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 существенное сокращение времени настройки.

Антенно-согласующее устройство содержит согласующий контур, образуемый длинной линией с управляемой электрической длиной и магазином конденсаторов, шунтирующих вход длинной линии, коммутатор, подключенный выходом к входу согласующего контура, аттенюатор, подключенный входом к первому входу коммутатора, измерительный резистор, включенный между выходом аттенюатора и вторым входом коммутатора, синтезатор частот и микроконтроллер, подключенный выходом первого порта параллельного интерфейса к соответствующим управляющим входам коммутатора и согласующего контура, а выходами второго порта последовательного интерфейса, подключенный к входам порта управления синтезатора частот, в котором РЧ входом и РЧ выходом являются соответственно первый вход коммутатора и

выход согласующего контура, а портом дистанционного управления является первый порт последовательного интерфейса микроконтроллера, в него введены первый и второй дифференциальные усилители, подключенные входами соответственно к выходу аттенюатора и второму входу коммутатора, первый и второй преобразователи «аналог-цифра», подключенные аналоговыми входами соответственно к выходам дифференциальных усилителей, а входами синхронизации подключенные к выходу синтезатора частот, первое и второе оперативные запоминающие устройства, подключенные цифровыми входами соответственно к цифровым выходам преобразователей «аналог-цифра», а цифровыми выходами подключенные к входам второго порта параллельного интерфейса микроконтроллера, синтезатор частот, подключенный выходом к входам синхронизации преобразователей «аналог-цифра», а портом управления подключенный к второму порту последовательного 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.

Одним из возможных путей компенсации отклонений входного импеданса антенны от требуемых значений является [1, 2] изменение длины длинной линии, включаемой между выходом усилителя мощности и входом антенны, и величины емкости, шунтирующей вход этой линии. При этом процедура определения необходимых значений длины линии и шунтирующей емкости осуществляется микроконтроллером по показаниям датчиков, работающих на промежуточной частоте f np. Используемая в устройстве [1] схема, обеспечивающая автоматическое согласование антенны, приведена на фиг.1.

Собственно антенно-согласующее устройство в этой схеме содержит согласующий контур 5, образуемый длинной линией с дискретно изменяемой длиной и магазином конденсаторов, шунтирующих ее вход, первый 4 и второй 6 коммутаторы, измерительный 2 и калибровочный 7

резисторы, входной 1 и выходной 3 буферные каскады РЧ, причем вход согласующего контура 5 через первый коммутатор 4 подключается или к первому входу РЧ устройства или одновременно к первому выходу РЧ через выходной буферный каскад 3 и к второму входу РЧ через измерительный резистор 2 и входной буферный каскад РЧ 1, выход согласующего контура 5 через второй коммутатор 6 подключается или к второму выходу РЧ устройства или к калибровочному резистору 7, а управляющие входы коммутаторов и согласующего контура подключены к входам порта параллельного интерфейса дистанционного управления устройства.

Через первый вход РЧ, подключенный к выходу усилителя мощности 14, и второй выход РЧ, подключенный к антенне, осуществляется работа с настроенным антенно-согласующим устройством.

Для настройки антенно-согласующего устройства к его второму входу РЧ подключается выход передающего тракта возбудителя 8, включающего модулятор и преобразователь частоты , а к его первому выходу РЧ подключается приемный тракт возбудителя 10, представляющий собой преобразователь частоты (). Оба тракта возбудителя работают от одних и тех же гетеродинов синтезатора 9. В устройстве управления выходной сигнал модулятора передающего тракта и выходной сигнал приемного тракта через схему компенсации фазовых и амплитудных отклонений 11 (указанные отклонения обусловлены свойствами трактов)

поступают на блок датчиков 12, на выходах которого выделяется информация об уровнях падающей и отраженной мощностях и величине активной проводимости на входе согласующего контура 5. В соответствии с информацией об указанных параметрах, поступающей из блока датчиков 12, и информацией о взаимной фазе анализируемых сигналов, поступающей из схемы компенсации 11, микроконтроллер 13 производит соответствующие переключения в согласующем контуре.

Настройка согласующего устройства на заданную рабочую частоту fp производится в следующей последовательности.

Вначале при отключенных элементах настройки согласующего контура 5 в РЧ тракт вместо антенны включается калибровочный резистор 7. С выхода передающего тракта возбудителя 8 на входной буферный каскад 1 подается тестовый сигнал, представляющий собой немодулированное колебание с частотой fp, образованный из сигнала модулятора, имеющего частоту fnp.

С помощью управляемых микроконтроллером 13 дискретных фазовращателя и аттенюатора схемы компенсации 11 устанавливаются минимально возможные разности фаз и амплитуд сигнала модулятора передающего тракта 8 и выходного сигнала приемного тракта 10. Полученные в результате состояния фазовращателя и аттенюатора сохраняются в течение всего времени настройки.

Далее в отсутствии тестового сигнала коммутатором 6 осуществляется переключение выхода согласующего контура 5 с калибровочного резистора 7 на антенну. Вновь включается тестовый сигнал и через интервал времени Туст, достаточный для установления уровня тестового сигнала и показаний датчиков, микроконтроллером 13 производится отсчет показаний датчика фазы схемы компенсации 11, датчиков активной проводимости, падающей и отраженной мощностей блока датчиков 12.

Если отношение разности показаний датчиков падающей Uпад и отраженной Uотр мощностей к их сумме не меньше заданной величины, т.е., настройку проводить не требуется.

При К б<С оцениваются показания датчика фазы и датчика активной проводимости. Если эти показания положительны, путем комбинирования дискрет магазина конденсаторов производится набор величины емкости, при которой выполняется неравенство . Если хотя бы одно из указанных показаний отрицательно, путем комбинирования дискрет длинной линии производиться набор длины линии, при которой эти показания одновременно становятся положительными. После этого производится набор величины емкости, обеспечивающей выполнение неравенства .

При проведении настройки опрос датчиков производится спустя интервал времени Туст после каждого переключения дискрет длинной линии или магазина конденсаторов.

В устройстве [2] в блок датчиков 12 подаются сигналы с выходов двухканального смесителя 16, подключенных входами соответственно к второму входу и первому выходу РЧ антенно-согласующего устройства и работающего от синтезатора частот 15 с выходной частотой (f p+fnp). Частота сигналов на выходах двухканального смесителя равна fnp.

Прототипом предлагаемого устройства является устройство, включающее в себя представленные на фиг.1 антенно-согласующее устройство, двухканальный приемный тракт и устройство управления.

Недостатком прототипа является большое время настройки в связи с последовательным (поочередным) набором малыми приращениями необходимых значений длины линии и шунтирующей емкости в согласующем контуре.

Указанный недостаток становиться существенным в радиолиниях с быстрым изменением рабочей частоты во время сеанса связи.

Задачей полезной модели является существенное сокращение времени настройки.

Для этого в антенно-согласующее устройство, содержащее согласующий контур, образуемый длинной линией с управляемой электрической длиной и магазином конденсаторов, шунтирующих вход

длинной линии, коммутатор, подключенный выходом к входу длинной линии, аттенюатор, подключенный к первому входу коммутатора, измерительный резистор, включенный между выходом аттенюатора и вторым входом коммутатора, синтезатор частот и микроконтроллер, подключенный выходами первого порта параллельного интерфейса к соответствующим управляющим входам коммутатора и согласующего контура, а выходами второго порта последовательного интерфейса подключенный к входам порта управления синтезатора частот, в котором первый вход коммутатора и выход согласующего контура являются соответственно РЧ входом и РЧ выходом устройства, а первый порт последовательного интерфейса микроконтроллера является портом дистанционного управления устройства, введены первый и второй дифференциальные усилители, подключенные входами соответственно к выходу аттенюатора и второму входу коммутатора, первый и второй преобразователи «аналог-цифра», подключенные аналоговыми входами соответственно к выходам дифференциальных усилителей, а входами синхронизации подключенные к выходу синтезатора частот, первое и второе оперативные запоминающие устройства, подключенные цифровыми входами преобразователей «аналог-цифра», а цифровыми выходами подключенные к входам второго порта параллельного интерфейса микроконтроллера.

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

Структурная схема предлагаемого устройства изображена на фиг.2.

Устройство содержит согласующий контур 12, образуемый длинной линией с управляемой электрической длиной и магазином конденсаторов, шунтирующих вход длинной линии, коммутатор 10, подключенный выходом к входу согласующего контура, аттенюатор 1, подключенный входом к первому входу коммутатора, измерительный резистор 6, включенный между выходом аттенюатора и вторым входом коммутатора, первый 2 и второй 7 дифференциальные усилители, подключенные входами соответственно к выходу аттенюатора и второму входу коммутатора, первый 3 и второй 8 преобразователи «аналог-цифра», подключенные аналоговыми входами соответственно к выходам дифференциальных усилителей, первое 4 и второе 9 оперативные запоминающие устройства, подключенные цифровыми входами соответственно к цифровым выходам преобразователей «аналог-цифра», и микроконтроллер 5, подключенный выходами первого порта параллельного интерфейса к соответствующим управляющим входам коммутатора и согласующего контура, входами второго порта параллельного интерфейса подключенный к цифровым выходам оперативных запоминающих устройств, а вторым портом

последовательного интерфейса подключенный к порту управления синтезатора, причем первый вход коммутатора и выход согласующего контура являются соответственно РЧ входом и РЧ выходом устройства, а первый порт последовательного интерфейса микроконтроллера является портом дистанционного управления устройства.

В предлагаемом устройстве возможно использование больших интегральных схем, аналогичных БИС фирмы Analog Devices AD9854 (синтезатор частот), AD8332 (двухканальный дифференциальный усилитель), AD9238 (двухканальный быстродействующий преобразователь «аналог-цифра»), БИС фирмы Integrated Device Technology IDT72V283 (быстродействующее оперативное запоминающее устройство), и БИС фирмы Renesas Technology HD64F2633TE (микроконтроллер) [2, 3].

Для настройки устройства на заданную рабочую частоту fp вначале вход антенны путем соответствующих коммутаций в согласующем контуре 12 и коммутаторе 10 подключается к РЧ входу устройства через измерительный резистор 6 и аттенюатор 1.

На РЧ вход устройства подается тестовый сигнал в виде немодулированного колебания с частотой f p и с помощью дифференциальных усилителей 2 и 7 и преобразователей «аналог-цифра» 3 и 8 производиться одновременный отсчет мгновенных значений сигналов пропорциональных мгновенным значениям тестового сигнала на входе аттенюатора 1 и втором входе коммутатора 10. Отсчеты производиться с

частотой , задаваемой синтезатором 11, в течение N интервалов времени . Отсчеты запоминаются соответственно в оперативных запоминающих устройствах 4 и 9 и в ходе выполнения алгоритма настройки используются в микроконтроллере 5 для определения следующих численных характеристик:

1. Uon, Ua - средние по N значения максимальных на интервалах Тизм разностей {uon-Ua ) и (ua-Uсм)-, где Uсм - смещение на выходах дифференциальных усилителей 2 и 7, a uon и u а - отсчеты тестового сигнала соответственно на выходе аттенюатора 1 и втором входе коммутатора 10;

2. U рез - среднее по N значение максимальной на интервалах Тизм разности одновременных отсчетов (u on-ua);

3. U omp - среднее по N значение максимальной на интервалах Тизм разности одновременных отсчетов (2u a-Uon-Uсм);

4. - значение коэффициента бегущей волны К б антенны;

5. - таблица значений активной составляющей Rл(i) входного сопротивления длинной линии при

различной электрической длине (i=0,1...100-i) и R0 - волновое сопротивление длинной линии);

6. - таблица значении реактивной составляющей X л(i) входного сопротивления длинной линии;

7. cos1 - среднее по N значение отношения , в котором фигурирует разность одновременных отсчетов и ua max - максимальные на интервалах Т изм отсчеты;

8. sin1 - среднее по N значение отношения , в котором фигурирует разность одновременных отсчетов и uа кв - отсчеты взятые со сдвигом по времени относительно отсчета ua max на интервал ;

9 - значение активной составляющей Ra входного сопротивления антенны (Rизм=R 0 - сопротивление измерительного резистора);

10. - значение реактивной составляющей ха входного сопротивления антенны;

11. - значение активной составляющей Ra сопротивления входе подключенной к антенне длинной линии, при котором обеспечивается согласование с помощью шунтирующих конденсаторов;

12. - значение реактивной составляющей Хл >0 сопротивления на входе подключенной к антенне длинной линии, при котором обеспечивается согласование;

13. - значение реактивного сопротивления х с шунтирующих конденсаторов, при котором обеспечивается согласование.

Далее по таблицам п.п.5 и 6 определяются значения i=I1, i=I2 при которых выполняются следующие условия:

Если I1<I 2, то электрическая длина линии, обеспечивающая согласование, равна Если I1>I2 , необходимая электрическая длина равна

Физическая длина l линии, обеспечивающая согласование, определяется по формулам:

L0, Co - погонные индуктивность и емкость линии;

l m - длина m-ой дискреты линии.

Величина емкости, шунтирующей вход длинной линии, определяется по формуле где Cm - емкость m-ой дискреты магазина емкостей.

Определенные в результате приведенных расчетов наборы дискрет длинной линии и шунтирующих конденсаторов включаются одновременно. По этому время настройки Тнастр предлагаемого устройства на заданную рабочую частоту определяется как где:

Туст - время установления уровня тестирующего сигнала, которое, практически находиться в пределах 10-20 мс;

NTизм - время набора массива отсчетов, которое не превышает 20 мс;

Т выч - время вычислений, составляющее 2-3 мс;

Т перекл - время переключений дискрет, не превышающее 20 мс.

Время настройки прототипа определяется как где:

N1 - количество переключений дискрет, находящееся в пределах 10-150.

Таким образом, предлагаемое устройство позволяет существенно сократить время настройки (с 0,4-6,0 сек. до 0,064 сек), что свидетельствует о достижении поставленной цели.

Источники информации

1. Руководство по эксплуатации РПДУ «Сердолик-КС», ТНИИР «Эфир», г.Тамбов, 1992 г.

2. Пояснительная записка к эскизному проекту РПДУ «Мочка», ТНИИР «Эфир» г.Тамбов, 2004 г.

3. AD8302 Data Sheets, Rev 0, Analog Devices Inc, 2002 г.

4. Mantenimiento DEL RF-580 H-MP, Harris, 2001 г.

Антенно-согласующее устройство, содержащее согласующий контур, образуемый длинной линией с управляемой электрической длиной и магазином конденсаторов, шунтирующих вход длинной линии, коммутатор, подключенный выходом к входу согласующего контура, аттенюатор, подключенный входом к первому входу коммутатора, измерительный резистор, включенный между выходом аттенюатора и вторым входом коммутатора, синтезатор частот и микроконтроллер, подключенный выходом первого порта параллельного интерфейса к соответствующим управляющим входам коммутатора и согласующего контура, а выходами второго порта последовательного интерфейса подключенный к входам порта управления синтезатора частот, в котором РЧ входом и РЧ выходом являются соответственно первый вход коммутатора и выход согласующего контура, а портом дистанционного управления является первый порт последовательного интерфейса микроконтроллера, отличающееся тем, что в него введены первый и второй дифференциальные усилители, подключенные входами соответственно к выходу аттенюатора и второму входу коммутатора, первый и второй преобразователи «аналог-цифра», подключенные аналоговыми входами соответственно к выходам дифференциальных усилителей, а входами синхронизации подключенные к выходу синтезатора частот, первое и второе оперативные запоминающие устройства, подключенные цифровыми входами соответственно к цифровым выходам преобразователей «аналог-цифра», а цифровыми выходами подключенные к входам второго порта параллельного интерфейса микроконтроллера, синтезатор частот, подключенный выходом к входам синхронизации преобразователей «аналог-цифра», а портом управления подключенный к второму порту последовательного интерфейса микроконтроллера.



 

Похожие патенты:

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.
Наверх