Устройство для передачи амплитудно-манипулированных радиосигналов

Полезная модель относится к области радиотехники и может быть использована в радиопередающих устройствах для борьбы с преднамеренными радиопомехами при передаче амплитудно-манипулированных сигналов.

Содержит симметричные вибраторные антенны 6.1 и 6.2, источник информации 2, манипулятор 3, диодный накопитель 4, электронный коммутатор 5 и блок управления 7, продольные оси симметричных вибраторных антенн 6.1 и 6.2 расположены вдоль общей осевой вертикальной линии, что обеспечивает повышение помехозащищенности системы радиосвязи от воздействия преднамеренных помех и увеличение КПД радиопередатчика.

Полезная модель относится к области радиотехники и может быть использована в радиопередающих устройствах для борьбы с преднамеренными радиопомехами при передаче амплитудно-манипулированных сигналов.

Известно устройство для передачи амплитудно-манипулированных радиосигналов, реализующее способ комплексной защиты информации, которое содержит анализатор состояния канала радиосвязи, блоки выбора кодовой конструкции передаваемого сигнала, разделения его на отрезки заданной длины и стохастического шифрования, а также содержит источник передаваемой информации и средства исправления ошибок принятой кодограммы и синхронизации работы блоков выбора кода на приемной и передающей стороне по критерию максимума скорости передачи [1]. За счет кодирования передаваемой информации обеспечивается заданная криптографическая стойкость передаваемой информации и защита от помех.

Недостаток известного устройства состоит в том, что исправляющие коды имеют ограниченные функциональные возможности в условиях узкой заданной полосы частот пропускания канала связи, снижают скорость передачи информации и уязвимы от воздействия интенсивных помех.

Наиболее близким известным техническим решением к предлагаемому в качестве прототипа является устройство радиосвязи со скачкообразной перестройкой рабочей частоты, содержащее первую и вторую симметричную вибраторную антенну, источник информации, выход которого подключен к управляющему входу, модулятора (манипулятора), кроме того, известное устройство содержит блоки пакетирования и депакетирования сообщений, синхрогенератор, синтезатор частот, генератор кода, микропроцессор, блоки памяти, корреляции и частотных фильтров, что обеспечивает защиту от преднамеренных помех путем скачкообразной перестройки рабочей частоты [2].

Недостаток прототипа состоит в том, что противная (конкурирующая) сторона может отслеживать скачкообразную перестройку рабочей частоты и перестраивать аналогично рабочую частоту преднамеренной помехи, что свидетельствует о не совсем высокой защите передаваемой информации от воздействия преднамеренной помехи. Кроме того, в известном устройстве радиосвязи нерационально расходуется электрическая энергия модулятора на формирование излучаемых электромагнитных колебаний с помощью симметричных вибраторных антенн.

Целью полезной модели является повышение помехозащищенности системы радиосвязи от воздействия преднамеренных помех путем удвоения с помощью диодного накопителя пиковой мощности радиоизлучения амплитудно-манипулированного сигнала без увеличения мощности радиопередатчика и, кроме того, другой целью полезной модели является увеличение КПД радиопередатчика за счет отключения передающей антенны от источника электромагнитных синусоидальных колебаний и перевода ее в режим саморазряда (обнуления).

Сущность полезной модели заключается в том, кроме известных и общих отличительных признаков, а именно: первой и второй симметричных вибраторных антенн и источника информации, выход которого подключен к управляющему входу, манипулятора, предлагаемое устройство для передачи амплитудно-манипулированных радиосигналов содержит диодный накопитель, электронный коммутатор и блок управления, вход которого подключен к выходу манипулятора, а выход блока управления подсоединен к управляющему входу электронного коммутатора, выходы диодного накопителя подключены к переключающим контактам электронного коммутатора, неподвижные размыкающие контакты которого подключены к клеммам первой симметричной вибраторной антенны, а неподвижные замыкающие контакты электронного коммутатора подсоединены к клеммам второй симметричной вибраторной антенн, продольные оси симметричных вибраторных антенн расположены вдоль общей осевой вертикальной линии, замыкающие контакты с задержкой на размыкание электронного коммутатора включены в цепь между клеммами первой симметричной вибраторной антенны, причем диодный накопитель содержит два согласно соединенных диода, крайние выводы которых подключены через конденсаторы к одному выводу манипулятора, другой вывод которого подсоединен к общей точке соединения диодов, причем блок управления содержит последовательно соединенные интегратор и нуль-орган, выход которого подключен к выходу блока управления.

Новизна полезной модели состоит в том, что предлагаемое устройство для передачи амплитудно-манипулированных радиосигналов содержит диодный накопитель, электронный коммутатор и блок управления, вход которого подключен к выходу манипулятора, а выход блока управления подсоединен к управляющему входу электронного коммутатора, выходы диодного накопителя подключены к переключающим контактам электронного коммутатора, неподвижные размыкающие контакты которого подключены к клеммам первой симметричной вибраторной антенны, а неподвижные замыкающие контакты электронного коммутатора подсоединены к клеммам второй симметричной вибраторной антенн, продольные оси симметричных вибраторных антенн расположены вдоль общей осевой вертикальной линии, замыкающие контакты с задержкой на размыкание электронного коммутатора включены в цепь между клеммами первой симметричной вибраторной антенны, причем диодный накопитель содержит два согласно соединенных диода, крайние выводы которых подключены через конденсаторы к одному выводу манипулятора, другой вывод которого подсоединен к общей точке соединения диодов, причем блок управления содержит последовательно соединенные интегратор и нуль-орган, выход которого подключен к выходу блока управления, что обеспечивает повышение помехозащищенности системы радиосвязи от воздействия преднамеренных помех путем удвоения с помощью диодного накопителя пиковой мощности радиоизлучения амплитудно-манипулированного сигнала без увеличения мощности радиопередатчика и, кроме того, обеспечивается увеличение КПД радиопередатчика за счет отключения передающей антенны от источника электромагнитных синусоидальных колебаний и перевода ее в режим саморазряда (обнуления).

Функциональная схема предлагаемого устройства изображена на фиг.1. На фиг.2 представлена электрическая схема модели вибраторной антенны, на фиг.3 изображены осциллограммы изменения нормированных напряжений в режиме самостоятельного разряда (обнуления) вибраторной антенны. Осциллограммы, поясняющие работу предлагаемого устройства, представлены на фиг.4.

На фиг.14 обозначено:

1 - источник электрической энергии;

2 - источник передаваемой дискретной информации, например, двоичного кода 1, 0, 1, ;

3 - манипулятор амплитудно-манипулированного сигнала;

4 - диодный накопитель напряжения (электрического заряда);

5 - электронный коммутаторы, выполненные по бесконтактной схеме;

6.1 и 6.2 - симметричные вибраторные антенны;

7 - блок управления, содержащий интегратор 7.1 и нуль-орган (чувствительное реле) 7.2.

В исходном положении выход источника электрической энергии 1 и выход источника передаваемой информации 2 подключены соответственно к входу и к управляющему входу манипулятора 3, электрические выходы которого связаны с общей точкой соединения как диодов, так и конденсаторов диодного накопителя напряжения 4. Выход диодного накопителя напряжения 4 подключен через электронный коммутатор 5 к клеммам симметричных вибраторных антенн 6.1 и 6.2. Электрические входы блока управления 7 подсоединены к выходам манипулятора 3. Выход интегратора 7.1 блока управления 7 подключен через нуль-орган 7.2 к управляющему входу электронного коммутатора 5.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

Передаваемый сигнал, например, двоичного кода «1» и «0», U₂ управляет работой манипулятора 3.

Напряжение U₃ на выходе манипулятора 3 синусоидальной формы поступает на входы блока управления 7 и диодного накопителя напряжения 4. Наличие этого синусоидального напряжения на выходе манипулятора 3 соответствует передаче импульса «1» (нажатие) передаваемого амплитудно-манипулированного сигнала.

В интервале t₀-t₁ первой полуволны синусоидального напряжения U3 накапливается электрический заряд на обкладках конденсатора С1 диодного накопителя 4, так как диод VD1 включен согласно направлению тока заряда этого конденсатора С1. Интегратор 7.1 блока управления 7 интегрирует синусоидальное напряжение U₃ на выходе манипулятора 3. Излучения электромагнитной волны антенной 6.1 не происходит, так как на ее плечах нет электрических зарядов противоположной полярности. Антенна 6.2 не подключена переключающими контактами коммутатора 5 к диодному накопителю напряжения 4.

В интервале t₁-t₂ второй полуволны синусоидального напряжения U₃ накапливается электрический заряд на обкладках конденсатора С2 диодного накопителя 4, так как диод VD2 включен согласно направлению тока заряда этого конденсатора С2. Интегратор 7.1 блока управления 7 продолжает интегрировать синусоидальное напряжение U₃ на выходе манипулятора 3. Под действием напряжения противоположной полярности, которое поступает на клеммы антенны 6.1 через размыкающие контакты 5.1 и 5.2 электронного коммутатора 5, протекает ток I₁ в плечах этой антенны 6.1, за счет чего происходит излучение электромагнитной волны с увеличенной в два раза амплитудой напряженности Е электрического поля. Вместо обычного значения амплитуды Е напряженности электрического поля в ближней зоне индукции симметричной вибраторной антенны 6.1 излучается за счет удвоения напряжения на выходе манипулятора 3 электромагнитная волна антенной 6.1 с удвоенным значением 2Е амплитуды напряженности электрического поля. Такое увеличение пикового значения мощности излучаемой электромагнитной волны без увеличения мощности радиопередатчика позволяет эффективно вести борьбу с преднамеренными помехами.

В интервале t₂-t₃ третьей полуволны синусоидального напряжения U3 включается нуль-орган 7.2 блока управления 7, так как выходной сигнал интегратора 7.1 в момент t₂ принял нулевое значение. Выходной сигнал нуль-органа 7.2 включит электронный коммутатор 5, который своими переключающими контактами 5.1 и 5.2 переключает накопленный на выходе диодного накопителя 4 электрический заряд с клемм антенны 6.1 на клеммы антенны 6.2 и замыкающим контактом 5.3 сформирует цепь электрического разряда (обнуления) антенны 6.1. Замыкающий контакт 5.3 имеет задержку на размыкание, продолжительностью не более одного периода изменения несущей (U₃) передаваемого амплитудно-манипулированного сигнала.

Электрическая схема модели обнуления антенны 6.1 изображена на фиг.2.

Процесс саморазряда вибраторной антенны 6.1 подчиняется экспоненциальному закону

где

- циклическая частота затухающих колебаний;

- циклическая частота собственных колебаний контура (вибраторной антенны 6.1);

R, L, С - сосредоточенные параметры вибраторной антенны 6.1 и 6.2;

U6.1(0)=D.

Из сравнения выражений (2) и (3) следует, что

Кроме того, из анализа уравнения (1) с учетом формул (2) и (3) можно сделать вывод, что отношение квадратов значений частоты собственных колебаний к значению постоянной времени затухания экспоненты равно квадрату значения добротности Q колебательного контура как физической модели (эквивалента) элементарного вибратора Герца (фиг.2). Математически эта зависимость представляется в виде формул: или

Кроме того, из анализа соотношения значений частоты собственных (3) и затухающих (2) колебаний вибраторной антенны 6.1 можно заключить, что при больших значениях добротности Q этой вибраторной антенны 6.1, как колебательного контура, упомянутые значения частоты собственных и затухающих колебаний совпадают друг с другом. Докажем это утверждение математическим преобразованием отношения упомянутых частот и ₀ :

Из рассмотрения выражения (6) следует, что, действительно, при

Для саморазряда вибраторной антенны 6.1 принимаем величину ее активного сопротивления R равной внутреннему сопротивлению источника электрической энергии 1. Тогда уравнение (1) саморазряда антенны 6.1 будет представлено в графическом виде, который проиллюстрирован на фиг.3.

На фиг.3 график функции изменения напряжения U_6.1(t) пронормирован путем ее деления на величину D, а аргумент выбран в долях «а» от величины постоянной времени затухания экспоненциального сомножителя в выражении (1)

Так как излучатель имеет высокую добротность при соблюдении условия (7), то частоты вынуждающих, собственных и затухающих колебаний близки друг к другу и в момент времени, кратный множителю (8), например, 1/2а, затухающая косинусоидальная функция (1) обратится в этот момент в нуль синхронно и синфазно с вынуждающим гармоническим воздействием электрического заряда диодного накопителя 4.

Следует заметить, что переходный процесс саморазряда вибраторной антенны 6.1, показанный штриховыми линиями на фиг.3, отличается от гармонического (косинусоидального). Однако это отличие не превышает (78)%, что является допустимым для излучения амплитудно-манипулированных радиосигналов, так как в вибраторных антеннах имеет место избыток электрической энергии по сравнению с магнитной энергией в ближней зоне их индукции (излучения). При обнулении антенны 6.1 электрическая энергия от источника 1 не потребляется. Что позволяет экономить расход электрической энергии радиопередатчиком, мощностью, примерно равной I₁·R.

Одновременно с обнулением антенны 6.1 в интервале t₂-t₄ происходит подключение клемм антенны 6.2 к выходу диодного накопителя 4. На сэкономленной электрической энергии под действием накопленного электрического заряда протекает ток I₂ в антенне 6.2 и происходит излучение дополнительной электромагнитной волны. Продольные оси антенн 6.1 и 6.2 находятся на одной общей вертикальной линии, что обеспечивает благоприятные условия суммирования электромагнитных волн, излучаемых двумя этими антеннами, и повышения, тем самым, защиты передаваемого амплитудно-манипулированного сигнала от воздействия преднамеренных помех.

В интервале t₃-t₄ завершается обнуление антенны 6.1 и прекращается излучение электромагнитной волны антенной 6.2 на сэкономленной энергии. Интервал времени t₄-t ₆ и t₆-t₈ работы предлагаемого устройства аналогичен временным отрезкам t₀-t₂ и t ₂-t₄ его работы.

Промышленная осуществимость полезной модели обосновывается тем, что в ней используются известные в аналоге и прототипе элементы, узлы и блоки по своему прямому функциональному назначению. В организации-заявителе изготовлена модель заявляемой полезной модели в 2010 году.

Положительный эффект от использования полезной модели состоит в том, что повышается не менее чем на 3040% защита от преднамеренных помех при передаче амплитудно-манипулированного сигнала за счет удвоения его пиковой мощности излучения и суммирования напряженностей электрического поля, формируемого в ближней зоне индукции (излучения) основной 6.1 и дополнительной 6.2 симметричных вибраторных антенн. Кроме того, экономится не менее чем 2030% электрическая энергия радиопередатчика за счет отключения клемм антенны от источника электрических колебаний и перевода антенны в режим ее обнуления.

Источники информации:

1. Патент РФ 2292122, Способ комплексной защиты информации, МПК Н04К 1/08, H04L 12/00, G06F21/00, Н03М 13/00, приоритет: 11.05.2005 г., автор и патентообладатель: Осмоловский С.А., (аналог).

2. Патент РФ 2313178, Устройство радиосвязи со скачкообразной перестройкой рабочей частоты, Н04В 1/173, приоритет: 03.05.2005 г., авторы: Козленко Н.И. и др., патентообладатель: ОАО «Концерн «Созвездие», (прототип).

Устройство для передачи амплитудно-манипулированных радиосигналов, содержащее первую и вторую симметричную вибраторную антенны и источник информации, выход которого подключен к управляющему входу манипулятора, отличающееся тем, что дополнительно содержит диодный накопитель, электронный коммутатор и блок управления, вход которого подключен к выходу манипулятора, а выход блока управления подсоединен к управляющему входу электронного коммутатора, выходы диодного накопителя подключены к переключающим контактам электронного коммутатора, неподвижные размыкающие контакты которого подключены к клеммам первой симметричной вибраторной антенны, а неподвижные замыкающие контакты электронного коммутатора подсоединены к клеммам второй симметричной вибраторной антенн, продольные оси симметричных вибраторных антенн расположены вдоль общей осевой вертикальной линии, замыкающие контакты с задержкой на размыкание электронного коммутатора включены в цепь между клеммами первой симметричной вибраторной антенны, причем диодный накопитель содержит два согласно соединенных диода, крайние выводы которых подключены через конденсаторы к одному выводу манипулятора, другой вывод которого подсоединен к общей точке соединения диодов, причем блок управления содержит последовательно соединенные интегратор и нуль-орган, выход которого подключен к выходу блока управления.