Результат интеллектуальной деятельности: СИСТЕМА СВЯЗИ СВЕРХНИЗКОЧАСТОТНОГО И КРАЙНЕНИЗКОЧАСТОТНОГО ДИАПАЗОНА С ГЛУБОКОПОГРУЖЕННЫМИ И УДАЛЕННЫМИ ОБЪЕКТАМИ

Изобретение относится к области электротехники и радиотехники, а именно к технике связи СНЧ-КНЧ-диапазона, и может быть использована для связи с глубокопогруженными и удаленными подводными объектами.

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.

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.

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 генераторов 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 - является 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.

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: , где π=3,14; f - частота электромагнитной волны, от 3 до 300 Гц; μ=4⋅π⋅10^-7, Гн/м.; σ - проводимость морской воды от 1 до 4 Сименс на метр. Используя самые низкие частоты от 3 до 300 Гц (КНЧ и СНЧ) можно получить глубину подводного радиоприема больше 100 метров. Поэтому для связи с удаленными глубоко-погруженными подводными объектами (подводные лодки, подводные аппараты, батискафы, подводные дома и т.п.) предложена система связи СНЧ-КНЧ-диапазона. Электромагнитные волны этого диапазона являются пригодными для решения указанной задачи вследствие их способности проникать в толщу морской воды на значительную глубину. Кроме того, по сравнению с электромагнитными волнами других диапазонов распространение СНЧ-КНЧ-сигналов в волноводе «земля-ионосфера» отличается высокой стабильностью даже при возникновении различных возмущений в ионосфере.

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 датчика 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.

Недостатки прототипа является:

- большие мощности «n» генераторов не менее 100 кВт;

- «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;

- узкая диаграмма направленности передающей антенны, не позволяющей освещать значительные океанические пространства;

- электромагнитное поле, создаваемое «n» антенными устройствами, поражает все системы на значительных расстояниях;

- экологическая опасность превышения норм ПДУ СНЧ-КНЧ (предельно-допустимые нормы облучения личного состава обслуживающего СНЧ-КНЧ станции и жителей близлежащих районов, а также растения, животные и вся среда 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 Е=(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 , при двух заземлителях, чтобы не было поверхностных токов замыкания длина антенны должна превышать 20 км. А учитывая, что для создания заданного магнитного момента необходимо «n» антенных устройств с «2n» плоскостными заземлителями, общая площадь, пораженная мощными электромагнитными полями, недопустимо огромна даже для России.

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 и экологической безопасности не представляется возможным.

Целью изобретения является:

- снижения уровня мощности генератора;

- создание антенны СНЧ-КНЧ, не оказывающий влияние на электромагнитную обстановку района размещения антенны;

- обеспечить электромагнитную совместимость с радиоэлектронными средствами, ЛЭП и кабельными магистралями, а также создание экологической безопасности для человека и окружающей среды;

- создание широкой диаграммы направленности СНЧ-КНЧ антенной системы для освещения океанских просторов при действии в них подводных объектов.

Поставленная цель достигается за счет применения в «Системе связи сверхнизкочастотного и крайненизкочастотного диапазона с глубокопогруженными и удаленными объектами» «n» маломощных КНЧ-СНЧ генераторов при их пространственном распределении, «n» 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 глубоко-погруженными и удаленными объектами и не оказывать влияние на электромагнитную совместимость с радиоэлектронными средствами, ЛЭП и кабельными магистралями, а также создание условий экологической безопасности для человека и окружающей среды, создание широкой диаграммы направленности СНЧ-КНЧ передающей антенны для освещения больших океанских просторов при действии в них подводных объектов.

Действительно, резонансная частота сферического резонатора Земля-ионосфера определяется как длина по экватору в 40000 км деленная на скорость света (3⋅10⁸ м/с) или . 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, протекаемым между заземлителями. Известно, что для возбуждения резонатора магнитный момент антенны должен быть не менее или M≥10⁸⋅[А⋅м²]. Магнитный момент рамочной антенны определяется

,

где I_A - ток в антенне в Амперах; h - глубина протекания тока в земле, определяется следующей формулой: (π=3,14; f - частота электромагнитной волны 3 - 300 Гц; μ=4⋅π⋅10^-7, Гн/м.; σ - проводимость земли в районе размещения антенны выбирается от 10^-4 до 10^-5 См/м); - длина антенны в метрах.

Расчет показывает, что если ток принять равным I_A=1 ампер, глубину протекания обратного тока принять равной h=10 км, то длина антенны должна быть около 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, влияние частот 3 герц очень сильно сказывается, учитывая большую глубину проникновения через экранирующие оболочки кабелей и корпуса радиоэлектронных средств.

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, обеспечение возможности действия подводных объектов на широких океанических просторах путем увеличения ширины диаграммы направленности СНЧ-КНЧ передающей антенной системы.

На Фиг. 1 представлена передающая антенна, широкой диаграммы направленности, «Системы связи сверхнизкочастотного и крайненизкочастотного диапазона с глубокопогруженными и удаленными объектами», где:

- I_A - прямой ток центральной токовой ветви передающей антенны;

- - земляной или обратный ток в левой токовой ветви передающей антенны;

- - земляной или обратный ток в правой токовой ветви передающей антенны;

- - ток антенны I_A центральной токовой ветви передающей антенны в точке «а» делится на ток антенны левой ветви длиной и ток антенны правой ветви длиной (ток центральной ветви есть сумма токов правой и левой токовых ветвей, как три составные части передающей антенны);

- 3₁, 3₂, 3₃, …, 3_N-1, 3_N - первый, второй третий, …, N-1 и N заземлители центральной токовой ветви передающей антенны;

- 1 - система управления передающей СНЧ-КНЧ антенной;

- 2₁, 2₂, …, 2_N-1, 2_N - первый, второй, …, N-1 и N преобразователи центральной токовой ветви передающей антенны;

- 4₁, 4₂, 4₃, …, 4_N-1, 4_N - одна из N излучающих секций центральной токовой ветви передающей антенны длиной (фиг. 2), включенная между 2₁, 2₂, …, 2_N-1, 2_N преобразователями (как изолированный проводник длиной не более 20 км, находящийся в земле на глубине h_К или называемый подземным или подводным неэкранированным кабелем);

- 2₁₁, …, 2_1N - первый, …, и N преобразователи правой токовой ветви передающей антенны;

- 2₂₁, …, 2_2N - первый, …, и N преобразователи левой токовой ветви передающей антенны;

- 3₁₁, …, 3_1N - первый, …, и N заземлители правой токовой ветви передающей антенны;

- 3₂₁, …, 3_2N - первый, …, и N заземлители левой токовой ветви передающей антенны;

- 4₁₁, …, 4_1N - одна из N излучающих секций правой токовой ветви передающей антенны длиной , включенная между 2₁₁, …, 2_1N преобразователями;

- 4₂₁, …, 4_2N - одна из N излучающих секций левой токовой ветви передающей антенны длиной , включенная между 2₂₁, …, 2_2N преобразователями

- - длина левой токовой ветви передающей антенны длиной

- - длина правой токовой ветви передающей антенны длиной.

На Фиг. 2 представлены конструктивные особенности передающей антенны, широкой диаграммы направленности, «Системы связи сверхнизкочастотного и крайненизкочастотного диапазона с глубокопогруженными и удаленными объектами», где:

- 1 - система управления передающей СНЧ-КНЧ антенной в центральной токовой ветви, 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;

- 2₁, 2₂, 2₃, 2₄, 2₅, …, 2_N - первый, второй, третий, четвертый, пятый, …, и N преобразователи центральной токовой ветви;

- 3₁, 3₂, 3₃, 3₄, 3₅, 3₆, …, 3_N - первый, второй третий, четвертый, пятый, шестой, …, и N заземлители центральной токовой ветви;

- 4₁, 4₂, 4₃, 4₄, 4₅, …, 4_N - одна из N излучающих секций центральной токовой ветви антенной системы длиной , включенная между 2₁, 2₂, 2₃, 2₄, 2₅, …, 2_N преобразователями (как изолированный проводник длиной не более 20 км, находящийся в земле на глубине h_К или называемый подземным или подводным неэкранированным кабелем);

- 2₁₁, …, 2_1N - первый, …, и N преобразователи правой токовой ветви передающей антенны;

- 2₂₁, …, 2_2N - первый, …, и N преобразователи левой токовой ветви передающей антенны;

- 3₁₁, …, 3_1N - первый, …, и N заземлители правой токовой ветви передающей антенны;

- 3₂₁, …, 3_2N - первый, …, и N заземлители левой токовой ветви передающей антенны;

- 4₁₁, …, 4_1N - одна из N излучающих секций правой токовой ветви передающей антенны, включенная между 2₁₁, …, 2_1N преобразователями;

- 4₂₁, …, 4_2N - одна из N излучающих секций левой токовой ветви передающей антенны, включенная между 2₂₁, …, 2_2N преобразователями.

- - длина антенной системы СНЧ-КНЧ, состоящая из N излучающих секций, начиная с первой 4₁ по N секцию 4_N, для тока центральной токовой ветви подземного неэкранированного кабеля;

- h - глубина протекания обратного тока антенны левой и правой ветвей (определяемая скин-слоем );

- h_К - глубина прокладки подземного (подводного) неэкранированного кабеля антенной системы для центральной, правой и левой ветвей;

- I_A - ток в антенне (подземном кабеле) центральной ветви;

- - обратный ток в земле, между заземлителем 3₁ центральной ветви и заземлителем 3_2N левой ветви передающей антенны;

- - обратный ток в земле, между заземлителем 3₁ центральной токовой ветви и заземлителем 3_1N правой токовой ветви передающей антенны.

На Фиг. 3 один из N преобразователей любой из 2₁, 2₂, 2₃, 2₄, 2₅, …, 2_N в центральной токовой ветви, любой из 2₂₁, …, 2_2N в левой токовой ветви и любой из 2₁₁, …, 2_1N в правой токовой ветви, где:

- 4 - секция передающей антенны (подземного или подводного неэкранированного кабеля), любая 4₁, 4₂, 4₃, 4₄, 4₅, …, 4_N в центральной токовой ветви, 4₁₁, …, 4_1N в правой токовой ветви и 4₂₁, …, 4_2N левой токовой ветви;

- 5 - источник электрической энергии;

- 6 - информационный трансформатор;

- 7 - силовой трансформатор;

- 8 - первый усилитель;

- 9 - интегральная цепочка;

- 10 - дифференциальная цепочка;

- 11 - второй усилитель;

- 12 - третий усилитель;

- 13 - генератор тактовых импульсов;

- 14 - модулятор;

- 15 - усилитель мощности;

- 16 - токовый трансформатор;

- 17 - регулятор мощности на входе усилителя мощности 15;

- - ток в N-1 излучающей секции антенны длиной 20 км;

- - ток в N излучающей секции антенны длиной 20 км;

- - разность токов N-1 излучающей секции и N излучающей секции антенной системы.

На фиг. 4 токовый трансформатор 16 содержит трехобмоточный трансформатор Тр. 1, с током от N-1 секции антенной системы в первой обмотке 1, с током от N секции антенной системы во второй обмотке 2 токового трансформатора 16, разностный ток от N-1 секции антенной системы и N секции антенной системы первой 3 и второй обмоток 2 возбуждаемый в третьей обмотке 3 токового трансформатора 16.

На фиг. 5 представлена диаграмма направленности передающей антенны «Системы связи сверхнизкочастотного и крайненизкочастотного диапазона с глубокопогруженными и удаленными объектами», где:

- I_A - ток в центральной токовой ветви передающей антенны;

- - обратный ток в земле левой токовой ветви;

- - обратный ток в земле правой токовой ветви;

- 2θ_0,5 - ширина диаграммы направленности в направлении А;

- 2θ_0,5 - ширина диаграммы направленности в направлении В;

- U_Ген - источник ЭДС передающей антенны;

- - ток антенны I_A центральной ветви передающей антенны в точке «а» (см. фиг. 1 и фиг. 2) делится на ток антенны левой ветви длиной и ток антенны правой ветви длиной (ток центральной ветви есть сумма токов правой и левой ветвей, как три составные части передающей антенны).

Передающая антенна СНЧ-КНЧ, представленная на фиг. 1 содержит три ветви тока антенны: центральная токовая ветвь передающей антенны, левая токовая ветвь передающей антенны и правая токовая ветвь передающей антенны; клемма соединения «а» является электрическим контактом всех трех токовых ветвей, причем левая токовая ветвь передающей антенны является продолжением правой токовой ветви через клемму соединения «а», обе токовые ветви являются одной топологической линией; топологическая линия центральной токовой ветви передающей антенны перпендикулярна топологической линии левой и правой токовых ветвей передающей антенны и соединена к клемме «а» в центре длины топологической линии левой и правой токовых ветвей передающей антенны, так как длина левой токовой ветви равна длине правой токовой ветви (или ); ток антенны правой ветви равен току антенны левой ветви (или ); ток антенны центральной токовой ветви I_A, подходящей к клемме «а» равен сумме токов отходящих от клеммы «а» к антенне правой ветви и антенне левой ветви (или ); ток антенны правой токовой ветви равен обратному току в земле на глубине h равной скин-слою земной среды; ток антенны левой токовой ветви равен обратному току в земле на глубине h равной скин-слою земной среды.

Передающая антенна СНЧ-КНЧ, представленная на фиг. 2, состоит из центральной, правой и левой токовых ветвей; причем центральная ветвь тока антенны длиной содержит: систему управления передающей СНЧ-КНЧ антенной - 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, индикатор тока антенны 1-6, и источника тока 1-7; N преобразователей, с первого 2₁ преобразователя по N-2_N, центральной ветви тока, N заземлителей антенны, с первого 3₁ заземлителя по N-3_N, центральной ветви тока, N излучающих секций, с первой 4₁ по N-4_N, подземного неэкранированного кабеля передающей антенны длиной центральной токовой ветви, при этом первый вход системы управления передающей СНЧ-КНЧ антенной - 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 системы управления передающей СНЧ-КНЧ антенной 1, через первый выход 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 системы управления передающей СНЧ-КНЧ антенной 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 системы управления передающей СНЧ-КНЧ антенной 1 через их систему электроснабжения; выход системы управления передающей СНЧ-КНЧ антенной 1 соединен через первую излучающую секцию подземного кабеля 4₁ передающей антенны с входом первого преобразователя 2₁, первый выход первого преобразователя 2₁ соединен с помощью второй излучающей секции подземного кабеля 4₂ передающей антенны с входом второго преобразователя 2₂, а второй выход первого преобразователя 2₁ соединен со вторым заземлителем 3₂ передающей антенны; выход второго преобразователя 2₂ соединен через третью излучающую секцию подземного кабеля 4₃ передающей антенны с входом третьего преобразователя 2₃, а второй выход второго преобразователя 2₂ соединен с третьим заземлителем 3₃ передающей антенны; выход третьего преобразователя 2₃ соединен через четвертую излучающую секцию подземного кабеля 4₄ передающей антенны с входом четвертого преобразователя 2₄, а второй выход третьего преобразователя 2₃ соединен с четвертым заземлителем 3₄ передающей антенны; выход четвертого преобразователя 2₄ соединен через пятую излучающую секцию подземного кабеля 4₅ передающей антенны с входом пятого преобразователя 2₅, а второй выход четвертого преобразователя 2₄ соединен с пятым заземлителем 3₅ передающей антенны; выход пятого преобразователя 2₅ соединен через шестую излучающую секцию подземного кабеля 4₆ передающей антенны с входом шестого преобразователя 2₆, а второй выход пятого преобразователя 2₅ соединен с шестым заземлителем 3₆ передающей антенны; таким образом обеспечивается соединение последующих преобразователей с последующими излучающими секциями кабелей передающей антенны; выход N-1 преобразователя 2_N-1 соединен через N излучающую секцию подземного кабеля 4_N передающей антенны с входом N преобразователя 2_N, а второй выход N-1 преобразователя 2_N соединен с N-1 заземлителем 3_N-1 передающей антенны; первый выход преобразователя 2_N соединен с клеммой «а», а второй выход преобразователя 2_N соединен с N заземлителем 3_N передающей антенны; левая токовая ветвь передающей антенны СНЧ-КНЧ длиной , представленная на фиг. 2 содержит: N преобразователей, с первого 2₂₁ по N преобразователь 2_2N, N заземлителей, с первого 3₂₁ по N заземлитель 3_2N, N излучающих секций, с первой 4₂₁ по N излучающую секцию 4_2N, при этом клемма «а» соединена через первую излучающую секцию подземного кабеля 4₂₁ передающей антенны с входом первого преобразователя 2₂₁ левой токовой ветви передающей антенны, первый выход первого преобразователя 2₂₁ через вторую излучающую секцию подземного кабеля 4₂₂ соединен с входом второго преобразователя 2₂₂, второй выход первого преобразователя 2₂₁ соединен с первым заземлителем 3₂₁ левой токовой ветви передающей антенны; первый выход второго преобразователя 2₂₂ через третью излучающую секцию подземного кабеля 4₂₃ соединен с входом четвертого преобразователя 2₂₄, второй выход второго преобразователя 2₂₂ соединен со вторым заземлителем 3₂₂ левой токовой ветви передающей антенны; таким образом обеспечивается соединение последующих преобразователей с последующими излучающими секциями кабелей левой токовой ветви передающей антенны; первый выход N-1 преобразователя 2_2N-1 через N излучающую секцию подземного кабеля 4_2N соединен с входом N преобразователя 2_2N, выход N преобразователя 2_2N соединен с N заземлителем 3_2N левой токовой ветви передающей антенны; правая токовая ветвь т передающей антенны СНЧ-КНЧ длиной представленная на фиг. 2 содержит: N преобразователей, с первого 2₁₁ по N преобразователь 2_1N, N заземлителей, с первого 3₁₁ по N заземлитель 3_1N, N излучающих секций, с первой 4₁₁ по N излучающую секцию 4_1N, при этом клемма «а» соединена через первую излучающую секцию подземного кабеля 4₁₁ передающей антенны с входом первого преобразователя 2₁₁ правой токовой ветви передающей антенны, первый выход первого преобразователя 2₁₁ через вторую излучающую секцию подземного кабеля 4₁₂ и соединен с входом второго преобразователя 2₁₂, второй выход первого преобразователя 2₁₁ соединен с первым заземлителем 3₁₁ правой токовой ветви передающей антенны; первый выход второго преобразователя 2₁₂ через третью излучающую секцию подземного кабеля 4₁₃ соединен с входом четвертого преобразователя 2₁₄, второй выход второго преобразователя 2₁₂ соединен со вторым заземлителем 3₁₂ правой токовой ветви передающей антенны; таким образом, обеспечивается соединение последующих преобразователей с последующими излучающими секциями кабелей и заземлителями правой токовой ветви передающей антенны; первый выход N-1 преобразователя 2_1N-1 через N излучающую секцию подземного кабеля 4_1N соединен с входом N преобразователя 2_1N, выход N преобразователя 2_1N соединен с N заземлителем 3_1N правой токовой ветви передающей антенны.

Один из N преобразователей 2_N (любой 2₁, 2₂, …, 2_N, или любой 2₁₂, 2₁₂, …, 2_1N, или любой 2₂₁, 2₂₂, …, 2_2N,) на фиг. 3 содержит: подземный кабель 4_N излучающей секции антенной системы, источник электрической энергии питания 5 блоков преобразователя 2_N, 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, - ток в N-1 секции длинной до 20 км передающей антенны; - ток в N секции длинной до 20 км антенны; - разность токов N-1 секции передающей антенны и N секции антенны, при этом вход N-1 излучающей секции 4 подземного кабеля передающей антенны соединен через первичную обмотку информационного трансформатора (Тр. И) 6 с первым входом токового трансформатора 16 и через первый выход токового трансформатора 16 со вторым выходом преобразователя 2_N, вторичная обмотка 2 информационного трансформатора (Тр. И) 6 соединена через первый усилитель 8 параллельно с входом интегральной цепочки 9 и с входом дифференциальной цепочки 10; выход дифференциальной цепочки 10 соединен с первым входом усилителя мощности 15 через первый вентиль В.1, через второй усилитель 11, через генератор тактовых импульсов 13, через первый вход модулятора 14; выход интегрирующей цепочки 9 соединен через второй вентиль В.2, через третий усилитель 12 со вторым входом модулятора 14; второй выход токового трансформатора 16 через регулятор мощности 17 соединен со вторым входом усилителя мощности 15; выход усилителя мощности 15 соединен с первичной обмоткой 1 силового трансформатора (Тр. С) 7; вторичная обмотка 2 силового трансформатора тора (Тр. С) 7 соединена клеммой «а» со вторым входом токового трансформатора 16, а клеммой «в» через первый выход преобразователя 2_N с входом N излучающей секции подземного кабеля 4₂ передающей антенны.

На фиг. 4 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 от N-1 излучающей секции подземного кабеля 4₁ передающей антенны в первичной обмотке, втекаемый через первый вход на выход токового трансформатора 16 к заземлителю 3_N, с током в N излучающей секции подземного кабеля 4₂ антенны протекаемый во второй обмотке 2 токового трансформатора 16, втекаемый через первый выход от заземлителя 3_N, разностный ток от N-1 излучающей секции антенны и N излучающей секции антенны первой 3 и второй обмоток 2 возбуждаемый в третьей обмотке 3 токового трансформатора 16.

Принцип действия «Система связи сверхнизкочастотного и крайненизкочастотного диапазонов с глубокопогруженными и удаленными объектами» состоит в следующем. Система связи на берегу содержит передающую антенну (фиг. 1), представляющую центральную ветвь тока, протекаемого по подземному протяженному проводнику (кабелю) длиной , изолированному от земли, как проводящей среды. Этот протяженный проводник соединен клеммой «а» с правой и левой токовыми ветвями. Топология трасс правой и левой токовых ветвей перпендикулярны топологии центральной токовой ветви передающей антенны. Каждая из трех ветвей разделены на N излучающих секций последовательно включенных между собой.

Соседние излучающие секции, каждая из N излучающих секций центральной, правой и левой токовых ветвей, между собой соединены через преобразователь 2_N (или 2_1N, или 2_2N), для N преобразователей в антенной системе. Каждый из N преобразователей (например, 2_N,или 2_1N, или 2_2N), соединен с собственным заземлителем 3_N в центральной токовой ветви, или 3_1N в правой токовой ветви, или 3_2N в левой токовой ветви соответственно, из N заземлителей. В передающей антенне система управления передающей СНЧ-КНЧ антенной 1 содержит: задающий генератор 1-1, модулятор 1-2, систему управления, защиты и автоматизации 1-3, усилитель мощности 1-4, согласующее устройства 1-5, индикатор тока антенны 1-6, и источник тока 1-7, которые предназначены создать в антенной системе заданный ток соответствующий требуемому значению магнитного момента антенны на частоте излучения. Причем система управления передающей СНЧ-КНЧ антенной 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 и на выходе системы управления передающей СНЧ-КНЧ антенной 1 заданный ток в первой излучающей секции 4₁ передающей антенны, причем согласование выходных параметров усилителя мощности 1-4 с первой секцией 4₁ антенной системы на рабочей частоте осуществляется через первый вход согласующего устройства 1-5. Контроль параметров согласования тока поступающего в первую излучающую секцию 4₁ передающей антенны 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 системы управления передающей СНЧ-КНЧ антенной 1 через выход индикатора тока антенны 1-6 на третий вход усилителя мощности 1-4, данные о токе заземлителя 3₁ через второй выход индикатора тока антенны 1-6 поступают на второй вход системы управления, защиты и автоматизации 1-3. По току заземлителя 3₁ система управления, защиты и автоматизации 1-3 осуществляется контроль работы всей антенной системы ее элементов: преобразователей 2_N, заземлителей 3_N и N излучающих секций в трех токовых ветвях и излучающих секций или отрезков подземного неэкранированного кабеля 4_N, 4_1N и 4_2N: определяется точность настройки передающей антенны «Системы связи…» по величине тока, по частоте и по искаженности информации. Регулировка системы управления передающей СНЧ-КНЧ антенной 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.

Таким образом, системы управления передающей СНЧ-КНЧ антенной 1 задает параметры для работы всей передающей антенны. Так параметры тока по частоте, модуляции и уровню, поступающий на выходе системы управления передающей СНЧ-КНЧ антенной 1 и протекающей по первой излучающей секции 4₁ кабеля передающей антенны должен быть восстановлен каждым из N преобразователей в трех ветвях. Следовательно, ток втекаемый в заземлитель 3_N должен быть равен току первой излучающей секции 4₁ подземного кабеля. Достигается это работой преобразователей 2_N центральной токов ветви, 2_1N правой токовой ветви и 2_2N левой токовой ветви, принцип работы преобразователей 2_N, 2_1N и 2_2N идентичен и представлен блок-схемой на фиг. 3.

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.

Ток системы управления передающей СНЧ-КНЧ антенной 1 пройдя первую излучающую 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 его первый выход, через 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 на дифференциальную схему 10. На выходе интегральной схемы выделяется огибающая или информационная составляющая тока системы управления передающей СНЧ-КНЧ антенной 1. Эта информационная составляющая после ограничения однопериодным вентилем В.2 и усиления третьим усилителем 12 поступает на второй вход модулятора 14, 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 излучающей секции 4₁ кабеля системы управления передающей СНЧ-КНЧ антенной 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 системы управления передающей СНЧ-КНЧ антенной 1. Далее воссозданная рабочая частота генератором 13 пройдя модулятор 14 получает информационную составляющую. Выходной сигнал модулятора 14 соответствующий сигналу системы управления передающей СНЧ-КНЧ антенной 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 излучающей 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 излучающей секцией 4₂ кабеля передающей антенны, возбуждая в излучающей секции 4₂ ток. Данный ток должен быть равен току, возбуждаемому в излучающей секции 4₁ кабеля системой управления передающей СНЧ-КНЧ антенной 1. Для контроля тока в излучающей 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.

Работа токового трансформатора 16 поясняется схемой фиг. 4. Токовый трансформатор имеет три обмотки. Через первичная обмотку 1 токового трансформатора 16 протекает ток возбужденный системой управления передающей СНЧ-КНЧ антенной 1 через первую излучающую секцию , а во вторичной обмотке протекает ток возбужденный преобразователем 2₁ во второй излучающей секции 4₂ кабеля передающей антенны. Оба тока в первичной и вторичной обмотках направлены встречно, этим компенсируется возбужденная в них взаимоиндукция. Если токи равны , то в третьей обмотке наведенная ЭДС равна нулю. А если токи в первичной и вторичной обмотках не равны , то возникающая разность взаимоиндукций наводит ЭДС в третьей обмотке токового трансформатора 16 (фиг. 3). Эта ЭДС поступает на второй выход токового трансформация 16 и через регулятор мощности 17 изменяет мощность усилителя мощности 15 в сторону уменьшения или в сторону увеличения мощности (фиг. 2).

Таким образом, через заземлитель 3₂ в рабочем состоянии ток не течет, ибо 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 передающей антенне. Для работы используются только первый 3₁ заземлитель центральной токовой ветви и два заземлителя - последний 3_1N заземлитель правой ветви и последний 3_2N заземлитель левой токовой ветви, так как ток центральной ветви делится на токи правой и левой ветвей. Поэтому обратный ток от последнего заземлителя землителя правой ветви 3_1N протекает на глубине h равной скин-слою земной среды к первому заземлителю 3₁ центральной токовой ветви, а обратный ток от последнего заземлителя левой ветви 3_2N протекает на глубине h равной скин-слою земной среды к первому заземлителю 3₁ центральной токовой ветви (фиг. 1 и фиг. 2).

Описанная работа преобразователя 2₁ является типовой для остальных преобразователей с 2₂ по 2_N центральной токовой ветви, для преобразователей с 2₁₁ по 2_1N правой токовой ветви и для преобразователей с 2₂₁ по 2_2N в левой токовой ветви, поэтому нет необходимости повторять описание их принципа действия.

В качестве проводника антенной системы можно использовать изолированный от земли кабель, одножильный, неэкранированный. Расчеты параметров изолированного проводника различного сечения представлены в таблице приведенной ниже.

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 рассмотренной антенной системе «Системе связи сверхнизкочастотного и крайненизкочастотного диапазона с глубокопогруженными и удаленными объектами»

Таким образом, через заземлитель 3₂ в рабочем состоянии ток не течет, ибо 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 последние заземлители 3_1N и 3_2N в передающей антенне (фиг. 1) с широкой диаграммой направленности. Причем токи по всей длине передающей антенн для каждой секции подземного кабеля должны быть жестко равны это достигается работой токового трансформация 16 и через регулятором мощности 17 (фиг. 3 и фиг. 4), тогда подземный кабель, все его излучающие секции работают как два единых неделимых кабеля с разрядными токами с одной стороны между концевыми заземлителями 3₁ и 3_1N, а с другой - между концевыми заземлителями 3₁ и 3_2N. Разрядный ток будет протекать на глубине скин-слоя для проводимости земли размещения этих заземлителей. Так на частоте 3 Гц скин-слой для σ=10^-4⋅См/м, будет равен для концевых заземлителей первого 3₁ и последнего 3_N. Глубина протекания обратного тока антенной системы будет 11 км. Учитывая цепи разрядных токов в земле и токов токовых цепей в излучающих секциях передающей антенны следует рассматривать представленную передающую антенну состоящую из двух рамочных антенн, разнесенных на суммарную длину правой и левой токовых ветвей. Каждая рамочная антенна имеет собственную диаграмму направленности. Сложение двух диаграмм направленности 2θ_0,5 в направлении А или правой и левой ветвей позволит увеличить ширину диаграммы направленности не менее чем в да раза по сравнению с направлением В 2θ_0,5. Следовательно, положительным результатом предложенной передающей антенны является увеличение не менее чем в два раза ширины диаграммы направленности передающей антенны и освещение заданных районов для подводных объектов.

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.