радиогидроакустическое антенное устройство

Формула изобретения

Радиогидроакустическое антенное устройство, содержащее электрически изолированные и неизолированные от воды жилы, помещенные в плавучее тело, например, из вспененного полиэтилена, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит переменную индуктивность, соединенную с устройством плавного и ступенчатого ее изменения, блок управления, соединенный с устройствами плавного и ступенчатого изменения индуктивности, и с ключом, последовательно включенным между одной из изолированных жил и одним из полюсов источника напряжения, другой полюс которого через переменную индуктивность заводнен.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к радиотехнике, в частности к приемным антенным устройствам, и может быть использовано для изучения естественных электромагнитных полей, акустических шумов океана и сейсмических исследований.

Известна гибкая плавучая кабельная антенна, которая содержит электрод из трех элементов, расположенных под углом 120^o один к другому, находящийся в непроводящем плавучем кожухе (патент США N 3.599.203. МКИ H OI Q I/34). Недостатком этого известного устройства является невозможность приема гидроакустических сигналов.

Известен морской сейсмический кабель (авт. св. СССР N 781980 H OI B 7/00), содержащий сердечник, покрытый слоем изоляции, скрученные изолированные проводники, датчики приема сейсмических волн, элементы плавучести, защитный шланг. Недостатком этого устройства является невозможность приема радиосигналов.

Известна также антенна для приема сигналов сверхнизкой и низкой частоты в морской воде (патент США N 3.965.474 МКИ H OI Q I/04), которая содержит рамочную антенну, помещенную в непроводящий плавучий кожух, к которому прикреплено выступающее устройство для уменьшения кольцевых токов проводимости вокруг антенны. Недостаток-невозможность приема гидроакустических сигналов.

В качестве прототипа выбрана антенна, содержащая длинную соленоидальную рамку, горизонтальный обратный провод, заключенный в изоляционную рубашку из пористого диэлектрика, изолирующую рамку и провод от воды, и обеспечивающую положительную плавучесть всей антенне.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей антенного устройства, т.е. обеспечение возможности наряду с приемом радиосигналов приема гидроакустических и сейсмических сигналов.

Поставленная цель достигается благодаря тому, что антенна, содержащая одну или несколько изолированных от воды жил, помещенных в плавучее тело, например, из вспененного полиэтилена, дополнительно содержит переменную индуктивность с устройствами плавного и ступенчатого ее изменения, управление которыми осуществляется с помощью блока управления, соединенного с ключом, последовательно включенным между одной из изолированных жил и одним из полюсов источника напряжения, другой полюс которого через переменную индуктивность заводнен.

Данные элементы образуют параметрическую цепь, где под воздействием переменного давления в воде происходит изменение диаметра плавучего тела, что в свою очередь вызывает изменение емкости антенны. Использование переменной индуктивности дает возможность настраивать цепь в режим резонанса и получать на выходе наибольшее напряжение. Использование ключа дает возможность подключать либо схему для приема радиосигналов, либо акустических сигналов. Источник напряжения необходим для поляризации диэлектрика (плавучего тела), приводящей к увеличению эффективной емкости антенны.

На фиг. 1 дана структурная схема; на фиг. 2 принципиальная схема; на фиг. 3 график зависимости амплитуды выходного напряжения на индуктивности от ее величины на фиксированной частоте; на фиг. 4 схема блока управления с устройствами ступенчатого и плавного изменения индуктивности.

Примером предложенного радио-гидроакустического антенного устройства является устройство, состоящее из электрически изолированной от воды жилы 1 (фиг. 1), в плавучем теле из вспененного полиэтилена 2, ключа 3, источника напряжения 4 переменной индуктивности 5, устройства ступенчатого изменения индуктивности 6, устройства плавного изменения индуктивности 7, блока управления 8.

Работает устройство следующим образом. При необходимости приема гидроакустических или сейсмических сигналов ключом 3, с помощью блока управления 8 производится подключение схемы к изолированной от воды жиле 1, на которую подается напряжение от источника 4, и благодаря этому происходит поляризация диэлектрика плавучего тела.

При механическом воздействии акустических или сейсмических волн происходит изменение емкости С антенны (фиг. 2). Подстраивая индуктивность посредством блока управления и устройства ступенчатого и плавного изменения индуктивности, добиваются резонанса схемы и снимают с индуктивности наибольшее напряжение сигнала. Напряжение, получаемое на выходе, определяется по формуле:

U_Lm= U₀nw²)/[(WR/L)²+(W²-W²₀)²],

где U₀ напряжение источника питания,

L индуктивность,

h коэффициент, связывающий динамическую и статическую емкости (для вспененного полиэтилена и давления акустической волны P=10^-3Па, n=610^-12), W -рабочая частота, R активное сопротивление индуктивности, W²₀LC, С динамическая емкость (С=С₀/[I+n sin(wt)] t время), С₀ статическая емкость (для антенны длиной L₀=500 м С₀=20 нф).

Из формулы видно, что путем изменения поляризующего напряжения U₀, можно регулировать амплитуду напряжения сигнала U_m в широких пределах. При напряжении U₀= 1000 В величина сигнала может достигать 10 мкВ, что на четыре порядка превышает уровень регистрируемых радиосигналов. Это позволяет при необходимости понизить U₀ на несколько порядков.

Зависимость амплитуды выходного сигнала U_m на частоте 100 Гц от значения индуктивности при U₀= 1000 В и различных значениях активного сопротивления индуктивности R представлена на фиг. 3. График, изображенный на фиг. 3, показывает, что при изменении индуктивности происходит плавное изменение U_m. Наибольшей добротностью обладает схема, у которой минимальное активное сопротивление катушки индуктивности. Расчеты показывают, что для низких частот (100 Гц) необходимы сравнительно большие значения индуктивности 510₃ Гн. Такие значения индуктивности можно получить, используя аморфные сплавы, отличающиеся от традиционных большой магнитной проницаемостью. Например, сплав 8I HMA имеет начальную магнитную проницаемость 50000, а максимальную 250000 (Ю. С. Русин и др. Электромагнитные элементы радиоэлектронной аппаратуры. М. Радио и связь, 1991 г.).

Блок управления работает следующим образом (Фиг. 4). При нажатии кнопки SB-I подается питание на ключ 3, который замыкается и подключает сигнальную жилу 1 к источнику поляризующего напряжения 4. При этом также подается питание на всю схему блока управления. Включением кнопки SB-2 подается питание через соответствующие диоды дешифратора (VD3-VDIO) на триггеры ДД1.1, ДД.2, которые в свою очередь подключают соответствующие контакты коммутатора ДД2, расположенного в блоке грубой регулировки индуктивности. Точно также работают кнопки SB-3 SB-5. Кнопками SB-2 SB-5 производится грубая регулировка индуктивности путем выбора соответствующего количества витков катушки индуктивности. Точная регулировка осуществляется кнопками SB6, SB7. При включении одной из них подается питание на двигатель, который вдвигает или выдвигает сердечник из катушки индуктивности.

Предлагаемое изобретение в отличие от прототипа дает возможность использовать одну антенну вместо двух, что повышает надежность эксплуатации благодаря исключению перехлеста антенн, улучшает маневренность судна и облегчает режимы работы лебедок. Кроме того, использование одной совмещенной антенны обеспечивают экономию материалов при производстве антенн.