Система односторонней подводной радиосвязи

Авторы патента:

Полезная модель относится к радиотехнике, в частности к системам односторонней радиосвязи, к командным радиолиниям для связи наземного объекта с подводным объектом и использующим канал связи в виде воздушной и водной среды.

Задача полезной модели - расширение арсенала технических средств для односторонней радиосвязи надводного объекта с подводным, при использовании канала связи в виде воздушной и водной среды.

Система односторонней радиосвязи содержит канал связи в виде воздушной и водной среды, первый и второй надводные объекты, подводный объект, при этом первый надводный объект содержит соединенные последовательно источник сообщения, кодирующее устройство, модулятор и радиопередатчик, и воздушную антенну, второй надводный содержит соединенные последовательно воздушную антенну, радиоприемное устройство, преобразователь, передатчик и водное антенное устройство, подводный объект содержит соединенные последовательно антенную систему, радиоприемное устройство, декодирующее устройство и регистратор, также второй надводный объект снабжен дополнительным выходным устройством, у которого входные клеммы соединены с выходом передатчика, а выходные - с водным антенным устройством, подводный объект снабжен дополнительным входным устройством, у которого входные клеммы соединены с антенным устройством, а выходные клеммы - с входом радиоприемника, причем дополнительное выходное устройство содержит последовательно соединенные входные клеммы, первый селективный двухполюсник, усилительный элемент, выходной селективный двухполюсник, выходные клеммы, причем первый селективный четырехполюсник выполнен в виде параллельного колебательного контура, содержащего конденсатор и катушку индуктивности с обмоткой связи, выводы которой соединены с входными клеммами устройства, усилительный элемент содержит два усилителя, у которых входы соединены с потенциальными точками колебательного контура, а выходы с входами второго селективного двухполюсника, который выполнен в виде двух параллельных контуров, соединенных последовательно, причем средняя точка соединена с общей шиной, а потенциальные выводы двухполюсника соединены с выходными клеммами устройства, у подводного объекта дополнительное входное устройство содержит соединенные последовательно входные клеммы, входной селективный четырехполюсник, усилительный элемент, выходной селективный четырехполюсник и выходные клеммы, при этом усилительный элемент выполнен в виде дифференциального усилителя, содержащего на входе первый и второй вход, на выходе - первый и второй выход, входной селективный четырехполюсник, содержит цепь, включающую первый контакт, к которому подключены первые выводы первого и второго конденсатора, первый вывод первого двухполюсника, второй контакт, к которому подключены первые выводы третьего и четвертого конденсатора, первый вывод второго двухполюсника, при этом второй вывод первого конденсатора соединен с первой входной клеммой, второй вывод второго конденсатора соединен с первым входом дифференциального усилителя, второй вывод первого двухполюсника соединен с общей шиной, второй вывод третьего конденсатора соединен со второй входной клеммой, второй вывод четвертого конденсатора соединен со вторым входом дифференциального усилителя, второй вывод второго двухполюсника соединен с общей шиной, выходной четырехполюсник содержит третий двухполюсник, у которого первый вывод посредством пятого конденсатора соединен с первым выходом дифференциального усилителя, второй вывод двухполюсника посредством шестого конденсатора соединен с вторым выходом дифференциального усилителя, каждый из двухполюсников выполнен в виде соединенных параллельно катушки индуктивности и конденсатора переменной емкости, катушка индуктивности третьего двухполюсника снабжена обмоткой связи, выводы которой соединены с выходными клеммами устройства соответственно.

Для пресной воды у второго надводного объекта водное антенное устройство содержит гибкий металлический проводник, покрытый слоем изоляции из диэлектрика

Для морской воды у второго надводного объекта водное антенное устройство выполнено в виде двух металлических электродов, соединенных при помощи проводников с выходными клеммами выходного устройства.

Известна система односторонней радиосвязи, использующая канал связи в виде воздушной среды и содержащая два объекта. Первый объект содержит последовательно соединенные источник сообщения, кодирующее устройство, модулятор, радиопередатчик и антенну.

Второй объект содержит соединенные последовательно антенну, радиоприемное устройство, декодирующее устройство, регистратор или получатель сообщения. Оба объекта размещены в воздушной среде [1]. Известна система односторонней электромагнитной связи для связи надводный объект - водолаз. Канал связи выполнен в виде морской воды. Система односторонней связи содержит надводный передатчик типа SWL - 30 с антенной, размещенной в водной среде и приемник SWL - 50, размещенный в водной среде и укрепленный при помощи нейлоновых лент на водолазе [2]. Однако дальность связи не более 100 м.

Наиболее близкой по технической сущности и совокупности признаков является система односторонней подводной радиосвязи, описание которой приведено в патенте РФ 110575 [3].

Известная система односторонней радиосвязи, использующая канал связи в виде воздушной и водной среды содержит первый и второй надводные объекты, подводный объект, при этом первый надводный объект содержит соединенные последовательно источник сообщения, кодирующее устройство, модулятор, радиопередатчик и воздушную антенну, второй надводный объект содержит соединенные последовательно воздушную антенну, радиоприемное устройство, преобразователь, передатчик и водное антенное устройство.

Подводный объект содержит соединенные последовательно антенное устройство, радиоприемное устройство, декодирующее устройство и регистратор, у подводного объекта антенное устройство содержит антенну и входное устройство, у которого входные клеммы соединены с антенной, а выходные с входом радиоприемника.

Технический результат - увеличение надежности при дальней радиосвязи.

Технический результат достигается тем, что в системе односторонней радиосвязи, использующей канал связи в виде воздушной и водной среды, и содержащей первый и второй надводные объекты, подводный объект, при этом первый надводный объект содержит соединенные последовательно источник сообщения, кодирующее устройство, модулятор, радиопередатчик и воздушную антенну, второй надводный объект содержит соединенные последовательно воздушную антенну, радиоприемное устройство, преобразователь, передатчик и водное антенное устройство, подводный объект содержит соединенные последовательно антенное устройство, радиоприемное устройство, декодирующее устройство и регистратор, согласно предложения, второй надводный объект снабжен дополнительным выходным устройством, у которого входные клеммы соединены с выходом передатчика, а выходные - с водным антенным устройством, подводный объект снабжен дополнительным входным устройством, у которого входные клеммы соединены с антенным устройством, а выходные клеммы - с входом радиоприемника, причем дополнительное выходное устройство содержит последовательно соединенные входные клеммы, первый селективный двухполюсник, усилительный элемент, выходной селективный двухполюсник, выходные клеммы, причем первый селективный четырехполюсник выполнен в виде параллельного колебательного контура, содержащего конденсатор и катушку индуктивности с обмоткой связи, выводы которой соединены с входными клеммами устройства, усилительный элемент содержит два усилителя, у которых входы соединены с потенциальными точками колебательного контура, а выводы с входами второго селективного двухполюсника, который выполнен в виде двух параллельных контуров, соединенных последовательно, причем средняя точка соединена с общей шиной, а потенциальные выводы двухполюсника соединены с выходными клеммами устройства, у подводного объект входное устройство содержит соединенные последовательно входные клеммы, входной селективный четырехполюсник, усилительный элемент, выходной селективный четырехполюсник и выходные клеммы, при этом усилительный элемент выполнен в виде дифференциального усилителя, содержащего на входе первый и второй вход, на выходе - первый и второй выход, входной селективный четырехполюсник содержит цепь, включающую первый контакт, к которому подключены первые выводы первого и второго конденсатора, первый вывод первого двухполюсника, второй контакт, к которому подключены первые выводы третьего и четвертого конденсатора, первый вывод второго двухполюсника, при этом второй вывод первого конденсатора соединен с первой входной клеммой, второй вывод второго конденсатора соединен с первым входом дифференциального усилителя, второй вывод первого двухполюсника соединен с общей шиной, второй вывод третьего конденсатора соединен со второй входной клеммой, второй вывод четвертого конденсатора соединен со вторым входом дифференциального усилителя, второй вывод второго двухполюсника соединен с общей шиной, выходной четырехполюсник содержит третий двухполюсник, у которого первый вывод посредством пятого конденсатора соединен с первым выходом дифференциального усилителя, второй вывод двухполюсника посредством шестого конденсатора соединен с вторым выходом дифференциального усилителя, каждый из двухполюсников выполнен в виде соединенных параллельно катушки индуктивности и конденсатора переменной емкости, катушка индуктивности третьего двухполюсника снабжена обмоткой связи, выводы которой соединены с выходными клеммами устройства соответственно.

Отличительная особенность предлагаемой системы односторонней связи состоит в том, что второй надводный объект снабжен выходным устройством, включенным между выходом передатчика и входом водной антенной системы, а также тем, что подводный объект снабжен высокоселективным входным устройством, включенным между выходом антенного устройства и входом радиоприемника, у подводного объекта антенное устройство содержит входное устройство, у которого входные клеммы соединены с антенной, а выходные с входом радиоприемника, при этом входное устройство содержит соединенные последовательно входные клеммы, входной селективный четырехполюсник, усилительный элемент, выходной селективный четырехполюсник и выходные клеммы, при этом усилительный элемент выполнен в виде дифференциального усилителя, содержащего на входе первый и второй вход, на выходе - первый и второй выход, входной селективный четырехполюсник содержит цепь, включающую первый контакт, к которому подключены первые выводы первого и второго конденсатора, первый вывод первого двухполюсника, второй контакт, к которому подключены первые выводы третьего и четвертого конденсатора, первый вывод второго двухполюсника, при этом второй вывод первого конденсатора соединен с первой входной клеммой, второй вывод второго конденсатора соединен с первым входом дифференциального усилителя, второй вывод первого двухполюсника соединен с общей шиной, второй вывод третьего конденсатора соединен со второй входной клеммой, второй вывод четвертого конденсатора соединен со вторым входом дифференциального усилителя, второй вывод второго двухполюсника соединен с общей шиной, выходной четырехполюсник содержит третий двухполюсник, у которого первый вывод посредством пятого конденсатора соединен с первым выходом дифференциального усилителя, второй вывод двухполюсника посредством шестого конденсатора соединен с вторым выходом дифференциального усилителя, каждый из двухполюсников выполнен в виде соединенных параллельно катушки индуктивности и конденсатора переменной емкости, катушка индуктивности третьего двухполюсника снабжена обмоткой связи, выводы которой соединены с выходными клеммами устройства соответственно.

Сущность полезной модели состоит в том, что второй надводный объект снабжен выходным устройством, включенным между выходом передатчика и входом водной антенной системы, а также тем, что подводный объект снабжен высокоселективным входным устройством, включенным между выходом антенного устройства и входом радиоприемника.

На фиг.1 приведена функциональная схема предлагаемой системы односторонней радиосвязи, на фиг.2 приведена структурная схема выходного устройства второго надводного объекта, на фиг.3 приведена структурная схема входного устройства подводного объекта.

Система односторонней радиосвязи (см. фиг.1) содержит первый наземный объект 1, второй наземный объект 2 и подводный объект 3.

Первый наземный объект 1 содержит последовательно соединенные источник сообщений 4, кодирующее устройство 5, модулятор и радиопередатчик 6 и воздушную антенну 7. Второй наземный объект 2 содержит последовательно соединенные воздушную антенну 8, радиоприемное устройство 9, преобразователь 10, передатчик 11, выходное устройство 12 и водную антенную систему 13. Подводный объект 3 содержит последовательно соединенные антенную систему 14, входное устройство 15, радиоприемное устройство 16, декодирующее устройство 17 и регистратор 18.

На фиг.2 приведена структурная схема выходного устройства 12.

Выходное устройство 12 содержит входные клеммы 19 и 20, к которым подключены выводы обмотки связи входного резонансного колебательного контура 21. Выводы контура 21 соединены с входами усилителей 22 и 23. Выходы усилителей соединены с выходными клеммами устройства 24 и 25. Устройство содержит цепь, содержащую колебательные контуры 26 и 27, соединенные последовательно. Выводы цепи подключены к выходным клеммам устройства. Каждый колебательный контур выполнен в виде двухполюсника, содержащего катушку индуктивности и конденсатор, соединенные параллельно. Средняя точка цепи соединена с общей шиной 28. Контуры 21, 26 и 27 настроены на несущую частоту передатчика 11.

На фиг.3 приведена структурная схема входного устройства 15.

Входное устройство 15 содержит соединенные последовательно входные клеммы 29 и 30, входной селективный четырехполюсник 31, дифференциальный операционный усилитель 32, выходной селективный четырехполюсник 33, у которого выход соединен с выходными клеммами 34 и 35.

Входной селективный четырехполюсник 31 содержит первый контакт 36, который посредством первого конденсатора 37 соединен с входной клеммой 29, посредством второго конденсатора 38 соединен с первым входом 39 дифференциального усилителя 32, и с первым выводом первого двухполюсника, который выполнен в виде соединенных параллельно катушки индуктивности 40 и конденсатора переменной емкости 41. Второй вывод первого двухполюсника соединен с общей шиной 42. Четырехполюсник 31 содержит второй контакт 43, который посредством третьего конденсатора 44 соединен с входной клеммой 30, посредством четвертого конденсатора 45 соединен со вторым входом 46 дифференциального усилителя 32, и с первым выводом второго двухполюсника, который выполнен в виде соединенных параллельно катушки индуктивности 47 и конденсатора переменной емкости 48. Второй вывод второго двухполюсника соединен с общей шиной 42.

Выходной селективный четырехполюсник 33 содержит третий двухполюсник, который выполнен в виде соединенных параллельно конденсатора переменной емкости 49 и катушки индуктивности 50, которая снабжена обмоткой связи 51. Первый вывод третьего двухполюсника посредством пятого конденсатора 52 соединен с первым выходом 53 дифференциального усилителя 32. Второй вывод третьего двухполюсника посредством шестого конденсатора 54 соединен со вторым выходом 55 дифференциального усилителя 32.

Выводы обмотки связи 51 соединены с выходными клеммами 34 и 35 соответственно.

В качестве усилительного элемента 32 может быть использован дифференциальный усилитель, выполненный на микросхеме АД 8351 фирмы ANALOG DEVICES.

Изменение емкости конденсаторов 41, 48 и 49 производится синхронно. Первый, второй и третий двухполюсники настроены на несущую частоту принимаемого сигнала.

К клеммам 14 и 15 подключены выводы антенны 14.

Входное устройство работает следующим образом.

На клеммах 29 и 30 присутствует сигнал, принятый антенной 14 с уровнем Е.

К клеммам 29 и 30 подключен вход четырехполюсника 31, который на входе содержит первый и второй параллельные колебательные контуры, соединенные последовательно, и подключенные к входным клеммам устройства 29 и 30 посредством конденсаторов 37 и 44. Средняя точка соединения двухполюсников соединена с общей шиной 42.

В предлагаемом устройстве не происходит шунтирование каждого из контуров сопротивлением антенны.

Оба контура настроены на частоту принимаемого сигнала. Практически напряжение на каждом из контуров будет равно U=Е/2×Q, где Е - напряжение в антенне, Q - эффективная добротность контура. Для первого колебательного контура второй колебательный контур является элементом связи, и наоборот, для второго колебательного контура первый колебательный контур является элементом связи.

Реактивное сопротивление первого колебательного контура Roe1 шунтируется цепью, состоящей из соединенных последовательно конденсатора 37, сопротивления антенны 14, конденсатора 44 и реактивного сопротивления второго колебательного контура R ое 2.

Степень шунтирования зависит от сопротивления антенны. Наибольшая будет при сопротивлении близком к нулю. При нуле величина реактивного сопротивления первого колебательного контура практически будет равна Roe 1/2. Величина реактивного сопротивления определяет избирательность контура.

Аналогично и для реактивного сопротивления второго колебательного контура. Реально параллельно первому входу дифференциального усилителя 32 включено реактивное сопротивление первого колебательного контура, а параллельно второму входу - реактивное сопротивление второго колебательного контура.

С выходов дифференциального усилителя 32 усиленный сигнал поступает на вход выходного селективного четырехполюсника 33 и затем на выходные клеммы 34 и 35.

Если бы входное устройство содержало только один параллельный колебательный контур, то он был бы зашунтирован сопротивлением антенны 14, которое практически имеет малую величину. В этом случае колебательный контур не будет обладать резонансными свойствами. Входная цепь не будет ослаблять мешающие сигналы, отличные по частоте от принимаемого сигнала. Для получения избирательности необходимо иметь дополнительную обмотку связи у катушки индуктивности входного контура, что приведет к значительному уменьшению коэффициента передачи сигнала.

В предлагаемом устройстве не происходит шунтирование каждого из контуров сопротивлением антенны.

В данном предложении рассмотрены два варианта выполнения системы. Первый вариант - водная среда выполнена в виде пресной воды. Второй вариант - водная среда выполнена в виде морской воды. При первом варианте второй наземный объект 2 содержит передатчик 11, к выходам которого подключена водная антенная система 12, содержащая первый элемент, роль которого выполняет гибкий металлический проводник, покрытый слоем изоляции из диэлектрика и соединенный с потенциальной выходной клеммой передатчика 11, и второй элемент, роль которого выполняет металлический электрод из нержавеющей стали, соединенный с низкопотенциальной выходной клеммой передатчика 11.

У металлического проводника наружный диаметр изоляции равен или более четырех диаметров проводника.

Второй вариант - водная среда выполнена в виде морской воды.

При втором варианте второй наземный объект 2 содержит передатчик 11, к выходам которого подключена водная антенная система, содержащая первый элемент, роль которого выполняет первый металлический электрод, соединенный посредством проводника с потенциальной выходной клеммой передатчика 11, и второй элемент, роль которого выполняет второй металлический электрод, соединенный посредством проводника с низкопотенциальной выходной клеммой передатчика 11. Электроды выполнены из нержавеющей стали и размещены в морской воде.

Подводный объект 3 содержит водную антенную систему 13.

Антенная система 13 содержит антенну, выполненную в виде двух металлических электродов, подключенных к входным клеммам 14 и 15 входного устройства.

Электроды выполнены из нержавеющей стали и размещены в морской воде. Техническим результатом предложения является повышение надежности дальней связи.

Источники информации:

1. И.М.Тепляков и др., Радиолинии космических систем передачи информации. - М.: Сов. Радио, 1975 с.6

2. Н.А.Стопцов и др., Связь под водой. - Л.,: Судостроение, 1990.

3. Патент РФ 110575, МПК Н04В 13/00, опубл 20.11.2011 Бюл. 32

1. Система односторонней радиосвязи, содержащая канал связи в виде воздушной и водной среды, первый и второй надводные объекты, подводный объект, при этом первый надводный объект содержит соединенные последовательно источник сообщения, кодирующее устройство, модулятор и радиопередатчик, и воздушную антенну, второй надводный объект, содержит соединенные последовательно воздушную антенну, радиоприемное устройство, преобразователь, передатчик и водное антенное устройство, подводный объект содержит соединенные последовательно антенную систему, радиоприемное устройство, декодирующее устройство и регистратор, отличающаяся тем, что второй надводный объект снабжен дополнительным выходным устройством, у которого входные клеммы соединены с выходом передатчика, а выходные - с водным антенным устройством, подводный объект снабжен дополнительным входным устройством, у которого входные клеммы соединены с антенным устройством, а выходные клеммы - с входом радиоприемника, причем дополнительное выходное устройство содержит последовательно соединенные входные клеммы, первый селективный двухполюсник, усилительный элемент, выходной селективный двухполюсник, выходные клеммы, причем первый селективный четырехполюсник выполнен в виде параллельного колебательного контура, содержащего конденсатор и катушку индуктивности с обмоткой связи, выводы которой соединены с входными клеммами устройства, усилительный элемент содержит два усилителя, у которых входы соединены с потенциальными точками колебательного контура, а выходы с входами второго селективного двухполюсника, который выполнен в виде двух параллельных контуров, соединенных последовательно, причем средняя точка соединена с общей шиной, а потенциальные выводы двухполюсника соединены с выходными клеммами устройства, у подводного объекта дополнительное входное устройство содержит соединенные последовательно входные клеммы, входной селективный четырехполюсник, усилительный элемент, выходной селективный четырехполюсник и выходные клеммы, при этом усилительный элемент выполнен в виде дифференциального усилителя, содержащего на входе первый и второй вход, на выходе - первый и второй выход, входной селективный четырехполюсник содержит цепь, включающую первый контакт, к которому подключены первые выводы первого и второго конденсатора, первый вывод первого двухполюсника, второй контакт, к которому подключены первые выводы третьего и четвертого конденсатора, первый вывод второго двухполюсника, при этом второй вывод первого конденсатора соединен с первой входной клеммой, второй вывод второго конденсатора соединен с первым входом дифференциального усилителя, второй вывод первого двухполюсника соединен с общей шиной, второй вывод третьего конденсатора соединен со второй входной клеммой, второй вывод четвертого конденсатора соединен со вторым входом дифференциального усилителя, второй вывод второго двухполюсника соединен с общей шиной, выходной четырехполюсник содержит третий двухполюсник, у которого первый вывод посредством пятого конденсатора соединен с первым выходом дифференциального усилителя, второй вывод двухполюсника посредством шестого конденсатора соединен с вторым выходом дифференциального усилителя, каждый из двухполюсников выполнен в виде соединенных параллельно катушки индуктивности и конденсатора переменной емкости, катушка индуктивности третьего двухполюсника снабжена обмоткой связи, выводы которой соединены с выходными клеммами устройства соответственно.

2. Система односторонней радиосвязи по п.1, отличающаяся тем, что для пресной воды у второго надводного объекта водное антенное устройство содержит гибкий металлический проводник, покрытый слоем изоляции из диэлектрика, причем наружный диаметр изоляции равен или более четырех диаметров проводника, при этом концы проводника соединены с выходными клеммами выходного устройства, у подводного объекта водное антенное устройство содержит антенну, выполненную в виде гибкого металлического проводника, покрытого слоем изоляции из диэлектрика, причем наружный диаметр изоляции равен или более четырех диаметров проводника, концы проводника соединены с входными клеммами входного устройства соответственно.

3. Система односторонней радиосвязи по п.1, отличающаяся тем, что для морской воды у второго надводного объекта водное антенное устройство выполнено в виде двух металлических электродов, соединенных при помощи проводников с выходными клеммами выходного устройства, у подводного объекта водное антенное устройство содержит антенну, выполненную в виде двух металлических электродов, соединенных при помощи проводников с входными клеммами входного устройства.