского Союза Н.Г. Кузнецова" | System for very-low-frequency and ultra-low-frequency range communication with deep-submerged and remote objects |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2626070C1 (en) | Communication system of ultra-low frequency and extremely-frequency range with deep-seated and remote objects - 6 | |
AU607572B2 (en) | Long feature vertical or horizontal electrical conductor methodology using phase coherent electromagnetic instrumentation | |
US4295095A (en) | Apparatus and method for detecting the location of metallic objects having alternating current passing therethrough | |
RU2567181C1 (en) | System for very low-frequency and extremely low-frequency communication with deep-sunk and remote objects - 1 | |
EP0024183A1 (en) | A method of detecting faults in the electrically conductive sheath of an electric cable | |
US10175273B2 (en) | Method of using power grid as large antenna for geophysical imaging | |
RU2608072C1 (en) | Communication system of super low frequency and extremely low frequency ranges with deeply submerged and remote objects | |
CN102340357A (en) | A Method for Reducing Passive Interference of UHV AC Lines to Radio Stations | |
RU2611603C1 (en) | Communication system of very low and extremely low frequency range with deep-seated and distant objects | |
RU2452041C1 (en) | Method for parametric reception of waves of different physical nature in marine environment | |
RU2350020C2 (en) | Communication system of superlow-frequency and very low frequency range with deep-sunk and remote objects | |
RU2659409C1 (en) | Communication system of super low frequency and extremely low frequency ranges with deeply submerged and remote objects | |
KR100928006B1 (en) | Leakage current detection device in the water surrounding the flooded power unit | |
Ralchenko et al. | Coupling of very low frequency through-the-Earth radio signals to elongated conductors | |
RU2692931C1 (en) | Communication system of ultra-low frequency and ultra-rare-frequency bands with deep-loaded and remote objects -7 | |
RU2590899C2 (en) | Communication system for very low frequency and extremely low frequency range with deeply submerged and remote objects - 2 | |
RU2693060C1 (en) | Ultra-low frequency and ultra-rare-frequency communication system with deep-loaded and remote objects-8 | |
RU2766153C1 (en) | System for communication of the very-low-frequency and ultra-low-frequency range with deep-submerged and remote objects | |
Kolobov et al. | The “Energy” Series Generators with Output Power from 2 to 200 kW for Electromagnetic Soundings with the Use of Power Transmission Lines | |
RU2736926C1 (en) | Ultra-low-frequency and extremely low-frequency communication system with deep-loaded and remote objects | |
RU2778738C1 (en) | System for very-low-frequency and ultra-low-frequency range communication with deep-submerged and remote objects | |
Li et al. | Medium-frequency signal propagation characteristics of a lifeline as a transmission line in underground coal mines | |
Nieman et al. | Thru-the-soil long range wireless power transfer | |
Merrill | Some early historical aspects of project sanguine | |
Jackson et al. | Partial discharges in power-cable joints: their propagation along a crossbonded circuit and methods for their detection |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20160806 |