Волновод поверхностной электромагнитной волны

 

Использование: в радиотехнике для передачи электромагнитных сигналов. Сущность изобретения: трубопровод, включая нефтепровод, газопровод, использован как волноводная линия передачи поверхностной электромагнитной волны. 1 ил.

Изобретение относится к трубопроводному транспорту, а именно к автоматизации процессов управления на нефтепродуктопроводах, и может использоваться в качесте альтернативного канала управления на других трубопроводных коммуникациях и цилиндрических металлодиэлектрических структурах.

Имеется большое число линейных направляющих, обеспечивающих распространение электромагнитных волн, включая одно-, двухпроводные кабели, коаксиальные кабели, силовые кабели, полосковые линии, линии поверхностной электромагнитной волны, тросы, рельсовые пути и др. Известно применение магистральных газопроводов как линейных направляющих для передачи сигналов связи и телеметрии (Сергованцев В.Т. и др. Газопровод как канал связи в системах телемеханики. - М.: Недра, 1984), когда образуется двухпроводная линия труба - земля. Земля служит обратным проводником.

Применение возможно только на низких частотах (0,8-20 Гц), что не позволяет передавать информацию, кроме простейших команд, на системы управления технологическими процессами, удаленными на расстояние не более 8...10 км. Это резко сужает область использования.

Прототипом изобретения является применение газопроводов в качестве цилиндрических внутренних металлических волноводов (Казначеев Ю.Н. О возможности использования магистральных газопроводов для передачи сигналов связи и телеметрии, М.; Электросвязь, N 1, 1965).

Несмотря на теоретическую привлекательность такого применения газопроводов для передачи электромагнитных волн СВЧ, практическая его реализация затруднена в связи с огромными потерями и невозможна при закрытии задвижек. Дальность передачи составляет 3...5 км на газопроводах больших диаметров. Потери значительно возрастают на нефте- и продуктопроводах.

Целью изобретения является использование трубопроводов с иной предназначенностью и обеспечение новой для них функции как направляющей системы - волновода поверхностной электромагнитной волны для значительного увеличения дальности непосредственной связи, расширения полосы пропускания частот, сокращения затрат на организацию связи и создания возможности контроля состояния трубопроводов и их трасс.

Цель достигается применением впервые известных нефтепродуктогазопроводов с учетом их электродинамических параметров и металлодиэлектрической структуры в качестве однопроводной радиочастотной направляющей линии передачи - волновода поверхностной электромагнитной волны.

Трубопроводы предназначены для транспортирования нефтепродуктов, газов и др. Они имеют системы управления, включающие автоматику, телемеханику, связь и АСУ.

Выявлено, что с точки зрения электродинамики трубопроводы совместно с их изоляцией и наполнением представляют собой анизотропную многослойную цилиндрическую металлодиэлектрическую структуру (фиг.1). Такая структура обладает рядом фундаментальных свойств, возбуждением волн высших типов, многомодовым взаимодействием, эффектами межтиповой связи собственных колебаний, зависимостью добротности от геометрических и материальных параметров, выраженными резонансными свойствами и возможным аксиально-диэлектрическим резонансом, реализуемостью закона парциальных мощностей и канализирующим эффектом.

При применении трубопроводов в качестве волноводов поверхностных электромагнитных волн основная часть потока мощности сосредотачивается на границах раздела сред металл-диэлектрик, и имеются внешние электромагнитные поля в зависимости от физических, геометрических параметров, диэлектрических составляющих структуры и частот.

Установлены основные параметры для применения трубопроводов как волноводов поверхностной электромагнитной волны: частота f = 20...250 МГц, дальность непосредственной связи без усиления l = 30...50 км, потери α_p = 0,5.. .5 дБ/км, число каналов n = 50...500.

Применение трубопроводов в качестве волноводов поверхностной электромагнитной волны проведено на экспериментальном участке длиной 38 км. В ходе испытаний между начальным и конечным пунктами трассы тыла создана линия передачи электромагнитных сигналов по телу трубопровода. Установлены работоспособность, реализуемость, надежность, низкие материальные и временные затраты.

Кроме того, на основе такого применения трубопроводов возможна интеграция связи, телемеханики и АСУ, организация контроля технологических процессов и трасс трубопроводов.

Формула изобретения

ВОЛНОВОД ПОВЕРХНОСТНОЙ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ ВОЛНЫ.

Применение трубопровода в качестве волновода поверхностной электромагнитной волны.

РИСУНКИ

Рисунок 1