АНТЕННО-СОГЛАСУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО

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.
p
on
on
on
p
p
вых
a
а
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 f. Частота сигнала на втором выходе синтезатора частот f несколько выше максимальной частоты диапазона рабочих частот. Преобразователями «аналог-код» 4 и 12 с частотой f 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, 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-Δf, поступающими на вторые входы конверторов с цифрового выхода синтезатора. В результате этого тестовому сигналу с частотой f на выходе конвертора будет соответствовать сигналы с частотой Δf, 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 f не превышает 100Δf. 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 R и реактивной Х составляющих комплексного входного сопротивления антенно-фидерного тракта по формулам
Здесь:
K
R - сопротивление калибровочного резистора;
K
К
U, U, I, I - значения максимальных выборок в массивах, соответствующих напряжениям и токам на входе согласующего контура и на калибровочном резисторе;
1
I - значения выборки, соответствующей току на входе согласующего контура, совпадающей с выборкой, соответствующей напряжению, значение которой минимально отличается от предыдущего.  и больше
a
а
Полученные значения R и Х 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