Сверхрегенеративный приемопередатчик аэрологического радиозонда

Полезная модель относится к радиотехнике и может быть использована в системах радиозондирования атмосферы для измерения дальности до аэрологического радиозонда (АРЗ) импульсным методом, измерения угловых координат и передачи телеметрической информации на одной несущей частоте, также может быть использовано для построения высокостабильных и экономичных приемопередающих устройств в системах связи.

Технической задачей является повышение эксплуатационных характеристик радиозондов и системы радиозондирования в целом.

Для решения поставленной задачи предлагается сверхрегенеративный приемо-передатчик аэрологического радиозонда, содержащий вход модуляции, источник питания с нулевой шиной, стабилизатор напряжения питания, стабилизатор среднего тока СВЧ-модуля, генератор суперирующего напряжения, инерционную цепь автосмещения, СВЧ-модуль и приемопередающую антенну, со следующими соединениями: вход модуляции через генератор суперирующего напряжения и инерционную цепь автосмещения соединен с первым выходом стабилизатора среднего тока СВЧ-модуля и входом СВЧ-модуля, выход которого соединен с входом/выходом приемопередающей антенны, выход источника питания соединен с входом стабилизатора напряжения питания, первый выход которого соединен со стабилизатором среднего тока СВЧ-модуля, а второй выход соединен с шиной питания генератора суперирующего напряжения; второй выход стабилизатора среднего тока соединен с шиной питания СВЧ-модуля. СВЧ-модуль сверхрегенеративного приемо-передатчика аэрологического радиозонда содержит СВЧ-транзистор, первую - одиннадцатую микрополосковые линии, первый-третий конденсаторы, первый и второй резисторы, вход управления СВЧ-модуля, шину питания и нулевую шину, и имеет следующие соединения: параллельно входу управления подключен второй конденсатор, сам вход управления через последовательно соединенные десятую и девятую микрополосковые линии соединен с базой СВЧ-транзистора, база которого также соединена с одним концом восьмой микрополосковой линии, второй конец которой ни с чем не соединен; общая точка десятой и девятой микрополосковых линий соединена с одним концом одиннадцатой микрополосковой линии, второй конец которой также ни с чем не соединен; эмиттер СВЧ-транзистора соединен последовательной цепью, состоящей из второй микрополосковой линии, параллельно включенных первого резистора и первого конденсатора с нулевой шиной, дополнительно эмиттер соединен с одним концом шестой микрополосковой линии, второй конец которой ни с чем не соединен, а общая точка соединения второй микрополосковой линии, первого резистора и первого конденсатора соединена с одним концом первой микрополосковой линии, второй конец которой также ни с чем не соединен; коллектор СВЧ-транзистора соединен с первыми концами третьей и седьмой микрополосковых линий, через отвод от седьмой микрополосковой линии и, последовательно включенной, пятой микрополосковой линии соединен с входом/выходом СВЧ-модуля, второй конец седьмой микрополосковой линии ни с чем не соединен; коллектор СВЧ-транзистора через третью микрополосковую линию соединен с одним концом четвертой микрополосковой линии, второй конец которой ни с чем не соединен, и с выходом фильтра нижних частот, состоящего из третьего конденсатора и второго резистора, вход этого фильтра через второй резистор соединен с шиной питания Ек. Во втором варианте сверхрегенеративного приемопередатчика СВЧ-модуль, содержит полосовой СВЧ-фильтр, включенный между отводом седьмой микрополосковой линии и пятой микрополосковой линии. 7 ил.

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в аэрологических радиозондах (АРЗ) систем радиозондирования атмосферы для измерения дальности до радиозонда импульсным методом, пеленгации по угловым координатам и передачи телеметрической информации на одной несущей частоте, также может быть использовано для построения высокостабильных и экономичных приемо-передающих устройств систем радиолокации и связи.

Отечественные системы радиозондирования атмосферы (CP) построены по угломерно-дальномерному методу измерения координат, скорости и направления движения радиозонда в свободной атмосфере. Измерение угловых координат: -азимута (), угла места (), а, также, наклонной дальности (R_H) импульсным методом с активным ответом особенно эффективным оказалось при использовании в составе радиозондов сверхрегенеративных приемопередатчиков-ответчиков (СПП). Интенсивное излучение СПП обеспечивает надежную передачу телеметрической информации и сопровождение по угловым координатам. Высокая чувствительность СПП к импульсному запросному сигналу позволяет сформировать ответный сигнал по дальности в виде короткой паузы в излучении СПП при пониженной мощности передатчика запросного радиоимпульса РЛС. Весьма важным, в конечном счете, оказывается тот факт, что система определения координат и канал передачи телеметрической информации системы радиозондирования работают на одной несущей частоте.

Известен сверхрегенеративный приемопередатчик с отдельным генератором вспомогательных колебаний, служащий для приема запросных импульсов и передачи ответных (см. В.И.Ермаков и др. "Системы зондирования атмосферы",; Гидрометеоиздат, 1977, с.247-249). Недостатками его являются: большие массо-габаритные характеристики, влияние СВЧ поля передатчика на работу остальных узлов радиозонда, низкий кпд.

Известен сверхрегенеративный приемо-передатчик, содержащий соединенные последовательно генератор суперирующих импульсов, конденсатор, автогенератор и антенну, источник питания, первый выход которого соединен с вторыми выходами автогенератора и генератора суперирующих импульсов, причем автогенератор включает в себя транзистор и резонатор, входы и выходы которого являются одноименными входами и выходами автогенератора, а база, коллектор и эмиттер транзистора соединены соответственно с первым, вторым входами и вторым выходом резонатора, отличающийся тем, что, с целью повышения стабильности параметров, в него введен блок стабилизации среднего тока, первый и второй входы которого соединены соответственно с вторым и первым выходами источника питания, а первый и второй выходы - с вторым и первым входами автогенератора (см. патент РФ 1106262. Сверхрегенеративный приемопередатчик). Недостатком его является значительное и нерегулируемое смещение частоты приема относительно частоты излучения, что существенно снижает эксплуатационные параметры радиотехнической системы в целом и не позволяет полностью использовать потенциальные возможности сверхрегенеративного приемопередатчика, также низкий КПД.

Известен сверхрегенеративный приемопередатчик, содержащий генератор суперирующих импульсов, автогенератор, антенну, источник питания, конденсатор и блок стабилизации среднего тока, выход генератора суперирующих импульсов через конденсатор подключен к первому входу автогенератора, к выходу автогенератора подключена антенна, первый выход источника питания соединен со входом генератора суперирующих импульсов, второй выход - с входом блока стабилизации среднего тока, выходы которого соединены соответственно с вторым и третьим входами автогенератора, причем автогенератор выполнен по двухрезонаторной схеме и содержит транзистор, первый и второй резонаторы, первый и второй дроссели и индуктивность, причем первый резонатор включен между индуктивностью и коллектором транзистора, второй - между индуктивностью и эмиттером, коллектор транзистора через первый дроссель соединен со вторым входом автогенератора, эмиттер через второй дроссель и третий вход соединен с общими выводами генератора суперирующего напряжения, блока стабилизации среднего тока и источника питания, индуктивность включена между общей точкой резонаторов и базой транзистора, а общая точка резонаторов и индуктивности соединена через конденсатор с выходом генератора суперирующих импульсов, антенна приемопередатчика соединена с одним из выводов первого резонатора и является входом/выходом устройства (см. патент РФ 2172965). Его недостатком является связанность регулировок по частоте и фазе, т.е. если регулируется частота, то регулируется и фаза и наоборот, а на практике желательно и даже необходимо иметь независимые регулировки по частоте и фазе.

Известен патент, в котором дается описание конструкции и параметров антенной системы аэрологического радиозонда, снабженного сверхрегенеративным приемо-передатчиком. Предложенная конструкция антенной системы АРЗ позволяет настраивать рабочую частоту и чувствительность СПП (см. патент РФ 2214614. Приемопередающая система аэрологического радиозонда и ее конструктив.).

Известен сверхрегенеративный приемо-передатчик радиозонда СВЧ-автогенератор которого подключен к антенной системе АРЗ через полосовой фильтр, который позволяет снизить влияние активных внешних помех и развязать антенну АРЗ от цепи коллектора СВЧ-транзистора по постоянному току (см. патент РФ 56001 на полезную модель. Приемопередатчик аэрологического радиозонда.).

Известен сверхрегенеративный приемо-передатчик радиозонда в СВЧ-автогенератор которого введен варикап, управляемый сигналом пропорциональным амплитуде СВЧ-колебаний. Это позволяет регулировкой амплитуды сигнала совмещать частоту приема и передачи СПП (см. патент РФ 49283 на полезную модель. Сверхрегенеративный приемопередатчик с совмещением частот приема и передачи.).

Известен сверхрегенеративный приемопередатчик радиозонда СВЧ-автогенератор которого снабжен усовершенствованным стабилизатором среднего тока. Стабилизатор тока обеспечивает необходимую стабильность работы приемопередатчика в условиях эксплуатации (см. патент РФ 67729. Выходной каскад СВЧ-автогенератора сверхрегенеративного приемопередатчика радиозонда).

Известен сверхрегенеративный приемо-передатчик радиозонда СВЧ-автогенератор которого построен на основе СВЧ-модуля обеспечивающего за счет конструктивных решений пониженный уровень низкочастотных ударных колебаний, следовательно повышенную чувствительность сверхрегенеративного приемопередатчика. (см. патент РФ 2345379. СВЧ-модуль сверхрегенеративного приемопередатчика радиозонда).

Известен сверхрегенеративный приемопередатчик радиозонда СВЧ-автогенератор которого построен по трехрезонаторной схеме реализованной на микрополосковых линиях, а генератор суперирующих импульсов которого нагружен на цепочку прямосмещенных диодов, обеспечивающих низкое выходное сопротивление генератора суперирующих импульсов, что является необходимым условием для реализации жесткого характера переходного процесса установления автоколебаний и повышения эффективности работы сверхрегенеративного приемопередатчика. (см. патент РФ на полезную модель 50682. Сверхрегенеративный приемопередатчик).

Известен генератор суперирующих импульсов сверхрегнеративного приемопередатчика аэрологического радиозонда выходной каскад которого построен на основе эмиттерного повторителя обеспечивающего низкое выходное сопротивление необходимое для реализации жесткого характера переходного процесса установления автоколебаний в СПП (см. патент РФ на полезную модель 93546. Генератор суперирующих импульсов сверхрегнеративного приемопередатчика аэрологического радиозонда).

Известен сверхрегенеративный приемо-передатчик радиозонда СВЧ-автогенератор которого построен по наиболее совершенной трехрезонаторной схеме реализованной на микрополосковых линиях. Введение третьего резонатора в цепь базы позволило раздельно и эффективно регулировать модуль и фазу коэффициента обратной связи СВЧ-автогенератора и, следовательно, оптимально настраивать чувствительность, совмещение частоты приема и излучения, а также выходную мощность СПП (см. патент РФ 2291467. Сверхрегенеративный приемопередатчик - ПРОТОТИП).

Недостатком всех известных технических решений и ПРОТОТИПА является слабая развязка и блокировка высокочастотных резонаторов СВЧ-автогенератора от цепей питания и управления СПП, что усложняет настройку, снижает стабильность работы и к.п.д. СПП. Этот паразитный отрицательный эффект особенно проявляется при использовании современных СВЧ-транзисторов обладающих высоким коэффициентом усиления в широком диапазоне частот.

Общей проблемой производства и эксплуатации АРЗ является создание недорогих конструкций приемо-передающих устройств, стабильных по радиотехническим параметрам в условиях изменения давления, окружающей температуры, напряжения питания и параметров антенной системы АРЗ.

Технической задачей изобретения является повышение уровня развязки высокочастотных резонаторов СВЧ-автогенератора от цепей питания и управления СПП за счет:

- создания схемно-технического и конструктивного решения, позволяющего устранить образование паразитных резонансов и возникновение дополнительных колебаний отличающихся по частоте от несущего автоколебания, тем самым, повысить чувствительность, мощность излучения и стабильность режима работы сверхрегенеративного приемопередатчика;

- повышения технологичности настройки и снижения стоимости производства радиозондов.

Для решения поставленной задачи предлагается сверхрегенеративный приемо-передатчик аэрологического радиозонда, содержащий вход модуляции, источник питания с нулевой шиной, стабилизатор напряжения питания, стабилизатор среднего тока СВЧ-модуля, генератор суперирующего напряжения, инерционную цепь автосмещения, СВЧ-модуль и приемопередающую антенну, со следующими соединениями: вход модуляции через генератор суперирующего напряжения и инерционную цепь автосмещения соединен с первым выходом стабилизатора среднего тока СВЧ-модуля и входом СВЧ-модуля, выход которого соединен с входом/выходом приемопередающей антенны, выход источника питания соединен с входом стабилизатора напряжения питания, первый выход которого соединен со стабилизатором среднего тока СВЧ-модуля, а второй выход соединен с шиной питания генератора суперирующего напряжения; второй выход стабилизатора среднего тока соединен с шиной питания СВЧ-модуля. СВЧ-модуль сверхрегенеративного приемо-передатчика аэрологического радиозонда содержит СВЧ-транзистор, первую - одиннадцатую микрополосковые линии, первый-третий конденсаторы, первый и второй резисторы, вход управления СВЧ-модуля, шину питания и нулевую шину, и имеет следующие соединения: параллельно входу управления подключен второй конденсатор, сам вход управления через последовательно соединенные десятую и девятую микрополосковые линии соединен с базой СВЧ-транзистора, база которого также соединена с одним концом восьмой микрополосковой линии, второй конец которой ни с чем не соединен; общая точка десятой и девятой микрополосковых линий соединена с одним концом одиннадцатой микрополосковой линии, второй конец которой также ни с чем не соединен; эмиттер СВЧ-транзистора соединен последовательной цепью, состоящей из второй микрополосковой линии, параллельно включенных первого резистора и первого конденсатора с нулевой шиной, дополнительно эмиттер соединен с одним концом шестой микрополосковой линии, второй конец которой ни с чем не соединен, а общая точка соединения второй микрополосковой линии, первого резистора и первого конденсатора соединена с одним концом первой микрополосковой линии, второй конец которой также ни с чем не соединен; коллектор СВЧ-транзистора соединен с первыми концами третьей и седьмой микрополосковых линий, через отвод от седьмой микрополосковой линии и, последовательно включенной, пятой микрополосковой линии соединен с входом/выходом СВЧ-модуля, второй конец седьмой микрополосковой линии ни с чем не соединен; коллектор СВЧ-транзистора через третью микрополосковую линию соединен с одним концом четвертой микрополосковой линии, второй конец которой ни с чем не соединен, и с выходом фильтра нижних частот, состоящего из третьего конденсатора и второго резистора, вход этого фильтра через второй резистор соединен с шиной питания Ек. Во втором варианте сверхрегенеративного приемопередатчика СВЧ-модуль, содержит полосовой СВЧ-фильтр, включенный между отводом седьмой микрополосковой линии и пятой микрополосковой линии.

Для пояснения сути предполагаемого изобретения приведены следующие структурные и электрические схемы и графики:

Фиг.1 - Структурная схема сверхрегенеративного приемопередатчика аэрологического радиозонда;

Фиг.2 - Зависимость затухания контура СВЧ-автогенератора от амплитуды колебаний;

Фиг.3 - Осциллограммы, поясняющие принцип работы СПП с жестким характером установления автоколебаний;

Фиг.4 - Электрическая схема СВЧ-модуля сверхрегенеративного приемопередатчика;

Фиг.5 - Электрическая схема СВЧ-модуля сверхрегенеративного приемопередатчика с полосовым СВЧ-фильтром;

Фиг.6 - Амплитудно-частотная характеристика Y_KC колебательной системы СВЧ-автогенератора;

Фиг.7 - Амплитудно-частотная характеристика Y_KC колебательной системы СВЧ-автогенератора с дополнительными блокировками цепей управления СПП.

Структурная схема СПП приведенная на фиг.1 содержит: источник питания - 1; стабилизатор среднего тока СВЧ-автогенератора - 2; стабилизатор напряжения питания СВЧ-автогенератора - 3; генератор суперирующего напряжения (ГСН) - 4; инерционную цепь автосмещения - 5; СВЧ-автогенератор - 6; приемопередающую антенну АРЗ-7.

Структурная схема СПП (фиг.1) имеет следующие соединения: источник питания - 1 соединен со стабилизатором напряжения - 3, первый выход последнего соединен со стабилизатором среднего тока автогенератора - 2, а второй выход соединен с входом питания генератора суперирующего напряжения - 4, выход которого соединен с входом инерционной цепи автосмещения - 5; первый выход стабилизатора тока-2 соединен с входом питания СВЧ-автогенератора - 6, а второй выход стабилизатора тока - 2 соединен с выходом инерционной цепи автосмещения - 5 и входом СВЧ-автогенератора - 6, выход\вход которого соединен с приемопередающей антенной 7; вход модуляции подключен к генератору суперирующего напряжения.

На фиг.3 изображены: - U_изл - огибающая радиоимпульсов излучаемых СПП длительностью _и; - U_c - напряжение суперирующей частоты, характеризующееся периодом Т_с и длительностью _с; _(t) - закон изменения декремента затухания контура СВЧ-автогенератора; I_эо - видеоимпульсы постоянного тока эмиттера СВЧ-транзистора.

Принципиальные особенности функционирования СПП можно пояснить, анализируя его работу в течение одного периода суперирующей частоты Т_с , (фиг.3). СВЧ-автогенератор (СВЧ-АГ) СВЧ-модуля периодически включается в момент появления суперирующего импульса U_c и выключается по его окончании на интервале демпфирования _д. Рабочая частота СВЧ-АГ составляет порядка 1680 МГц. Частота суперирующего напряжения составляет 800 кГц (период Т_с=1,25 мкс). Колебательная система СПП в выключенном состоянии характеризуется собственным затуханием ₀. Изменение затухания контура в течение импульса суперизации _с определяет процесс развития и установления колебаний в стационарном режиме.

Для обеспечения высокой чувствительности в приемном режиме необходимо осуществлять включение СВЧ-автогенератора с минимальным значением пускового отрицательного затухания _п. Для достижения максимальной выходной мощности пропорциональной А_ст в СПП требуется увеличивать отрицательное затухание в области средних и больших амплитуд для данного типа активного прибора автогенератора. Для осуществления этих противоречивых требований оказалось необходимым реализовать в контуре СПП режим жесткого установления колебаний [1]. Данный результат может быть получен при анализе упрощенного варианта нелинейного уравнения автогенератора:

.\tab

Качественный анализ уравнения позволяет выяснить особенности поведения функции (t, A) в зависимости от амплитуды колебаний А (Фиг.2) и во временной области (фиг.3). Исследование различных вариантов реализации функции (t, A) показывают, что, в отличие от рекомендуемого в известной литературе мягкого режима установления колебаний в классическом сверхрегенераторе (при (A)=_п1), в СПП необходимо реализовать переходной процесс с жестким характером установления колебаний [1]. В этом случае запуск СПП может происходить с минимальным отрицательным значением затухания при (A)=_п3, что обеспечивает минимальную полосу пропускания и высокую чувствительность. Установление стационарного режима происходит в области максимальных значений амплитуд А_ст , следовательно, при высоком уровне выходной мощности. Необходимо подчеркнуть, что изменение пускового затухания _п практически не влияет на А_ст. Это позволяет, в конечном счете, раздельно и эффективно регулировать параметры приемного и передающего режимов работы СПП путем регулировки пускового тока СВЧ-АГ в момент включения. Следует подчеркнуть, что для обеспечения переходного процесса с жестким характером установления колебаний необходимо цепь базы транзистора СВЧ-автогенератора управлять импульсами напряжения, вырабатываемыми генератором суперирующего напряжения (ГСН) с низким выходным сопротивлением, а коэффициент усиления СВЧ-транзистора по мощности должен быть максимально возможным. Практически импульсы ГСН формируются с помощью эмиттерного повторителя, обеспечивающего низкое дифференциальное выходное сопротивление ГСН. Максимум отрицательного затухания (t)=_мax в области средних значений амплитуд обеспечивает быстрый переход от приемного к передающему режиму работы СПП. Это способствует формированию практически прямоугольных радиоимпульсов и симметричного спектра излучения СПП, характерного для последовательности классических радиоимпульсов.

Сверхрегенеративный эффект усиления сводится к сокращению времени задержки _з переднего фронта радиоимпульсов СВЧ-АГ на величину _з при появлении внешнего сигнала U_3C в течение приемного интервала работы _пр, примыкающего к моменту запуска СПП. Соответственно возрастает длительность радиоимпульса и его энергия. Уровень выходного сигнала СПП в зависимости от уровня запросного сигнала в режиме первичной реакции можно оценить с помощью упрощенного выражения:

где

A - эффективная амплитуда шумов в контуре СПП в момент запуска; А_с - амплитуда внешнего сигнала.

Приведенные выражения показывают, что эффект усиления _з в основном определяется величиной пускового затухания _п. Возникновение автоколебаний происходит при пусковом затухании _п0, когда ток коллектора активного прибора превышает граничное значение I_кI_гр. Развитие автоколебаний происходит при _п>0, которое определяется пусковым током автогенератора I_п>I_гр в момент запуска. Поэтому изменение величины I_п приводит к регулировке времени задержки _з и эффекта усиления - приращения времени задержки _з. Таким образом, СПП является приемопередатчиком с временным разделением приемного и передающего режимов работы в течение одного периода суперирующей частоты Т_с.

Важно подчеркнуть, что в транзисторном СВЧ-автогенераторе СПП пусковой ток I_п в течение приемного интервала превышает граничное значение I_гр практически всего на десятки-сотни мкА. Поэтому для снижения эффекта ударного возбуждения контура СВЧ-АГ и обеспечения высокой чувствительности форма импульсов тока эмиттера в течение приемного интервала должна быть плавно нарастающей от нуля до пускового значения I_п=5-10 мА (см. фиг.3). Далее постоянная составляющая тока эмиттера I _эо (и тока коллектора I_ко=I_эо) изменяется синхронно с амплитудой автоколебаний за счет жесткого характера переходного процесса до максимальных значений для данного активного прибора вплоть до установления стационарного режима I_ко =180-250 мА. При этом следует подчеркнуть, что стационарные амплитуды А_ст и I_эоmах не зависят от величины пускового тока I_п. Необходимо отметить, что среднее значение постоянного тока коллектора I_кср за период суперизации определяется соотношением _з и _с. Поскольку величина _з регулируется пусковым током I_п, то оказывается, что регулировка среднего тока I_{к ср} вызывает соответствующее изменение пускового тока СВЧ-автогенератора. Например, при увеличении среднего тока I_кср нарастает пусковой ток I_п, что приводит к уменьшению времени задержки _з, увеличению длительности радиоимпульсов _и и снижению чувствительности. При уменьшении среднего тока I_кср процесс идет в обратном направлении. Таким образом, стабилизация I_кср позволяет стабилизировать _з чувствительность и полосу пропускания в приемном режиме, а также длительность и мощность излучаемых радиоимпульсов СПП _и. Соответственно выбор длительности суперирующих импульсов _с позволяет оптимизировать соотношение чувствительности и излучаемой средней мощности СПП [1].

Таким образом, стабилизатор среднего тока I_кср - 2 СВЧ-автогенератора - 6 является важным узлом СПП. При нарастании тока I_кср под действием дестабилизирующих факторов регулирующий транзистор будет уменьшать ток базы СВЧ-транзистора - 6, возвращая к заданному значению величину тока I_кср . При уменьшении тока I_кср процесс стабилизации идет в обратном направлении. Необходимо подчеркнуть, что введение стабилизатора тока существенно облегчает настройку приемопередатчика в условиях производства, поскольку величина тока остается оптимальной при всех режимах итерационной регулировки устройства.

Введение в структуру СПП стабилизатора напряжения - 3 источника питания - 1 связано с необходимостью обеспечения стабильности несущей частоты СВЧ-автогенератора СПП в диапазоне f₀ =1680±5 МГц.

Генератор суперирующего напряжения - 4 (ГСН) вырабатывает видеоимпульсы с частотой порядка 800 кГц, управляющие непосредственно работой СВЧ-автогенератора (фиг.3). Практически эти импульсы формируются с помощью цепочки прямосмещенных диодов (см. патент 50682), либо с помощью эмиттерного повторителя включенного на выходе ГСН (см. патент РФ 93546) обеспечивающих его низкое дифференциальное выходное сопротивление.

Инерционная цепь автосмещения - 5 необходима для повышения стабильности работы СВЧ-автогенератора - 6 и обеспечения режима работы с «ответной паузой» при измерении дальности в составе системы радиозондирования (см. патент РФ 2214614).

Реальная амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) колебательной системы СВЧ-АГ модуля кроме основного резонанса на частоте f₀ имеет паразитные резонансы на частотах f_i, 2f₀, f_K (см. фиг.6) за счет влияния выводов питания и управления СВЧ-АГ. Поэтому применение современных широкополосных СВЧ транзисторов с большим коэффициентом усиления, что необходимо для реализации жесткого переходного режима в СПП, может вызвать возникновение автоколебаний на паразитных частотах f_i, 2f₀ , f_K и нарушить нормальную работу СПП. На фиг.6 участки АЧХ превышающие уровень штрих-пунктирной линии показывают возможность возникновения на этих частотах паразитных автоколебаний. Для предотвращения паразитных резонансов в СВЧ-модуль дополнительно введены блокировочные микрополосковые линии (МПЛ) длиной L=/4 и с волновым сопротивлением 80 Ом выполняющие роль высокочастотных блокировочных дросселей; МПЛ длиной L=/4 W1, W4, W11 с волновым сопротивлением 25 Ом (см. фиг.4, 5) выполняющие роль дополнительных блокировочных элементов с емкостным характером сопротивления - высокочастотных конденсаторов, снижающих влияние выводов питания и управления СВЧ-АГ. С другой стороны это позволяет также уменьшить эквивалентную шумовую полосу контура СПП и повысить его чувствительность. В целом введение МПЛ W1, W4, W10 и W11 позволяет повысить стабильность работы и чувствительность СПП, упростить технологию настройки в процессе производства. На фиг.7 изображена АЧХ колебательной системы СВЧ-модуля в которой паразитные резонансы на частотах f_i, 2f ₀, f_K подавлены дополнительными блокировочными элементами МПЛ W1, W4, W10, W11. МПЛ W5 выполняет роль линии связи СВЧ-модуля - 6 с полосовым фильтром - ПФ и приемопередающей антенной - 7. Разомкнутые на конце МПЛ W6, W7, W8 с волновым сопротивлением 25 Ом выполняют роль микрополосковых резонаторо СВЧ-модуля. МПЛ W2, W3, W9 длиной L=/4 и волновым сопротивлением 80 Ом выполняют роль блокировочных дросселей.

Указанные узлы принципиальной электрической схемы могут быть выполнены на следующих электрорадиоэлементах: VT1 - СВЧ-транзистор типа КТ637А, BFG 235А, BFG 135А (см. Полупроводниковые приборы. Транзисторы средней и большой мощности.: Справочник - 3-е изд.; Под ред. А.В.Голомедова. М.: КУбК-а, 1995 г. стр.406-407.; конденсаторы C1, С2, С3 безвыводные, типа К10-47 В (см. Справочная книга радиолюбителя-конструктора, под ред. П.И.Чистякова, М, Р и С, 1990, стр.403); микрополосковые линии W1-W11 могут быть рассчитаны и изготовлены по технологии печатного монтажа (см. Справочник по элементам полосковой техники, под ред. А.Л.Фильдштейна, М, Связь, 1979, стр.20); безвыводные резисторы R1, R2 типа Р1-12 (см. Справочная книга радиолюбителя-конструктора, под ред. П.И. Чистякова, М, Радио и Связь, 1990, стр.381).

Для упрощения процедуры окончательной настройки, СВЧ-модуля подключают к радиоблоку с которым осуществляется его предварительная настройка. Настройка СВЧ-модуля осуществляется на лабораторном стенде с волновым сопротивлением 500 м нагруженном на стандартную нагрузку. МПЛ W6, W7, W8 имеют волновое сопротивление 250 м и выполняют роль микрополосковых резонаторо СВЧ-модуля. МПЛ W2, W3, W9 длиной L=/4 и волновым сопротивлением 80 Ом играют роль блокировочных дросселей.

Основными выходными параметрами, контролируемыми при настройке СПП являются: частота излучения СПП; выходная мощность; чувствительность к запросному сигналу; совмещение частот приема и передачи (излучения). Принципиально для нормального функционирования СПП требуется подобрать длины МПЛ W6 в цепи эмиттера, W7 в цепи коллектора, W8 в цепи базы СВЧ-транзистора WT1 при которых достигается оптимальное соотношение активной нагрузки и величины обратной связи в СВЧ-модуля необходимые для осуществления сверхрегенеративного режима работы СПП на рабочей частоте. Рабочая частота СВЧ-АГ определяется длиной МПЛ W6, W7, W8. Увеличение длины любой МПЛ приводит к монотонному уменьшению частоты излучения. Однако изменение длины любой МПЛ приводит одновременно к изменению величины обратной связи в СВЧ-АГ и активной нагрузки. Поэтому процесс настройки имеет итерационный характер. Величина нагрузки СВЧ-АГ определяется местом подключения выхода СВЧ к МПЛ в цепи коллектора W7. Наиболее существенное влияние на работу СПП оказывает МПЛ W8, включенной в цепи базы, поскольку она в значительной степени определяет величину обратной связи в СВЧ-модуле. Увеличение ее длины (при условии L</4 приводит к увеличению коэффициента обратной связи, повышению усиления и чувствительности. МПЛ W6 в цепи эмиттера влияет на величину обратной связи и смещение частоты приема относительно частоты излучения.

Собственно работа СПП в составе радиотехнической системы подробно описана в упомянутых выше патентах РФ этого же автора и поэтому в описании данной заявки не повторяется.

Разработка конструкции и технологии производства СПП на современных СВЧ-транзисторах по рекомендациям данной заявки позволила обеспечить его чувствительность на уровне минус 95÷100 дБ/Вт при средней мощности излучения 250÷350 мВт и к.п.д. не менее 35%. Данный приемопередатчик АРЗ обеспечивает точное измерение наклонной дальности наземной РЛС до 250-300 км с погрешностью не хуже ±15 м, при малом уровне запросной мощности наземной РЛС. Так импульсная мощность передатчика РЛС составляет 200 Вт, средняя - 0,2 Вт. Передача телеметрических сигналов АРЗ осуществляется путем частотной или фазовой модуляции суперирующих импульсов, т.е на одной несущей частоте осуществляется измерение всех координат АРЗ: угол места, азимут, дальность и осуществляется передача телеметрических сигналов метеорологических величин. В конечном счете применение СПП позволяет значительно снизить затраты на получение аэрологической информации на сети Росгидромета РФ.

Литература

1. Иванов В.Э., Фридзон М.Б., Ессяк С.П. «Радиозондирование атмосферы. Технические и метрологические аспекты разработки и применения радиозондовых измерительных средств», под ред. В.Э.Иванова. Екатеринбург. УрО РАН. 2004. 596 с. ISBN 5-7691-1513-0. (см. стр.551-554).

2. Сверхрегенераторы. М.К.Белкин Г.И.Кравченко Ю.Г.Скоробутов Б.А.Стрюков; Под редакцией М.К.Белкина. - М.: Радио и связь, 1983.-248 с, ил.

1. Сверхрегенеративный приемопередатчик аэрологического радиозонда, содержащий генератор суперирующего напряжения, источник питания с нулевой шиной, сверхвысокочастотный (СВЧ) модуль, стабилизатор напряжения питания, приемопередающую антенну, отличающийся тем, что дополнительно введены стабилизатор тока СВЧ-модуля, инерционная цепь автосмещения, вход модуляции через генератор суперирующего напряжения и инерционную цепь автосмещения соединен с первым выходом стабилизатора среднего тока СВЧ-модуля, выход которого соединен с входом/выходом приемопередающей антенны, выход источника питания соединен с входом стабилизатора напряжения питания, первый выход которого соединен со стабилизатором среднего тока СВЧ-модуля, второй выход соединен с шиной питания генератора суперирующего напряжения, второй выход стабилизатора среднего тока соединен с шиной питания СВЧ-модуля.

2. Сверхрегенеративный приемопередатчик аэрологического радиозонда по п.1, отличающийся тем, что СВЧ-модуль сверхрегенеративного приемопередатчика аэрологического радиозонда содержит СВЧ-транзистор, первую-одиннадцатую микрополосковые линии, первый-третий конденсаторы, первый и второй резисторы, вход управления СВЧ-модуля, шину питания и нулевую шину, при этом параллельно входу управления подключен второй конденсатор, вход управления через последовательно соединенные десятую и девятую микрополосковые линии соединен с базой СВЧ-транзистора, база которого также соединена с одним концом восьмой микрополосковой линии, второй конец которой ни с чем не соединен; общая точка десятой и девятой микрополосковых линий соединена с одним концом одиннадцатой микрополосковой линии, второй конец которой также ни с чем не соединен; эмиттер СВЧ-транзистора соединен последовательной цепью, состоящей из второй микрополосковой линии, параллельно включенных первого резистора и первого конденсатора с нулевой шиной, дополнительно эмиттер соединен с одним концом шестой микрополосковой линии, второй конец которой также ни с чем не соединен, а общая точка соединения второй микрополосковой линии, первого резистора и первого конденсатора соединена с одним концом первой микрополосковой линии, второй конец которой также ни с чем не соединен; коллектор СВЧ-транзистора соединен с первыми концами третьей и седьмой микрополосковых линий, через отвод от седьмой микрополосковой линии и последовательно включенной пятой микрополосковой линии соединен с входом/выходом СВЧ-модуля, второй конец седьмой микрополосковой линии также ни с чем не соединен; коллектор СВЧ-транзистора через третью микрополосковую линию соединен с одним концом четвертой микрополосковой линии, второй конец которой также ни с чем не соединен, и с выходом фильтра нижних частот, состоящего из третьего конденсатора и второго резистора, вход этого фильтра через второй резистор соединен с шиной питания Ек.

3. Сверхрегенеративный приемопередатчик аэрологического радиозонда по п.2, отличающийся тем, что СВЧ-модуль содержит полосовой СВЧ-фильтр, включенный между отводом седьмой микрополосковой линии и пятой микрополосковой линии.