Устройство согласования антенны с усилителем мощности

Устройство согласования антенны с усилителем мощности
Полезная модель относится к радиотехнике может использоваться для осуществления согласования антенны (А) с усилителем мощности (УМ) по сопротивлению и коэффициенту стоячих волн (КСВ) путем изменения длины тракта прохождения сигнала.
Известно устройство согласования например, по патенту, №4196394 Устройство согласования линии с антенной, США, 1980г.
Основным недостатком такого устройства согласования является наличие сдвоенного конденсатора переменной емкости, который ограничивает скорость настройки согласующего устройства, имеет низкую надежность и чувствителен к вибрации.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемой полезной модели является антенное согласующее устройство, описанное в авторском свидетельстве .№1732429, СССР, 1992г., принятое за прототип.
На фигЛ приведена обобщенная структурная схема устройствапрототипа, где обозначено:
Р1 -PN - реле;
L1 - LN - основные катушки индуктивности;
D1 - DN - дополнительные катушки индуктивности;
С1 -C(N+1) - конденсаторы;
RH - нагрузочное сопротивление;
У1 - yN - селекторы управляющего сигнала;
ФИ - формирователь импульсов;
БУ - блок управления.
Устройство-прототип содержит последовательно соединенные согласованные основные катушки индуктивности L1-LN, дополнительные катушки индуктивности D1-DN, а также конденсаторы C1-CN, соединяющие
попарно начала соответственно первой основной катушки индуктивности L1 и первой дополнительной катушки индуктивности D1, образующие реактивные элементы антенного согласующего устройства. При этом L1-LN замыкаются при срабатывании реле P1-PN, управляемые селекторами управляющего сигнала Yl-YN, на которые через ФИ подаются управляющие импульсы с блока управления БУ. Концы N-ой основной и N-ой дополнительной катушек индуктивности соединены через конденсатор C(N+1) и подключены к нагрузочному сопротивлению RH.
Дискретные катушки индуктивности и конденсаторы имеют кроме основного параметра, ряд паразитных. Так, например, индуктивность обладает паразитной емкостью, которая приводит к появлению резонансных явлений на некоторых частотах, а конденсатор обладает паразитной индуктивностью. Монтаж дискретных элементов в устройстве согласования, также образует паразитные индуктивности и емкости, причем их величина меняется от одного изделия к другому. Наличие паразитных реактивных элементов не только ухудшает согласование, увеличивает температурную нестабильность, но и приводит к необходимости учитывать их в процессе согласования УМ с антенной. Однако, поскольку устройство согласования выполнено на реактивных элементах с сосредоточенными параметрами, новая их подстройка для компенсации паразитных реактивностей, невозможна и производится заменой дискретных элементов, что увеличивает стоимость устройства согласования. Конечный шаг подстройки устройства согласования на реактивных элементах с сосредоточенными параметрами обеспечивает согласование с конечным КСВ, определяемым числом звеньев с дискретными индуктивностями и емкостями. Поэтому, при разработке устройства согласования для стационарных объектов, параметры антенн которых имеют значительный разброс от объекта к объекту по объективным причинам (например, высота антенны и т.д.) неизбежным является индивидуальное проектирование устройства согласования с последующей подстройкой на объекте. Сложность подстройки обусловлена наличием
реактивных элементов с сосредоточеннымн нараметрами. Кроме того, высоковольтные высокочастотные индуктивности и конденсаторы имеют значительную стоимость, низкую надежность при воздействии ВЧ мощности.
Недостатком устройства-прототипа является применение реактивных элементов с сосредоточенными параметрами, выполненных в виде отдельных катушек индуктивности и конденсаторов. Наличие значительного количества элементов в формирователе импульсов ФИ и селекторов управляющего сигнала Yl-YN, находящихся под высокочастотным (ВЧ) напряжением, уменьшает общую надежность устройства. Из-за наличия дорогостоящих элементов, индивидуального проектирования и наличия индивидуальной подгонки параметров стоимость прототипа высока.
Авторами предлагается устройство согласования антенны с усилителем мощности, свободное от недостатков устройства-прототипа, согласующее усилитель мощности с антенной по сопротивлению и КСВ путем изменения длины тракта прохождения сигнала, при этом реактивные элементы с сосредоточенными параметрами не применяются.
Для устранения указанного недостатка в устройство, содержащее реле и блок управления, введены N отрезков коаксиального кабеля дискретнопеременной длины, а также N двухпроводных линий управления и N линий готовности, при этом в качестве реле использованы электромагнитные высокочастотные реле с контактными группами на переключение и на коммутацию, причем контактные группы на коммутацию, соединяющие посредством коаксиального кабеля реле между собой, с усилителем мощности и с антенной, подключены к отрезкам коаксиального кабеля дискретно-переменной длины, а контактные группы на переключение подключены посредством двухпроводных линий управления и линий готовности к блоку управления.
Обобщенная структурная схема устройства согласования антенны с усилителем мощности приведена на фиг.2, где обозначено:
А - антенна;
К1 - KN - отрезки коаксиального кабеля дискретно-переменной длины;
Р1 - PN - реле;
ЛУ1 - HYN - линии управления;
ЛГ1 - JITN - линии готовности;
БУ - блок управления.
Предлагаемое устройство согласования антенны с усилителем мощности содержит N электромагнитных высокочастотных реле P1-PN с контактными группами на коммутацию и на переключение. Контактные группы на коммутацию, соединяющие посредством коаксиального кабеля реле P1-PN между собой, с УМ и с антенной, подключены к отрезкам коаксиального кабеля дискретно-переменной длины K1-KN. Контактные группы на переключение соединены посредством двухпроводных линий управления ЛУЬЛУТЧ и линий готовности ЛГ1-ЛПЧ с блоком управления БУ.
Работает предлагаемое устройство следующим образом.
Блок управления (БУ) формирует сигналы включения и выключения, поступающие на обмотки включения и выключения реле P1-PN по линиям управления ЛУ1-ЛУТЧ. После включения необходимой комбинации реле Р1PN выдают ответные сигналы готовности в БУ по линиям готовности .ЛПJITN. Все линии управления ЛУ1-ЛУ1Ч и линии готовности Jiri-JITN гальванически развязаны.
В качестве БУ может быть использована, например, микропроцессорная схема.
В качестве электромагнитных высокочастотных реле могут служить, например,электромагнитные поляризованные двустабильные
двухпозиционные высокочастотные реле постоянного тока с контактной группой, предназначенной для коммутации высокочастотных цепей, и контактной группой на переключение, предназначенной для коммутации низкочастотных цепей.
Конструктивно реле выполнены так, что высокочастотные и низкочастотные части разделены таким образом, что сигналы управления и готовности не находятся под воздействием высокой частоты, что повышает обшую надежность устройства.
В каждой контактной группе реле P1-PN, предназначенной для коммутации ВЧ цепей, осуществлена возможность подключения отрезка коаксиального кабеля дискретно-переменной длины K1-KN для обеспечения согласования УМ с антенной. Согласование УМ с антенной по КСВ достигается путем комбинации включенных и выключенных реле P1-PN.
Отрезки коаксиальных кабелей дискретно-переменной длины не могут однозначно заменить реактивные элементы с сосредоточенными параметрами, используемые в прототипе, поскольку их характеристики обладают более сложной зависимостью от частоты. Следствием этого является иная зависимость коэффициента трансформации сопротивления от частоты, чем в прототипе, что с учетом возможности изменения длины отрезков кабеля позволяет добиться более полного согласования усилителя мощности с антенной.
Теоретическое обоснование трансформации сопротивлений и КСВ в зависимости от дискретно-переменной длины согласующей линии изложено в следующих источниках информации: «Радиотехнический справочник под ред. X. Мейнке и Ф.В.Гундлах, ГЭИ, Москва, 1961, том 1, раздел 4-25. «Трансформация сопротивления линиями с потерями и антенны, часть 1, под ред. Ю.К. Муравьева, Ленинград, 1963. Военная Краснознаменная Академия Связи, параграф 33.2 «Использование отрезка линии в качестве трансформатора.