Антенно-согласующее устройство

 

Полезная модель относится к технике радиосвязи и может использоваться в широкодиапазонных радиопередатчиках для компенсации отклонений входного импеданса антенны от значения, при котором обеспечивается оптимальный режим работы усилителя мощности радиопередатчика.

Задачей полезной модели является защита от воздействия мешающих сигналов.

Антенно-согласующее устройство содержит согласующий контур, образуемый элементами трех или четырех магазинов реактивностей, коммутатор, подключенный первым выходом к входу согласующего контура, калибровочный резистор, подключенный к второму выходу коммутатора, трансформатор тока, подключенный вторым выводом первичной обмотки к второму входу коммутатора, синтезатор частот, первый и второй преобразователи «аналог-код», подключенные входами синхронизации к второму выходу синтезатора частот, микроконтроллер, подключенный выходами первого порта параллельного интерфейса к соответствующим управляющим входам коммутатора и согласующего контура и подключенный вторым портом последовательного интерфейса к порту управления синтезатора частот, первое и второе оперативные запоминающие устройства, подключенные цифровыми выходами к соответствующим входам второго порта параллельного интерфейса микроконтроллера, в котором первый вход коммутатора и выход согласующего контура являются соответственно, ВЧ входом и ВЧ выходом, а портом дистанционного управления является первый порт последовательного интерфейса микроконтроллера, также в него введены широкополосный усилитель с регулируемым коэффициентом усиления, включенный между первым выходом синтезатора частот и первым выводом первичной обмотки трансформатора тока и подключенный портом управления к третьему порту последовательного интерфейса микроконтроллера, первый и второй фильтры нижних частот, включенные соответственно между первым выводом первичной обмотки и выходом трансформатора тока и аналоговыми входами первого и второго преобразователей «аналог-код», первый и второй частотные конвертеры, подключенные первыми цифровыми входами соответственно к цифровым входам преобразователей «аналог-код» и подключенные вторыми цифровыми входами к цифровому выходу синтезатора частот, первый и второй цифровые фильтры, подключенные цифровыми входами соответственно к цифровым выходам частотных конвертеров и подключенные цифровыми выходами соответственно к цифровым входам оперативных запоминающих устройств, причем вторые цифровые выходы преобразователей «аналог-код» подключены соответственно к входам третьего порта параллельного интерфейса микроконтроллера.

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

Наиболее близким к предлагаемому устройству является антенно-согласующее устройство [1], схема которого приведена на фигуре 1. Антенно-согласующее устройство содержит согласующий контур, образуемый элементами четырех магазинов реактивностей, коммутатор, подключенный первым выходом к входу согласующего контура, аттенюатор, трансформатор тока, подключенный первым выводом первичной обмотки к выходу аттенюатора, а вторым выходом первичной обмотки - к второму входу коммутатора, микроконтроллер, подключенный выходами первого порта параллельного интерфейса к соответствующим управляющим входам коммутатора и согласующего контура, первый и второй дифференциальные усилители, подключенные входами соответственно к выходу аттенюатора и к выходу трансформатора тока, первый и второй преобразователи «аналог-цифра», подключенные аналоговыми входами соответственно к выходам дифференциальных усилителей, первое и второе оперативные запоминающие устройства, подключенные входами соответственно к цифровым выходам преобразователей «аналог-цифра», а выходами - к второму порту параллельного интерфейса микроконтроллера, калибровочный резистор, подключенный к второму выходу коммутатора, синтезатор частот, подключенный первым выходом к входу аттенюатора, вторым выходом - к входам синхронизации преобразователей «аналог-цифра», а портом управления - к третьему порту последовательного интерфейса микроконтроллера, причем первый вход коммутатора и выход согласующего контура являются соответственно ВЧ входом и ВЧ выходом устройства, а первый порт последовательного интерфейса микроконтроллера является портом дистанционного управления устройства.

Компенсация отклонений входного импеданса антенны на заданной рабочей частоте осуществляется за счет включения между выходом усилителя мощности радиопередатчика и входом антенны соответствующих реактивных элементов в согласующем контуре устройства.

Для определения текущих параметров импеданса тракта «согласующий контур-антенна» и параметров включаемых реактивностей в тракт подается измерительный сигнал в виде колебания с постоянной амплитудой и заданной частотой и производится набор и обработка по определенному алгоритму массива отсчетов, пропорциональных мгновенным значениям напряжения и тока на входе тракта.

В рассматриваемом устройстве возможны сбои процедуры настройки вследствие воздействия наведенных в антенне сигналов соседних радиопередатчиков с уровнями, соизмеримыми с уровнем измерительного сигнала. Для снижения вероятности сбоя процедуры настройки в условиях воздействия сигналов соседних передатчиков необходимо, чтобы уровень аналогового сигнала на входах преобразователей «аналог-код» не превышал напряжения их полной разрядной сетки, а полоса частот трактов получения массива отсчетов не превышала величину ожидаемой отстройки по частоте сигналов соседних радиопередатчиков.

Задачей полезной модели является реализация в антенно-согласующем устройстве указанных выше требований.

Поставленная задача достигается тем, что в антенно-согласующее устройство, содержащее согласующий контур, образуемый элементами трех или четырех магазинов реактивностей, коммутатор, подключенный первым выходом к входу согласующего контура, калибровочный резистор, подключенный к второму выходу коммутатора, трансформатор тока, подключенный вторым выводом первичной обмотки к второму входу коммутатора, синтезатор частот, первый и второй преобразователи «аналог-код», подключенные входами синхронизации к второму выходу синтезатора частот, микроконтроллер, подключенный выходами первого порта параллельного интерфейса к соответствующим управляющим входам коммутатора и согласующего контура и подключенный вторым портом последовательного интерфейса к порту управления синтезатора частот, первое и второе оперативные запоминающие устройства, подключенные цифровыми выходами к соответствующим входам второго порта параллельного интерфейса микроконтроллера, в котором первый вход коммутатора и выход согласующего контура являются соответственно ВЧ входом и ВЧ выходом, а портом дистанционного управления является первый порт последовательного интерфейса микроконтроллера, введены широкополосный усилитель с регулируемым коэффициентом усиления, включенный между первым выходом синтезатора частот и первым выводом первичной обмотки трансформатора тока и подключенный портом управления к третьему порту последовательного интерфейса микроконтроллера, первый и второй фильтры нижних частот, включенные соответственно между первым выводом первичной обмотки и выходом трансформатора тока и аналоговыми входами первого и второго преобразователей «аналог-код», первый и второй частотные конвертеры, подключенные первыми цифровыми входами соответственно к цифровым входам преобразователей «аналог-код» и подключенные вторыми цифровыми входами к цифровому выходу синтезатора частот, первый и второй цифровые фильтры, подключенные цифровыми входами соответственно к цифровым выходам частотных конверторов и подключенные цифровыми выходами соответственно к цифровым входам оперативных запоминающих устройств, причем вторые цифровые выходы преобразователей «аналог-код» подключены соответственно к входам третьего порта параллельного интерфейса микроконтроллера.

На фигуре 1 представлено устройство-прототип содержащее, согласующий контур 12, образуемый элементами четырех магазинов реактивностей, коммутатор 7, подключенный первым выходом к входу согласующего контура, аттенюатор 2, трансформатор тока 8, подключенный первым выводом первичной обмотки к выходу аттенюатора, а вторым выходом первичной обмотки - к второму входу коммутатора, микроконтроллер 6, подключенный выходами первого порта параллельного интерфейса к соответствующим управляющим входам коммутатора и согласующего контура, первый 3 и второй 9 дифференциальные усилители, подключенные входами соответственно к выходу аттенюатора и к выходу трансформатора тока, первый 4 и второй 10 преобразователи «аналог-цифра», подключенные аналоговыми входами соответственно к выходам дифференциальных усилителей, первое 5 и второе 11 оперативные запоминающие устройства, подключенные входами соответственно к цифровым выходам преобразователей «аналог-цифра», а выходами - к второму порту параллельного интерфейса микроконтроллера, калибровочный резистор 13, подключенный к второму выходу коммутатора, синтезатор частот 1, подключенный первым выходом к входу аттенюатора, вторым выходом - к входам синхронизации преобразователей «аналог-цифра», а портом управления - к третьему порту последовательного интерфейса микроконтроллера, причем первый вход коммутатора и выход согласующего контура являются соответственно ВЧ входом и ВЧ выходом устройства, а первый порт последовательного интерфейса микроконтроллера является портом дистанционного управления устройства.

На фигуре 2 представлено предлагаемое устройство, содержащее согласующий контур 16, образуемый элементами трех или четырех магазинов реактивностей, коммутатор 9, подключенный первым выходом к входу согласующего контура, калибровочный резистор 17, подключенный к второму выходу коммутатора, широкополосный усилитель с регулируемым коэффициентом усиления 2, трансформатор тока 10, включенный первичной обмоткой между выходом широкополосного усилителя и вторым входом коммутатора, синтезатор частот 1, подключенный первым выходом к входу широкополосного усилителя, первый 3 и второй 11 фильтры нижних частот, подключенные входами соответственно к выходу широкополосного усилителя и выходу трансформатора тока, первый 4 и второй 12 преобразователи «аналог-код», подключенные аналоговыми входами соответственно к выходам фильтров нижних частот и подключенные входами синхронизации к второму выходу синтезатора частот, первый 5 и второй 13 частотные конвертеры, подключенные первыми цифровыми входами соответственно к цифровым выходам преобразователей «аналог-код» и подключенные вторыми цифровыми входами к цифровому выходу синтезатора частот, первый 6 и второй 14 цифровые фильтры, подключенные цифровыми входами соответственно к цифровым выходам частотных конвертеров, первое 7 и второе 15 оперативные запоминающие устройства, подключенные цифровыми входами соответственно к цифровым выходам цифровых фильтров, микроконтроллер 8, подключенный вторым и третьим портами последовательного интерфейса соответственно к портам управления синтезатора частот и широкополосного усилителя и подключенный выходами первого и второго портов параллельного интерфейса соответственно к входам управления коммутатора и согласующего контура и цифровым выходом оперативных запоминающих устройств, причем первый вход коммутатора и выход согласующего контура являются соответственно ВЧ входом и ВЧ выходом устройства, первый порт последовательного интерфейса микроконтроллера является портом дистанционного управления устройства, а входы третьего порта параллельного интерфейса микроконтроллера подключены соответственно к вторым цифровым выходам преобразователей «аналог-код».

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

Компенсация отклонений входного импеданса антенны от допустимых значений осуществляется путем включения между входом усилителя мощности и входом антенно-фидерного тракта соответствующих элементов из магазинов согласующего контура, содержащего один магазин конденсаторов и два магазина катушек индуктивностей или один магазин катушек индуктивностей и три магазина конденсаторов.

Для настройки устройства на заданную рабочую частоту вначале определяются исходные значения характеристик входного импеданса антенно-фидерного тракта. Для этого к первому выходу синтезатора частот 1 через усилитель 2, трансформатор тока 10 и коммутатор 9 поочередно подключаются калибровочный резистор 17 или вход согласующего контура 16, который на это время подключается через ВЧ выход устройства непосредственно к входу антенно-фидерного тракта. Частота сигнала на первом выходе синтезатора частот (тестовый сигнал) устанавливается равной заданной рабочей частоте fp. Частота сигнала на втором выходе синтезатора частот fon несколько выше максимальной частоты диапазона рабочих частот. Преобразователями «аналог-код» 4 и 12 с частотой fon производится отсчет мгновенных значений сигналов, пропорциональных напряжению и току на входе согласующего контура и на калибровочном резисторе. Полоса частот сигналов на аналоговых входах преобразователей «аналог-код» фильтрами нижних частот 3 и 11 ограничивается частотой f on, а их уровни автоматически удерживаются в заданных пределах путем регулировки усиления усилителя 2 по показаниям вторых выходов этих преобразователей. В конверторах 4 и 12 полученные выборки (отсчеты) перемножаются с выборками колебания с частотой f p-f, поступающими на вторые входы конверторов с цифрового выхода синтезатора. В результате этого тестовому сигналу с частотой fp на выходе конвертора будет соответствовать сигналы с частотой f, вклад которых в выборках, снимаемых с выходов цифровых фильтров 6 и 14, существенно превышает вклады сигналов соседних радиопередатчиков. В цифровых фильтрах используется процедура децимации, в связи с чем частота следования выборок на их выходах fвых не превышает 100f. В оперативных запоминающих устройствах 7 и 15 накапливаются четыре массива по выборок, соответствующих токам и напряжениям на калибровочном резисторе и на входе антенно-фидерного тракта, которые используются в микроконтроллере 8 для вычисления значений активной Ra и реактивной Ха составляющих комплексного входного сопротивления антенно-фидерного тракта по формулам

Здесь:

RK - сопротивление калибровочного резистора;

U, UK, I, IК - значения максимальных выборок в массивах, соответствующих напряжениям и токам на входе согласующего контура и на калибровочном резисторе;

I1 - значения выборки, соответствующей току на входе согласующего контура, совпадающей с выборкой, соответствующей напряжению, значение которой минимально отличается от предыдущего. и больше

Полученные значения Ra и Ха должны обеспечивать выполнение неравенства

где С - минимальное допустимое значение КБВ нагрузки усилителя мощности.

При невыполнении указанного неравенства вычисляется необходимое значение реактивностей согласующего контура, например, как указано в [1] для четырехмагазинного согласующего контура.

В предлагаемом устройстве KB диапазона целесообразно использование больших интегральных схем, аналогичных интегральным схемам фирмы Analog Devices:

AD8321AR - широкополосный усилитель с управляемым коэффициентом усиления;

AD9248BSTZ - четырехканальный преобразователь «аналог-код»;

AD6624AABC - четырехканальный цифровой приемный сигнальный процессор, содержащий в каждом канале частотный конвертер с синтезатором частот и трехкаскадный цифровой фильтр;

AD9957BSVZ - синтезатор частот;

ADSP-BF537BBCZ - микроконтроллер.

Использование в предлагаемом устройстве автоматической регулировки уровня тестового сигнала исключает возможность ограничения сигнала на цифровых выходах преобразователей «аналог-код» 4 и 12, приводящего к искажениям результатов измерения тока и напряжения на входе согласующего контура 16 сигналом соседнего радиопередатчика любого уровня независимо от его отстройки по частоте относительно тестового сигнала.

Использование цифровых фильтров 4 и 16 с характеристиками, реализованными в микросхеме AD6624AABC, позволяет получить искажение результатов измерения не более 1% при уровне мешающего сигнала, равном уровню тестового сигнала, и отстройки его по частоте не менее 50 кГц.

Таким образом, поставленная задача по защите от воздействия мешающих сигналов в предлагаемом устройстве достигнута.

Источники информации

1. Патент на изобретение RU 2309491 С1

Антенно-согласующее устройство, содержащее согласующий контур, образуемый элементами трех или четырех магазинов реактивностей, коммутатор, подключенный первым выходом к входу согласующего контура, калибровочный резистор, подключенный к второму выходу коммутатора, трансформатор тока, подключенный вторым выводом первичной обмотки к второму входу коммутатора, синтезатор частот, первый и второй преобразователи «аналог-код», подключенные входами синхронизации к второму выходу синтезатора частот, микроконтроллер, подключенный выходами первого порта параллельного интерфейса к соответствующим управляющим входам коммутатора и согласующего контура и подключенный вторым портом последовательного интерфейса к порту управления синтезатора частот, первое и второе оперативные запоминающие устройства, подключенные цифровыми выходами к соответствующим входам второго порта параллельного интерфейса микроконтроллера, в котором первый вход коммутатора и выход согласующего контура являются соответственно ВЧ входом и ВЧ выходом, а портом дистанционного управления является первый порт последовательного интерфейса микроконтроллера, отличающееся тем, что в него введены широкополосный усилитель с регулируемым коэффициентом усиления, включенный между первым выходом синтезатора частот и первым выводом первичной обмотки трансформатора тока и подключенный портом управления к третьему порту последовательного интерфейса микроконтроллера, первый и второй фильтры нижних частот, включенные соответственно между первым выводом первичной обмотки и выходом трансформатора тока и аналоговыми входами первого и второго преобразователей «аналог-код», первый и второй частотные конвертеры, подключенные первыми цифровыми входами соответственно к цифровым входам преобразователей «аналог-код» и подключенные вторыми цифровыми входами к цифровому выходу синтезатора частот, первый и второй цифровые фильтры, подключенные цифровыми входами соответственно к цифровым выходам частотных конверторов и подключенные цифровыми выходами соответственно к цифровым входам оперативных запоминающих устройств, причем вторые цифровые выходы преобразователей «аналог-код» подключены соответственно к входам третьего порта параллельного интерфейса микроконтроллера.



 

Похожие патенты:

Фильтр сетевой помехоподавляющий (стабилизатор напряжения) относится к электротехнике, его схема может быть использована для подавления помех в проводах сетевого питания зданий, крупных вычислительных центров, больших ЭВМ, других электронных устройств большой мощности.

Промышленный оптический 5, 8 или 10-портовый Коммутатор связи sw-1 относится к области оборудования, которое применяется для передачи данных, реализующего технологии коммутации кадров в единой сети электросвязи РФ и корпоративных сетях в случае их присоединения к единой сети электросвязи РФ.

Активная дипольная антенна предназначена для измерения электрической составляющей напряженности электромагнитного поля, имеющая повышенную чувствительность в низкочастотном диапазоне, простую конструкцию с несложной технологией изготовления.
Наверх