RU2601280C1 - Transmitting tunnel antenna - Google Patents
Transmitting tunnel antenna Download PDFInfo
- Publication number
- RU2601280C1 RU2601280C1 RU2015127613/28A RU2015127613A RU2601280C1 RU 2601280 C1 RU2601280 C1 RU 2601280C1 RU 2015127613/28 A RU2015127613/28 A RU 2015127613/28A RU 2015127613 A RU2015127613 A RU 2015127613A RU 2601280 C1 RU2601280 C1 RU 2601280C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- tunnel
- antenna
- rods
- tta
- transmitting
- Prior art date
Links
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims abstract description 19
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 13
- 239000002689 soil Substances 0.000 claims abstract description 13
- 230000000368 destabilizing effect Effects 0.000 abstract description 4
- 230000008878 coupling Effects 0.000 abstract description 2
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 abstract description 2
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 abstract description 2
- 239000000725 suspension Substances 0.000 abstract description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 4
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 3
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 230000001427 coherent effect Effects 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 230000001010 compromised effect Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 238000005065 mining Methods 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 230000002787 reinforcement Effects 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
- H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
Landscapes
- Details Of Aerials (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области радиотехники, а именно к антенной технике, и, в частности, заявляемая передающая туннельная антенна (ПТА) относится к классу подземных антенн (ПА) и может быть использована в качестве передающей низкочастотной (НЧ) антенны, устанавливаемой в туннеле, пробуренном в полупроводящем грунте, характеризуемом макроскопическими параметрами: εr - относительной диэлектрической проницаемостью и σ - удельной электропроводимостью.The invention relates to the field of radio engineering, namely to antenna technology, and, in particular, the claimed transmitting tunnel antenna (PTA) belongs to the class of underground antennas (PA) and can be used as a transmitting low-frequency (LF) antenna installed in a drilled tunnel in a semiconducting soil characterized by macroscopic parameters: ε r is the relative dielectric constant and σ is the electrical conductivity.
Известна подземная антенна (ПА) по патенту США №3346864, которая состоит из совокупности параллельных друг другу симметричных вибраторов (СВ), плечи каждого из которых установлены в горизонтальных туннелях, пробуренных в полупроводящем грунте (ППГ). СВ подключены к выходу радиопередатчика (РПРД), размещенного в бункере, также заглубленном в ППГ.A known underground antenna (PA) according to US patent No. 3346864, which consists of a set of parallel symmetrical vibrators (CB), the shoulders of each of which are installed in horizontal tunnels drilled in semiconducting soil (BCP). CB connected to the output of the radio transmitter (RRDR), located in the hopper, also buried in the BCP.
Недостатком известной ПА является ее низкий коэффициент усиления (КУ), что обусловлено высокой концентрацией связного реактивного поля СВ, приводящего к значительным тепловым потерям в ППГ.A disadvantage of the known PA is its low gain (KU), which is due to the high concentration of the coherent reactive field of SW, leading to significant heat losses in the BCP.
Известна также ПА по патенту РФ №2115980, 1998 г., состоящая из двух ярусов, разнесенных по высоте СВ, плечи которых установлены в горизонтальных туннелях, пробуренных в ППГ и подключенных к выходу РПРД, размещенном в бункере, также заглубленном в ППГ. Бункер окружен металлическим экраном.PA is also known according to RF patent No. 215198, 1998, consisting of two tiers spaced along the height of the NE, the shoulders of which are installed in horizontal tunnels drilled in the BCP and connected to the output of the RRDR located in the bunker, also buried in the BCP. The hopper is surrounded by a metal screen.
Недостатком данной ПА является относительно малый КУ, что обусловлено высокой концентрацией нескомпенсированного реактивного поля СВ, приводящей к тепловым потерям в окружающем СВ ППГ.The disadvantage of this PA is the relatively small KU, which is due to the high concentration of the uncompensated reactive field of the SW, leading to heat losses in the surrounding SW of the BCP.
Наиболее близким аналогом (прототипом) по своей технической сущности к заявленной ПТА является подземная антенна по патенту РФ №2262164, опубл. 10.10.205, МПК H0Q 1/04. ПА - прототип состоит из двух ярусов СВ, плечи которых в виде совокупности проводников установлены в туннелях, пробуренных в полупроводящем грунте с макроскопическими параметрами εr и σ.The closest analogue (prototype) in its technical essence to the claimed PTA is an underground antenna according to the patent of the Russian Federation No. 2262164, publ. 10.10.205, IPC
Плечи СВ подключены к выходам делителей мощности, которые в свою очередь подключены к выходу РПРД, размещенного в бункере, окруженном металлическим экраном. Плечи СВ первого и второго ярусов ортогональны, что обеспечивает формирование близкой к равномерной диаграммы направленности (ДН) в азимутальной плоскости.The SV shoulders are connected to the outputs of the power dividers, which in turn are connected to the output of the RPRD, located in a hopper surrounded by a metal screen. The shoulders of the NE of the first and second tiers are orthogonal, which ensures the formation of an azimuthal plane close to a uniform radiation pattern (MD).
Недостатками прототипа являются:The disadvantages of the prototype are:
высокая вероятность повреждения конструкции из-за возможного обрушения сводов туннеля при воздействии на него дестабилизирующих факторов (вибрационных или ударных нагрузок);high probability of structural damage due to the possible collapse of the arches of the tunnel when exposed to destabilizing factors (vibration or shock loads);
относительно низкая эффективность (коэффициент усиления), обусловленная высокой концентрацией связанного реактивного поля СВ, приводящего к значительным тепловым потерям в ППГ.relatively low efficiency (gain) due to the high concentration of the bound reactive field of SW, leading to significant heat losses in the BCP.
Целью изобретения является разработка ПТА, обеспечивающей достижение более высокого КУ за счет снижения концентрации связного реактивного поля, при одновременном повышении устойчивости конструкции антенны при воздействии на нее дестабилизирующих факторов, например ударных и вибрационных нагрузок.The aim of the invention is the development of PTA, ensuring the achievement of higher KU by reducing the concentration of the connected reactive field, while increasing the stability of the antenna structure when exposed to destabilizing factors, such as shock and vibration loads.
Указанный технический результат достигается тем, что в известной передающей туннельной антенне, содержащей симметричный вибратор (СВ), плечи которого длиной L размещены в полости туннеля с диаметром поперечного сечения Dт, пробуренного в полупроводящем грунте с относительной диэлектрической проницаемостью εr и удельной электропроводимостью σ, примыкающие друг к другу концы плеч СВ подключены к выходу РПРД, установленного в бункере, окруженном металлическим экраном и размещенным в ППГ, по образующей поверхности туннеля с интервалом lс равномерно в ППГ погружены по N стержней анкерной крепи. Стержни длиной lст ориентированы в направлении от центра поперечного сечения туннеля вглубь ППГ. Каждое плечо СВ выполнено в виде совокупности из K проводников, расположенных равномерно по образующей цилиндрической поверхности с диаметром поперечного сечения Dв, меньшим Dт. Цилиндрическая поверхности с диаметром поперечного сечения Dв осесимметрична с внутренней поверхностью туннеля. Проводники плеч СВ скреплены механически с поверхностью туннеля и подключены кондуктивно к стержням анкерной крепи.The specified technical result is achieved by the fact that in a known transmitting tunnel antenna containing a symmetric vibrator (CB), shoulders of which length L are placed in a cavity of a tunnel with a cross-section diameter D t drilled in a semiconducting soil with a relative dielectric constant ε r and electrical conductivity σ, the ends of the CB shoulders adjacent to each other are connected to the output of the RPRD installed in the hopper, surrounded by a metal screen and placed in the BCP, along the generatrix of the tunnel surface with an interval of l s evenly in BCPs are immersed along N rods of anchor support. The rods of length l st are oriented in the direction from the center of the cross section of the tunnel into the interior of the BCP. Each shoulder CB is made in the form of a set of K conductors located uniformly along the generatrix of the cylindrical surface with a cross-section diameter D in less than D t . A cylindrical surface with a cross-sectional diameter D in is axisymmetric with the inner surface of the tunnel. The conductors of the SV arms are mechanically bonded to the surface of the tunnel and conductively connected to the rods of the anchor lining.
Длина L каждого плеча СВ выбрана из условия L≥0,1
Длина lст стержней анкерной крепи выбрана в пределах lст=(0,5-1,0)Dт, а число N стержней анкерной крепи в каждом сечении выбрана в пределах N=8-12. Число К проводников 1, образующих каждое плечо СВ выбирают в пределах К=4-8.The length l st of the anchor support rods is selected within the range of l st = (0.5-1.0) D t , and the number N of anchor support rods in each section is selected within the range of N = 8-12. The number K of
Интервалы lc между сечениями туннеля, в которых установлены металлические стержни, выбраны в пределах lc=(1,0-1,5)Dm.The intervals l c between the sections of the tunnel in which the metal rods are installed are selected in the range l c = (1,0-1,5) D m .
Благодаря указанной новой совокупности существенных признаков в ПТА обеспечивается подкрепление свода туннеля и снижение вероятности его обвала из-за возможного возникновения трещиноватости при воздействии ударных или вибрационных нагрузок. Одновременно использование стержней увеличивает эквивалентный диаметр плеч СВ и, следовательно, снижает его волновое сопротивление, что приводит к снижению концентрации связного реактивного поля и уменьшению тепловых потерь в полупроводящем грунте. Отмеченное указывает на увеличение эффективности (КУ) ПТА, т.е. возможности достижения технического результата при использовании заявленной антенны.Thanks to this new set of essential features, the PTA provides reinforcement of the tunnel arch and reduces the likelihood of its collapse due to the possible occurrence of fracturing under the influence of shock or vibration loads. At the same time, the use of rods increases the equivalent diameter of the SV arms and, therefore, reduces its wave impedance, which leads to a decrease in the concentration of a connected reactive field and a decrease in heat losses in a semiconducting soil. The aforementioned indicates an increase in the effectiveness (CI) of PTA, i.e. the possibility of achieving a technical result when using the claimed antenna.
Заявленное устройство поясняется чертежами, на которых показано:The claimed device is illustrated by drawings, which show:
на фиг. 1 - общий вид ПТА (продольное сечение);in FIG. 1 - general view of the PTA (longitudinal section);
на фиг. 2 - вид ПТА (поперечное сечение);in FIG. 2 - view of the PTA (cross section);
на фиг. 3 - рисунок, поясняющий протекание высокочастотных токов по элементам ПТА;in FIG. 3 is a drawing explaining the flow of high-frequency currents along the elements of the PTA;
на фиг. 4 - рисунок, поясняющий работу ПТА;in FIG. 4 is a drawing explaining the operation of the PTA;
на фиг. 5 - результаты сравнительных измерений коэффициента усиления антенны.in FIG. 5 - the results of comparative measurements of the antenna gain.
Заявленная ПТА, показанная на фиг. 1, состоит из симметричного вибратора, плечи которого длиной L выполнены из K проводников 1, расположенных равномерно по образующей цилиндрической поверхности 2 с диаметром поперечного сечения Dв. Цилиндрическая поверхность 2, образованная проводниками 1, расположена осесимметрично с внутренней поверхностью туннеля 3. Примыкающие друг к другу концы проводников 1 плеч СВ подключены к выходу РПРД 4, установленного в бункере 5 и окруженного металлическим экраном 6. Подключение плеч СВ к РПРД 4 может быть выполнено различным образом:The claimed PTA shown in FIG. 1, consists of a symmetric vibrator, the shoulders of which are of length L made of
подключением плеч СВ к симметричному выходу РПРД 4 (фиг. 1а);connecting the SV arms to the balanced output of the RPRD 4 (Fig. 1a);
по схеме с использованием двух однотипных РПРД, каждый из которых включен между центральным заземлителем 10, роль которого выполняет металлический экран 6 бункера 5, и соответствующим плечом СВ (см. фиг. 1б).according to the scheme using two homogeneous RRDRs, each of which is connected between the
В сечениях туннеля 3 с интервалом lс по образующей поверхности туннеля 3 в ППГ 7 погружены равномерно по N металлических стержней 8 длиной lст и диаметром dст анкерной крепи. Стержни 8 ориентированы от центра поперечного сечения туннеля 3 (точка «о») вглубь ППГ 7 (см. также фиг. 2). На фиг. 2 показаны восемь стержней 8, устанавливаемых в каждом из сечений. Проводники 1 плеч СВ скреплены с поверхностью туннеля 3 с помощью подвесок 9, например, в виде проводников, обеспечивающих гальваническую связь проводников 1 плеч СВ с металлическими стержнями 8.In sections of the
Длина L каждого из плеч СВ выбрана из условия L≥0,1
Диаметр Dт туннеля и его протяженность 2L выбирают с учетом частотного диапазона ПТА, требуемой ее эффективности и с учетом особенностей выполнения горнопроходческих работ. Соотношение диаметров Dв/Dт выбирают с учетом как конструктивных соображений, так и требований по наиболее полному использованию внутреннего пространства туннеля, что необходимо для достижения максимально возможной эффективности ПТА. С учетом этих требований выбирают Dв/Dт=(0,8-0,95).The diameter D t of the tunnel and its length 2L is chosen taking into account the frequency range of the PTA, its required efficiency and taking into account the peculiarities of mining operations. The ratio of the diameters D in / D t is chosen taking into account both design considerations and the requirements for the most complete use of the inner space of the tunnel, which is necessary to achieve the maximum possible efficiency of the PTA. Given these requirements, choose D in / D t = (0.8-0.95).
Интервалы lс между сечениями туннеля 3, где в ППГ 7 погружены металлические стержни 8, выбраны в пределах lс=(1,0-1,5)Dт.The intervals l s between the sections of the
В качестве РПРД можно использовать любой известный и выпускаемый промышленностью радиопередатчик, работающий в низкочастотном диапазоне, например радиопередатчик типа Р-643 или типа 15Э 1780.As a RPRD, you can use any known and commercially available radio transmitter operating in the low frequency range, for example, a radio transmitter of type R-643 or type 15E 1780.
Проводники 1 плеч СВ могут быть выполнены различным образом, например, из кабеля типа РК75-44-19Б со снятой наружной изоляцией. Для снижения шунтирующего действия торцевой емкости в местах подключения к выходу РПРД 4 проводников 1, образующих плечи СВ, их соединяют электрически между собой в виде конуса (см. фиг. 1).The
Заявленная ПТА работает следующим образом. При включении РПРД 4 высокочастотный (в.ч.) ток проводимости Iпр протекает по плечам СВ, которые можно предоставить в виде линейного проводника, образованного проводниками 1, с эквивалентным диаметром Dвэ (см. фиг. 3). Кроме того, ток проводимости первого плеча вытекает на каждый из стержней 8, электрически соединенных с проводниками 1 плеч СВ. Далее через токи смещения Iсм в.ч. ток замыкается в виде тока проводимости Iпр по второму плечу. Такую модель можно представить в виде распределенного контура, включающего элементы погонной индуктивности L1 и погонной емкости С1 (см. фиг. 4).Declared PTA works as follows. When
Наличие стержней 8 увеличивает распределенную емкость эквивалентного вибратора, что приводит к снижению волнового сопротивления ρ эквивалентного вибратора (см. книгу Антенны, ч. 1, под ред. Ю.К. Журавцева. - Л.: ВКАС, с. 21), т.е
Проверка возможности достижения заявленного технического результата при использовании ПТА была выполнена в ходе сравнительных экспериментальных измерений эффективности заявленной антенны и прототипа.Testing the feasibility of achieving the claimed technical result when using PTA was performed during comparative experimental measurements of the effectiveness of the claimed antenna and prototype.
Условия проведения измерений следующие:The measurement conditions are as follows:
наибольшая длина волны рабочего диапазона волн λmax=3·104 м; L=700 м; Dт=6 м; Dвэ=5 м; lст=4,5 м; dст=4,5 см; lс=7 м; N=8; K=8; грунт: εr=10; σ=5·10-5 См/м.the maximum wavelength of the working wavelength range λ max = 3 · 10 4 m; L = 700 m; D t = 6 m; D ve = 5 m; l article = 4.5 m; d article = 4.5 cm; l s = 7 m; N = 8; K = 8; soil: ε r = 10; σ = 5 · 10 -5 S / m.
В процессе эксперимента измерялись уровни излученного поля в дальней зоне заявленной антенны и прототипа с последующей оценкой величины КУ в соответствии с известной методикой, описанной в книге: Фрадин А.З., Рыжков Е.В. Измерение параметров антенно-фидерных устройств. Изд. 2-е, дополненное, - М.; «Связь», 1972, с. 262-271.In the course of the experiment, the levels of the radiated field in the far zone of the declared antenna and prototype were measured, followed by an estimation of the QW value in accordance with the known method described in the book: Fradin A.Z., Ryzhkov EV Measuring the parameters of antenna-feeder devices. Ed. 2nd, supplemented, - M .; “Communication”, 1972, p. 262-271.
Полученные результаты, представленные на фиг. 5, дают основания для следующих выводов. В диапазоне L/λ=0,03-0,3 коэффициент усиления заявленной антенны в сравнении с прототипом выше от 2 до 3,5 дБ. Одновременно введение в конструкцию ПТА стержней анкерной крепи делает заявленную антенну более устойчивой к ударным и вибрационным нагрузкам. Отмеченное указывает на возможность достижения сформулированного технического результата при использовании заявленной передающей туннельной антенны.The results shown in FIG. 5, give grounds for the following conclusions. In the range L / λ = 0.03-0.3, the gain of the claimed antenna in comparison with the prototype is higher from 2 to 3.5 dB. At the same time, the introduction of anchor support rods into the design of the PTA makes the claimed antenna more resistant to shock and vibration loads. The above indicates the possibility of achieving the formulated technical result when using the claimed transmitting tunnel antenna.
Claims (5)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015127613/28A RU2601280C1 (en) | 2015-07-08 | 2015-07-08 | Transmitting tunnel antenna |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015127613/28A RU2601280C1 (en) | 2015-07-08 | 2015-07-08 | Transmitting tunnel antenna |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2601280C1 true RU2601280C1 (en) | 2016-10-27 |
Family
ID=57216490
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2015127613/28A RU2601280C1 (en) | 2015-07-08 | 2015-07-08 | Transmitting tunnel antenna |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2601280C1 (en) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3346864A (en) * | 1966-09-09 | 1967-10-10 | Northrop Corp | Underground antenna |
US4687445A (en) * | 1981-02-20 | 1987-08-18 | Rca Corporation | Subsurface antenna system |
RU2103824C1 (en) * | 1995-12-13 | 1998-01-27 | Военная академия связи | Radio communication system |
RU2115980C1 (en) * | 1997-07-31 | 1998-07-20 | Акционерное общество открытого типа "Информационные телекоммуникационные технологии" | Underground antenna |
RU2161846C1 (en) * | 1999-11-22 | 2001-01-10 | Центральное конструкторское бюро "Геофизика" | Tunnel antenna |
-
2015
- 2015-07-08 RU RU2015127613/28A patent/RU2601280C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3346864A (en) * | 1966-09-09 | 1967-10-10 | Northrop Corp | Underground antenna |
US4687445A (en) * | 1981-02-20 | 1987-08-18 | Rca Corporation | Subsurface antenna system |
RU2103824C1 (en) * | 1995-12-13 | 1998-01-27 | Военная академия связи | Radio communication system |
RU2115980C1 (en) * | 1997-07-31 | 1998-07-20 | Акционерное общество открытого типа "Информационные телекоммуникационные технологии" | Underground antenna |
RU2161846C1 (en) * | 1999-11-22 | 2001-01-10 | Центральное конструкторское бюро "Геофизика" | Tunnel antenna |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US4829310A (en) | Wireless communication system using current formed underground vertical plane polarized antennas | |
US3346864A (en) | Underground antenna | |
US3594798A (en) | Underground antenna | |
CN102598551A (en) | Systems and methods for through-the-earth communications | |
CN102354794A (en) | Omnidirectional cylindrical dipole antenna for underground earth-probing radars | |
US3183510A (en) | Underground loop antenna | |
RU2601280C1 (en) | Transmitting tunnel antenna | |
US2158376A (en) | Antenna system | |
RU2115980C1 (en) | Underground antenna | |
CN205488481U (en) | Antenna and electric device | |
RU2594067C1 (en) | Tunnel low-frequency antenna | |
RU2314605C1 (en) | Subsurface shunt-fed antenna | |
US10784581B2 (en) | Antenna device | |
RU97113622A (en) | UNDERGROUND ANTENNA | |
CN104937770B (en) | Antenna structure for the broadband transmission of electric signal | |
RU2677174C1 (en) | Method for electromagnetic sounding of environmental space of gas and oil wells and device for its implementation | |
RU2428772C1 (en) | Low-frequency underground antenna | |
RU2262164C1 (en) | Subsurface antenna | |
RU2655751C1 (en) | Stub antenna | |
RU2472263C2 (en) | Underground antenna | |
US2508648A (en) | Aerial system | |
RU2656034C1 (en) | Broadband antenna | |
US2080577A (en) | Radio frequency transmitter | |
RU2400884C1 (en) | Underground ultra-high frequency antenna array | |
US9882273B2 (en) | Buoyant helical twin-axial wire antenna |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20170709 |