[go: up one dir, main page]

RU2736330C1 - Transmitting communication complex of ultra-low frequency range - Google Patents

Transmitting communication complex of ultra-low frequency range Download PDF

Info

Publication number
RU2736330C1
RU2736330C1 RU2019118911A RU2019118911A RU2736330C1 RU 2736330 C1 RU2736330 C1 RU 2736330C1 RU 2019118911 A RU2019118911 A RU 2019118911A RU 2019118911 A RU2019118911 A RU 2019118911A RU 2736330 C1 RU2736330 C1 RU 2736330C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
complex
ultra
key
low frequency
frequency range
Prior art date
Application number
RU2019118911A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Александр Клавдиевич Жаровов
Андрей Андреевич Катанович
Сергей Николаевич Матюшкин
Виктор Леонидович Муравченко
Павел Валерьевич Попов
Original Assignee
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"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 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" filed Critical 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"
Priority to RU2019118911A priority Critical patent/RU2736330C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2736330C1 publication Critical patent/RU2736330C1/en

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01VGEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
    • G01V3/00Electric or magnetic prospecting or detecting; Measuring magnetic field characteristics of the earth, e.g. declination, deviation
    • G01V3/12Electric or magnetic prospecting or detecting; Measuring magnetic field characteristics of the earth, e.g. declination, deviation operating with electromagnetic waves

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Geology (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Geophysics (AREA)
  • Transmitters (AREA)

Abstract

FIELD: radio equipment.
SUBSTANCE: invention relates to communication equipment of ultra-low frequency band, and can be used for transmitting signals to deep-loaded and remote objects. Fundamental difference of the disclosed transmitting complex from the known in use electromagnetic field generation method, consisting in that each period of harmonic oscillation is divided into N pulses of rectangular shape of equal amplitude, the sum of which reproduces harmonic signal.
EFFECT: technical result consists in improvement of reliability of the system, as well as reduced dimensions of the used element base and emitting devices.
1 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к области радиотехники, а именно к технике связи крайненизкочастотного диапазона, и может быть использовано для передачи сигналов на глубокопогруженные и удаленные объекты.The invention relates to the field of radio engineering, in particular to communication technology in the extremely low frequency range, and can be used to transmit signals to deep and remote objects.

Известна «Система связи сверхнизкочастотного и крайненизкочастотного диапазона с глубокопогруженными и удаленными объектами», патент РФ №2444766 от 20.03.2012 г.Known "Communication system of ultra-low-frequency and extremely low-frequency range with deeply submerged and remote objects", RF patent No. 2444766 from 20.03.2012

Известен «Передающий комплекс связи сверхнизкочастотного и крайненизкочастотного диапазонов с глубокопогруженными и удаленными объектами», патент РФ №2653110 от 07.05.2018 г.Known "Transmitting complex of communication of ultra-low-frequency and extremely low-frequency ranges with deeply submerged and remote objects", RF patent No. 2653110 dated 05/07/2018

К общим недостаткам известных систем и комплексов связи крайненизкочастотного (КНЧ) диапазона с глубокопогруженными и удаленными объектами могут быть отнесены следующие: - относительно низкая надежность, т.к. выход из строя одного из элементов радиопередающего тракта приводит к выходу из строя всего комплекса; - чрезвычайно большие габариты радиотехнических элементов тракта (конденсаторов, катушек индуктивностей) из-за большой проходящей по тракту мощности; - чрезвычайно большие размеры антенно-фидерных устройств.The general disadvantages of the known systems and communication complexes of the extreme low frequency (ELF) range with deeply submerged and remote objects can be attributed to the following: - relatively low reliability, since failure of one of the elements of the radio transmission path leads to failure of the entire complex; - extremely large dimensions of the radio engineering elements of the path (capacitors, inductors) due to the large power passing through the path; - extremely large sizes of antenna feeder devices.

Целью изобретения является повышение надежности комплекса связи КНЧ диапазона, снижение габаритов радиотехнических элементов тракта, снижение размеров антенн.The aim of the invention is to increase the reliability of the ELF range communication complex, reduce the dimensions of the radio-technical elements of the path, and reduce the size of the antennas.

Поставленная цель достигается тем, что передающий комплекс связи крайненизкочастотного диапазона содержит центральный пульт управления с микропроцессором и 200 ключевых усилителей, каждый из которых нагружен на отдельный излучающий элемент, при этом ток на выходе каждого ключевого усилителя равен одной двухсотой величине тока, необходимого для создания требуемой напряженности электромагнитного поля передающим комплексом.This goal is achieved by the fact that the transmitting communication complex of the extremely low-frequency range contains a central control panel with a microprocessor and 200 key amplifiers, each of which is loaded on a separate emitting element, while the current at the output of each key amplifier is equal to one two hundred of the current required to create the required voltage electromagnetic field by a transmitting complex.

На Фиг. 1 условно изображен возможный вариант размещения предлагаемого передающего комплекса связи, где ЦПУ - центральный пульт управления, КУ - ключевые усилители и ИЭ - излучающие элементы. Изображены также двусторонние связи ЦПУ с ключевыми усилителями.FIG. 1 schematically depicts a possible variant of placement of the proposed transmitting communication complex, where the CPU is the central control panel, KU is the key amplifiers and the IE are the emitting elements. Also shown are the two-way connections between the CPU and the key amplifiers.

Работа передающего комплекса осуществляется следующим образом.The work of the transmitting complex is carried out as follows.

В основу работы предложенного передающего комплекса положен известный способ возбуждения электромагнитных волн (Способ возбуждения электромагнитных волн, Патент РФ №2622620 от 16.06.2017).The operation of the proposed transmitting complex is based on the well-known method for exciting electromagnetic waves (Method for exciting electromagnetic waves, RF Patent No. 2622620 dated 06.16.2017).

Этот способ состоит в том, что каждый период гармонического колебания разбивается на N импульсов прямоугольной формы одинаковой амплитуды, сумма которых воспроизводит гармонический сигнал (В.Ф. Дмитриков, Н.Б. Петяшин, М.А. Сиверс. Высокоэффективные формирователи гармонических колебаний. - Москва: Радио и связь, 1988, стр. 20-21. В.Л. Муравченко, А.Н. Балахонов «Электросвязь» №3, 2014. Ключевое формирование гармонического сигнала, стр. 3-4), причем, каждый импульс формируется одним из N активных элементов, работающих в ключевом режиме, при этом каждый активный элемент нагружен на один из N пассивных излучающих элементов. В этом случае «не требуется поддержания соответствия геометрических размеров излучателей длине волны рабочей частоты» (вышеуказанный Патент №2622620).This method consists in the fact that each period of a harmonic oscillation is divided into N rectangular pulses of the same amplitude, the sum of which reproduces a harmonic signal (VF Dmitrikov, NB Petyashin, MA Sivers. Highly efficient shapers of harmonic oscillations. - Moscow: Radio and communication, 1988, pp. 20-21. VL Muravchenko, AN Balakhonov "Electrosvyaz" No. 3, 2014. Key formation of a harmonic signal, pp. 3-4), moreover, each pulse is formed one of N active elements operating in a key mode, with each active element loaded on one of N passive radiating elements. In this case, "it is not required to maintain the correspondence of the geometric dimensions of the emitters to the wavelength of the operating frequency" (the above-mentioned Patent No. 2622620).

На Фиг. 2 графически представлен способ формирования гармонического сигнала суммой прямоугольных импульсов. Рекомендуемая величина N равная 200 определена из условия обеспечения уровня высших гармоник не более -68 дБ, что в большинстве случаев удовлетворяет требованиям электромагнитной совместимости радиоэлектронных средств на объекте. Максимальные расстояния между ключевыми усилителями должно быть много меньше минимальной длины волны рабочего диапазона соответствующей максимальной частоте. Это позволяет минимизировать фазовые отклонения между векторами магнитной индукции, возбуждаемыми излучателями ключевых усилителей. При максимальной частоте 10 Гц минимальная длина волны равна 30000 км. Таким образом, максимальное расстояние между максимально удаленными друг от друга ключевыми усилителями и излучающими элементами не должно превышать 300 км. В этом случае сдвиг фаз между максимально удаленными усилителями

Figure 00000001
Т=0,1 с, с - скорость света 3⋅105 км/с.FIG. 2 graphically presents a method of generating a harmonic signal by the sum of rectangular pulses. The recommended value of N equal to 200 is determined from the condition of ensuring the level of higher harmonics is not more than -68 dB, which in most cases meets the requirements for electromagnetic compatibility of radio electronic means at the facility. The maximum distances between the key amplifiers should be much less than the minimum wavelength of the operating range corresponding to the maximum frequency. This makes it possible to minimize phase deviations between the vectors of magnetic induction, excited by the emitters of the key amplifiers. At a maximum frequency of 10 Hz, the minimum wavelength is 30,000 km. Thus, the maximum distance between key amplifiers and radiating elements that are maximally distant from each other should not exceed 300 km. In this case, the phase shift between the most distant amplifiers
Figure 00000001
T = 0.1 s, s - speed of light 3⋅10 5 km / s.

Отсюда видно, что сдвиг фаз Δϕmax=2π⋅10-2=0,0628 пренебрежимо мал.From this it is seen that the phase shift Δϕ max = 2π⋅10 -2 = 0.0628 is negligible.

Минимальное расстояние между ключевыми усилителями будет определяться их конструктивными особенностями и может составлять несколько десятков метров, что соответствует еще меньшим значениям Δϕ.The minimum distance between the key amplifiers will be determined by their design features and can be several tens of meters, which corresponds to even smaller values of Δϕ.

С центрального пульта управления на входящий в него микропроцессор поступает информация о требуемой рабочей частоте, классе излучения, оцифрованное информационное сообщение, предназначенное для передачи в эфир, и время начала работы. В соответствии полученными данными микропроцессор решает задачу определения времени включения и выключения каждого из двухсот ключевого усилителя. Для этого, с учетом заданной частоты и соответственно периода колебаний Т, рассчитывается длительность импульса tn для каждого n-го из двухсот (N=200) ключевых усилителей по формуле:

Figure 00000002
From the central control panel to the microprocessor included in it, information about the required operating frequency, class of radiation, a digitized information message intended for broadcasting, and the start time of work are received. In accordance with the data obtained, the microprocessor solves the problem of determining the time of turning on and off each of the two hundred key amplifier. For this, taking into account the given frequency and, accordingly, the oscillation period T, the pulse duration t n is calculated for each n-th of two hundred (N = 200) key amplifiers using the formula:
Figure 00000002

Время включения tn1 и выключения tn2 каждого ключевого усилителя отсчитывается от начала to каждого периода гармонического колебания и рассчитываются по формулам:The turn-on time t n1 and turn-off time t n2 of each key amplifier are counted from the beginning to each period of the harmonic oscillation and are calculated by the formulas:

Figure 00000003
Figure 00000003

Команда о времени включения либо выключения в цифровой форме в виде кодовой комбинации, содержащей цифровой адрес ключевого усилителя, поступает на шины управления ключевыми усилителями, на входах которых стоят цифроаналоговые преобразователи (ЦАП). При совпадении кодовой комбинации срабатывает исполнительный элемент включающий, либо выключающий, в соответствии с пришедшей командой, n-й усилитель. От каждого ключевого усилителя по шинам управления в ЦПУ передается информация об их исправности.The command on the time of switching on or off in digital form in the form of a code combination containing the digital address of the key amplifier is sent to the control buses of the key amplifiers, at the inputs of which there are digital-to-analog converters (DAC). If the code combination matches, the executive element turns on or off, in accordance with the received command, the n-th amplifier. Information about their health is transmitted from each key amplifier via control buses to the CPU.

В качестве излучающего элемента каждого ключевого усилителя в комплексе должна быть использована антенна, имеющая малое сопротивление для обеспечения максимального тока в антенне при открытом ключевом усилителе. С учетом этого требования предложена петля из хорошо проводящего материала (например, меди), имеющая также малое реактивное сопротивление RX=ωL, с учетом низких значений частоты со и величины индуктивности L в диапазоне КНЧ при одной петле в антенне. Предложенный излучатель - петля с током должен обеспечить возбуждение магнитного поля, величина напряженности которого существенным образом зависит от величины проходящего по нему тока. На Фиг. 3 схематически представлен излучающий элемент. На Фиг. 1 условно показаны силовые линии возбуждаемого витками излучателей магнитного поля. Реальные габариты всех элементов комплекса зависят от конкретных требований, предъявляемых к передающему комплексу по всем его параметрам.An antenna with a low resistance should be used as a radiating element of each key amplifier in the complex to ensure maximum current in the antenna when the key amplifier is open. Taking this requirement into account, a loop of a highly conductive material (for example, copper) is proposed, which also has a low reactance R X = ωL, taking into account the low values of the frequency ω and the magnitude of the inductance L in the ELF range with one loop in the antenna. The proposed emitter - a loop with a current must ensure the excitation of a magnetic field, the strength of which essentially depends on the value of the current passing through it. FIG. 3 is a schematic representation of a radiating element. FIG. 1 conventionally shows the lines of force of the magnetic field excited by the coils. The actual dimensions of all elements of the complex depend on the specific requirements for the transmission complex in all its parameters.

Напряженность возбуждаемого магнитного поля одним витком n-ого излучателя может быть рассчитана по формуле:

Figure 00000004
где: I - ток в одном витке; r - радиус витка; h - расстояние от витка, отмеренное в направлении перпендикулярном к плоскости витка. (Б.М. Яворский, А.А. Детлаф. Справочник по физике. - Москва: Наука, 1965, стр. 399).The intensity of the excited magnetic field by one turn of the n-th emitter can be calculated by the formula:
Figure 00000004
where: I - current in one turn; r is the radius of the loop; h is the distance from the turn, measured in the direction perpendicular to the plane of the turn. (BM Yavorsky, AA Detlaf. Physics Handbook. - Moscow: Nauka, 1965, p. 399).

В результате возбуждения всех двухсот излучающих элементов в пространстве, окружающем передающий комплекс, возникнет суммарное магнитное поле. Напряженность этого поля будет изменяться по гармоническому закону, в соответствии с изменением длительности импульсов тока на выходах ключевых усилителей. В соответствии с изменением магнитного поля изменяется и сопряженное с ним электрическое поле.As a result of the excitation of all two hundred radiating elements in the space surrounding the transmitting complex, a total magnetic field will arise. The strength of this field will change according to a harmonic law, in accordance with the change in the duration of the current pulses at the outputs of the key amplifiers. In accordance with the change in the magnetic field, the associated electric field also changes.

Использование двухсот ключевых усилителей позволяет при выходе из строя одного из них продолжить работу передающего комплекса с несущественно пониженной мощностью, что улучшает его характеристики по надежности относительно известных существующих в настоящее время комплексов.The use of two hundred key amplifiers allows, in the event of failure of one of them, to continue the operation of the transmitting complex with an insignificantly reduced power, which improves its reliability characteristics relative to the currently known complexes.

Таким образом, предложенный передающий комплекс связи крайненизкочастотного диапазона 0,1-10 Гц с глубокопогруженными и удаленными объектами позволяет повысить надежность функционирования такого комплекса, а также снизить габариты используемой элементной базы и излучающих устройств.Thus, the proposed transmitting complex for communication of the extremely low frequency range of 0.1-10 Hz with deeply submerged and remote objects makes it possible to increase the reliability of the operation of such a complex, as well as to reduce the dimensions of the used element base and radiating devices.

Claims (1)

Передающий комплекс связи крайненизкочастотного диапазона, отличающийся тем, что содержит центральный пульт управления с микропроцессором и 200 ключевых усилителей, каждый из которых нагружен на отдельный излучающий элемент, при этом ток на выходе каждого ключевого усилителя равен одной двухсотой величине тока, необходимого для создания требуемой напряженности электромагнитного поля передающим комплексом.A transmitting communication complex of the extreme low-frequency range, characterized in that it contains a central control panel with a microprocessor and 200 key amplifiers, each of which is loaded on a separate emitting element, while the current at the output of each key amplifier is equal to one two hundred of the current required to create the required electromagnetic fields by the transmitting complex.
RU2019118911A 2019-06-17 2019-06-17 Transmitting communication complex of ultra-low frequency range RU2736330C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019118911A RU2736330C1 (en) 2019-06-17 2019-06-17 Transmitting communication complex of ultra-low frequency range

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019118911A RU2736330C1 (en) 2019-06-17 2019-06-17 Transmitting communication complex of ultra-low frequency range

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2736330C1 true RU2736330C1 (en) 2020-11-13

Family

ID=73460700

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019118911A RU2736330C1 (en) 2019-06-17 2019-06-17 Transmitting communication complex of ultra-low frequency range

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2736330C1 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7589686B2 (en) * 2005-01-19 2009-09-15 Samsung Electronics Co., Ltd. Small ultra wideband antenna having unidirectional radiation pattern
RU2444766C2 (en) * 2010-04-12 2012-03-10 Закрытое акционерное общество "Проектно-конструкторское бюро" "РИО" Communication system of super low frequency and extremely low frequency ranges with deeply submerged and remote objects
US20160248470A1 (en) * 2013-10-22 2016-08-25 Nec Corporation Transmitter/receiver apparatus, transmitter apparatus and transmitting/receiving method
RU2622620C2 (en) * 2015-05-12 2017-06-16 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" Method of excitating electromagnetic waves

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7589686B2 (en) * 2005-01-19 2009-09-15 Samsung Electronics Co., Ltd. Small ultra wideband antenna having unidirectional radiation pattern
RU2444766C2 (en) * 2010-04-12 2012-03-10 Закрытое акционерное общество "Проектно-конструкторское бюро" "РИО" Communication system of super low frequency and extremely low frequency ranges with deeply submerged and remote objects
US20160248470A1 (en) * 2013-10-22 2016-08-25 Nec Corporation Transmitter/receiver apparatus, transmitter apparatus and transmitting/receiving method
RU2622620C2 (en) * 2015-05-12 2017-06-16 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" Method of excitating electromagnetic waves

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8766482B2 (en) High efficiency and power transfer in wireless power magnetic resonators
US9294154B2 (en) Enhanced inductive power and data transmission using hyper resonance
KR101213006B1 (en) Wireless energy transfer using coupled antennas
Flynn et al. Rectifying loose coils: Wireless power transfer in loosely coupled inductive links with lateral and angular misalignment
US9697951B2 (en) Contactless power transfer system
US10658876B2 (en) Power transmission device, power reception device, and power transmission system
KR102050983B1 (en) Combination of common mode inductor and differential signal transformer
US20090210035A1 (en) System for powering medical implants
JP6049605B2 (en) Wireless power transmission device
US11462953B2 (en) Dynamic transmission coil positioning system, wireless power transfer system and method of positioning a transmit coil
RU124852U1 (en) WIRELESS CHARGING SYSTEM FOR LOW-POWER ELECTRIC POWER CONSUMERS
CN103038979B (en) ICPT system, parts and method for designing
RU2736330C1 (en) Transmitting communication complex of ultra-low frequency range
US11043904B2 (en) Method and apparatus for transmission of electrical energy
Maulana et al. Wireless power transfer characterization based on inductive coupling method
US10917124B2 (en) Method and apparatus for electromagnetic field manipulation using near-field and far-field sensing
US2334279A (en) Antenna construction
CN109716156A (en) Frequency converter circuit for the measuring device based on radar
RU181783U1 (en) Multi-element magnetic antenna of the LW and SDV frequency range
KR101470815B1 (en) Magnetic resonance type wireless power transmission apparatus for low voltage
US6961024B1 (en) Transmitting and receiving apparatus
US4596967A (en) High power microwave generator
CN101968535B (en) Body coil assembly and utilize body coil assembly to produce the method for radio-frequency field
Reddy et al. Optimal Relay Coil Placement in Magnetic Resonant Coupling-Based Power Transfer
Tal et al. Design of magnetic transmitters with efficient reactive power utilization for inductive communication and wireless power transfer