Устройство контроля мощности и КСВН СВЧ трактов передатчиков
POWER AND VSWR OF MICROWAVE TRANSMITTERS CIRCUITS CONTROL DEVICE

Изобретение относится к сверхвысокочастотной (СВЧ) технике и может быть использовано при контроле параметров СВЧ трактов различного назначения, в том числе СВЧ трактов передатчиков.
Мощность, передаваемая СВЧ трактами передатчиков и коэффициент стоячей волны трактов по напряжению (КСВН) являются важнейшими характеристиками передатчиков.
Мощность характеризует дальность передачи информации и конструкцию СВЧ трактов, КСВН - степень полезного их использования.
КСВН СВЧ трактов определяется соотношением падающей и отраженной волн. При согласованной нагрузке отраженная волна значительно меньше падающей, что достигается использованием согласующих резонансных вентилей, благодаря чему КСВН СВЧ трактов передатчиков обычно не превышает величины 1,2.
Однако, в процессе эксплуатации, со временем происходит старение внутренних покрытий волноводов, механический износ вращающихся переходов, волноводных переключателей и других элементов трактов, в связи с чем их КСВН увеличивается. Это может привести к выходу из строя резонансного вентиля, либо нагрузки (клистрона, ЛБВ и т.п.) и уменьшению передаваемой мощности. В связи с этим необходимо использовать устройство контроля мощности и КСВН СВЧ трактов с отключением передатчика при превышении КСВН допустимой (>1,2) величины.
Известны устройства контроля КСВН СВЧ трактов, содержащие СВЧ тракт, направленные ответвители падающей и отраженной волн, нагрузку, детекторные секции, измеритель отношений огибающих прямой и обратной волн.
Одним из них является устройство контроля КСВН СВЧ трактов, работающих на общую, несогласованную нагрузку [1], структурная схема которого приведена на фиг. 1.
Устройство содержит генератор качающейся частоты, первый переключатель, СВЧ тракт, направленный ответвитель падающей волны, последовательно соединенные с ним, первый и второй направленные ответвители отраженной волны, второй переключатель, первую детекторную секцию, измеритель отношений, сумматор, аттенюатор, фазовращатель, вторую детекторную секцию, третий и четвертый переключатели, осциллографический индикатор КСВН, генератор пилообразного напряжения, исследуемый четырехполюсник и произвольную несогласованную нагрузку.
Поскольку данное устройство предназначено для исследования КСВН СВЧ трактов, нагруженных на несогласованную нагрузку, оно имеет избыточный состав элементов, причем контроль КСВН осуществляется косвенно, с помощью расшифровки показаний осциллографа. Кроме того, в устройстве отсутствует возможность измерения мощности СВЧ тракта.
Наиболее близким к заявленному устройству является устройство контроля КСВН СВЧ трактов, принятого за прототип [2]. Структурная схема такого устройства приведена на фиг. 2.
Устройство содержит задающий генератор частоты (1), устройство стабилизации амплитудных колебаний задающего генератора (2), СВЧ тракт (3), последовательно соединенные направленный ответвитель падающей волны (4) и направленный ответвитель отраженной волны (5), согласованную нагрузку (6), генератор пилообразного напряжения (7), нагрузки направленных ответвителей (8) и (9), детекторы (детекторные секции) падающей и отраженной волн (10) и (11), измеритель отношений (12) и осциллографический индикатор КСВН (13).
Амплитуда колебаний генератора частоты (1) поддерживается постоянной с помощью устройства стабилизации амплитудных колебаний задающего генератора (2), управляемого напряжением на нагрузке детектора канала падающей волны (10). На вертикально отклоняющие пластины осциллографического индикатора КСВН (13) поступает сигнал от измерителя отношений (12), пропорциональный модуль коэффициента отражения, на горизонтально отклоняющие пластины подается пилообразное напряжение от генератора пилообразного напряжения (7), которым модулируется задающий генератор частоты (1). При линейной частотной модуляции на экране осциллографического индикатора КСВН (13) отражаются значения КСВН.
Недостатками устройства контроля КСВН СВЧ тракта, принятого за прототип, являются отсутствие отображения величины КСВН в виде, удобном для его оценки, отсутствие сигнала, отключающего передатчик в случае превышения КСВН допустимой величины, а также невозможность измерения мощности СВЧ тракта.
Целью изобретения является реализация контроля мощности, а также оперативного цифрового контроля КСВН СВЧ трактов передатчиков.
пад
отр
пад
отр
K
пц
Поставленная цель достигается введением в устройство контроля мощности и КСВН СВЧ трактов передатчиков делителей мощности падающей и отраженной СВЧ волн, причем делитель мощности падающей волны первым выводом соединен с выходом ответвителя падающей волны, вторым выводом с выводом контроля мощности СВЧ падающей волны, а третьим выводом со входом детекторной секции падающей волны, выходом соединенной с регулируемым резистором и выводом огибающей падающей волны; делитель мощности отраженной волны первым выводом соединен с выходом ответвителя отраженной волны, вторым выводом свыводом контроля мощности СВЧ отраженной волны, а третьим выводом со входом детекторной секции отраженной волны, выходом соединенной с регулируемым резистором и выводом огибающей отраженной волны; компаратора, сравнивающего амплитуды огибающих импульсов падающей и отраженной волн с уровнем пороговых сигналов, первым и вторым входами соединенного с выводами детекторных секций огибающих падающей (U) и отраженной (U) волн аналого-цифрового преобразователя (АЦП), преобразующего огибающие в цифровую форму, первым и вторым входами соединенного с выводами детекторных секций падающей (U) и отраженной (U) волн, программируемой логической интегральной схемы (ПЛИС), первым входом соединенной с выходом компаратора (U), вторым входом с первым выходом (U) АЦП, при этом ПЛИС первым выходом соединена с устройством отображения величины КСВН на ЖК экране, а вторым выходом с устройством отключения передатчика в случае превышения КСВН заданной величины.
Устройство контроля мощности и КСВН СВЧ трактов передатчиков представлено на Фиг. 3. Оно состоит из устройства ВЧ, которое содержит СВЧ тракт (3), первый (4) и второй (5) последовательно соединенные направленные ответвители падающей и отраженной волн соответственно, нагрузки ответвителей (8) и (9), делители мощности (14) и (15), с выводами для измерения мощности XW3 и XW4, детекторных секций (10) и (11) с подстроенными резисторами (16) и (17), и устройства обработки сигналов (УОС), включающее компаратор (18), аналого-цифровой преобразователь АЦП (19), программируемую логическую интегральную схему ПЛИС (20), устройство отображения (21) и устройство отключения передатчиков (22).
пад
отр
зат
Устройство работает следующим образом. Направленные ответвители падающей и отраженной волн (U, U) (4) и (5), ответвляют СВЧ мощность на делители мощности (14) и (15) в соответствии со своим коэффициентом затухания K, которая поступает на СВЧ выводы XW3 и XW4, при этом мощность СВЧ тракта определяется как
СВЧ
зат
Р=K⋅Q,
где Q - скважность СВЧ импульсов при условии высокого коэффициента направленности направленного ответвителя.
Величина КСВН СВЧ тракта определяется как
где
Эти вычисления реализуются в устройстве обработке сигналов (УОС) (фиг. 3), которое выдает их на устройство отображения и отключения передатчика в случае превышения КСВН заданной величины, например, 1,3.
Благодарю введению СВЧ выводов (XW3, XW4), к которым подключаются измерители поглощаемой мощности, например М3-56, позволяющие оценивать величину мощности в волноводных трактах передатчиков, при учете коэффициента затухания направленных ответвителей, наличию детекторных секций, включенных через делители мощности, компаратора, сравнивающих огибающие падающей и отраженной СВЧ волн, АЦП, преобразующего огибающие падающей и отраженной СВЧ волн в цифровую форму и, наконец, устройства программируемой логической интегральной схемы (ПЛИС), вырабатывающей сигналы на отображение величины КСВН на устройства отображения и отключения передатчика, реализуется возможность оперативного контроля мощности, а также КСВН передатчиков в процессе их эксплуатации.
Предлагаемое устройство позволяет осуществить контроль мощности и КСВН СВЧ трактов передатчиков с их отключением при превышении КСВН допустимого уровня в устройствах общего и специального назначения, в том числе в полевых условиях.
ЛИТЕРАТУРА
1. Крутов Е.П. Авторское свидетельство 1645913 SU. Устройство для измерения КСВН четырехполюсника. Бюллетень изобретений №16 от 30.04.1991 г.
2. Кукуш В.Д. Электрорадиоизмерения. М.: Радио и связь. 1985 с. 332-334.