ГЕНЕРАТОР КАЧАЮЩЕЙСЯ ЧАСТОТЫ
WOBBLE FREQUENCY GENERATOR

Изобретение относится к электрорадиотехнике, а именно к системам СДВ и СНЧ радиопередающих устройств, и может быть использовано в СДВ радиопередатчиках типа «ГОЛИАФ - 2МК".
Известна система связи сверхнизкочастного и крайненизкочастотного (СНЧ-КНЧ) диапазона с глубокопогруженными и удаленными объектами (патент РФ №2444766, МКИ G01V 3/12 20.03.2012 г.).
Известен унифицированный генераторно-измерительный комплекс СНЧ-КНЧ-излучения для геофизических исследований. Патент РФ №2188439 от 27.08.2002 г., МКИ7 G01V 3/12. Комплекс состоит из задающего генератора, N генераторов синусоидального тока, нагруженных на протяженные, низкорасположенные горизонтально ориентированные передающие антенны с заземлителями на концах, причем регистрация излучения, создаваемого СНЧ-КНЧ-генератором, осуществляется с помощью измерительного комплекса, при этом все N генераторы подключены к единому задающему генератору. Однако проблема оптимального согласования передатчика с антенной в данном комплексе не решена.
Известен радиопередатчик КНЧ диапазона. Изделие «Четверть-2» ЖЯ1. 200.292 П34. Аппаратура формирования сигналов возбуждения 1991 г. НПО «Коминтерн». Радиопередатчик состоит из возбудителя, усилителя мощности и блока управления.
Прототипом заявляемого устройства является СДВ радиопередатчик "ГОЛИАФ-2МК", состоящий из возбудителя, усилителя мощности и блока управления. Он предназначен для передачи сигналов управления и сообщений от пунктов управления корреспондентам, сигналов государственной системы единого времени и эталонных частот.Радиопередатчик обеспечивает передачу сигналов в режимах амплитудной телеграфии (AT), частотной телеграфии (ЧТ) и относительной фазовой телеграфии (ОФТ) в сверхдлинноволновом диапазоне радиоволн с выходной мощностью 1000 кВт (flotprom.ru>КаталогELEMENT_ID=83190 радиопередатчик "ГОЛИАФ - 2МК").
Недостатком как аналогов, так и прототипа является то, что они не имеют возможности обеспечить согласование радиопередатчика с антенной.
Целью настоящего изобретения является улучшение качества связи за счет согласования радиопередающего устройства с антенной путем визуального наблюдения амплитудно-частотной характеристики контурной системы радиопередающего устройства на экране осциллографа.
Поставленная цель достигается тем, что в генератор качающейся частоты, содержащий синтезатор частоты на основе цифровой микросхемы DDS, фильтр и выходной усилитель сигнала, цифроаналоговый преобразователь и регулируемый усилитель постоянного тока, информационный дисплей, устройство ввода информации, содержащее клавиатуру и валкодер, отличающееся тем, что в его состав дополнительно введено устройство управления на основе микроконтроллера, при этом микроконтроллер своими входами подключен к устройству ввода информации, а своими выходами соединен с синтезатором частоты на основе цифровой микросхемы DDS, обеспечивающей прямой цифровой синтез синусоидального сигнала, с микросхемой цифроаналогового преобразователя ЦАП, а также с информационным дисплеем; причем микросхема DDS своим выходом соединена с фильтром нижних частот с частотой среза 40 КГц, сигнал с которого через выходной усилитель поступает на выход, а цифровая микросхема цифроаналогового преобразователя ЦАП соединена с регулируемым усилителем постоянного тока, обеспечивающим управление горизонтальной разверткой осциллографа, а с исследуемого устройства сигнал через изолирующий усилитель поступает через выходной усилитель со сдвигом уровня в канал вертикального отклонения осциллографа.
Схема подключения генератора качающейся частоты для исследования контурной системы радиопередающего устройства (РПдУ) приведена на фиг. 1. Она состоит из:
1 - СДВ или СНЧ радиопередающего устройства;
2 - генератора качающейся частоты (ГКЧ);
3 - осциллографа.
Функциональная схема ГКЧ 2 приведена на фиг. 2. Она содержит:
4 - устройство ввода информации;
5 - устройство управления;
6 - синтезатор частоты;
7 - цифровую микросхему цифроаналогового преобразования (ЦАП);
8 - информационный дисплей;
9 - фильтр нижних частот 40 кГц;
10 - регулируемый усилитель постоянного тока;
11 - выходной усилитель;
12 - изолирующий усилитель;
13 - выходной усилитель со сдвигом уровня.
СДВ или СНЧ радиопередающее устройство 1 - электронное устройство для формирования радиочастотного сигнала, подлежащего излучению, состоящее из: задающего генератора частоты (фиксированной или перестраиваемой) несущей волны; модулирующего устройства, изменяющего параметры излучаемой волны (амплитуду, частоту, фазу или несколько параметров одновременно) в соответствии с сигналом, который требуется передать (часто задающий генератор и модулятор выполняют в одном блоке - возбудитель); усилитель мощности, который увеличивает мощность сигнала возбудителя до требуемой за счет внешнего источника энергии; устройство согласования, обеспечивающее максимально эффективную передачу мощности усилителя в антенну; антенна, обеспечивающая излучение сигнала.
Генератор качающейся частоты 2 предназначен для обеспечения визуального наблюдения амплитудно-частотных характеристик контурных систем СДВ и СНЧ радиопередающих устройств при работе как на эквивалент антенны, так и на реальную антенную систему, а также для ремонта и регулировки блоков возбуждения радиопередающих устройств»
Осциллограф 3 предназначен для исследования (наблюдения, записи, измерения) амплитудных и временных параметров электрического сигнала, подаваемого на его вход, и наглядно отображаемого непосредственно на экране.
Устройство ввода информации 4 предназначено для ввода данных о частоте сигнала с заданным шагом с использованием клавиатуры и валкодера.
Устройство управления 5 построено на основе микроконтроллера типа АТ89С52, который по заданной программе осуществляет управление функциональными узлами генератора качающейся частоты и производит необходимые вычисления. Микроконтроллер типа АТ89С52 вычисляет код, соответствующий данной частоте, и по последовательному интерфейсу загружает его синтезатор частоты.
Синтезатор частоты 6 предназначен для формирования синусоидального сигнала с высокой стабильностью частоты. Для этого применяется цифровая микросхема прямого цифрового синтеза DDS. Сигнал на выходе микросхемы DDS имеет достаточно грязный спектр и малую амплитуду, поэтому далее он проходит через фильтр нижних частот 9 с частотой среза 40 кГц, усиливается и подается на выход устройства. Микроконтроллер типа АТ89С52 5 также вычисляет текущий код для цифроаналогового преобразователя ЦАП 7, соответствующий номеру шага перестройки частоты, и через регулируемый усилитель постоянного тока 10 выходное напряжение ЦАП 7 подается на выход X, управляющий горизонтальной разверткой осциллографа. Выходной усилитель 11 представляет собой усилитель постоянного тока с дифференциальным входом, с глубокой отрицательной обратной связью, которая, благодаря высокому коэффициенту усиления, полностью определяет коэффициент усиления/передачи.
Сигнал с исследуемого устройства поступает на вход измерительного устройства и микросхему изолирующего усилителя 12, осуществляющего гальваническую развязку. Через выходной усилитель со сдвигом уровня 13 по постоянному току сигнал поступает на выход Y и на вход вертикального отклонения осциллографа. Все режимы работы устройства отображаются на информационном дисплее 8.
Работа ГКЧ осуществляется в различных режимах.
центр
В режиме генерации несущей устройство управления 5 на базе микроконтроллера типа АТ89С52 вычисляет код, соответствующий данной частоте, и загружает его в синтезатор частоты DDS, который постоянно генерирует сигнал заданной частоты. Данные о частоте сигнала можно ввести с устройства ввода информации 4 как с клавиатуры, так и с помощью валкодера, изменяющего частоту с заданным шагом 1, 10, 100, 1000 Гц. В режиме автоматического качания частоты КЧ-А необходимо ввести с клавиатуры данные о центральной частоте качания и величине девиации. При этом устройство управления 5 (микроконтроллер) следит за корректностью вводимой девиации, и, если величина девиации не удовлетворяет условию F - dƒ/2≥50 Гц, то сбрасывает данный набор. Период качания составляет 0,3; 0,6; 2,0 с и вводится с клавиатуры. Частота выходного сигнала изменяется квазиплавно, число шагов изменения частоты в этом режиме - 256. Исходя из величины девиации частоты, устройство управления 5 (микроконтроллер) рассчитывает приращение частоты в каждом шаге, вычисляет код и загружает его в синтезатор частоты DDS. Одновременно инкрементируется код ЦАП 7. В режиме ручного качания частоты КЧ-Р изменение частоты происходит при вращении валкодера 4. Число шагов регулирования в этом режиме - 128. Этот режим удобен в случае, когда необходимо просмотреть какой-либо участок амплитудно-частотной характеристики или при исследовании узкополосных устройств, когда максимальный период качания 2 секунды слишком мал.
Основные технические характеристики ГКЧ:
- диапазон рабочих частот 50 Гц ÷ 30 кГц;
- диапазон величин девиации частоты 50 Гц ÷ 20 кГц;
- выходные напряжения:
- синусоидальное фиксированное амплитудой 6 В на нагрузке 75 Ом;
- синусоидальное регулируемое от 0 до 1 В на нагрузке 1 кОм;
- прямоугольное (меандр) амплитудой 5 В на нагрузке 1 кОм (совместимое с TTL и CMOS-логикой).
Основные режимы работы ГКЧ:
1) Режим генерации несущей. При этом девиация равна нулю, качание частоты отсутствует;
2) Режим автоматического качания частоты с заданными центральной частотой и девиацией;
3) Режим ручной перестройки частоты в пределах заданной девиации. При достижении верхней или нижней границ девиации светодиодная индикация информирует об этом.
Ввод частоты настройки и величины девиации осуществляются с клавиатуры, а ручная перестройка частоты осуществляется квазиплавно с помощью валкодера:
- в режиме 1 с шагом 1, 10, 100 или 1000 Гц, выбираемым с помощью клавиатуры;
- в режиме 3 шаг перестройки частоты вычисляется микроконтроллером, исходя из заданной величины девиации частоты.
Число ступеней перестройки частоты в режиме 2 (автоматическая перестройка) равно 256, в режиме 3 (ручная перестройка) - 128.
Период качания частоты в режиме 2 (автоматический) равен 0,3; 0,6 или 3,0 с. Данные величины периода качания также выбираются с помощью клавиатуры.
ГКЧ имеет выход для подключения ко входу горизонтального отклонения осциллографа (вход X) для управления разверткой. Величина пилообразного напряжения на выходе плавно регулируется в пределах от 0 до 12,2 В. Есть возможность с помощью клавиатуры проинвертировать пилообразный сигнал на выходе X.
ГКЧ имеет канал формирования сигнала для входа вертикального отклонения осциллографа. Основное назначение канала - гальваническая развязка осциллографа и исследуемой цепи (1,5 кВ max). Входное сопротивление канала равно 24 кОм, входная емкость 15 пФ. Коэффициент усиления канала равен 38, есть возможность смещения выходного сигнала по постоянному току на величину ±4 В регулятором «Смещение Y».
Данный ГКЧ позволил визуально увидеть процессы, происходящие в контурной системе РПдУ и выбрать согласование с антенной. Как следствие, улучшились режимы работы ламп усилителя, их тепловой режим. Уровень боковых частот в режиме ЧТ в выходном сигнале выровнялся, что положительно сказалось на качестве связи.
Данный генератор качающейся частоты был успешно использован на СДВ РПдУ «Голиаф-2МК» при поиске настройки III промконтура при работе на антенну с одним отключенным зенитом и, следовательно, имеющую другое полное входное сопротивление. Также генератор качающейся частоты постоянно используется для ремонта и диагностики блоков регулировки сеточного возбуждения СДВ РПдУ. Таким образом добиваются согласования радиопередающего устройства с антенной и улучшения качества связи.