Результат интеллектуальной деятельности: РАДИОПЕРЕДАТЧИК КРАЙНЕНИЗКОЧАСТОТНОГО ДИАПАЗОНА

Настоящее изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано при разработке радиопередатчика крайненизкочастотного диапазона с длинами волн, превышающими 1000 км.

Известен радиопередатчик КНЧ диапазона. Изделие «Четверть-2» ЖЯ1. 200.292 П34. Аппаратура формирования сигналов возбуждения 1991 г. НПО «Коминтерн». Радиопередатчик состоит из возбудителя, усилителя мощности и блока управления.

Недостатком этого передатчика является то, что он не имеет возможности доведения информации до корреспондента находящегося в «мертвой зоне». Под «мертвой зоной» здесь понимается ограниченная область на земной поверхности на дистанции от антенны 0,437-0,447 длины волны λ КНЧ диапазона, где напряженность электромагнитного поля крайненизкочастотного диапазона практически нулевая. Математическое обоснование этого приведено ниже.

Известные аналитические выражения (Никольский В.В., Никольская Т.И. Электродинамика и распространение радиоволн. - М.: ЛИБРОКОМ, 2014, стр. 326) для расчета напряженностей электрической и магнитной составляющих переменного электромагнитного поля

где: - ток элементарного излучателя; - длина элементарного излучателя; r - расстояние от излучателя; ω - круговая частота; k - волновое число (для свободного пространства справедливо λ - длина волны рабочей частоты); ε₀, ε - электрическая постоянная и относительная диэлектрические проницаемость соответственно (для свободного пространства справедливо ε=1); ϑ - угол между вертикальной осью и направлением на объект (в направлении перпендикулярном к вертикально стоящему излучателю в сферической системе координат ϑ=0,5π, sin ϑ=1, cos ϑ=0) позволяют определить зависимости фаз электрической ψ(r) и магнитной ϕ(r) составляющих электромагнитного поля от расстояния от излучателя. Они определяются отношением величин их вещественных и мнимых частей

На практике удобнее использовать расстояния нормированные к длине волны излучаемого колебания После несложных преобразований получим:

Теперь напряженности электрической и магнитной составляющих поля могут быть представлены следующим образом, принятым для комплексных величин:

Отсюда видно, что при ψ(r)=±0.5π и ϕ(r_n)=±0.5π cos(ψ_n)=0 и cos(ϕ_n)=0, что означает равенство нулю вещественных значений электрической и магнитной составляющих поля. При одновременности такого события поле принимает чисто реактивный характер, т.к. напряженности электрического и магнитного поля характеризуются только своими мнимыми составляющими комплексных характеристик.

На Фиг. 1 и Фиг. 2 представлены графики изменений фаз электрической ψ1(r_n) и магнитной ϕ1(r_n) напряженностей поля и разность фаз этих векторов χ_n в зависимости от расстояния нормированного к длине волны рабочей частоты, рассчитанные по приведенным выше формулам. Наибольший интерес в рассматриваемом диапазоне представляет ближняя зона излучения, характеризуемая условием r<<λ. По этой причине график ограничен значением нормированного расстояния r_n=1, что соответствует расстоянию от излучателя равному r=λ.

Анализ графиков на Фиг. 1 и Фиг. 2 показал, что между значениями расстояния r_n=0,437…0,447, r=(0,437…0,447)λ фаза напряженности электрического поля меняется в пределах от +90° до +87,5°, фаза напряженности магнитного поля меняется в пределах от -90° до -87,5° и, следовательно, на этом интервале cosψ_n=0…0,044, cosϕ_n=0…-0,044.

Среднее значение вектора Пойнтинга определяется аналитическим выражением: Фазы векторных величин и и их разность определены выше. Угол между векторами остается постоянным и равным γ=0,5π. Расчетное соотношение для вектора Пойнтинга может быть представлено в следующем виде: Длина диполя и расстояние r нормировались к длине волны λ. При расчете вектора Пойнтинга приняты следующие условия: I_m=1А, ε=1 (справедливо для свободного пространства), нормированная длина волны λ_n=1. Результат расчета представлен на графике Фиг. 3. Величина вектора Пойнтинга на графике обозначена P_n. График наглядно продемонстрировал наличие существенного падения энергии сигнала в области распространения 0,437λ…0,447λ.

Таким образом, можно сделать вывод о существовании «мертвой зоны» в этом интервале расстояний от излучателя, характеризуемой существенно низкими значениями уровней электрической и магнитной напряженностей поля.

Все известные радиопередатчики крайненизкочастотного диапазона не имеют устройств, исключающих возможность доведения информации до корреспондента находящегося в «мертвой зоне».

Целью изобретения является доведение сигнала крайненизкочастотного диапазона до корреспондента в условиях отсутствия информации о точных его координатах и находящегося в области «мертвой зоны».

Поставленная цель достигается тем, что в состав радиопередатчика крайненизкочастотного диапазона, содержащего пульт управления, возбудитель и усилитель мощности, причем информационный выход пульта управления соединен с информационным входом возбудителя, а выход цепи управления пульта управления соединен с входом цепи управления возбудителя, информационный выход возбудителя соединен с информационным входом усилителя мощности, выход цепи управления возбудителя соединен с входом цепи управления усилителя мощности, к выходу которого подключается антенный фидер, дополнительно включен блок коррекции рабочей частоты, информационный вход которого. соединен с информационным выходом пульта управления, а его вход цепи управления соединен с выходом цепи управления пульта управления, информационный выход блока коррекции рабочей частоты соединен с информационным входом возбудителя, а его выход цепи управления соединен с входом цепи управления возбудителя.

На Фиг. 4 представлена блок-схема предлагаемого радиопередатчика крайненизкочастотного диапазона. Обозначения, принятые на Фиг. 4, следующие:

1. - пульт управления;

2. - блок коррекции рабочей частоты;

3. - возбудитель;

4. - усилитель мощности.

Работа радиопередатчика происходит следующим образом. С пульта управления оператором подается команда на включение блока коррекции, возбудителя и усилителя мощности. По этой команде на все указанные элементы радиопередатчика поступают питающие напряжения. По получении по цепям управления подтверждения о готовности к работе всех указанных элементов радиопередатчика, оператором с пульта управления по цепи управления вводится команда на настройку всех указанных элементов радиопередатчика на рабочую частоту ƒ_p1.

Алгоритм функционирования блока коррекции рабочей частоты предусматривает последовательную работу на 2-х частотах. В начале сеанса передачи информации блок коррекции транслирует команду с пульта управления на настройку возбудителя и усилителя мощности на рабочую частоту ƒ_p1. По завершении настройки возбудителя, предназначенного для формирования гармонического колебания рабочей частоты радиопередатчика (Радиотехника: Энциклопедия/ Под ред. Ю.Л. Мазора, Е.А. Мачусского, В.И. Правды. - М.: ДМК Пресс, 2016, стр. 334), и усилителя мощности и получении оператором сигнала от указанных элементов радиопередатчика о готовности их к работе, с пульта управления по информационной цепи на блок коррекции поступает информационный сигнал, который транслируется по - информационной цепи на возбудитель, который формирует информационный сигнал на рабочей частоте ƒ_р1 и передает его на информационный вход усилителя мощности для его усиления и передачи в эфир. Одновременно в блоке коррекции информационный сигнал записывается в память блока коррекции и определяется номинал частоты ƒ_p2 по формуле ƒ_р2=ƒ_p1K, где - постоянная величина.

После окончания передачи информации на частоте ƒ_p1 блок коррекции в автоматическом режиме по шине управления передает команду на возбудитель и на усилитель мощности перестроиться на частоту ƒ_p2 и по завершении перестройки передает на возбудитель по информационной цепи записанную ранее информацию, переданную на частоте ƒ_p1. В этом случае, если на частоте ƒ_р1 корреспондент оказывается в «мертвой зоне», то на частоте ƒ_р2 он гарантированно выходит из нее. Частота ƒ_р2 определяется из условия, что нижняя граница «мертвой зоны» на частоте ƒ_p1 с длиной волны λ₁ является верхней границей «мертвой зоны» волны частоты ƒ_р2 поскольку 0,437 и 0,447 - нормированные к длине волны рабочей частоты λ нижняя и верхняя границы «мертвой зоны».

Таким образом, при использовании блока коррекции рабочей частоты, обеспечивающего дублирование передачи информации на двух частотах, перекрывающих «мертвую зону», позволяет существенно повысит доведение информации в КНЧ диапазоне до корреспондента.