Квантовое радиопередающее и радиоприемное устройство передачи и приема информации

Изобретение относится к технике связи и может использоваться для передачи и приема информации с применением малогабаритных, сверхширокополосных, магнитных антенн когерентного излучения и приема магнитоэлектрических когерентных волн вращающейся поляризации. Технический результат состоит в повышении пропускной способности передачи сигналов и скорости передачи и приема информации за счет широкополосности передачи. Для этого используют модуляцию информационными сигналами магнитного поля магнитоэлектрических волн на промежуточных частотах, а излучение, прием радиосигналов осуществляется на номинальной частоте.

 

Изобретение относится к области передачи и приема информации с применением квантового радиопередающего и радиоприемного устройства магнитоэлектрических волн и может быть использовано при разработке и создании наземных спутниковых квантовых радиотехнических систем различного назначения, обеспечивающих высокий энергетический потенциал, высокую скорость передачи информации и их информационную безопасность и помехозащищенность.

Радиоприемное и радиопередающее устройство - совокупность технических средств радиотехнических систем различного назначения с целью передачи и приема информации (ППИ) между наземными пунктами (НП), между НП и космическими аппаратами (КА), между несколькими НП через КА и т.д.

Известно радиопередающее и радиоприемное устройство (прототип) ППИ с применением электромагнитных волн, содержащее: источник питания, задающий генератор колебаний высокой частоты, преобразователь информации в электрический сигнал, модуляционный каскад, выходной каскад, электрическую передающую антенну, излучающую электромагнитные волны и источник питания, электрическую приемную антенну, принимающую электромагнитные волны, входную цепь, усилитель высокой частоты, детектор, усилитель низкочастотного сигнала, преобразователь электрического сигнала в информацию (Н.И. Овчинников. Основы радиотехники. Изд-во Мин. обороны СССР, М.: - 1968, с. 8).

Основные недостатки известного устройства - низкий энергетический потенциал и как следствие низкая скорость передачи информации, низкая помехозащищенность и информационная безопасность, а так же зависимость линейных размеров электрических антенн от используемого диапазона длин волн (диапазона частот), низкая стабильность частоты (периода) излучаемых и принимаемых электромагнитных волн.

Изложенные недостатки устройства типичны для всех наземных, спутниковых и других устройств радиотехнических систем различного назначения, поскольку в них, в отличие от проводных (кабельных), демаскирующие признаки доминируют не в топологической, а в информационно-сигнальной зоне. Поэтому обеспечение высокого энергетического потенциала, высокой скорости передачи информации, помехозащищенности, информационной безопасности требует не малых комплексных затрат, которые необходимо соизмерить с платой за риск в условиях расширенного применения технологий XXI века.

Задачей предлагаемого изобретения является разработка принципиально нового квантового радиопередающего и радиоприемного устройства передачи и приема информации в любом диапазоне длин волн (в любом частотном диапазоне), с применением магнитоэлектрических когерентных волн.

Решение указанной задачи в квантовом радиопередающем и радиоприемном устройствах достигается путем замены выходного каскада, электрической антенны радиопередающего устройства и электрической антенны радиоприемного устройства, излучающих и принимающих электромагнитные волны, на малогабаритную сверхширокополосную магнитную квантовую антенну индуцированного когерентного излучения и приема магнитоэлектрических волн вращающейся поляризации, и путем замены входной цепи радиоприемного устройства на преобразователь слабого магнитного поля в электрический сигнал (Патент №2570651, МПК H04J 1/00, 2015 RU, Патент №2598312, МПК H04W 8/00, 2016, RU, Петербургский журнал электроника. 4/2014, с. 15, Авиакосмическая техника и технология, №2, 2014, с. 30-37, Авиакосмическая техника и технология, №4, 2014, с. 26-34).

Физическая сущность предлагаемого квантового радиопередающего и радиоприемного устройства передачи и приема информации заключается в следующем.

Согласно первому уравнению Максвелла изменение электрической составляющей связанного поля электрической антенны вызывает в ее окрестностях переменные магнитные поля.

Изменение магнитной составляющей связанного поля вызывает в ее окрестностях соответственно переменное электрическое поле. Вновь образованные поля уже свободные, они неразрывно изменяются во времени и благодаря этому распространяются в пространстве со скоростью света, образуя электромагнитные волны. Электромагнитные поля считаются свободными тогда, когда они не связаны с зарядами излучателя. Основные принципы теории Максвелла были экспериментально доказаны Герцем в 1888 г.

С физической точки зрения, введенная Максвеллом плотность тока смещения, приводит к возможности существования наряду с электромагнитной индукцией симметричного явления магнитоэлектрической индукции [А.А. Кураев, Т.Л. Попкова, А.К. Синицын. Электродинамика и распространение радиоволны, Минск "Новое знание", 2013, М.: "ИНФА - М"] открытого на основе опыта М.Фарадея в 1831 году.

при

Таким образом, экспериментально была доказана взаимная связь электрических полей с магнитными полями и наоборот: магнитных полей с электрическими, т.е. изменение одного из них вызывает в окружающем пространстве появление другого. [Г.Б. Белоцерковский. Основы радиотехники и антенны. Часть 1. М.: Советское радио, 1968] Следовательно, для создания устройств с целью передачи приема информации можно использовать как электромагнитные волны и соответственно электрические антенны, так магнитоэлектрические волны и соответственно магнитные антенны.

Теория Максвелла позволяет установить физическую сущность образования электромагнитных и магнитоэлектрических волн. Если к вибратору (проволочной антенне) приложено переменное напряжение определенной частоты, то в окрестностях вибратора изначально возбуждается переменное электрическое поле той же частоты. Следовательно, вибратор - электрическая антенна, создающая электрические поля, геометрические и электрические характеристики которой определяются частотой запитывающего напряжения и тока.

То есть изначально электрической антенной создается переменное электрическое поле, которое затем вызывает магнитное поле. Эти поля связанные: они появляются и исчезают вместе с током вибратора. Поскольку электромагнитное поле вибратора переменное, то по первому уравнению Максвелла изменение электрической составляющей связанного поля вызывает в данной точке и ее окрестностях переменное магнитное поле, а по второму уравнению Максвелла изменение магнитной составляющей связанного поля вызывает в этой точке и ее окрестностях переменное электрическое поле. В соответствии с третьим уравнением Максвелла обе составляющие имеют вихревой характер и изображаются замкнутыми силовыми линиями. Четвертое уравнения Максвелла подтверждает отсутствие зарядов и одновременно постулирует его справедливость для любой среды. Следовательно, связанные поля по совокупности, беря во внимание, что изначально электрические поля электрической антенны, возбуждаемые электрическими колебаниями, называются электромагнитными.

Теперь возьмем постоянный магнит. Каждый магнит имеет два полюса: северный и южный. По отдельности магнитные полюса не существуют. Между магнитными полюсами существует магнитное поле. При вращении постоянного магнита относительно оси симметрии, вокруг вращающегося магнита создается вращающееся переменное магнитное поле. Следовательно, вращающийся постоянный магнит - магнитная антенна, в окрестностях которой существует переменное магнитное поле определенной частоты, определяемой только угловой скоростью вращения магнита.

В отличие от электрической антенны в данном случае магнитная антенна напряжением (током) непосредственно той частоты, которую мы хотим использовать в радиолинии, не запитывается. По второму уравнению Максвелла изменение магнитного поля вызывает в окрестностях магнитной антенны электрическое переменное поле. Переменное электрическое поле порождает магнитное поле точно так же, как обычный ток.

Из вышеизложенного видно, что физическая сущность свободных электромагнитных и магнитоэлектрических волн, возбуждаемых в физическом эфире (среде), с использованием как электрических, так и магнитных антенн одна и та же. Разница лишь в том, что в первом случае электромагнитные волны (поле) изначально возбуждаются связанными электрическими колебаниями с применением электрических антенн, а во втором случае магнитоэлектрические волны (поле) изначально возбуждаются свободными магнитными колебаниями с применением магнитных антенн. Авторы во втором случае назвали электромагнитные волны магнитоэлектрическими.

Магнитная антенна (магнитный излучатель), как элемент магнитного тока, не может быть осуществлен, поскольку в природе нет магнитного тока. Но если антенной-излучателем изначально создается переменное магнитное поле, то по первому уравнению Максвелла изменение магнитного поля вызывает электрическое поле. Но эти поля уже не связанные, а свободные, поскольку они не связаны с какими-то зарядами, токами. То есть можно создать антенну, реализовав в ней свойства элемента магнитного тока.

До настоящего времени человечество применяет только электрические антенны и не применяет магнитные антенны, хотя природа (физика) распространения электромагнитных и магнитоэлектрических волн идентична. Разные только технологии возбуждения электромагнитных и магнитоэлектрических волн.

Исходя из вышеизложенных определений, магнитные антенны не могут эффективно излучать, принимать изначально возбужденные электромагнитные волны, а электрические антенны не могут эффективно излучать, принимать изначально возбужденные магнитоэлектрические волны.

В радиопередающих и радиоприемных устройствах радиотехнических систем антенны выполняют специальную функцию, связывая излученную в пространстве принятую электромагнитную энергию с электронными компонентами аппаратуры.

В основу принципа работы квантового радиопередающего и радиоприемного устройства передачи и приема информации положено использование вращающегося переменного магнитного поля магнитной квантовой антенны, которое индуцирует в окружающем ее пространстве (среде) когерентное свободное магнитоэлектрическое поле.

Использование квантовых радиопередающих и радиоприемных устройств передачи и приема информации в спутниковых, наземных радиотехнических системах навигации, связи и других системах различного назначения позволит разработать и создать квантовые когерентные высокоэффективные системы передачи и приема информации, которые, в свою очередь, позволят:

- повысить энергетический потенциал систем на (52-153) дБ;

- соответственно снизить потребление электрической энергии, вес, габариты, эквивалентную изотропно-излучаемую мощность передающих устройств, коэффициенты усиления приемно-передающих антенн;

- повысить чувствительность радиоприемных устройств;

- исключить из состава систем квантовые стандарты частоты;

- повысить информационную безопасность, помехозащищенность систем и т.д.

Анализ технических решений в исследуемой области позволяет сделать вывод об отсутствии признаков предлагаемого технического решения.

Таким образом, предложенное квантовое радиопередающее и радиоприемное устройство передачи и приема информации соответствует критериям новизны, изобретательскому уровню, промышленной применимости и дает при использовании положительный эффект.

Радиопередающее устройство передачи информации посредством электромагнитных волн, содержащее источник питания, задающий генератор колебаний высокой частоты, преобразователь информации в электрический сигнал, модуляционный каскад, выходной каскад, передающую антенну и радиоприемное устройство приема информации посредством электромагнитных волн, содержащее источник питания, приемную антенну, входную цепь, усилитель высокой частоты, детектор, усилитель низкочастотного сигнала, преобразователь электрического сигнала в информацию отличающиеся тем, что передачу информации осуществляют посредством когерентных волн вращающейся поляризации путем включения на выходе радиопередающего устройства малогабаритной сверхширокополосной магнитной антенны индуцированного когерентного излучения с вращающейся поляризацией, а прием информации осуществляют посредством приемной малогабаритной магнитной антенны индуцированного когерентного приема с вращающейся поляризацией и преобразования в цепи радиоприемного устройства слабого магнитного поля в электрический сигнал.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области беспроводной связи. Технический результат заключается в повышении отказоустойчивости при установлении радиосоединения с базовой станцией.

Изобретение относится к области радиосвязи. Техническим результатом является повышение безопасности функции службы ретрансляции.

Предложен способ управления доступом. При выполнении способа, определяют первый идентификатор устройства для портативного электронного устройства (170) пользователя (150).

Изобретение относится к способу и устройству для полупостоянного планирования SPS. Технический результат изобретения заключается в экономии ресурсов при передаче данных.

Изобретение относится к протоколу для передачи информации обратной связи в системе с многопользовательским многоканальным входом – многоканальным выходом (MU-MIMO). Технический результат – создание протокола, позволяющего первому устройству (например, точке доступа) получать информацию обратной связи от нескольких других устройств (например, мобильных станций) без индивидуального опроса других устройств.

Изобретение относится к области вычислительной техники. Технический результат заключается в идентификации пользовательской операции перемещения или вращения управления объектом операции.

Изобретение относится к устройству, сетевому узлу, способам и машиночитаемому носителю для беспроводной связи. Технический результат заключается в обеспечении беспроводной связи.

Изобретение относится к вычислительной технике. Технический результат – повышение скорости и качества диагностики.

Изобретение относится к области беспроводной связи. Технический результат заключается в осуществлении передачи по нисходящей линии связи EC-GSM беспроводным устройствам (нормальное или расширенное покрытие) на тех же PDTCH ресурсах, которые используются для обслуживания унаследованных беспроводных устройств, сохраняя поле идентификатора временного потока (TFI) на той же позиции во всех заголовках радиоблока нисходящей линии связи, независимо от того, отправлен ли радиоблок на унаследованное беспроводное устройство или EC-GSM беспроводное устройство.

Изобретение относится к области беспроводной связи. Технический результат изобретения заключается в возможности установления безопасной связи между электронными устройствами связи через ячеистую сеть.

Изобретение относится к области связи. Техническим результатом является повышение пропускной способности на краях ячейки, средней пропускной способности сектора и сбалансирование нагрузки между ячейками. Предложена технология с использованием двойного соединения. Абонентский терминал (UE) может идентифицировать первый физический канал, содержащий первую информацию управления восходящей линии (UCI), и второй физический канал, содержащий вторую информацию UCI. Терминал UE может выбрать уровень приоритета для первого физического канала и уровень приоритета для второго физического канала. Этот терминал UE может применить масштабирование мощности в сторону уменьшения к передачам первого физического канала или к передачам второго физического канала, если суммарная мощность передач терминала UE должна превысить определенную величину в течение периода времени. Терминал UE может масштабировать мощность передач для второго физического канала в сторону уменьшения, если уровень приоритета для первого физического канала выше уровня приоритета для второго физического канала в зависимости от типа первой информации UCI и типа второй информации UCI. 3 н. и 17 з.п. ф-лы, 16 ил.

Изобретение относится к области вычислительных систем. Технический результат заключается в обеспечении передачи назначений планирования для ответного сообщения произвольного доступа. Технический результат достигается за счет обнаружения сигнала преамбулы, переданного устройством связи; и передачи по беспроводному интерфейсу назначения планирования для ответного сообщения произвольного доступа; при этом назначение планирования идентифицируют с помощью идентификатора со значением, зависящим по меньшей мере частично от индекса системного кадра, в котором обнаружен сигнал преамбулы. 7 н. и 18 з.п. ф-лы, 11 ил.

Группа изобретений относится к системам связи. Технический результат заключается в снижении нагрузки в каналах связи. Изобретения обеспечивают запуск процедуры канала произвольного доступа (RACH) для запроса ресурсов восходящей линии связи по каналу произвольного доступа в планировщик базовой станции (600) на основании изменения статуса буфера терминала (700) по сравнению с сообщением статуса буфера, BSR, запомненным в упомянутом терминале. На первом этапе способа статус текущего содержимого буфера терминала, т.е. данных буфера терминала, сравнивают со статусом упомянутого запомненного сообщения статуса буфера, BSR. Второй этап способа включает в себя инициирование процедуры RACH для указания запроса на обслуживание в упомянутый планировщик базовой станции после обнаружения изменения статуса буфера на упомянутом этапе сравнения. Запрос на обслуживание включает в себя указатель изменения статуса буфера как сигнал запуска для упомянутого планировщика, чтобы назначить ресурсы восходящей линии связи в упомянутый терминал. 2 н. и 14 з.п. ф-лы, 7 ил.

Изобретение относится к технике связи и может использоваться для передачи и приема информации с применением малогабаритных, сверхширокополосных, магнитных антенн когерентного излучения и приема магнитоэлектрических когерентных волн вращающейся поляризации. Технический результат состоит в повышении пропускной способности передачи сигналов и скорости передачи и приема информации за счет широкополосности передачи. Для этого используют модуляцию информационными сигналами магнитного поля магнитоэлектрических волн на промежуточных частотах, а излучение, прием радиосигналов осуществляется на номинальной частоте.

Наверх