СВЕРХРЕГЕНЕРАТИВНЫЙ ПРИЕМОПЕРЕДАТЧИК С СОВМЕЩЕНИЕМ ЧАСТОТ ПРИЕМА И ПЕРЕДАЧИ

Полезная модель относится к радиотехнике, в частности к радиолокации и может быть использовано в аэрологических радиозондах и метеорологических ракетах для измерения дальности.
Известен сверхрегенеративный приемопередатчик с отдельным генератором вспомогательных колебаний, служащий для приема запросных импульсов и передачи ответных (см. В.И.Ермаков и др. "Системы зондирования атмосферы", Гидрометеоиздат, 1977, с.247-249).
Недостатками его являются: большие массо-габаритные характеристики, влияние СВЧ поля передатчика на работу остальных узлов радиозонда, наличие скоростной ошибки по дальности.
Известен также сверхрегенеративный приемопередатчик, содержащий последовательно соединенные генератор суперирующих импульсов, конденсатор, автогенератор, антенну, блок стабилизации среднего тока, источник питания с соответствующими соединениями (см. А.С. СССР №1106262).
Недостатком его является значительное и нерегулируемое смещение частоты приема относительно частоты излучения, что существенно снижает эксплуатационные параметры радиотехнической системы в целом и не позволяет полностью использовать потенциальные возможности сверхрегенеративного приемопередатчика, также низкий КПД.
Известен сверхрегенеративный приемопередатчик, содержащий генератор суперирующих импульсов, автогенератор, антенну, источник питания, конденсатор и блок стабилизации среднего тока, выход генератора суперирующих импульсов через конденсатор подключен к первому входу автогенератора, к выходу автогенератора подключена антенна, первый выход источника питания соединен со входом генератора суперирующих импульсов, второй выход - с входом блока стабилизации среднего тока, выходы которого соединены соответственно
с вторым и третьим входами автогенератора, причем автогенератор выполнен по двухрезонаторной схеме и содержит транзистор, первый и второй резонаторы, первый и второй дроссели и индуктивность, причем первый резонатор включен между индуктивностью и коллектором транзистора, второй - между индуктивностью и эмиттером, коллектор транзистора через первый дроссель соединен со вторым входом автогенератора, эмиттер через второй дроссель и третий вход соединен с общими выводами генератора суперирующего напряжения, блока стабилизации среднего тока и источника питания, индуктивность включена между общей точкой резонаторов и базой транзистора, а общая точка резонаторов и индуктивности соединена через конденсатор с выходом генератора суперирующих импульсов, антенна приемопередатчика соединена с одним из выводов первого резонатора и является входом/выходом устройства, см. Патент РФ №2172965.
Недостатком этого устройства является связанность регулировок по частоте и фазе, т.е. если регулируется частота, то регулируется и фаза и наоборот, а в практике желательно и даже необходимо иметь независимые регулировки по частоте и фазе.
Известно техническое решение, см. заявку №2004107699, в котором предложен сверхрегенеративный приемопередатчик, содержащий генератор суперирующих импульсов, автогенератор, антенну, источник питания, конденсатор и блок стабилизации среднего тока, выход генератора суперирующих импульсов через конденсатор подключен к первому входу автогенератора, к выходу автогенератора подключена антенна, первый выход источника питания соединен со входом генератора суперирующих импульсов, второй выход - с входом блока стабилизации среднего тока, выходы которого соединены соответственно с вторым и третьим входами автогенератора; автогенератор выполнен по двухрезонаторной схеме и содержит транзистор, первый и второй резонаторы, первый и второй дроссели и индуктивность, причем первый резонатор включен между индуктивностью и коллектором транзистора, второй - между индуктивностью и эмиттером, коллектор транзистора через первый дроссель соединен со вторым
входом автогенератора, эмиттер через второй дроссель и третий вход соединен с общими выводами генератора суперирующего напряжения, блока стабилизации среднего тока и источника питания, индуктивность включена между общей точкой резонаторов, конденсатора и базой транзистора - ПРОТОТИП.
Недостатком прототипа (при всех его положительных достоинствах) является то, что частота приема отличается от частоты излучения и иногда довольно значительно особенно при t°C от минус 60 до + 60°С, а это влияет на качество передачи телеинформации.
Технической задачей является повышение достоверности передачи телеинформации за счет автоматического совмещения частот приема и передачи.
С этой целью предлагается сверхрегенеративный приемопередатчик с совмещением частот приема и передачи, содержащий автогенератор на СВЧ-транзисторе, включенном по схеме с общей базой, причем режим автогенерации обеспечивается следующими элементами и их включением: источник питания через RC-фильтр и третий λ/4 МПЛ-отрезок последовательно соединен с коллектором СВЧ-транзистора, который также соединен с пятым МПЛ-отрезком, второй конец этого МПЛ-отрезка - свободный, а приблизительно средина этого МПЛ-отрезка является выходом автогенератора и соединена с антенной; вход управления автогенератора соединен: с блокировочным конденсатором и через первый λ/4 МПЛ-отрезок - дроссель - с базой СВЧ-транзистора и с четвертым МПЛ-отрезком, второй конец которого - свободный, второй конец блокировочного конденсатора соединен с нулем источника питания; эмиттер СВЧ-транзистора соединен через второй λ/4 МПЛ-отрезок -дроссель с блокировочной цепочкой, состоящей из параллельно соединенными резистора и конденсатора, вторые концы которых соединены с нулем вольт источника питания, отличающийся тем, что в него введены операционный усилитель в прямом включении с масштабирующими резисторами и регулировочным резистором, варикап, шестой МПЛ-отрезок, седьмой λ/4 МПЛ-отрезок - дроссель и высокочастотный конденсатор со следующими соединениями: общая точка резистора и конденсатора в эмиттерной цепи СВЧ-транзистора соединена
с входом масштабирующего операционного усилителя, выход которого через высокочастотный разделительный конденсатор соединен с нулевой шиной источника питания и соединен с анодом варикапа, катод которого соединен с отводом шестого МПЛ-отрезка, последний одним концом соединен с эмиттером СВЧ-транзистора, а второй конец - свободный; точка отвода шестого МПЛ-отрезка выбирается в процессе настройки эмпирическим путем.
Собственно АГ выполнен на СВЧ-транзисторе VT со следующими соединениями: плюс источника питания Епит через последовательно соединенные λ/4 дроссель W3 и RC фильтр на резисторе R2 и конденсаторах С1, С2 соединен с коллектором VT, который также соединен с МПЛ- отрезком W5, второй конец которого свободный, а приблизительно средина этого отрезка является выходом АГ и соединена с антенной А радиозонда; вход запуска АГ соединен с блокировочным конденсатором С5 и через λ/4 дроссель W1 с базой VT и с МПЛ-отрезком W4, второй конец которого свободный, второй конец конденсатора С5 соединен с нулем источника питания; эмиттер VT соединен через λ/4 дроссель W2 с блокировочной цепочкой, состоящей из параллельно соединенных резистора R1 и конденсатора С3, вторые концы которых соединены с нулем вольт источника питания Е пит, одновременно выход операционного усилителя через варикап соединен с отводом МПЛ-отрезка W6, который одним концом соединен с эмиттером СВЧ-транзистора, а второй конец которого - свободный; общая точка МПЛ дросселя W2 и цепочки R1, С3 через резистор R4 подключена к прямому входу ОУ, включенном в режиме масштабного усилителя, выход ОУ через λ/4 МПЛ - отрезок - дроссель W7 соединен с отводом МПЛ-отрезка W6 и через ВЧ - конденсатор С4 с нулевой шиной источника питания.
Указанные узлы принципиальной электрической схемы могут быть выполнены на следующих электрорадиоэлементах: VT - СВЧ-транзистор типа 2Т975А (Мощные полупроводниковые приборы, транзисторы. Справочник, под ред. А.В.Голомедова, М, Р и С, 1985, стр.503; конденсаторы С1-С5 безвыводные, типа К 10-47 «В» (Справочная книга радиолюбителя-конструктора, под ред. П.И.Чистякова, М, Р и С, 1990, стр.403); МПЛ-отрезки и дроссели на микрополосковых
линиях, (Справочник по элементам полосковой техники, под ред. А.Л.Фильдштейна, М, Связь, 1979, стр.20); резисторы типа Р1-12 (Справочная книга радиолюбителя-конструктора, под ред. П.И.Чистякова, М, Р и С, 1990, стр.381); варикап VD типа Д901Б (Справочник «Полупроводниковые приборы, диоды высокочастотные и др.», под ред. А.В.Голомедова, М, Р и С, 1989, стр.109-115); операционный усилитель ОУ типа 140УД17 (Справочник «Интегральные микросхемы», издательское предпрятиеРадио СОФТ, М, 2001, стр.431-432).
На фиг. приведена электрическая схема автогенератора (АГ) сверхрегенеративного приемопередатчика (СРПП), на которых изображено: W1-W3 и W7-четвертьволновые МПЛ-отрезки-дроссели, W4-W6 - разомкнутые МПЛ-отрезки, R1 - защитный резистор от бросков тока, R2, С1 и С2 - фильтр от помех по питанию, С3 - блокировочный конденсатор, С4 - высокочастотный конденсатор, С5 - частотозадающий конденсатор, R3-R6 - резисторы, определяющие коэффициент передачи операционного усилителя ОУ, VT - СВЧ-транзистор, VD - варикап, ОУ - операционный усилитель, шины питания Е пит и нулевая шина.
Собственно работа СРПП начинается с настройки СВЧ-автогенератора (СВЧ-АГ), которая осуществляется на стандартном лабораторном стенде с волновым сопротивлением 500м. Необходимые измерительные приборы подключаются с помощью калиброванного направленного ответвителя (НО). Для упрощения процедуры окончательной настройки СРПП при работе на антенну, СВЧ-АГ подключают к конкретному радиоблоку с которым осуществляется его предварительная настройка. Напряжение питания цепи коллектора VT, измеренное непосредственно между выводом коллектора транзистора и общим проводником (шиной) должно быть в пределах 15-16В.
Основными выходными параметрами, контролируемыми при настройке СРПП являются:
1. частота излучения СРПП;
2. выходная мощность;
3. чувствительность к запросному сигналу;
4. совмещение частот приема и излучения.
Принципиально для нормального функционирования СРПП необходимо подобрать длины МПЛ W4, W5, W6 при которых достигается оптимальное соотношение активной нагрузки и величины обратной связи в СВЧ-АГЗ необходимые для осуществления сверхрегенеративного режима работы СРПП на рабочей частоте. Дополнительная регулировка постоянной времени в цепи питания базы СВЧ-транзистора VT обеспечивает необходимую стабильность работы СРПП в режиме высокой чувствительности.
Рабочая частота СВЧ-АГ определяется длиной МПЛ W4, W5, W6. Увеличение длины любой МПЛ приводит к монотонному уменьшению частоты излучения. Однако изменение длины любой МПЛ приводит одновременно к изменению величины обратной связи в СВЧ-АГ и активной нагрузки. Поэтому процесс настройки имеет итерационный характер. Предварительно необходимо установить длину резонаторов путем прорезания регулировочных площадок согласно данным, полученным при испытаниях первых контрольных СРПП №1-5.
Величина нагрузки СВЧ-АГ определяется местом подключения выхода СВЧ к МПЛ в цепи коллектора W6. Смещение места включения выхода СВЧ к разомкнутому концу МПЛ приводит к увеличению нагрузки СВЧ-АГ, и как правило, к увеличению выходной мощности, снижению чувствительности СРПП и наоборот. Наиболее существенно влияние на работу СРПП МПЛ W4, включенной в цепи базы, поскольку она в значительной степени определяет величину обратной связи в СВЧ-АГ. Увеличение ее длины l при условии l<λ/4 приводит к увеличению коэффициента обратной связи, повышению чувствительности.
МПЛ W6 в цепи эмиттера влияет на величину обратной связи, смещение частоты приема относительно частоты излучения.
Частота приема СРПП определяется параметрами СВЧ-транзистора VT и эквивалентными длинами резонаторов W4, W5, W6 и слабо зависит от напряжения питания. Частота излучения кроме того зависит от амплитуды импульсного тока коллектора СВЧ-танзистора VT. Чем больше амплитуда тока, тем ниже частота излучения по отношению к частоте приема. Поэтому при увеличении
сопротивления резистора в цепи базы, включенного последовательно с шиной запуска (на фиг. условно не показан), или R1 цепи эмиттера снижается амплитуда тока коллектора и возрастает частота излучения по отношению к частоте приема.
Известно, что увеличение емкости конденсатора С5 в цепи базы приводит к повышению устойчивости работы СРПП в сверхрегенеративном режиме, но снижает уровень вторичной ответной реакции. Однако уменьшение величины сопротивления резисторов в цепи базы и R1 в цепи эмиттера способствует повышению чувствительности СРПП. Эти зависимости можно использовать для регулировки совмещения частот приема и передачи. Следует подчеркнуть, что в режиме совпадения частот приема и передачи СРПП работает наиболее устойчиво в условиях эксплуатации, поскольку нет избыточности в чувствительности прибора, которая получается при значительном (более 5МГц) смещении частоты приема относительно частоты излучения.
Включение варикапа по указанной схеме влияет на частоту излучения следующим образом. Емкость варикапа входит в колебательный контур АГ, определяя его частоту. Так при увеличении тока через резистор R1 и при включении варикапа VD непосредственно к эмиттеру VT коэффициент включения варикапа VD максимален, а частота АГ минимальна. Естественно, что при включении варикапа VD в промежуточном значении между максимумом и минимумом (определяется выбором отвода МПЛ-отрезка W6) всегда найдется точка включения, при которой частоты приема и передачи будут максимально приближены между собой. Эта точка включения определяется в процессе настройки и остается включенной в эксплуатации. Следует заметить, что совмещение частот приема и передачи позволяет с высокой точностью измерить: наклонную дальность до АРЗ, координаты АРЗ (углы азимута и места и высоту), следовательно повысить точность передачи метеопараметров, собственно для чего и запускаются радиозонды.