КОММУТАТОР ПРИЕМ-ПЕРЕДАЧА

Коммутатор прием-передача (КПП) относится к электронным коммутаторам, и может быть применен в гидроакустических системах для коммутации режимов прием-передача.
Коммутатор прием-передача служит для предотвращения возможности выхода из строя входа приемника в момент излучения зондирующего импульса электроакустическим преобразователем.
пр
вх
Известен КПП [Л1 рис. 1.26], он применяется в гидроакустических системах тогда, когда один и тот же электроакустический преобразователь поочередно обеспечивает излучение и прием. Недостатком указанного КПП является низкий коэффициент передачи в режиме приема К, обусловлено это тем, что последовательно с входным сопротивлением приемника Rустановлен постоянный резистор R, и тогда
Величина резистора R должна быть много больше активной составляющей сопротивления электроакустического преобразователя и одновременно много меньше входного сопротивления приемника. Эти условия трудно выполнить, особенно для малошумящих приемников, входное сопротивление которых не может быть большим, а особенно, в малогабаритных устройствах, где применение трансформаторов на входе приемника невозможно.
Известны КПП [Л2]. КПП, представленный в [Л2 рис.3.2], обладает низким коэффициентом передачи в режиме приема вследствие включенных последовательно с входным сопротивлением приемника конденсатора и индуктивности, на реактивных сопротивлениях которых теряется часть полезного сигнала в приеме.
к
k
КПП, представленные в [Л2 рис.3.3], также обладают низким коэффициентом передачи в приеме вследствие потери части полезного сигнала на элементах компенсации С и L, через которые замыкается ток сигнала в режиме приема, и которые в приеме по существу являются паразитными элементами в схеме КПП.
Наиболее близким по совокупности признаков к предлагаемому КПП, является КПП, описанный в патенте [Л3], в котором выход передатчика через трансформатор и пару диодов подключен к электроакустическому преобразователю. Для приема коммутируются выключатели передатчика,
чтобы получить на клеммах первичной обмотки трансформатор нулевое полное сопротивление.
Ls
тр2
выкл
тр1
пр1
Описанный КПП имеет низкий коэффициент передачи в режиме приема кпр вследствие потери части полезного сигнала на сопротивлении индуктивности рассеяния Xи активном сопротивлении вторичной обмотки трансформатора К передатчика; на сопротивлениях двух выключателей передатчика К и активном сопротивлении первичной обмотки трансформатора R передатчика, умноженных на квадрат коэффициента трансформации N трансформатора передатчика, и на активном сопротивлении первичной обмотки R трансформатора приемника, и определяется как:
вx
где R - входное сопротивление приемника.
Отметим, что наличие трансформаторов на выходе передатчика и входе приемника необходимо для работы КПП, что увеличивает массогабаритные характеристики КПП, а также затруднено использование этого КПП при работе с малошумящим приемником, имеющим невысокое значение входного сопротивления.
Задачей изобретения является повышение коэффициента передачи КПП в режиме приема, а также упрощение схемы.
Для решения поставленной задачи в КПП, содержащий передатчик, выход которого соединен через пару диодов, включенных встречно-параллельно, с первым выводом электроакустического преобразователя, приемник, причем нулевые шины приемника и передатчика соединены с другим выводом электроакустического преобразователя, введены новые признаки, а именно, ключ, вход которого соединен с первым выводом электроакустического преобразователя, а выход с входом приемника.
Сущность предлагаемого изобретения представлена на фиг.1, где:
1 - передатчик;
2, 3 - диоды (пара);
4 - электроакустический преобразователь;
5 - ключ;
6 - приемник;
7 - общие шины приемника и передатчика.
КПП работает в двух режимах - режиме передачи и режиме приема.
В режиме передачи с выхода передатчика 1 импульсный сигнал через пару диодов 2 и 3 поступает на электроакустический преобразователь; при этом прямое внутреннее сопротивление проводящих диодов 2 и 3 мало, а падение напряжения на них не превышает 0,4 В...0,6 В; ключ 5 разомкнут. Сопротивление разомкнутого ключа 5 много больше входного сопротивления приемника 6, вследствие этого вход приемника не повреждается в режиме излучения.
кл
вх
В режиме приема внутреннее (прямое) сопротивление диодов 2 и 3 составляет сотни килоом, а напряжение полезного эхосигнала с выхода электроакустического преобразователя не превышает десятков милливольт, поэтому диоды 2 и 3 изолируют выход передатчика 1 от электроакустического преобразователя 4, при этом ключ 5 замкнут, и его сопротивление К много меньше входного сопротивления К приемника.
пр
Тогда коэффициент передачи К в режиме приема определяется как:
и будет стремиться к единице, т.е. максимальному значению.
вых.пер.
вых.пер
Р-П
Р-П
В режиме приема необходимо на выходе передатчика обеспечить, чтобы выходное напряжение U было близко к потенциалу общей шины передатчика, для того, чтобы диоды 2 и 3 были закрыты, т.е. U<0,5*U, где U - падение напряжения на открытом диоде, которое составляет от 0,4 до 0,6 В.
Это требование относится также к КПП-аналогам, описанным в [Л1] и [Л2] и прототипу, так как при этом исключается влияние цепей передатчика в режиме приема.
Так как потери полезного сигнала в заявляемом КПП происходят на сопротивлении только одного замкнутого ключа, то и коэффициент передачи предлагаемого КПП выше, чем у прототипа.
Также вследствие применения только пары диодов и одного ключа достигается упрощение схемы КПП и снижение массогабаритных характеристик в сравнении с прототипом.
Предлагаемый КПП подходит для работы с малошумящими приемниками, имеющими невысокое входное сопротивление, а также для интегрального или гибридного исполнения вследствие отсутствия моточных изделий и малых размеров.
При физической реализации КПП необходимо, чтобы диоды VD1, VD2 обеспечивали на частоте передачи (излучения) необходимый рабочий ток, а так как диоды включены встречно-параллельно, то требования к обратному пробивному напряжению несущественны.
При физической реализации КПП желательно, чтобы диоды имели низкое значение емкости и обратного тока на рабочей частоте с целью исключения влияния цепей передатчика в режиме приема.
При физической реализации КПП необходимо, чтобы ключ обеспечивал коммутацию переменного напряжения, равного напряжению на выходе передатчика, и имел сопротивление в разомкнутом состоянии много больше входного сопротивления приемника на рабочей частоте и имел сопротивление в замкнутом состоянии много меньше входного сопротивления приемника. На данном уровне развития техники этим требованиям полностью отвечают твердотельные оптоэлектронные реле переменного тока на основе МОП-транзисторов (например, типа КР 293 КП 3 Б
или 5П14.3Б, выпускаемые АО "Протон-оптоэлектроника"), причем существенным является то, что из цепей управления ключом в режиме приема на входной сигнал не наводится помеха, так как цепь управления опто-изолирована от сигнальных цепей. Отсутствие механических контактов в ключе повышает надежность схемы.
Отметим также и то, что, если ввести задержку на замыкание ключа в КПП после окончания импульса излучения, то исключается перегрузка приемника "послезвучанием" (нулевой помехой) электроакустического преобразователя.
Применение твердотельных (интегральных) оптоэлектронных реле на основе МОП-транзисторов в качестве ключа в КПП обусловлено низким значением сопротивления ключа в замкнутом состоянии, что составляет от долей ом до десятков ом, и высоким сопротивлением в разомкнутом состоянии, что составляет от десятков до тысяч мегаом, а также использование либо параллельного, либо последовательного включения нескольких оптоэлектронных реле позволяет варьировать сопротивлениями замкнутого/разомкнутого ключа и допустимым рабочим коммутируемым напряжением.
Повышение коэффициента передачи КПП в режиме приема позволяет работать с сигналами низкого уровня, что обеспечивает обнаружение целей гидроакустическими системами на больших дистанциях, так как простое увеличение коэффициента усиления приемника для компенсации потерь в КПП приводит к увеличению абсолютного уровня собственных шумов приемника и снижению динамического диапазона приемника по входному сигналу.