АВТОМАТИЧЕСКОЕ ШИРОКОПОЛОСНОЕ АНТЕННО-СОГЛАСУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО

Полезная модель относится к радиотехнике и может использоваться в широкополосных радиопередатчиках для компенсации отклонений входного импеданса антенны от значения, при котором обеспечивается оптимальный режим работы усилителя мощности радиопередатчика.
Известно автоматическое согласующее устройство, содержащее датчик коэффициента бегущей волны, датчик фазы, блок управления на основе микропроцессора и согласующую цепь, состоящую из последовательного элемента управляемой индуктивности и параллельного элемента управляемой емкости (А.с. 1515345 СССР, МКИ H03H 7/40. Автоматическое согласующее устройство / В.М. Червинский, А.С. Стоянченко, О.И. Васильков (СССР). - №4287645/24-09; заявл. 21.07.87; опубл. 15.10.89, Бюл. №38).
Основным недостатком устройства является отсутствие возможности реализации режима широкополосного согласования на частотах ниже 5 МГц. Также недостатком является необходимость дополнительных коммутаций ключей для получения полной измерительной информации об активной проводимости и активном сопротивлении при каждой итерации настройки согласующей цепи. Это также увеличивает общую длительность настройки согласующего устройства.
Известно адаптивное антенное согласующее устройство, состоящее из согласующего контура, в котором индуктивности соединены последовательно, а между ними параллельно включено по три емкости с возможностью их коммутации посредствам схемы управления на основе сравнения по заданному алгоритму напряжений в соседних плечах каждого звена согласующего контура, и дополнительного широкополосного согласующего контура (ШСК), включенного между последним звеном согласующего контура и нагрузкой (Пат. 2359402 Российская Федерация, МПК H03H 7/40, H01Q 1/24. Адаптивное антенное согласующее устройство / И.Ю. Хлопушкин (RU), И.В. Колесникова (RU). - №2007121013/09; заявл. 04.06.2007; опубл. 20.06.2009, Бюл. №17). (Прототип)
Недостатками устройства являются необходимость предварительной регулировки элементов ШСК без учета реальных условий эксплуатации антенн и отсутствие возможности согласования антенн заданного типа во всем диапазоне частот 2.0…30.0 МГц без дополнительной коммутации типа ШСК и последующей подстройки элементов.
Основной технической задачей, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является обеспечение автоматического широкополосного согласования комплексного импеданса антенн в диапазоне частот 1.5…30.0 МГц на основании опорного ВЧ сигнала с частотой f0.
При широкополосном согласовании электрически малых антенн, используемых в мобильных применениях, в диапазоне частот 5.0…30.0 МГц полоса согласования превышает 50 кГц и не требует расширения при развертывании широкополосных систем связи (ШПСС). Поэтому, при работе автоматического широкополосного антенно-согласующего устройства на частотах выше 5 МГц задействуется только основной П-образный согласующий контур. При работе терминала ШПСС в диапазоне частот 1.5…5.0 МГц требуется расширение полосы согласования.
Это достигается за счет применения дополнительного согласующего контура, располагаемого между блоком датчиков и основным согласующим контуром. Дополнительный согласующий контур содержит два элемента с управляемой емкостью и элемент с управляемой индуктивностью, включенные последовательно, и образует с элементами основного согласующего контура и комплексным импедансом антенны систему связанных контуров.
Узел управления выполняется на основе микроконтроллера. Специализированное программное обеспечение микроконтроллера позволяет производить настройку широкополосной согласующей цепи на основе одночастотного опорного ВЧ сигнала.
На фиг. 1 представлен один из вариантов структурной схемы автоматического широкополосного антенно-согласующего устройства; на фиг. 2 - схема основного согласующего контура; на фиг. 3 - схема дополнительного согласующего контура; на фиг. 4 представлены графики частотных зависимостей КСВ для случаев одноконтурного и широкополосного двухконтурного согласований антенны.
Устройство содержит блок датчиков (1), узел управления на основе микроконтроллера (2), дополнительный согласующий контур (3) и основной согласующий контур (4).
Одна из возможных модификаций схемы основного согласующего контура содержит элемент с управляемой индуктивностью (5), вспомогательный элемент с коммутируемой емкостью (6), вспомогательный элемент с коммутируемой индуктивностью (7), элемент с управляемой емкостью входного плеча П-образного контура (8), элемент с управляемой емкостью выходного плеча П-образного контура (9).
Схема дополнительного согласующего контура содержит коммутирующие элементы (10, 14, 15), элементы с управляемой емкостью (11, 12) и элемент с управляемой индуктивностью (13).
Устройство работает следующим образом.
В режиме настройки ВЧ сигнал усилителя радиостанции поступает на вход блока датчиков 1 (фиг. 1), который содержит датчики фазы, КСВ, активного сопротивления, проводимости и частоты. На основании результатов циклических измерений блок управления 2 выбирает и контролирует соответствующий режим настройки согласующих цепей 3 и 4.
Автоматическая широкополосная настройка в диапазоне частот 5.0…30.0 МГц производится в один этап, а в диапазоне частот 1.5…5.0 МГц - в два этапа. На первом этапе настройки проводится процедура согласования посредствам основного согласующего контура 4. Типовые режимы одноконтурного согласования осуществляется посредствам изменения номиналов элементов 5, 8 и 9 основного П-образного согласующего контура (фиг. 2). При возникновении отклонений в процедуре настройки блок управления 2 задействует вспомогательные элементы с коммутируемой емкостью 6 и коммутируемой индуктивностью 7. При процедуре одноконтурного согласования цепи дополнительного согласующего контура закорочены и отсечены от пути прохождения ВЧ сигнала с помощью коммутирующих элементов 10, 14 и 15 (фиг. 3). Частотная зависимость КСВ по окончании первого этапа настройки соответствует случаю одноконтурного согласования антенны и представлена кривой А на фиг. 4.
Второй этап широкополосной настройки согласующей цепи при работе устройства в диапазоне частот 1.5…5.0 МГц осуществляется при подключенном дополнительном согласующем контуре. При этом коммутирующие элементы 10, 14 замкнуты, а коммутирующий элемент 15 разомкнут. Цепь, образуемая элементами с управляемой емкостью 8, 11, 12 и элементами с управляемой индуктивностью 5 и 13 образует с комплексным импедансом антенны систему связанных контуров. Последовательное включение элементов с управляемой емкостью 11 и 12 позволяет производить настройку системы связанных контуров в режимах «грубо» и «точно».
По окончании заключительного этапа настройки согласующей цепи частотная зависимость КСВ представляет собой кривую Б (фиг. 4), содержащую три экстремума (точки В, Г, Д). При этом минимумы (точки В, Д) расположены симметрично относительно максимума (точка Г), а максимум характеристики расположен на частоте настройки f0. Модуль разности значений КСВ в точках минимумов (В, Д) не превышает 0,1. Коэффициент связи контуров больше критического и составляет k≈2,4. Полоса широкополосного двухконтурного согласования Δfшп в три и более раз превышает полосу Δfуп при одноконтурном согласовании.