АВТОМАТИЧЕСКИЙ КОММУТАТОР АНТЕНН
ANTENNA AUTOMATIC SWITCH

Изобретение относится к области радиотехники и связи и может быть использовано для подключения антенн к радиопередатчикам.
Известны коммутаторы антенн, обеспечивающие подключение m антенн к n радиопередатчикам, например, Патент РФ №657482 от 20.04.79, Патент РФ №2444804 от 12.01.2011, Патент США №367275.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению относится Патент РФ №2038691 от 27.06.1995 г. Автоматический коммутатор антенн. Григорьев Б.К. и др.
К недостаткам как аналогов, так и прототипа относится то, что известные коммутаторы не передают на радиопередатчик информацию о величине тока в антенне, как объективного критерия поступившей в антенну мощности, необходимую для настройки антенно-согласующих устройств радиопередатчиков.
Целью изобретения является повышение мощности, отдаваемой широкополосным радиопередатчиком в антенну.
Поставленная цель достигается тем, что в автоматический коммутатор антенн, содержащий схему управления, выходы которой соединены с входом переключателя антенн и с n радиопередатчиками, и переключатель m антенн, входы которого соединены с n радиопередатчиками, а выходы с входами m антенн, дополнительно введены m датчиков тока антенн и переключатель сигналов от m датчиков, при этом выходы m датчиков токов соединены с входами переключателя сигналов от датчиков токов антенн, а выходы переключателя сигналов от датчиков токов антенн соединены с m входами схемы управления.
Функциональная схема антенного коммутатора представлена на Фиг. 1.
Обозначения принятые на Фиг. 1:
ДТА - датчик тока антенны;
Сх.У - схема управления;
ПА - переключатель антенн;
ПДТА - переключатель датчиков тока антенн;
РПд. - радиопередатчик.
Учитывая требования перспективных адаптивных по частоте радиолиний по сокращению времени перестройки радиопередатчиков, широкое распространение получили радиопередатчики с широкополосными усилителями мощности (ШУМ). Коэффициент перекрытия по диапазону таких усилителей в коротковолновом диапазоне достигает 20 (1,5…30 мГц). При реализации выходных цепей таких ШУМ, конструкторам не удается решить задачу обеспечения постоянства выходного сопротивления усилителя во всем диапазоне рабочих частот. Антенно-согласующие устройства таких радиопередатчиков трансформируют импеданс, подключаемого к выходу радиопередатчика фидера, идущего от антенны, в активное сопротивление, равное волновому сопротивлению фидера 50 либо 75 Ом. Реальное же сопротивление выходных цепей ШУМ является комплексным и изменяется в некоторых пределах относительно волнового сопротивления фидера. Настроиться на него не представляется возможным из-за активного характера нагрузки со стороны усилителя (лампы либо транзистора) в их рабочем (горячем) состоянии. В этих условиях, отдаваемая в антенну мощность может меняться в значительных пределах даже при настройке антенно-согласующего устройства на комплексное сопротивление на входе антенного фидера. Мощность в нагрузке антенно-фидерного тракта, при наличии в нем нескольких неоднородностей, может быть рассчитана по формуле (см. Муравченко В.Л. Определение мощности в нагрузке высокочастотного тракта с N неоднородными участками. Электросвязь, №5, 2010):
H
где P - мощность в рассогласованной нагрузке;
C
P - мощность в согласованной нагрузке;
1
4
p…р - модули коэффициентов отражений;
1
4
ϕ…ϕ - фазы коэффициентов отражений;
1
2
3
1
2
2
3
3
4
β, β, β - фазовые задержки фидеров на участках между неоднородностями р и р, р и р, p и р соответственно.
1
2
3
4
Под неоднородностями здесь понимается рассогласованность сопротивлений на стыках: p - выходной цепи усилителя мощности и входа антенно-согласующего устройства; р - волнового сопротивления фидера и входа антенного коммутатора (поскольку он не идеален); р - выхода антенного коммутатора и фидера; p фидера и входа антенны.
Стык «выход антенно-согласующего устройства - вход фидера» согласован и коэффициент отражения на этом стыке равен нулю.
На Фиг. 2 представлена Блок-схема передающего тракта.
Обозначения, принятые на Фиг. 1:
УМ - усилитель мощности;
Ан.СУ - антенно-согласующее устройство;
А.К. - антенный коммутатор;
А - антенна.
Анализ приведенной выше формулы показал следующее.
В тех случаях, когда между выходом радиопередатчика и антенной имеются неоднородности (например, антенный коммутатор), величина мощности, поступающей от радиопередатчика в антенну, зависит не только от модулей коэффициентов отражений от неоднородностей в передающем тракте, но и от фаз ϕ и от фазовых задержек фидеров β.
Известны технические решения, использующие эффект повышения мощности в антенне за счет искусственного изменения величины β путем изменения электрической длины передающего тракта. Например, Патент РФ №85049 от 3.03.2009. Устройство согласования радиопередатчика с антенной. Муравченко В.Л., Ершов В.Н., Катанович А.А., Хотулева Н.В.
Таким образом, настройка антенно-согласующего устройства, при наличии неоднородностей в передающем тракте, не должна ограничиваться трансформацией входного сопротивления фидера, а должна включать и изменение величин β, влияющих на электрическую длину тракта и, в конечном счете, на величину мощности в антенне. Для реализации такой настройки системе настройки радиопередатчика необходима информация о токе в основании антенны, определяющем величину поступающей в антенну мощности. Такую информацию можно получить, включив в основании антенны датчик тока, в качестве которого может быть использован, например, токовый трансформатор, используемый в высокочастотных амперметрах и включенный последовательно с ним диод. При наличии нескольких антенн и передатчиков на объекте необходимо, кроме высокочастотного переключателя антенн, иметь переключатель сигналов от датчиков токов в антеннах, синхронно переключаемый с высокочастотным переключателем антенн.
3
2
2
3
3
2
Работа антенного коммутатора осуществляется следующим образом. При приходе команды на схему управления от системы управления объектом о подключении антенны m к радиопередатчику n схемой управления формируются сигналы управления исполнительными элементами в переключателе антенн и переключателе датчиков токов антенн. При поступлении этих сигналов на исполнительные элементы переключателей, синхронно производятся заданные переключения, после чего производится настройка антенно-согласующего устройства радиопередатчика n на антенну m. При этом в схему управления через переключатель датчиков токов антенн поступает сигнал от датчика тока данной антенны, максимальное значение которого используется в качестве критерия настройки. После завершения процесса настройки в антенну m поступает максимальная (с учетом наличия неоднородностей в данном передающем тракте) мощность от радиопередатчика n.
Таким образом, включение в автоматический коммутатор антенн переключателя сигналов от датчиков токов антенн, устанавливаемых в основании антенн, и учет величины тока в основании антенн для целей настройки антенно-согласующих устройств позволяет решить задачу повышения мощности, отдаваемой широкополосными радиопередатчиками в антенны.