СОГЛАСУЮЩЕЕ АНТЕННОЕ УСТРОЙСТВО

Полезная модель относится к области радиосвязи, а именно к согласующим антенным устройствам, и может найти применение в радиолиниях систем передачи информации.
Известно согласующее антенное устройство, располагаемое между источником радиочастотного сигнала (передатчиком) и антенной, содержащее соединенные последовательно направленный ответвитель, блок определения параметров линии согласования, микропроцессор, обеспечивающий расчет необходимых величин согласующих емкости и индуктивности в зависимости от определенных параметров, и блок согласования, представляющий собой набор конденсаторов и катушек индуктивности, подключаемых в линию согласования в зависимости от результатов упомянутого расчета, второй вход которого соединен со вторым выходом направленного ответвителя (см. US 4965607, МПК H04B 1/02, 23.10.1990).
Данное известное согласующее антенное устройство является наиболее близким аналогом заявленного устройства.
Недостаток известного устройства состоит в невысокой скорости переключения на сохраненную частоту. Кроме этого, известное устройство может быть использовано в диапазоне рабочих частот от 1,6 МГц до 30 МГц, что несколько ограничивает его применение.
Техническая задача, решаемая заявленной полезной моделью, состоит в создании антенного устройства, обеспечивающего согласование параметров антенны с параметрами передающего и/или приемного устройства или фидерной линии, обладающего улучшенными характеристиками.
При этом достигается технический результат, заключающийся в повышении быстродействия устройства.
Поставленная задача решается, а указанный технический результат достигается в согласующем антенном устройстве, содержащем соединенные последовательно направленный ответвитель, блок определения параметров линии согласования, микропроцессор, обеспечивающий расчет необходимых величин согласующих емкости и индуктивности в зависимости от определенных параметров, и блок согласования, представляющий собой набор конденсаторов и катушек индуктивности, подключаемых в линию согласования в зависимости от результатов упомянутого расчета, второй вход которого соединен со вторым выходом направленного ответвителя, которое снабжено блоком взаимодействия с источником радиочастотного сигнала и блоком питания, при этом микропроцессор включает в себя блок обмена данными, один из входов которого соединен с выходом блока взаимодействия с источником радиочастотного сигнала, второй вход является входом микропроцессора, а выход - выходом микропроцессора, и блок обработки команд управления и администрирования режимов работы, вход-выход которого соединен с входом-выходом блока обмена данными, третий вход которого соединен с первым выходом блока питания, второй выход которого соединен со вторым
входом блока определения параметров линии согласования, а третий выход - с третьим входом блока согласования, при этом микропроцессор имеет тактовую частоту работы, превышающую верхнюю границу диапазона рабочих частот устройства.
Это дополнительно позволяет вывести частоту работы микропроцессора из диапазона рабочих частот устройства и, тем самым, уменьшить возможное влияние частоты микропроцессора на результаты производимых измерений и расчетов.
В одном из частных вариантов выполнения устройство дополнительно снабжено блоком хранения кодовых последовательностей, вход-выход которого соединен с входом-выходом блока обмена данными, а вход - с четвертым выходом блока питания.
Далее полезная модель более подробно описывается со ссылкой на фигуру, на которой приведена функциональная схема заявленного согласующего антенного устройства, согласно частному варианту выполнения.
Согласующее антенное устройство содержит соединенные последовательно направленный ответвитель 1, блок определения параметров линии согласования 2, микропроцессор 3, блок согласования 4, второй вход которого соединен со вторым выходом направленного ответвителя 1, а также блок взаимодействия с источником радиочастотного сигнала 5 (например, приемопередающим устройством) и блок питания 6.
В качестве источника радиочастотного сигнала 5 может также выступать передатчик, а также участок фидерной линии, служащий для подведения (отведения) радиочастотного сигнала к антенне (от нее).
Микропроцессор 3 включает в себя блок обмена данными 7, один из входов которого соединен с выходом блока взаимодействия с источником радиочастотного сигнала 5, второй вход является входом микропроцессора 3, а выход - выходом микропроцессора 3, и блок обработки команд управления и администрирования режимов работы 8, вход-выход которого соединен с входом-выходом блока обмена данными 7.
Третий вход блока обмена данными 7 соединен с первым выходом блока питания 6, второй выход которого соединен со вторым входом блока определения параметров линии согласования 2, а третий выход - с третьим входом блока согласования 4.
В частном варианте, показанном на фигуре, устройство дополнительно снабжено блоком хранения кодовых последовательностей 9, вход-выход которого соединен с входом-выходом блока обмена данными 7, а вход - с четвертым выходом блока питания 6.
Источником радиочастотного сигнала 5 может также являться приемник, в этом случае будут использоваться параметры линии согласования, сохраненные в блоке хранения кодовых последовательностей 9.
Направленный ответвитель 1 предназначен для отведения части энергии из основного канала передачи сигнала во вспомогательный, при этом посредством преобразователя (условно не показан) измеряются величины напряжений падающей или отраженной волны.
Блок определения параметров линии согласования 2 предназначен для определения коэффициента стоячей волны по напряжению (КСВН), равному отношению суммы к разности двух величин напряжений (падающей и отраженной волны).
Кроме этого, блок определения параметров линии согласования 2 предназначен для вычисления разности фаз между падающей и отраженной волной.
Эту разность используют для определения характера импеданса антенны (емкостной или индуктивный) и его величины.
Блок согласования 4 представляет собой набор конденсаторов и катушек индуктивности, соединенных по Г-образной или П-образной схеме, подключаемых в линию согласования с целью минимизации значения КСВН.
Блок взаимодействия с источником радиочастотного сигнала 5 предназначен для принятия от него команд управления, информации о кодовых последовательностях включения исполнительных механизмов блока согласования 4 и передачи телеметрической информации в источник радиочастотного сигнала 5.
Блок обмена данными 7 предназначен для обмена данными между блоками 3, 5, 8 и 9.
Блок обработки команд управления и администрирования режимов работы 8 предназначен для обработки принятых от источника радиочастотного сигнала команд управления, переключения режимов работы устройства, сбора и отправки телеметрической информации и управления блоком определения параметров линии согласования 2.
Блок хранения кодовых последовательностей 9 предназначен для хранения параметров настройки блока согласования 4, коэффициентов начального расчета параметров блока определения параметров линии согласования 2 и номиналов конденсаторов и катушек индуктивности, подключаемых в линию согласования.
Заявленное устройство используют следующим образом.
По командам, полученным блоком взаимодействия 5 от источника радиочастотного сигнала (например, приемопередающего устройства), устройство переходит в один из трех режимов:
«дежурный режим»;
режим «малой мощности»;
режим «работа».
«Дежурный режим» - ожидание команд на переход в один из режимов:
«малой мощности» или работы.
Режим «малой мощности» - режим, в котором производится определение параметров линии согласования на радиочастотном сигнале уменьшенной мощности (1 Вт).
Режим «работа» - режим, в котором радиочастотный сигнал мощностью до 140 Вт, передается на выход к антенне (условно не показана).
Также от источника радиочастотного сигнала приходят команды на перестройку рабочей частоты, установку кодовых последовательностей исполнительных механизмов блока согласования 4 и запросы на предоставление телеметрической информации о состоянии устройства.
Блок взаимодействия с источником радиочастотного сигнала 5 принимает соответствующий входной сигнал по интерфейсу RS485 через преобразователь интерфейсов с гальванической развязкой (условно не показан) и передает его в блок обмена данными 7, где пришедшие данные проверяются на соответствие протоколу обмена, адресу внешнего устройства и контрольной сумме.
Если все три условия выполняются, то блок интерфейсов внешних устройств 7 передает сигнал в блок обработки команд управления и администрирования режимов работы 8.
В зависимости от вида команды блок обработки команд управления и администрирования режимов работы 8 вырабатывает ответную квитанцию и передает ее в блок взаимодействия с источником радиочастотного сигнала 5.
Если поступившая команда является запросом на предоставление телеметрической информации, то передаются данные того устройства, с которого они запрашивались. Если это команда на исполнение, то блок обработки команд управления и администрирования режимов работы 8 производит управление устройством, которому была адресована команда.
Адреса устройств и начальные кодовые последовательности включения исполнительных механизмов блока согласования 4 хранятся в EEPROM блока хранения кодовых последовательностей 9.
Блок обработки команд управления и администрирования режимов работы 8 может передать данные из блока хранения кодовых последовательностей 9 в блок взаимодействия с источником радиочастотного сигнала 5, а также перезаписать их новыми данными по результатам определения в блоке 2 параметров линии согласования или по командам от источника радиочастотного сигнала.
Блок обработки команд управления и администрирования режимов работы 8 производит расчет кодовых последовательностей включения исполнительных механизмов блока согласования 4 по результатам определения параметров линии согласования антенны (КСВН и импеданса), которое производится любым известным образом, не раскрываемым конкретно в рамках настоящей полезной модели (см., например, Ермолаев В.В. и др. «Методика расчета автоматического согласования антенн с распределенными параметрами», Вестник ТГТУ, 2012, том 18, № 4, с. 853-867). В частности, хорошо зарекомендовал себя итерационный способ по алгоритму Гаусса.
Катушки индуктивности подключаются последовательно относительно антенны, а конденсаторы - параллельно антенне или второму выходу направленного ответвителя.
Режим подключения зависит от отношения импеданса антенны к 50 Ом на частоте согласования. Если импеданс антенны выше 50 Ом, конденсаторы подключаются параллельно антенне, если ниже - параллельно второму выходу направленного ответвителя. Ряд индуктивностей катушек выполнен в убывающей прогрессии, где каждая последующая индуктивность в 1,8 раза меньше предыдущей.
Аналогично подобран ряд конденсаторов, только коэффициент прогрессии составляет 2.