РАДИОПЕРЕДАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО
RADIO TRANSMITTER

Изобретение относится к области радиотехники и может найти применение в системах связи с фазоманипулированными сигналами для передачи данных по радиоканалу.
Известно устройство (патент РФ №2165677, 2001 г.), содержащее формирователь фазоманипулированных сигналов (ФМнС), усилитель мощности, приемную и передающую антенны и приемник. Формирователь ФМнС состоит из последовательно соединенных источника информации, широтно-импульсного модулятора, фазового модулятора, балансного модулятора, усилителя мощности, выход которого подключен к антенне. Недостатком данного аналога также является его относительно низкая эффективность, обусловленная тепловыми потерями из-за необходимости внесения в антенный контур балластных сопротивлений.
Наиболее близким по своей технической сущности аналогом к заявленному устройству является радиопередающее устройство (патент РФ на ИЗ №2269868, 2006 г.), состоящее из последовательно соединенных формирователя ФМнС, вычитателя, квантователя на три уровня, ключевого усилителя мощности (КУМ), датчика тока, блока согласования (БС) и передающей антенны. При этом второй выход датчика тока подключен к вычитающему входу вычитателя. Недостатком прототипа является относительно низкая скорость манипуляции фазы, определяемая значительной длительностью переходного процесса, который обусловлен способом формирования сдвига фазы при помощи обратной связи. Кроме того, в спектре излучаемого антенной устройства - прототипа сигнала имеется высокий уровень побочных гармоник, что связано с используемым способом формирования выходного сигнала усилителя мощности. В установившемся режиме выходной сигнал усилителя мощности имеет значительную широтно-импульсную модуляцию, при которой гармоника основного колебания имеет относительно низкий по сравнению с побочными гармониками уровень.
Задачей изобретения является обеспечение повышенной скорости манипуляции фазы в радиопередающем устройстве фазоманипулированных сигналов за счет снижения времени переходных процессов при установлении новой фазы.
Поставленная задача решается радиопередающим устройством, содержащим формирователь фазоманипулированных сигналов, выход которого подключен к входу ключевого усилителя мощности, ключевой усилитель мощности, выход которого подключен к входу блока согласования, блок согласования, выход которого подключен к входу антенны, отличающимся тем, что дополнительно введен накопитель энергии, содержащий конденсатор, выход которого подключен к входу «питание» ключевого усилителя мощности, а вход - к источнику постоянного тока.
Устройство поясняется чертежами, где на фиг.1 - общая структурная схема радиопередающего устройства, а на фиг.2 - структурная схема формирователя ФМнС.
Радиопередающее устройство (фиг.1) состоит из формирователя ФМнС 1, КУМ 2, БС 3, антенны 4, накопителя энергии 5 и источника постоянного напряжения (ИПН) 6. Выходы формирователя ФМнС 1 подключены к модулирующим входам КУМ 2, вход «питание» которого подключен к выходу накопителя энергии 5, имеющего вход для подключения ИПН 6. Выход КУМ2 подключен к входу БС 3, выход которого подсоединен к антенне 4.
Формирователь ФМнС 1 предназначен для выработки сигналов возбуждения КУМ 2.
В качестве антенны может быть применен электрически короткий несимметричный вибратор.
Накопитель энергии предназначен для форсированной перекачки (накопления) энергии антенного контура в конденсатор накопителя и обратно при манипуляции фазы. Схема накопителя энергии включает также диод. Положительный и отрицательный входы накопителя подключаются соответственно к положительному и отрицательному полюсам ИПН.
Заявленное передающее устройство работает следующим образом.
Возбудитель 7 (фиг.2) формирует двухуровневый логический сигнал несущей частоты, поступающий на один из входов перемножителя 9, на другой вход которого поступает модулирующий двухуровневый логический сигнал от генератора псевдослучайной последовательности 8. Выходной сигнал перемножителя 9 в виде двухуровневого логического сигнала подается на один из входов модулятора 10. На другой вход модулятора 10 поступает двухуровневый логический сигнал информационной последовательности. В результате в модуляторе 10 формируется сигнал в виде дважды модулированного несущего колебания. Кроме того, модулятор 10 при каждой смене фазы формирует паузы в сигналах возбуждения ключей 11…14 КУМ 2, необходимые для получения требуемой величины сдвига фазы тока в антенне 4. Усиленные драйверами 19 сигналы возбуждения поступают на управляющие входы ключей 11…14.
В течение временного интервала между сменами фазы (стационарный режим) ключи 11…14 под воздействием сигналов возбуждения формируют на выходе усилителя прямоугольные импульсы положительной и отрицательной полярностей (меандр). Амплитуда импульсов равна разности величины напряжения ИПН 6 и величины падения напряжения на диоде 21 накопителя.
o
При смене фазы (режим установления колебаний) сначала производится закрывание всех ключей 11…14 КУМ 2. Ток антенного контура в этом случае может протекать только через диоды 15…18. На диодах 15…18 указанный ток «выпрямляется». Его направление противоположно направлению тока i, потребляемого КУМ 2 от ИПН 6 в стационарном режиме. Рекуперации энергии антенного контура обратно в ИПН 6 не происходит, так как этому препятствует диод 21. В результате выпрямленный ток протекает только через конденсатор 22, вызывая его форсированный заряд. Заряд конденсатора 22 прекращается, когда вся энергия антенного контура будет рекуперирована в указанный конденсатор.
25
После паузы длительность ΔT которой соответствует требуемому фазовому сдвигу, формирователь ФМнС 1 возобновляет возбуждение в новой фазе. Поскольку величина напряжения на конденсаторе 22 превышает значение напряжения Ео на источнике ИПН 6, то диод 21 закрыт и раскачка колебаний в антенном контуре происходит за счет энергии, накопленной в конденсаторе 22. При этом конденсатор быстро разряжается, обеспечивая ускоренное нарастание тока в антенном контуре. Величина напряжения на конденсаторе падает до значения Ео - u. Диод 21 открывается и КУМ 2 начинает потреблять мощность от ИПН 6, переходя в стационарный режим работы.
Выбор величины емкости конденсатора накопителя производится в соответствии с требуемой длительностью интервала времени изменения фазы.
Для антенны 4 величина емкости накопителя зависит от значения емкости антенны и длительности интервала рекуперации энергии, в течение которого ток антенного контура заряжает конденсатор, и не зависит от периода несущего колебания. Длительность интервала рекуперации целесообразно выбирать равной целому числу полупериодов несущего колебания. Практический интерес имеют значения от 2 до 10. Расчет точного значения емкости конденсатора накопителя может быть произведен операторными методами. Ориентировочное значение емкости конденсатора (Сн) с точностью несколько процентов может быть рассчитано по формуле
Сн=2·(n2-n+1)·Са,
где n≥2 - количество полупериодов интервала рекуперации,
Са - емкость антенны.
Для увеличения скорости манипуляции фазы следует уменьшать значение n и соответственно значение емкости конденсатора.
Таким образом, за счет форсирования режима работы КУМ при смене фазы с помощью накопителя энергии происходит укорочение переходных процессов.
Технический результат состоит в повышении быстродействия устройства и уменьшении уровня внеполосных и побочных излучений при работе передающего устройства с высокодобротными, электрически короткими антеннами.