Способ передачи и приема информации и устройство для его осуществления

Изобретение относится к передаче информации на расстояние и может быть использовано в системах проводной и беспроводной связи, кодировании и декодировании информации. Указанные способ передачи и приема информации и устройства основаны на модуляции несущих пространственно-частотными модами колебаний молекул вещества и демодуляции, основанной на выделении указанных мод колебаний с помощью регистрации гальваномагнитных эффектов, например эффекта Холла. Технический результат состоит в возможности передачи как цифровой, так и аналоговой информации и возможности настройки приемника на вид применяемого в передатчике вещества за счет применения типа модуляции и демодуляции электромагнитных волн или переменного тока. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Область изобретения.

Изобретение относится к передаче информации на расстояние и может быть использовано в системах проводной и беспроводной связи, кодировании и декодировании информации.

Описание уровня техники.

Широко известен способ передачи и приема информации [1], включающий преобразование по определенному закону указанной информации в электрическое напряжение, генерацию несущих электрического тока или электромагнитных волн, амплитудную или частотную модуляцию указанных тока или волн с помощью указанного электрического напряжения, прием распространяющегося по проводам модулированного электрического тока или распространяющихся в пространстве модулированных электромагнитных волн, демодуляцию принятых электрического тока или волн и извлечение переданной информации с использованием указанного закона преобразования.

Известны также и устройства, которые обеспечивают передачу и прием информации [1], состоящие из передатчика, включающего цифровой или аналоговый преобразователь указанной информации в электрическое напряжение, источник несущей частоты электромагнитных колебаний и модулятор, передающей и приемной антенн (или двухпроводной линии) и приемника, включающего усилитель, демодулятор и преобразователь электрического сигнала в информацию.

Недостатком указанных способа и устройств является недостаточно большое число каналов связи, которое может быть осуществлено в данном частотном диапазоне, естественно ограничиваемое условиями теоремы Котельникова.

Целью данного изобретения является устранение указанного недостатка и расширение возможного числа каналов связи в определенном частотном диапазоне за счет разработки принципиально нового вида модуляции электрического тока и электромагнитных волн, в частности радиоволн.

Раскрытие изобретения.

Согласно данному изобретению указанная цель достигается за счет того, что в известном способе передачи и приема информации, включающем преобразование по определенному закону указанной информации в электрическое напряжение, генерацию несущих электрического тока или электромагнитных волн, модуляцию указанных тока или волн с помощью указанного электрического напряжения, прием распространяющегося по проводам модулированного электрического тока или распространяющихся в пространстве модулированных электромагнитных волн, демодуляцию принятых электрического тока или волн и извлечение из демодулированных тока или волн переданной информации с использованием указанного закона преобразования, указанную модуляцию осуществляют пространственно-частотными колебательными модами, возникающими в процессе генерации носителей электрических зарядов, формирующих указанный электрический ток и зависящих от электрических и/или магнитных полей, приложенных в область указанной генерации, или пространственно-частотными колебательными модами, возникающими в процессе прохождения электрического тока через определенные вещества, например водные растворы этилового спирта и др., также зависящими от электрических и/или магнитных полей, приложенных в область указанного прохождения, а указанную демодуляцию ведут с помощью анализа пространственно-частотных мод колебаний, приносимых принимаемым электрическим током (для двухпроводного способа передачи-приема) или электрическим током, порожденным принимаемыми электромагнитными колебаниями (для беспроводного способа передачи-приема), в приемном устройстве с помощью гальвано-магнитных эффектов, например эффекта Холла;

а также за счет того, что в известном устройстве передачи и приема информации, состоящем из передатчика, включающего цифровой или аналоговый преобразователь указанной информации в электрическое напряжение, источник несущей частоты электромагнитных колебаний и модулятор, передающей и приемной антенн (при беспроводной системе передачи) или двухпроводной линии (при проводной системе передачи) и приемника, включающего усилитель, демодулятор и преобразователь электрического сигнала в информацию, в указанном передатчике указанный преобразователь подсоединен к пластинам электрического конденсатора и/или обмоткам катушек передатчика, создающих магнитное поле, между которыми помещен химический источник тока (или химическое вещество, подсоединенное к источнику тока, не являющемуся химическим), на выходе которого дополнительно установлен стабилизатор напряжения, выход которого подсоединен к одному входу модулятора, соединенного с передающей антенной или двухпроводной линией, к другому входу которого подсоединен генератор несущей частоты, а в приемнике между усилителем и демодулятором дополнительно установлен стабилизатор электрического тока, причем указанный демодулятор является четырехполюсником - датчиком гальваномагнитных эффектов, например датчиком Холла, помещенным между катушками приемника, предназначенными для создания магнитного поля, и при этом выходы указанного четырехполюсника соединены с анализатором электрических сигналов, а выходы последнего соединены с устройством обратного преобразования принятых электрических сигналов в информацию, например динамиком.

В основе предлагаемого способа передачи и приема информации и работы устройства для осуществления указанного способа лежит модуляция электромагнитной волны и переменного тока пространственно-частотными колебательными модами постоянного электрического тока и то обстоятельство, что носители заряда, образующие электрический ток, имеют различное распределение по скоростям. Несмотря на то что ток предпочтительно стабилизирован, относительное распределение указанных носителей по скоростям внутри общего их потока определяется не устройством стабилизации тока, а физико-химическими процессами, происходящими либо в источнике тока, либо в той среде, через которую пропускают ток. Таким образом, указанный постоянный ток несет в себе пространственно-частотные колебательные моды, характерные для веществ, участвующих в реакции генерации носителей заряда, а также веществ, через которые он протекает, и зависящие от условий (электрические и магнитные поля и др.), в которых находятся указанные вещества. Таким образом, изменяя указанные вещества и/или указанные условия, можно изменять указанные пространственно-частотные колебательные моды и таким образом осуществлять модуляцию несущего переменного тока или несущей электромагнитной волны в способах и устройствах передачи информации.

Демодуляция принимаемых указанных тока или волны осуществляется на основе гальвано-магнитных эффектов, например эффекта Холла, с помощью демодулятора, который может являться датчиком Холла или другим четырехполюсником, в частности любым твердым веществом, имеющим сферическую поверхность Ферми, например золото, серебро, медь и др. Приложенное под углом к электрическому полю датчика Холла внешнее магнитное поле используется для анализа по скоростям электронов в потоке, образующем принимаемый ток, и, таким образом, на выходах датчика Холла выделяются пространственно-частотные колебательные моды, характерные для указанных веществ и указанных условий, используемых в процессе передачи.

Осуществление изобретения.

На Фиг.1 представлен вариант схемы предлагаемого устройства для осуществления предлагаемого (беспроводного) способа передачи и приема информации, где

1 - передатчик,

2 - преобразователь информации в электрическое напряжение,

3 - пластины электрического конденсатора,

4 - химический источник тока (аккумулятор),

5 - стабилизатор напряжения,

6 - генератор несущей частоты,

7 - модулятор,

8 - передающая антенна,

9 - приемная антенна,

10 - приемник,

11 - усилитель,

12 - стабилизатор тока,

13 - демодулятор,

14 - катушки приемника для создания магнитного поля,

15 - анализатор электрических сигналов,

16 - обратный преобразователь электрических сигналов в информацию.

На Фиг.2 представлены уровни сигнала в дБ, снятого с выходов датчика Холла, для различных положений указанного датчика относительно направления магнитного поля в приемнике, когда в качестве вещества, через которое проходил постоянный ток в передатчике, использовался водный раствор этилового спирта.

На Фиг.3 представлены угловые зависимости относительного уровня сигнала (радиальная координата) при использовании в передатчике водного раствора этилового спирта для резонансной частоты в 264 Гц и двух соседних нерезонансных частот.

Предлагаемый способ передачи и приема информации осуществляется с помощью предлагаемого устройства, один из вариантов которого представлен на Фиг.1. Устройство работает следующим образом.

Передаваемая информация поступает в передатчик (1) на преобразователь (2). Переменное электрическое напряжение, несущее указанную информацию, поступает на пластины конденсатора (3), изменяя во времени электрическое поле между ними, где расположен химический источник постоянного тока (4). Под действием указанного изменяющегося электрического поля соответственно изменяются условия генерации носителей электрических зарядов в источнике (4), изменяются пространственно-частотные моды колебаний молекул вещества указанного химического источника и изменяется спектр скоростей указанных носителей электрических зарядов, который по сути является скрытой характеристикой указанного тока. Далее разность потенциалов, создаваемую указанным химическим источником тока (4), стабилизируют стабилизатором напряжения (5) и эта разность потенциалов поступает на один вход модулятора (7), на другой вход которого поступает переменный ток заданной частоты от генератора несущей частоты (6). После модуляции в модуляторе (7) пространственно-частотными модами колебаний молекул вещества химического источника тока (4), приносимыми указанной стабилизированной разностью потенциалов, несущая частота поступает на передающую антенну (8) и излучается в пространство. Попадая на приемную антенну (9), указанная модулированная несущая частота попадает в приемник 10, усиливается усилителем (11), проходит через стабилизатор тока (12) и попадает на входы демодулятора - четырехполюсника (13), расположенного в магнитном поле катушек (14). Пространственно-частотные моды колебаний, регистрируемые на выходах указанного демодулятора (например, датчика Холла) и изменяющиеся во времени в соответствии с изменением напряжения на пластинах электрического конденсатора (3), анализируются анализатором электрических сигналов (15) и поступают на вход обратного преобразователя электрических сигналов (16), где в соответствии с известным законом преобразования информации в электрическое напряжение происходит обратное преобразование указанных электрических сигналов в информацию. В случае применения проводного способа передачи информации передающая и приемная антенны заменяются двухпроводной линией. Для цифровой передачи информации последняя сначала преобразуется в цифровой код, а затем поступает в виде электрических сигналов да-нет на пластины электрического конденсатора (3).

В соответствие с уровнем помех применяется одна или несколько мод колебаний при их обратном преобразовании в информацию, а также может использоваться их пространственная структура применением нескольких датчиков гальваномагнитных эффектов, расположенных под различными углами к направлению магнитного поля, создаваемого катушками (14) в приемнике (10).

В передатчике (1) вместо пластин электрического конденсатора или в дополнение к последним могут использоваться катушки для создания магнитного поля. В передатчике (1) вместо химического источника тока (4) могут применяться химические вещества, например водные растворы этилового спирта и др., через которые пропускается постоянный ток от источника, не являющегося химическим. В этом случае модуляция осуществляется пространственно-частотными модами колебаний молекул указанных химических веществ.

Учитывая большое множество перечисленных вариантов, а также то, что колебания молекул различных веществ имеют самые разнообразные пространственно-частотные моды с частотами от низких до самых высоких, становится понятно, что на одной и той же несущей частоте возможна работа множества каналов связи, которые к тому же могут быть созданы в дополнение к уже имеющимся на указанной частоте каналам, использующим амплитудную или частотную модуляцию.

Пример реализации изобретения.

Для реализации предлагаемого способа в соответствии с предлагаемым устройством была создана экспериментальная установка, на которой были получены результаты передачи по радиоканалу характеристик различных жидкостей, через которые пропускался электрический ток от нехимического источника, помещаемых между пластинами электрического конденсатора в передатчике при нулевом электрическом поле и поле, равном 30 В/см. В качестве демодулятора 13 использовался датчик Холла, который можно было вращать, помещая под различными углами к направлению магнитного поля, создаваемого катушками (14) приемника, и выполненный на подложке из i-GaAs на монокристалле из n-InSb. Устройство контролировалось с помощью ПК, в котором производилось измерение сигнала с Холловских контактов и измерение указанных дискретных углов. Передача и прием производились на частоте 34 МГц. Результаты этих экспериментов с водным раствором этилового спирта при нулевом значении электрического поля в указанном конденсаторе показаны на Фиг.2 и Фиг.3. Видны характерные резонансы, положение которых меняется при повороте датчика Холла. Эти частоты четко регистрируются по хорошо выраженным максимумам. Приняв за шумовой фон уровень сигнала, равный -24 дБ, была построена развертка сигнала в полярных координатах при постоянных частотах, соответствующих частотам выделенных резонансов на Фиг.2. На Фиг.3 показаны угловые зависимости Фурье-сигнала при одной из резонансных частот, изображенных на Фиг.2, а также при двух частотах, отличающихся от резонансной на ±4 Гц. Тем самым подтверждается яркая выраженность резонанса. Радиус-вектор, проведенный из начала координат каждой диаграммы под определенным углом до пересечения с кривой, определяет величину сигнала при этом угле. Было также показано, что приведенные на Фиг.2 резонансы, полученные при нулевом электрическом поле в указанном конденсаторе, сдвигаются по углу и по частоте при электрическом поле в конденсаторе, равном 30 В/см. Таким образом была продемонстрирована возможность беспроводной системы передачи как цифровой, так и аналоговой информации и возможность настройки приемника на вид применяемого в передатчике вещества. Аналогичные результаты были получены также с применением в передатчике химического источника тока - кислотного аккумулятора, а также с применением двух различных химических источников тока и двух различных химических веществ, а также их комбинаций и коммутатора для их подключения к стабилизатору напряжения и применением в приемнике двух или нескольких демодуляторов, расположенных под различными углами к направлению магнитного поля катушек приемника.

Был опробован и случай проводной передачи информации. При этом передающая и приемная антенны были отключены и вместо них подключена двухпроводная линия связи. В этом случае аналогично была показана возможность передачи как цифровой, так и аналоговой информации и возможность настройки приемника на вид применяемого в передатчике вещества за счет применения нового предложенного в настоящем изобретении типа модуляции и демодуляции электромагнитных волн и переменного тока.

Литература

1. Справочник по элементам радиоэлектронных устройств. Под редакцией Дулина В.Н. и Жука А.А., М.: Энергия 1978 г., т.1, раздел 4.

1. Способ передачи и приема информации, включающий преобразование по определенному закону указанной информации в электрическое напряжение, генерацию несущих электрического тока или электромагнитных волн, модуляцию указанных тока или волн с помощью указанного электрического напряжения, прием распространяющегося по проводам модулированного электрического тока или распространяющихся в пространстве модулированных электромагнитных волн, демодуляцию принятых электрического тока или волн и извлечение из демодулированных тока или волн переданной информации с использованием указанного закона преобразования, отличающийся тем, что указанную модуляцию осуществляют пространственно-частотными колебательными модами, возникающими в процессе генерации носителей электрических зарядов, формирующих указанный электрический ток и зависящих от электрических и/или магнитных полей, приложенных в область указанной генерации, или пространственно-частотными колебательными модами, возникающими в процессе прохождения электрического тока через определенные вещества, например, водные растворы этилового спирта, также зависящими от электрических и/или магнитных полей, приложенных в область указанного прохождения, а указанную демодуляцию ведут с помощью анализа пространственно-частотных мод колебаний, приносимых принимаемым электрическим током для двухпроводного способа передачи-приема или электрическим током, порожденным принимаемыми электромагнитными колебаниями для беспроводного способа передачи-приема, в приемном устройстве с помощью гальваномагнитных эффектов, например, эффекта Холла.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что указанную модуляцию осуществляют указанными модами колебаний поочередно двух или нескольких различных типов указанных источников тока и/или различных указанных химических веществ.

3. Устройство передачи и приема информации состоящее из передатчика, включающего цифровой или аналоговый преобразователь указанной информации в электрическое напряжение, источник несущей частоты электромагнитных колебаний и модулятор, передающей и приемной антенн при беспроводной системе передачи или двухпроводной линии при проводной системе передачи и приемника, включающего усилитель, демодулятор и преобразователь электрического сигнала в информацию, отличающееся тем, что в указанном передатчике указанный преобразователь подсоединен к пластинам электрического конденсатора и/или обмоткам катушек передатчика, предназначенным для создания магнитного поля, между которыми помещен химический источник тока (или химическое вещество, подсоединенное к источнику тока, не являющемуся химическим), на выходе которого дополнительно установлен стабилизатор напряжения, выход которого подсоединен к одному входу модулятора, соединенного с передающей антенной или двухпроводной линией, к другому входу которого подсоединен генератор несущей частоты, а в приемнике между усилителем и демодулятором дополнительно установлен стабилизатор электрического тока, причем указанный демодулятор является четырехполюсником - датчиком гальваномагнитных эффектов, например датчиком Холла, помещенным между катушками приемника, предназначенными для создания магнитного поля, и при этом выходы указанного четырехполюсника соединены с анализатором электрических сигналов, а выходы последнего соединены с устройством обратного преобразования принятых электрических сигналов в информацию, например, динамиком.

4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что между указанными пластинами или указанными катушками помещены два или несколько различных типов химических источников тока и/или химических веществ, подсоединенных к источнику тока, не являющемуся химическим, а перед указанным стабилизатором напряжения установлен коммутатор для поочередного подключения к нему токов указанных источников и/или токов от нехимического источника, проходящих через указанные химические вещества и при этом в приемнике установлены два или несколько указанных демодуляторов, расположенных под различными углами к направлению магнитного поля, создаваемого указанными катушками.