Антенно-согласующее устройство

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано в широкодиапазонных радиопередатчиках. Достигаемый технический результат - сокращение времени настройки с одновременным снижением восприимчивости к мешающим сигналам других радиопередатчиков. Устройство содержит согласующий контур, два коммутатора, аттенюатор, трансформатор тока, микроконтроллер, конвертор, два преобразователя "аналог-цифра" и синтезатор частот. 1 ил.

 

Изобретение относиться к радиотехнике и может использоваться в широкодиапазонных радиопередатчиках для компенсации отклонений входного импеданса антенны от значения, при котором обеспечивается оптимальный режим работы усилителя мощности радиопередатчика.

Известно антенно-согласующее устройство [1], содержащее согласующий контур, образуемый элементами четырех магазинов реактивностей, аттенюатор, блок датчиков дискриминаторов контроля характеристик рассогласования, коммутатор и микроконтроллер, причем вход согласующего контура подключается через коммутатор к ВЧ входу устройства или непосредственно или через последовательно включенные аттенюатор и блок датчиков-дискриминаторов, информационные выходы датчиков-дискриминаторов подключены к соответствующим входам параллельного интерфейса микроконтроллера, управляющие входы согласующего контура (управляющие входы магазинов реактивностей) и управляющий вход коммутатора, подключенные к соответствующим выходам параллельного интерфейса микроконтроллера, выход согласующего контура является ВЧ выходом устройства, а порт последовательного интерфейса микроконтроллера является портом дистанционного управления устройства. Необходимые для проведения настройки согласующего контура характеристики рассогласования в рассматриваемом устройстве получают путем соответствующих преобразований сигналов датчиков контроля напряжения и тока на входе согласующего контура. В качестве датчика контроля тока используется измерительный трансформатор тока, включенный первичной обмоткой последовательно с согласующим контуром.

Известны также другие антенно-согласующие устройства [2, 3, 4], аналогичные указанному выше по структурной схеме и алгоритму работы. Недостатками рассматриваемого согласующего устройства являются:

- большое время настройки согласующего контура в связи с последовательным (поочередным) набором малыми приращениями необходимых значений реактивностей, образующих контур, а также в связи с большим временем переключения дискрет в магазинах реактивностей;

- высокая восприимчивость датчиков к мощным сигналам близкорасположенных других радиопередатчиков.

Задачей изобретения является сокращение времени настройки с одновременным снижением восприимчивости к мешающим сигналам других радиопередатчиков.

Для этого в антенно-согласующее устройство, содержащее согласующий контур, образуемый элементами четырех магазинов реактивностей, первый коммутатор, подключенный выходом к входу согласующего контура, аттенюатор, трансформатор тока, первичная обмотка которого включена между выходом аттенюатора и первым входом коммутатора, и микроконтроллер, подключенный выходами параллельного интерфейса к соответствующим управляющим входам согласующего контура и управляющему входу коммутатора, в котором второй вход коммутатора и выход согласующего контура являются соответственно ВЧ входом и ВЧ выходом устройства, а порт последовательного интерфейса микроконтроллера является портом дистанционного управления устройства, введены второй коммутатор, подключенный первым входом к выходу аттенюатора и вторым входом - к вторичной обмотке трансформатора тока, конвертор, подключенный сигнальным входом к выходу второго коммутатора, первый и второй преобразователи "аналог-цифра", подключенные аналоговыми входами к выходу конвертора и выходами - к соответствующим входам параллельного интерфейса микроконтроллера, и синтезатор частот, подключенный первым выходом ко входу аттенюатора, вторым выходом к гетеродинному входу конвертора, а третьим и четвертым выходами - соответственно к входам синхронизации первого и второго преобразователей "аналог-цифра", при этом управляющие входы второго коммутатора, входы управления частотой синтезатора частот и входы управления усилением конвертора подключены к соответствующим выходам параллельного интерфейса контроллера.

Предлагаемое техническое решение соответствует критерию "новизна", т.к. отличается от прототипа наличием новых функциональных элементов и новых связей между элементами.

Структурная схема предлагаемого устройства изображена на чертеже.

Антенно-согласующее устройство содержит согласующий контур 10, образуемый элементами четырех магазинов реактивностей, первый коммутатор 8, подключенный выходом к входу согласующего контура, аттенюатор 1, трансформатор тока 3, первичная обмотка которого включена между выходом аттенюатора и первым входом первого коммутатора, второй коммутатор 4, подключенный первым входом к выходу аттенюатора и вторым входом - к вторичной обмотке трансформатора тока, конвертор 5, подключенный сигнальным входом к выходу второго коммутатора, первый 6 и второй 9 преобразователи "аналог-цифра", подключенные аналоговыми входами к выходу конвертора, микроконтроллер 7, подключенный входами параллельного интерфейса соответствующим цифровым выходам преобразователей "аналог-цифра", и синтезатор частот 2, подключенный первым выходом к входу аттенюатора, вторым выходом к гетеродинному входу конвертора, а третьим и четвертым выходами - соответственно к входам синхронизации первого и второго преобразователей "аналог-цифра", причем управляющие входы согласующего контура, первого и второго коммутаторов, входы управления усилением конвертора и входы управления частотой синтезатора частот подключены к соответствующим выходам параллельного интерфейса микроконтроллера, второй вход первого коммутатора и выход согласующего контура являются соответственно ВЧ входом и ВЧ выходом устройства, а порт последовательного интерфейса является портом дистанционного управления устройства.

Частота сигналов на третьем и четвертом выходе синтезатора частот равна выходной частоте конвертора f_k, а разность фаз этих сигналов равна 90°.

Во время настройки вход согласующего контура через аттенюатор и трансформатор тока подключается к первому выходу синтезатора частот, частота сигнала на котором устанавливается равной рабочей частоте радиопередатчика f_p. На втором выходе синтезатора частот значение частоты сигнала устанавливается равным разности f_p и f_k При выключенных реактивностях согласующего контура при поочередном подключении сигнала выхода конвертора к выходу аттенюатора или к выходу трансформатора тока первым и вторым преобразователями "аналог-цифра" производятся квадратурные выборки мгновенных значений сигналов, пропорциональных мгновенным значениям напряжения и тока на входе антенны, при нескольких значениях усиления в тракте конвертора. Значения этих выборок используются в микроконтроллере для определения активной и реактивной составляющих комплексного входного сопротивления антенны, а также для определения необходимых для согласования значений реактивностей согласующего контура и соответствующего этим значениям наборов используемых дискрет магазинов реактивностей.

Значения активной Ra и реактивной Ха составляющих комплексного входного сопротивления антенны определяются по формулам

Ra=Za·cos(ϕ),

Xa=Za·sin(ϕ),

где Кн, Km - масштабные коэффициенты, связывающие фактические значения напряжения и тока на входе согласующего контура и значения сигнала на выходе конвертора;

Сн, Sн - значения квадратурных выборок сигнала, соответствующего напряжению на входе согласующего контура;

Cm, Sm - значения квадратурных выборок сигнала, соответствующего току на входе согласующего контура на входе согласующего контура;

ϕ - сдвиг фаз между током и напряжением.

Из всего массива выборок, полученных при разных усилениях тракта конвертора, в расчетах используются выборки, удовлетворяющие условию

Дн<(C²+S²)<Дв,

где Дн, Дв - числа, соответствующие нижней и верхней границам участка выходной характеристики конвертора, при работе в пределах которого обеспечивается максимальная точность получаемых данных. Условием согласования является выполнение неравенства

где Ro - величина оптимальной нагрузки усилителя мощности радиопередатчика;

С - минимальное допустимое значение КБВ нагрузки усилителя мощности.

При невыполнении указанного неравенства вычисляются необходимые значения сопротивлений реактивностей согласующего контура и определяется набор дискрет соответствующих магазинов реактивностей, реализующих эти значения сопротивлений. Если и sin(ϕ)>0, согласование достигается включением последовательно с антенной "укорачивающей" емкости с сопротивлением

Если и sin(ϕ)<0, последовательно с антенной включается "удлиняющая" индуктивность с сопротивлением

Если Ra<C·Ro, sin(ϕ)>0 и для согласования используются "укорачивающая" емкость и емкость "связи", шунтирующая вход согласующего контура. При этом Хук и Хсв вычисляются по формулам

и

где

Если Ra<C·Ro, sin(ϕ)≥0 и для согласования используются "удлиняющая" индуктивность и емкость "связи" с сопротивлениями Худл=Ro·cos(ϕ₁)·sin(ϕ₁)-Xa,

Если Ra<C·Ro и sin(ϕ)<0, сопротивление Хсв определяется по формуле, указанной в предыдущем случае, а сопротивление Худл - по формуле Худл=Хсв+Ro·cos(ϕ₁)·sin(ϕ₁).

Если sin(ϕ)≥0, согласование производится "удлиняющей" индуктивностью и емкостью, шунтирующей вход антенны. Сопротивление Худл и Хш при этом определяются по формулам

где

.

Если и sin(ϕ)<0, сопротивление Худл определяется по формуле, указанной в предыдущем случае, а сопротивление Хш - по формуле

Невосприимчивость устройства к сигналам близкорасположенных радиопередатчиков обеспечивается динамическим диапазоном по входу конвертора и фильтром в его системе.

Источники информации

1. Руководство по эксплуатации блока АнСУ-1000П, ОНИИП, г.Омск, 2005 г. (прототип).

2. Техническое описание блока АСУ-Бк, НПП "Полет" г.Н.Новгород, 2001 г.

3. Repair Manual 6045.5874.62.02 Antenna Tuning Unit FK 2100, ф. "Rohde&Schwarz", 1995 г.

4. Mantenimiento DEL RF-5800H-MP, ф. "Harris", 2001 г.

Антенно-согласующее устройство, содержащее согласующий контур, образуемый элементами четырех магазинов реактивностей, первый коммутатор, подключенный выходом к входу согласующего контура, аттенюатор, трансформатор тока, первичная обмотка которого включена между выходом аттенюатора и первым входом первого коммутатора, и микроконтроллер, подключенный выходами параллельного интерфейса к соответствующим управляющим входам согласующего контура и первого коммутатора, в котором ВЧ входом и выходом являются соответственно второй вход первого коммутатора и выход согласующего контура, а портом дистанционного управления является порт последовательного интерфейса микроконтроллера, отличающееся тем, что в него введены второй коммутатор, подключенный первым и вторым входом соответственно к выходу аттенюатора и вторичной обмотке трансформатора тока, конвертор, подключенный сигнальным входом к выходу второго коммутатора, первый и второй преобразователи «аналог-цифра», подключенные аналоговыми входами к выходу конвертора, а выходами к соответствующим входам параллельного интерфейса микроконтроллера, и синтезатор частот, подключенный первым выходом к входу аттенюатора, вторым выходом - к гетеродинному входу конвертора, а третьим и четвертым выходами - соответственно к входам синхронизации первого и второго преобразователей «аналог-цифра», при этом управляющие входы второго коммутатора, конвертора и входы управления частотой синтезатора частот подключены к соответствующим выходам параллельного интерфейса микроконтроллера.