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.

Задачами полезной модели являются - повышение помехоустойчивости устройства за счет увеличения допустимого уровня мешающего сигнала и расширение функциональных возможностей устройства (обеспечение фильтрации гармоник) за счет изменения конфигурации согласующего контура.

Антенно-согласующее устройство содержит согласующий контур с изменяемым набором реактивностей, подключенный выходом к клемме «Выход РЧ», первый коммутатор, подключенный первым входом к клемме «Вход РЧ» и подключенный первым выходом к входу согласующего контура, калибровочный резистор, подключенный ко второму выходу первого коммутатора, трансформатор тока, подключенный первым выводом первичной обмотки ко второму входу первого коммутатора, синтезатор частот, широкополосный усилитель, подключенный входом к аналоговому выходу синтезатора, двухканальное измерительное устройство, образованное последовательно включенными между аналоговыми входами и цифровыми выходами каналов фильтрами нижних частот, преобразователями «аналог-цифра», цифровыми частотными конверторами, цифровыми фильтрами и оперативными запоминающими устройствами и подключенное входом синхронизации и гетеродинным цифровым входом соответственно к импульсному и цифровому выходам синтезатора, и микроконтроллер, подключенный портами последовательного и параллельного интерфейсов соответственно к клеммам «ДУ», к цифровым выходам измерительного устройства и портам управления синтезатора, первого коммутатора и согласующего контура, также в него введены второй коммутатор, подключенный сигнальными входами, сигнальным выходом и входами управления соответственно к клемме «Вход РЧ», к выходу широкополосного усилителя, ко второму выводу первичной обмотки трансформатора тока и к порту параллельного интерфейса микроконтроллера, и сдвоенный управляемый аттенюатор, подключенный сигнальными входами, сигнальными выходами и входами управления соответственно к выходу второго коммутатора, выходу трансформатора тока, аналоговым входам измерительного устройства и порту параллельного интерфейса микроконтроллера, а элементы согласующего контура устройства выбираются из пяти магазинов реактивностей и включаются между входом и выходом контура по схеме пятизвенного фильтра нижних частот Чебышева.

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.

Наиболее близким к предлагаемому устройству является антенно-согласующее устройство [1], в котором компенсация отклонений входного импеданса антенны от требуемых значений осуществляется путем включения между выходом усилителя мощности и входом антенны согласующего контура определенной конфигурации, образованного соответствующим набором конденсаторов и катушек индуктивности.

Схема этого устройства приведена на фиг.1.

Устройство содержит согласующий контур 2 образуемый элементами трех или четырех магазинов реактивностей и подключенный выходом к клемме «Выход РЧ», коммутатор 6, подключенный первым входом к клемме «Вход РЧ» и подключенный первым выходом к входу согласующего контура, калибровочный резистор 8, подключенный к второму выходу коммутатора, широкополосный усилитель с регулируемым усилением 1, трансформатор тока 3, включенный первичной обмоткой между выходом широкополосного усилителя и вторым входом коммутатора, синтезатор частот 5, подключенный первым выходом к входу широкополосного усилителя, двухканальное измерительное устройство 4, образованное последовательно включенными между аналоговыми входами и цифровыми выходами каналов фильтрами нижних частот, преобразователями «аналог-цифра», цифровыми частотными конверторами, цифровыми фильтрами и оперативными запоминающими устройствами и подключенное входами синхронизации преобразователей «аналог-цифра» и гетеродинным цифровым входом частотного конвертора соответственно к импульсному и цифровому входам синтезатора, микроконтроллер 7, подключенный портами последовательно и параллельного интерфейса соответственно к клеммам «ДУ», цифровым выходам измерительного устройства и портам управления синтезатора широкополосного усилителя, коммутатора и согласующего контура.

В рассматриваемом устройстве реактивности согласующего контура включаются между его входом и выходом по схеме Т-образного или двойного Г-образного моста, а их набор определяется аналитически по результатам измерения напряжения, тока и сдвига их фаз на входе антенно-фидерного тракта при воздействии настроечного сигнала.

Успешная настройка устройства в присутствии наведенных в антенне сигналов соседних передатчиков возможна при условии, если уровень мешающих сигналов не превышает 1÷1,5 В, что недостаточно для работы в условиях передающих центров, когда уровень мешающих сигналов может достигать нескольких десятков вольт.

Конфигурация согласующего контура рассматриваемого устройства предполагает наличие на выходе усилителя мощности фильтра нижних частот, подавляющего гармоники рабочей частоты и настраиваемого также путем коммутации групп реактивностей.

Реализация функции фильтрации и согласования в одном устройстве позволит уменьшить суммарное число реактивностей и коммутирующих элементов, в результате чего повысится надежность радиопередатчика.

Задачами полезной модели являются:

- повышение помехоустойчивости устройства за счет увеличения допустимого уровня мешающего сигнала;

- расширение функциональных возможностей устройства (обеспечение фильтрации гармоник) за счет изменения конфигурации согласующего контура.

Для этого в антенно-согласующее устройство, содержащее согласующий контур с изменяемым набором реактивностей, подключенный выходом к клемме «Выход РЧ», первый коммутатор, подключенный первым входом к клемме «Вход РЧ» и подключенный первым выходом к входу согласующего контура, калибровочный резистор, подключенный ко второму выходу первого коммутатора, трансформатор тока, подключенный первым выводом первичной обмотки к второму входу первого коммутатора, синтезатор частот, широкополосный усилитель, подключенный входом к аналоговому выходу синтезатора, двухканальное измерительное устройство, образованное последовательно включенными между аналоговыми входами и цифровыми выходами каналов фильтрации нижних частот, преобразователями «аналог-цифра», цифровыми частотными конверторами, цифровыми фильтрами и оперативными запоминающими устройствами и подключенное входом синхронизации и гетеродинным цифровым входом соответственно к импульсному и цифровому выходами синтезатора, и микроконтроллер, подключенный портами последовательного и параллельного интерфейсов соответственно к клеммам «ДУ», к цифровым выходам измерительного устройства и портам управления синтезатора, первого коммутатора и согласующего контура, введены второй коммутатор, подключенный сигнальными входами, сигнальными выходами и входами управления соответственно к клемме «Вход РЧ», к выходу широкополосного усилителя, ко второму выводу первичной обмотки трансформатора тока и к порту параллельного интерфейса микроконтроллера, и сдвоенный управляемый аттенюатор, подключенный сигнальными входами, сигнальными выходами и входами управления соответственно к выходу второго коммутатора, выходу трансформатора тока, аналоговым входам измерительного устройства и порту параллельного интерфейса микроконтроллера, а элементы согласующего контура устройства выбираются из пяти магазинов реактивностей и включаются между входом и выходом контура по схеме пятизвенного фильтра нижних частот Чебышева.

Структурная схема прилагаемого устройства представлена на фиг.2.

Устройство содержит первый 6 и второй 9 коммутаторы, подключенные первыми входами к клемме «Вход РЧ», трансформатор тока 3, включенный первичной обмоткой между выходом второго коммутатора и вторым входом первого коммутатора, согласующий контур 2, включенный между первым выходом первого коммутатора и клеммой «Выход РЧ», калибровочный резистор 8, подключенный к второму выходу первого коммутатора, синтезатор частот 5, широкополосный усилитель 1, подключенный входом и выходом соответственно к аналоговому выходу синтезатора и второму входу второго коммутатора, двухканальное измерительное устройство 4, подключенное входом синхронизации и гетеродинным входом соответственно к импульсному и цифровому выходам синтезатора, сдвоенный аттенюатор 10, подключенный сигнальными входами и выходами соответственно к выходу второго коммутатора, выходу трансформатора тока и входам измерительного устройства, и микроконтроллер 7, подключенный портами последовательного и параллельного интерфейсов соответственно к клемме «ДУ», к цифровым выходам измерительного устройства и портам и входам управления синтезатора, первого и второго коммутаторов, согласующего контура и сдвоенного аттенюатора.

Через клемму «Вход РЧ» устройство подключается к входу усилителя мощности радиопередатчика, а через клемму «Выход РЧ» - к входу антенно-фидерного тракта.

Настроечный сигнал, представляющий собой немодулированное колебание с частотой, равной заданной рабочей частоте радиопередатчика, подается в антенно-фидерный тракт или на калибровочный резистор 8 с выхода второго коммутатора 9 через трансформатор тока 3, первый коммутатор 6 и согласующий контур 2.

В отсутствии мешающих сигналов соседних радиопередатчиков настроечный сигнал относительно малого уровня подается на второй коммутатор 9 с выхода широкополосного усилителя 1. При этом выход второго коммутатора 9 и выход трансформатора тока 3 подключены к входам измерительного устройства 4 непосредственно, т.е. в обход сдвоенного аттенюатора 10.

При воздействий мешающих сигналов соседних радиопередатчиков настроечный сигнал снимается с выхода усилителя мощности, а сигналы на входы измерительного устройства 4 подаются через сдвоенный аттенюатор. Допустимый уровень наведенных в антенне сигналов соседних радиопередатчиков определяется коэффициентом деления в каналах сдвоенного аттенюатора 10 и уровнем настроечного сигнала. Так, например, допустимый уровень мешающих сигналов может достигать 50 В при мощности настроечного сигнала в 50 Вт и коэффициенте деления в каналах аттенюатора 10 в 50 единиц.

Элементы согласующего контура выбираются из трех магазинов индуктивностей и двух магазинов емкостей и включаются по схеме фильтра нижних частот Чебышева, в котором три индуктивности включены последовательно между входом и выходом устройства, а емкости включены шунтами после первой и второй индуктивностями.

Необходимый набор реактивностей определяется по результатам измерения импеданса антенны с использованием формул

, ,

, ,

, ,

, ,

,

, .

В формулах использованы обозначения:

K_б - наименьшее значение коэффициента бегущей волны антенны в диапазоне рабочих частот;

f_р - рабочая частота;

R₀ - согласованная нагрузка;

R_Ц - координата центра окружности значений комплексных сопротивлений для заданного K_б;

X_Ц - реактивная компонента комплексного сопротивления при заданном К_б и активной компоненте R_Ц;

R_a, X _a - компоненты входного комплексного сопротивления антенны;

L_i, C_i - дискреты соответствующих магазинов реактивностей.

Набор реактивностей, полученный в результате указанных вычислений, обеспечивает:

- на клеммах «Вход РЧ» - значение K_б, близкое к единице, при K _б антенны, значительно меньшем единицы;

- на клеммах «Выход РЧ» - ослабление гармоник рабочей частоты, начиная с третьей, не менее, чем на 60 дБ.

Таким образом поставленные задачи в предлагаемом устройстве выполняются.

Источник информации - Патент 2309491.

Антенно-согласующее устройство, содержащее согласующий контур с изменяемым набором реактивностей, подключенный выходом к клемме «Выход РЧ», первый коммутатор, подключенный первым входом к клемме «Вход РЧ» и подключенный первым выходом к входу согласующего контура, калибровочный резистор, подключенный ко второму выходу первого коммутатора, трансформатор тока, подключенный первым выводом первичной обмотки ко второму входу первого коммутатора, синтезатор частот, широкополосный усилитель, подключенный входом к аналоговому выходу синтезатора, двухканальное измерительное устройство, образованное последовательно включенными между аналоговыми входами и цифровыми выходами каналов фильтрами нижних частот, преобразователями «аналог-цифра», цифровыми частотными конверторами, цифровыми фильтрами и оперативными запоминающими устройствами и подключенное входом синхронизации и гетеродинным цифровым входом соответственно к импульсному и цифровому выходам синтезатора, и микроконтроллер, подключенный портами последовательного и параллельного интерфейсов соответственно к клеммам «ДУ», к цифровым выходам измерительного устройства и портам управления синтезатора, первого коммутатора и согласующего контура, отличающееся тем, что в него введены второй коммутатор, подключенный сигнальными входами, сигнальным выходом и входами управления соответственно к клемме «Вход РЧ», к выходу широкополосного усилителя, ко второму выводу первичной обмотки трансформатора тока и к порту параллельного интерфейса микроконтроллера, и сдвоенный управляемый аттенюатор, подключенный сигнальными входами, сигнальными выходами и входами управления соответственно к выходу второго коммутатора, выходу трансформатора тока, аналоговым входам измерительного устройства и порту параллельного интерфейса микроконтроллера, а элементы согласующего контура устройства выбираются из пяти магазинов реактивностей и включаются между входом и выходом контура по схеме пятизвенного фильтра нижних частот Чебышева.