Передающий тракт кв-диапазона с антенным согласующим устройством

Изобретение относится к радиотехнике, а именно к передающему тракту КВ-диапазона с антенным согласующим устройством КВ-диапазона. Техническим результатом изобретения является увеличение быстродействия работы передающего тракта КВ-диапазона за счет уменьшения суммарного времени настройки антенного согласующего устройства с помощью предварительной настройки его на следующую рабочую частоту на нагрузке, эквивалентной сопротивлению примененной антенны в КВ-диапазоне. Передающий тракт КВ-диапазона с антенным согласующим устройством дополнительно содержит второй генератор рабочей частоты, четвертый и пятый высокочастотные коммутационные узлы, вычислитель и две нагрузки, эквивалентные сопротивлению антенны в КВ-диапазоне. 1 ил., 1 табл.

 

Изобретение относится к радиотехнике, а, именно к передающему тракту КВ диапазона с антенным согласующим устройством КВ диапазона.

Известно устройство, применяемое в передающем тракте КВ диапазона, по способу согласования передающего антенно-фидерного тракта с антенной с помощью нескольких дискретно перестраиваемых антенных согласующих устройств [1]. Расчет элементов, входящих в их состав, основан на методе круговых диаграмм.

Недостаток устройства в том, что при работе в широком диапазоне частот, необходимо большое число дискретных элементов, сложный алгоритм настройки на рабочую частоту и, как следствие, требуют больших трудовых затрат на настройку, регулировку при отработке на объекте.

Известно устройство [2], в котором осуществляется автоматическая настройка его параметров за счет подбора его элементов.

Однако датчик фазы радиосигнала, устраняющий неоднозначность в процессе автонастройки антенного согласующего устройства, имеет низкую чувствительность при значительных расстройках колебательного контура. Это связано с большим динамическим диапазоном изменения токов в согласующем контуре при расстройке, особенно, при его высокой добротности. Это устройство сложное в настройке, что приводит к большим трудозатратам при регулировке и отработке антенного согласующего устройства на объекте.

Известно устройство согласования передающего антенно-фидерного тракта с антенной КВ диапазона, применяемое в передающем тракте КВ диапазона [3]. В устройстве у входного сигнала КВ диапазона измеряют уровень напряжений в соседних плечах каждого звена (из двух) подключенного согласующего контура (СК) и сравнивают их с помощью сравнивающих устройств между собой. Если напряжение в левом плече U(i) меньше напряжения в правом плече U(i+1) на величину, большую уровня нечувствительности сравнивающего устройства, то посредством устройства управления на левом плече отключают емкости С21, С31 и подключают емкость С11=C1(min). Если напряжение в левом плече больше напряжения в правом плече на величину, большую уровня нечувствительности сравнивающего устройства, то посредством устройства управления на левом плече отключают емкости С11, С21 и подключают емкость С31=С1(max). Если напряжения в соседних плечах равны или отличаются на величину, меньшую уровня нечувствительности сравнивающего устройства, на левом плече подключают только одну емкость С21=С1(0). Для второго П-образного звена все процедуры идентичны вышеописанным, только подключают или отключают емкости С12, С22, С32. Сравнение уровней напряжений проводят в компараторах устройства управления, часть которых имеет отрицательный порог срабатывания U(i)<U(i+1), часть - положительный U(i)>U(i+1). Полученные результаты сравнения напряжений в устройстве управления преобразуются в соответствующие напряжения, которые через выходные каскады подают на узлы коммутации, состоящие из КВ переключателей, например, реле, и в соответствии с описанным выше алгоритмом осуществляют коммутацию конденсаторов и устройство настраивают на каждую конкретную частоту в пределах рабочего диапазона частот.

Антенное согласующее устройство, реализующее указанный способ, выполнено на основе двух согласующих контуров распределенного типа на сосредоточенных элементах, переключаемых посредством двух реле, одно из которых соединено с высокочастотным входом согласующего контура, а другое - с высокочастотным выходом согласующего контура. В каждом из контуров индуктивности соединены последовательно, а между ними параллельно включено по несколько конденсаторов. Конденсаторы коммутируются с помощью реле, управляемых сигналами устройства управления по заданному алгоритму на основе сравнения напряжений на соседних звеньях устройства.

К недостаткам аналога следует отнести то, что переключение емкостей в согласующем контуре осуществляется с помощью высокочастотных реле, осуществляемое за несколько последовательно выполняемых операций. Время переключения каждого высокочастотного реле составляет несколько миллисекунд, что в сумме может составить несколько десятков миллисекунд, что значительно дольше требований, предъявляемых к современным антенным согласующим устройствам, работающим в системах связи с псевдослучайной перестройкой частоты для работы в каналах с замираниями. Поэтому такое устройство не подходит для работы в некоторых режимах, например, при псевдослучайной перестройке частоты.

Известно антенное согласующее устройство передающего антенно-фидерного тракта с антенной КВ диапазона, применяемое в передающем тракте КВ диапазона, которое по большинству существенных признаков совпадает с предлагаемым изобретением и взято за прототип [4]. Оно выполнено на основе первого согласующего контура, в котором индуктивности соединены последовательно, а между ними параллельно включено по три емкости C1(i)=C1(min), C2(i)=С(0), C3(i)=C(max) с возможностью их подключения с помощью устройства управления на основе сравнения по заданному алгоритму напряжений на соседних плечах каждого звена согласующего контура. Эта процедура осуществляется во входных элементах устройства управления, имеющих отрицательный порог срабатывания для подключения емкостей C1(i) и C2(i) и положительный порог срабатывания для подключения емкости C3(i). К выходу последнего звена подключен широкополосный согласующий контур (ШСК). Приемник сигналов глобальных навигационных спутниковых систем с антенной и блок записи программ с внешним входом подключены двухсторонними связями к соответствующим входам/выходам устройства управления. Выход генератора рабочей частоты соединен с входом третьего высокочастотного коммутационного узла, а управляющий вход третьего высокочастотного коммутационного узла подключен к первому управляющему выходу устройства управления. Первый выход третьего высокочастотного коммутационного узла подключен к первому выходу первого высокочастотного коммутационного узла и к входу первого согласующего контура, а второй его выход - к второму выходу первого высокочастотного коммутационного узла и к входу второго согласующего контура. Причем в том случае, когда по команде с устройства управления выход первого высокочастотного коммутационного узла подключается к первому согласующему контуру, второй выход третьего высокочастотного коммутационного узла подключается к второму согласующему контуру. В следующем сеансе связи передающий радиочастотный кабель через первый высокочастотный коммутационный узел подключается к второму согласующему контуру, а генератор рабочей частоты через третий высокочастотный коммутационный узел - к первому согласующему контуру. В устройство входят пульт управления, выход которого подключен к входу блока записи программ, второй согласующий контур, аналогичный первому, как и первый, подключены с помощью шин, аналогичных шинами управления высокочастотными коммутационными узлами и контроля напряжения на соседних звеньях первого и второго узлов подключения емкостей и контроля напряжений на границах L, С первого и второго согласующих контуров соответственно. Эти шины подключены к соответствующим входам/выходам устройства управления. Входы двух согласующих контуров подключены к передающему радиочастотному кабелю посредством первого высокочастотного коммутационного узла при наличии команды с второго управляющего выхода устройства управления. Второй согласующий контур через второй широкополосный согласующий контур подключен к второму входу второго высокочастотного коммутационного узла, выход которого, соединен через антенный радиочастотный кабель с антенной. Третий и четвертый входы/выходы устройства управления соединены двухсторонними связями по шинам управления коммутационными узлами и контроля напряжения на соседних звеньях первого и второго согласующих контуров с соответствующими входами/выходами первого и второго широкополосных согласующих контуров. Выход второго широкополосного согласующего контура соединен с вторым входом второго высокочастотного коммутационного узла. Третий управляющий выход устройства управления подключен к входу управления второго высокочастотного коммутационного узла. Вход устройства управления служит для выбора типа подключаемых антенн. Внешний вход блока записи программ является входом устройства.

К недостаткам прототипа следует отнести то, что из-за настройки второго канала на не согласованную с антенной нагрузку при подключении к реальной антенне в следующем сеансе его снова приходится подстраивать, на что уходит дополнительное время. Кроме того, при подготовке одной из ветвей к следующей посылке радиосигнала в эфир не учтены характеристики антенного радиочастотного кабеля, вносимые искажения в форму передаваемого радиосигнала при реальной трансляции его в антенну.

Цель изобретения - увеличение быстродействия работы передающего тракта КВ диапазона за счет уменьшения суммарного времени настройки антенного согласующего устройства с помощью предварительной настройки его на следующую рабочую частоту на нагрузке, эквивалентной сопротивлению примененной антенны в КВ диапазоне.

Указанные технические результаты достигаются тем, что в передающий тракт КВ диапазона с антенным согласующим устройством, выполненный на основе первого и второго согласующих контуров и содержащий приемник сигналов глобальных навигационных спутниковых систем с антенной и блок записи программ с внешним входом, подключенные двухсторонними связями к соответствующим входам/выходам устройства управления, пульт управления, выход которого подключен к соответствующему входу блока записи программ, первый генератор рабочей частоты, выход которого соединен с входом третьего высокочастотного коммутационного узла, а управляющий вход первого генератора рабочей частоты подключен к первому управляющему выходу устройства управления, управляющий вход третьего высокочастотного коммутационного узла подключен к второму управляющему выходу устройства управления, первый выход третьего высокочастотного коммутационного узла подключен к первому выходу первого высокочастотного коммутационного узла и к входу первого согласующего контура, а второй выход - к второму выходу первого высокочастотного коммутационного узла и к входу второго согласующего контура, причем в том случае, когда по команде с устройства управления передающий радиочастотный кабель через выход первого высокочастотного коммутационного узла подключается к первому согласующему контуру, второй выход третьего высокочастотного коммутационного узла подключается к второму согласующему контуру, а том случае, когда передающий радиочастотный кабель по команде с устройства управления через первый высокочастотный коммутационный узел подключается к второму согласующему контуру, первый генератор рабочей частоты через третий высокочастотный коммутационный узел подключается к первому согласующему контуру, устройство управления соединено двухсторонними связями по шинам управления с высокочастотными коммутационными узлами и контроля напряжения на соседних звеньях первого и второго согласующих контуров с соответствующими входами/выходами первого и второго согласующих контуров, входы первого и второго согласующих контуров подключаются к передающему радиочастотному кабелю посредством первого высокочастотного коммутационного узла по команде со второго управляющего выхода устройства управления, первый и второй согласующие контуры через первый и второй широкополосные согласующие контуры соответственно подключены к первому и второму входу второго высокочастотного коммутационного узла, выход которого, соединен через антенный радиочастотный кабель с антенной, устройство управления соединено двухсторонними связями с соответствующими входами/выходами первого и второго широкополосных согласующих контуров, третий управляющий выход устройства управления подключен к входу управления второго высокочастотного коммутационного узла, при этом в каждом согласующем контуре индуктивности соединены последовательно, а между ними параллельно включено по три емкости C1(i)=C1(min), C2(i)=С(0), C3(i)=C(max) с возможностью их подключения с помощью устройства управления на основе сравнения по заданному алгоритму напряжений на соседних плечах каждого звена согласующего контура, которое осуществляется во входных элементах устройства управления, имеющих отрицательный порог срабатывания для подключения емкостей C1(i) и C2(i) и положительный порог срабатывания для подключения емкости C3(i), при этом к выходу последнего звена первого согласующего контура подключен первый широкополосный согласующий контур (ШСК), к выходу последнего звена второго согласующего контура подключен второй широкополосный согласующий контур, а устройство управления имеет вход для выбора программы, соответствующей типу подключаемой антенны, внешний вход блока записи программ является входом устройства, дополнительно введены второй генератор рабочей частоты, четвертый и пятый высокочастотные коммутационные узлы, вычислитель, соединенный двухсторонними связями с устройством управления, первым и вторым генераторами рабочей частоты, модулятором, совмещенным с усилителем мощности, при этом высокочастотный выход модулятора через передающий радиочастотный кабель соединен с входом первого высокочастотного коммутационного узла, первый вход модулятора соединен с высокочастотным выходом второго генератора рабочей частоты, а второй вход модулятора является низкочастотным, управляющие входы четвертого и пятого высокочастотных коммутационных узлов подключены к третьему управляющему выходу устройства управления, первый согласующий контур через первый широкополосный согласующий контур подключен к первому входу четвертого высокочастотного коммутационного узла, а к второму входу четвертого высокочастотного коммутационного узла через первый радиочастотный кабель подключена первая нагрузка, эквивалентная сопротивлению антенны в КВ диапазоне, второй согласующий контур через второй широкополосный согласующий контур подключен к первому входу пятого высокочастотного коммутационного узла, а к второму входу пятого высокочастотного коммутационного узла через второй радиочастотный кабель подключена вторая нагрузка, эквивалентная сопротивлению антенны в КВ диапазоне, причем в том случае, когда первый согласующий контур через первый широкополосный согласующий контур, четвертый и второй высокочастотный коммутационные узлы подключен к антенному радиочастотному кабелю, второй согласующий контур через второй широкополосный согласующий контур, пятый высокочастотный коммутационный узел и второй радиочастотный кабель подключается к второй нагрузке, эквивалентной сопротивлению антенны в КВ диапазоне, в следующем сеансе связи, когда второй широкополосный согласующий контур через второй широкополосный согласующий контур, пятый и второй высокочастотные коммутационные узлы подключается к антенному радиочастотному кабелю, первый широкополосный согласующий контур через четвертый высокочастотный коммутационный узел и первый радиочастотный кабель подключается к первой нагрузке, эквивалентной сопротивлению антенны в КВ диапазоне, при этом приемник сигналов глобальных навигационных спутниковых систем с антенной имеет выход для синхронизации вычислителя, а вычислитель имеет вход для синхронизации и вход для ввода режимов работы, длины и марки первого и второго радиочастотных кабелей аналогичны длине и марке антенного радиочастотного кабеля.

На фигуре 1 приведена структурная схема антенного согласующего устройства, где введены обозначения:

1, 4- первый и второй узлы подключения емкостей и контроля напряжений на границах L, С звеньев, которые находятся в точке соединения начала и конца индуктивностей в первом и втором согласующих контурах 12 и 13;

2 - устройство управления;

3, 5 - первый и второй широкополосные согласующие контуры;

6, 7 - передающий и антенный радиочастотные кабели;

8, 9 и 21 - первый, второй и третий высокочастотные коммутационные узлы;

10 - подключаемая антенна;

11 - вход устройства управления 2 для выбора программы для типа подключаемых антенн;

14 - приемник сигналов глобальных навигационных спутниковых систем с антенной;

15 - блок записи программ с внешним входом 17;

16 - пульт управления;

18 и 19 - шины управления высокочастотными коммутационными узлами и контроля напряжения на соседних звеньях первого и второго согласующих контуров 12 и 13 соответственно;

20 - первый генератор рабочей частоты;

22 - второй генератор рабочей частоты;

23 - модулятор, совмещенный с усилителем мощности;

24 - вход для ввода режимов работы вычислителя 34;

25 - выход приемника 14 сигналов глобальных навигационных спутниковых систем для синхронизации вычислителя 34;

26 - низкочастотный вход узла 23;

27 - вход синхронизации вычислителя 34;

28 и 29 - четвертый и пятый высокочастотные коммутационные узлы;

30 и 31 - первый и второй радиочастотные кабели;

32 и 33 - первая и вторая нагрузки, эквивалентные сопротивлению антенны в КВ диапазоне;

34 - вычислитель.

L1(i) и L2(i) - индуктивности i-го звена первого и второго контуров согласующего устройства.

Емкости первого и второго согласующих контуров имеют разные номиналы, так как они настраиваются на разные частоты:

C11(i)=C11(i+1)=C1(min), C21(i)=C21(i+1)=C1(0),

C31(i)=C31(i+1)=C1(max),

C12(i)=C12(i+1)=C2(min), C22(i)=C22(i+1)=C2(0),

C32(i)=C32(i+1)=C2(max).

Данные равенства верны для всех звеньев устройства.

Перед началом процедуры согласования измеряют характеристики всех возможных к применению типов антенн 10 или берут их из технических условий. Затем определяют характер реактивности и другие характеристики подключаемой антенны (индуктивный или емкостной). Все данные, необходимые для изготовления и настройки нагрузок 32 и 33, записываются в память устройства 2 управления. Сложность построения нагрузок 32 и 33 определяет качество эквивалентности (совпадения) их характеристик с характеристиками реальной антенны 10, чем сложнее конструкция нагрузок, тем лучше совпадение и меньше времени потребуется для дополнительной подстройки антенного согласующего устройства, что уменьшает время подготовки к следующему сеансу. В зависимости от характера реактивности подключаемой антенны командой управления с вычислителя 34 через устройство 2 управления в соответствии с записанной через вход 24 программой подключают первый или второй согласующие контуры 12 или 13 через первый или третий высокочастотные коммутационные узлы 8 и 21 к выходу модулятора 23, совмещенного с усилителем мощности, или выходу первого генератора 20 рабочей частоты соответственно. Настройку начинают с выбора исходных данных из памяти устройства 2 управления путем подачи на вход 11 соответствующей команды, одной из нескольких. Согласование начинают с соответствующего первого или второго согласующего контура 12 или 13, в зависимости от того, в каком положении находятся первый и третий высокочастотные коммутационные узлы 8 и 34. Такой порядок настройки необходим для компенсации реактивной составляющей и повышения коэффициента бегущей волны (КБВ) антенного согласующего устройства. Далее настраивают параметры второго L, С звена подключенного согласующего контура с помощью узлов 2, 19 или 18, 4, ближнего к антенне, а затем переходят к настройке первого L, С звена. Для обеспечения электромагнитной совместимости и дополнительного повышения КБВ корпус входного радиочастотного кабеля подключают к сигнальным корпусам первого и второго согласующих контуров 12 и 13, а антенного (выходного) радиочастотного кабеля 7 - к антенне 10. Для каждого согласующего контура 12 и 13 начальная емкость C1(i), индуктивность L1(i) и величины изменения емкости AC(i) каждого звена фильтра нижних частот на L, С элементах выбираются по известным формулам [5-8].

Подключение дополнительных емкостей при автоматической настройке каждого контура производят с помощью вычислителя 34 через устройство 2 управления по следующему алгоритму. Если напряжения, измеренные с помощью аналогово-цифровых преобразователей (АЦП) в устройстве 2 управления на выходах шины управления и контроля 18 или 19 на границах соседних звеньев отличаются друг от друга меньше, чем на величину, определяемую ценой младшего разряда АЦП, то емкость C(i) не изменяет своей величины. Если напряжение на предыдущем звене больше, чем в последующем, то необходимо подключить емкость C(i) максимальной величины, в противном случае подключается емкость C(i) минимальной величины. На высокочастотный вход модулятора 23, совмещенного с усилителем мощности, подается высокостабильная несущая частота со второго генератора 22 рабочей частоты. На низкочастотный вход 26 модулятора 23, совмещенного с усилителем мощности, подается передаваемая информация.

Для настройки неработающей в данный момент времени цепочки состоящей из последовательно соединенных узлов 13 и 5 или 12 и 3 используются первый генератор 20 рабочей частоты, третий высокочастотный коммутационный узел 21, устройство 2 управления, шины 18 или 19. Основу первого и второго генераторов рабочей частоты 20, 22 составляет высокостабильный генератор опорной частоты (синтезатор частот), выполненный, например, на термостабилизированном кварцевом генераторе. Коэффициенты деления в генераторах рабочей частоты выбираются таким образом, чтобы его рабочие точки перекрывали бы всю совокупность частот, номиналы и последовательность установки во времени которых введены с вычислителя 34 или по входу 17 или с пульта 16 управления при записи плана связи в блок 15. Генератор рабочей частоты необходим для настройки неработающих в текущий момент времени узлов 13 и 5 или 12 и 3 на частоту, которая будет в следующем (по времени) сеансе (временном интервале). Для реализации этой процедуры выход первого генератора 20 рабочей частоты соединен с входом третьего высокочастотного коммутационного узла 21, управляющий вход которого подключен ко второму управляющему выходу устройства 2 управления. Первый выход третьего высокочастотного коммутационного узла 21 подключен к первому выходу первого высокочастотного коммутационного узла 8, а второй выход - к второму выходу первого высокочастотного коммутационного узла 8. При поступлении команды с вычислителя 34 через устройство 2 управления и вход первого высокочастотного коммутационного узла 8 передающий радиочастотный кабель 6 (антенно-фидерный тракт) подключается к первому согласующему контуру 12, вход третьего высокочастотного коммутационного узла 21 - к второму согласующему контуру 13. В следующем сеансе связи передающий радиочастотный кабель 6 через первый высокочастотный коммутационный узел 8 подключают к второму согласующему контуру 13, а генератор 20 рабочей частоты через третий высокочастотный коммутационный узел 21 - к первому согласующему контуру 12. Итак продолжается до конца работы устройства. Установка рабочей частоты на следующий сеанс связи с помощью вычислителя 34 осуществляется командой, подаваемой с устройства 2 управления, которая формируется в соответствии с планом связи, записанным в вычислитель 34 по входу 24 и в блок 15 по входу 17.

Работа тракта поясняется таблицей.

В таблице знаком «плюс» отмечены операции, проводимые для прохождения передаваемого в эфир радиосигнала, а знаком «два плюса» - процедуры подготовки антенного согласующего устройства для работы в эфир в следующий момент времени (в следующий сеанс связи).

Высокочастотные коммутационные узлы 8, 9, 21, 28 и 29 в зависимости от команд, поступающих от вычислителя 34 через устройство 2 управления, коммутируют один из двух согласующих контуров 12 или 13, который в текущий момент времени настроен на рабочую частоту, заданную программно с помощью вычислителя 34 через устройство 2 управления или с блока 15 записи программ по исходным данным, введенным заранее по входам 24 или 17. Другой из двух согласующих контуров 12 или 13 в это же время настраивается на следующую известную рабочую частоту в соответствии с исходными данными, введенными в вычислитель 34 в или блок 15 заранее по входам 24 или 17, которая должна присутствовать в эфире в течение заданного интервала времени, синхронизированного метками точного времени с приемника 14 сигналов глобальных навигационных спутниковых систем с антенной. Для этого используется его выход 25, вход 27 вычислителя 34 и двухсторонняя связь с блоком 2 управления.

После программного переключения в следующем сеансе высокочастотных коммутационных узлов 8, 9, 21, 28 и 29 в зависимости от команд, поступающих от вычислителя 34 через устройство 2 управления подключают тот согласующий контур 12 или 13, который в текущий момент времени уже настроен на рабочую частоту, заданную программно с помощью команд, поступающих от вычислителя 34 через устройство 2 управления или блока 15 записи программ, а другой согласующий контур 12 или 13 по исходным данным, введенным заранее по входам 24 или 17 начинает настраиваться на следующую по времени рабочую частоту и так далее.

Антенна 10 представляет собой контур, состоящий из реактивных и активных составляющих. Поэтому после окончания радиоимпульса в контуре остается часть энергии, которая для нового сеанса (новой частоты) представляет собой помеху. Чтобы устранить помеху, вычислителем 34 после каждого радиоимпульса, переданного в эфир, формируется защитный интервал длительностью, необходимой для уменьшения помехи до требуемого уровня. Сформированной последовательностью импульсов управляется второй генератор 22 рабочей частоты. В вычислителе 34 работают одновременно 2 программы: первая - для формирования и передачи в эфир радиосигнала, вторая - для настройки второй ветви антенного согласующего устройства на следующую рабочую частоту. Моменты смены посылок синхронизированы во времени, последовательность смены частот и их номинал известны всем абонентам связи. С помощью двухсторонних связей вычислителем 34 контролируется работоспособность соответствующих узлов.

Первый и второй узлы 1 и 4 подключения емкостей и контроля напряжений на L, С звеньях необходимо ставить с обеих сторон индуктивностей для исключения паразитного влияния неработающей (отключенной) в данный момент индуктивности.

При переходе частоты из нижней части КВ диапазона в верхнюю номиналы емкостей должны уменьшиться. По известным методикам [5-8] можно подобрать такие номиналы емкостей, что они позволят перекрыть всю полосу рабочих частот КВ диапазона. Для этого необходимо установить в каждом плече фильтра нижних частот (ФНЧ) не по 3 емкости, как показано на фигуре, а более четырех емкостей, причем каждая со своими узлами подключения емкостей. При предварительных расчетах, закладываемых программно в вычислителе 34 или в устройство 2 управления, необходимо стремиться к минимальному количеству емкостей, при котором выполняются требования по времени перестройки антенного согласующего устройства на новую рабочую частоту, например, в течение заданного интервала времени (текущего сеанса связи), чтобы в точный заданный момент времени, определяемый совместно блоками 2, 14 и 15, выполнить требования по обеспечению заданного коэффициента бегущей волны. Повысить качество согласования можно также за счет минимизации длины антенного радиочастотного кабеля 7.

При прохождении радиосигнала в режиме настройки осуществляется снятие поочередно уровней напряжений в соседних плечах каждого звена подключенного согласующего контура и сравнение их с помощью АЦП, находящихся, например, в устройстве 2 управления.

Назначение устройства 2 управления - управление подключением емкостей в узлах 1 и 4, узлов 12, 13, 3, 5 с помощью высокочастотных коммутационных узлов 8, 9, 21, 28 и 29 в соответствии с алгоритмом настройки и в зависимости от команды выбора типа подключаемых антенн на входе 11 устройства 2 управления для обеспечения эффективной работы устройства на всех частотах рабочего диапазона, детектирование передаваемых радиосигналов, аналогово-цифровое преобразование полученных видеосигналов и сравнение на выходах АЦП уровней напряжений на концах индуктивностей первого и второго согласующих контуров 12 и 13. АЦП работают с положительными и отрицательными напряжениями. При полученном положительном значении осуществляется увеличение подключаемой емкости, при отрицательном - уменьшение емкости. В память вычислителя 34 и устройства 2 управления вводятся данные об измеренных параметрах подключаемых антенн и соответствующие алгоритмы работы (осуществляется дублирование для повышения надежности оборудования). При необходимости параметры новых подключаемых антенн и новый алгоритм вводятся в вычислитель 34 и в устройство 2 управления, данные которых используются при формировании управляющих команд для перестройки на новую частоту в соответствии с исходными данным, введенными в вычислитель 34 и блок 15 по внешним входам 24 и 17 соответственно. Параллельные входы и выходы устройства 2 управления соединены двухсторонними связями по шинам управления с высокочастотными коммутационными узлами 8, 9, 21, 28, 29 и шинам контроля напряжения на соседних звеньях 18 и 19 с первым и вторым узлами 1 и 4 подключения емкостей и контроля напряжений на L, С звеньях первого и второго согласующих контуров 12 и 13. Для получения необходимых значений КБВ, например, не менее 0,8 на всех рабочих частотах КВ диапазона, разбивают весь рабочий диапазон минимум на три поддиапазона, например, (3-9) МГц, (9-15) МГц, (15-30) МГц, и автоматически программным методом, в соответствии с заложенными в память вычислителя 34 и узла 15 режимами работы, первый генератор 20 формирует следующую рабочую частоту, а соответствующий контур настраивается на нее.

В одном из вариантов использования устройства после его установки на объект могут быть проведены тестовые испытания, например, по следующей методике. По внешним входам 24 или 17 с технологической ЭВМ, или в вычислитель 34, или с пульта управления 16 в блок 15 записи программ поочередно вносятся номиналы рабочих частот, которые будут использованы в сеансе связи. На каждую рабочую частоту в устройство 2 управления с вычислителя 34 или с блока 15 записи программ поступает команда на поочередную настройку звеньев первого и второго согласующих контуров 12 и 13 соответственно. С одного из выходов устройства 2 управления на первый генератор 20 рабочей частоты подается команда, по которой устанавливается требуемая частота, и с использованием первого, второго, третьего, четвертого и пятого высокочастотных коммутационных узлов 8, 21, 9, 28 и 29, осуществляются соответствующие переключения и по рассмотренному ранее алгоритму производят настройку. Как только настройка закончена, по шине 18 управления высокочастотными коммутационными узлами или шине 19 контроля напряжения на соседних звеньях первого и второго согласующих контуров 12 и 13, в устройство 2 управления поступают квитанции о состоянии всех переключателей первого или второго узлов 1 или 4 подключения емкостей и контроля напряжений на L, С звеньях, находящихся в точке соединения начала и конца индуктивностей в первом и втором согласующих контурах 12 и 13. Квитанции затем транслируются через блок 2 управления в вычислитель 34 и в блок 15 записи программ. Записанные данные контроля используются в работе для уменьшения времени настройки устройства на новую рабочую частоту.

В зависимости от уровня мощности передаваемого сигнала в качестве элементов согласующего контура 12 или 13 можно использовать конденсаторы типа К10-47 и катушки индуктивности на проводе ПЭВ-2 без сердечника. В качестве элементов коммутации можно применять, например, высокочастотные вакуумные выключатели и переключатели производства АО «НИИЭМП» (г. Пенза, РФ) (например, выключатели В1Д-12 В поляризованного типа). В устройство управления входят компараторы, например, 1401СА1, диоды (для детектирования) 2Д522, транзисторы типа «Транзисторная матрица 2П7240БС9», нагрузкой которых является обмотка реле. Устройство 2 управления и блок 15 записи программ, вычислитель 34 могут быть выполнены, например, на плате процессорной 5066-586-133 MHz - 1 MB, 2 MB Flash CPU Card фирмы Octagon Systems с ответствующими дополнительными модулями. Первый и второй узлы подключения емкостей и контроля напряжений на L, С звеньях, высокоскоростные коммутационные узлы, построенные на базе полупроводниковых электронных радиоэлементов, работающих в импульсном режиме, с применением в качестве переключающих элементов pin-диодов, которые имеют время переключения единицы микросекунд [8, 9], что позволяет обеспечить настройку согласующего контура на следующую по времени рабочую частоту во время сеанса связи. Переключение осуществляется при подаче на pin-диод внешнего постоянного напряжения смещения [7-10]. Диапазон переключаемых частот - от 0,2 до 18 ГГц. Генераторы 20 и 22 могут быть выполнены на серийных синтезаторах с термостабилизированным кварцем. В качестве узла 23 могут быть применены серийные модуляторы и усилители мощности КВ диапазона.

Передающий тракт КВ диапазона с антенным согласующим устройством позволяет:

- работать в широком диапазоне частот КВ диапазона при сокращении влияния остаточных переходных процессов в антенне после окончания радиоимпульса;

- работать с антеннами различных типов, как наземных, так и самолетных, конформных, например, щелевых, вибраторных и других в различных режимах, в том числе с псевдослучайной перестройкой частоты для борьбы с замираниями в радиоканале связи;

- повысить оперативность настройки параметров антенного согласующего устройства за счет исключения дополнительной подстройки его контуров при начале сеанса связи, что стало возможным благодаря более точной настройки контуров из-за введения дополнительных радиочастотных кабелей и нагрузок, эквивалентных сопротивлению антенны и использования высокоскоростных коммутационных полупроводниковых элементов, построенных, например, на базе pin-диодов, обеспечивающих требуемое время сеанса связи для настройки второго согласующего контура под следующую рабочую частоту.

Литература.

1. Воробьев О.Я., Козин С.В. К вопросу о построении дискретно перестраиваемого контура. //Вопросы радиоэлектроники, сер. Техника радиосвязи, Вып. 5, 1970 г., стр. 48-54.

2. Авторское свидетельство СССР №487447, опубликовано 05.10.1975.

3. Патент РФ №2359402, опубликовано 20.06.2009, Бюл. №17.

4. Патент РФ №2698507, опубликовано: 28.08.2019, Бюл. №25 (прототип).

5. Проектирование радиопередающих устройств с применением ЭВМ: Учебное пособие для вузов/ О.В. Алексеев, А.А. Головков, А.Я. Дмитриев и др.; Под ред. О.В. Алексеева. - М.: Радио и связь, 1987. - 392 с.

6. Филиппович Г.А. Метод широкополосного согласования сопротивлений. «Радиотехника и электроника». Мн., Вып. 25, 2000 г., стр. 153-159.

7. Филиппович Г.А. Синтез передаточных функций для комплексных нагрузок. «Физика волновых процессов и радиотехнические системы». Том 6, №1, 2003 г., стр. 73-76.

8. Филиппович Г.А. Разрешимость системы ограничений в задачах широкополосного согласования. //Радиотехнические устройства и системы, 2003.

9. Физические основы полупроводникового диода в импульсном режиме. Носов Ю.Р. М.: Наука. Главная редакция физико-математической литературы. 1968. 263 с. (рис. 6.5. стр. 212).

10. Коммутация ВЧ и СВЧ сигналов с помощью p-i-n-диодов. http//www.club155.ru Commutators-pin.

Передающий тракт КВ-диапазона с антенным согласующим устройством, выполненный на основе первого и второго согласующих контуров, содержащий приемник сигналов глобальных навигационных спутниковых систем с антенной и блок записи программ с внешним входом, подключенные двухсторонними связями к соответствующим входам/выходам устройства управления, пульт управления, выход которого подключен к соответствующему входу блока записи программ, первый генератор рабочей частоты, выход которого соединен с входом третьего высокочастотного коммутационного узла, а управляющий вход первого генератора рабочей частоты подключен к первому управляющему выходу устройства управления, управляющий вход третьего высокочастотного коммутационного узла подключен к второму управляющему выходу устройства управления, первый выход третьего высокочастотного коммутационного узла подключен к первому выходу первого высокочастотного коммутационного узла и к входу первого согласующего контура, а второй выход - к второму выходу первого высокочастотного коммутационного узла и к входу второго согласующего контура,

причем в том случае, когда по команде с устройства управления передающий радиочастотный кабель через выход первого высокочастотного коммутационного узла подключается к первому согласующему контуру, второй выход третьего высокочастотного коммутационного узла подключается к второму согласующему контуру, а том случае, когда передающий радиочастотный кабель по команде с устройства управления через первый высокочастотный коммутационный узел подключается к второму согласующему контуру, первый генератор рабочей частоты через третий высокочастотный коммутационный узел подключается к первому согласующему контуру,

устройство управления соединено двухсторонними связями по шинам управления с высокочастотными коммутационными узлами и контроля напряжения на соседних звеньях первого и второго согласующих контуров с соответствующими входами/выходами первого и второго согласующих контуров,

входы первого и второго согласующих контуров подключаются к передающему радиочастотному кабелю посредством первого высокочастотного коммутационного узла по команде со второго управляющего выхода устройства управления,

первый и второй согласующие контуры через первый и второй широкополосные согласующие контуры соответственно подключены к первому и второму входу второго высокочастотного коммутационного узла, выход которого соединен через антенный радиочастотный кабель с антенной, устройство управления соединено двухсторонними связями с соответствующими входами/выходами первого и второго широкополосных согласующих контуров, третий управляющий выход устройства управления подключен к входу управления второго высокочастотного коммутационного узла,

при этом в каждом согласующем контуре индуктивности соединены последовательно, а между ними параллельно включено по три емкости C1(i)=C1(min), C2(i)=С(0), C3(i)=C(max) с возможностью их подключения с помощью устройства управления на основе сравнения по заданному алгоритму напряжений на соседних плечах каждого звена согласующего контура, которое осуществляется во входных элементах устройства управления, имеющих отрицательный порог срабатывания для подключения емкостей C1(i) и C2(i) и положительный порог срабатывания для подключения емкости C3(i), при этом к выходу последнего звена первого согласующего контура подключен первый широкополосный согласующий контур (ШСК), к выходу последнего звена второго согласующего контура подключен второй широкополосный согласующий контур,

а устройство управления имеет вход для выбора программы, соответствующей типу подключаемой антенны, внешний вход блока записи программ является входом устройства,

отличающийся тем, что в него дополнительно введены второй генератор рабочей частоты, четвертый и пятый высокочастотные коммутационные узлы, вычислитель, соединенный двухсторонними связями с устройством управления, первым и вторым генераторами рабочей частоты, модулятором, совмещенным с усилителем мощности, при этом высокочастотный выход модулятора через передающий радиочастотный кабель соединен с входом первого высокочастотного коммутационного узла, первый вход модулятора соединен с высокочастотным выходом второго генератора рабочей частоты, а второй вход модулятора является низкочастотным,

управляющие входы четвертого и пятого высокочастотных коммутационных узлов подключены к третьему управляющему выходу устройства управления, первый согласующий контур через первый широкополосный согласующий контур подключен к первому входу четвертого высокочастотного коммутационного узла, а к второму входу четвертого высокочастотного коммутационного узла через первый радиочастотный кабель подключена первая нагрузка, эквивалентная сопротивлению антенны в КВ-диапазоне, второй согласующий контур через второй широкополосный согласующий контур подключен к первому входу пятого высокочастотного коммутационного узла, а к второму входу пятого высокочастотного коммутационного узла через второй радиочастотный кабель подключена вторая нагрузка, эквивалентная сопротивлению антенны в КВ-диапазоне,

причем в том случае, когда первый согласующий контур через первый широкополосный согласующий контур, четвертый и второй высокочастотный коммутационные узлы подключен к антенному радиочастотному кабелю, второй согласующий контур через второй широкополосный согласующий контур, пятый высокочастотный коммутационный узел и второй радиочастотный кабель подключается к второй нагрузке, эквивалентной сопротивлению антенны в КВ-диапазоне,

в следующем сеансе связи, когда второй широкополосный согласующий контур через второй широкополосный согласующий контур, пятый и второй высокочастотные коммутационные узлы подключается к антенному радиочастотному кабелю, первый широкополосный согласующий контур через четвертый высокочастотный коммутационный узел и первый радиочастотный кабель подключается к первой нагрузке, эквивалентной сопротивлению антенны в КВ-диапазоне,

при этом приемник сигналов глобальных навигационных спутниковых систем с антенной имеет выход для синхронизации вычислителя, а вычислитель имеет вход для синхронизации и вход для ввода режимов работы, длины и марки первого и второго радиочастотных кабелей аналогичны длине и марке антенного радиочастотного кабеля.