Передающее устройство

Полезная модель относится к области радиолокационной техники, а именно к передающим устройствам, входящим в состав вторичного обзорного радиолокатора (ВОРЛ), который предназначен для выполнения функций обеспечения наблюдения за воздушным судном наземными средствами управления воздушным движением (УВД) в режимах А, С, S и ADS-B OUT 1090ES (стандарты передачи сигналов на частоте 1090 МГц).
Из уровня техники известен передатчик СВЧ (Патент РФ №2450417, МПК: Н03В 9/00, G01S 3/00, опубликован 10.05.2012), содержащий первый сверхвысокочастотный (СВЧ) усилитель, первый высоковольтный источник питания, модулятор, второй СВЧ усилитель, второй высоковольтный источник питания, блок подгрузки, устройство управления и стабилизатор.
Известно радиопередающее устройство (Патент РФ №2435300, МПК: Н04В 1/02, опубликован 27.11.2011), содержащее выходной усилитель мощности, блок контроля параметров, блок управления сигналом, амплитудный модулятор, два синтезатора частот, переключатель частоты и два управляемых аттенюатора.
В качестве прототипа выбран приемопередающий модуль (модуль MAIA-009992-000000 фирмы API Technologies, интернет: http://micro.apitech.co.uk/s-band-dual-transmit-receive-module.aspx), передающая СВЧ часть которого содержит последовательно соединенные первый, второй и третий усилители, а также циркулятор и детектор. Выходная импульсная мощность сигнала в данном модуле составляет примерно 100 Вт при несущей частоте 3.1-3.5 ГГц.
Надо отметить, что для работы передающих устройств в составе вышеуказанного ВОРЛ необходимо формировать стабильный СВЧ сигнал с выходной импульсной мощностью не менее 250 Вт и несущей частотой 1090 МГц.
Техническая проблема, решаемая созданием данной полезной модели, заключается в достаточно сложной реализации управления элементами СВЧ тракта, а также в невозможности использования известных устройств в составе ВОРЛ, работающего в режимах А, С, S и ADS-B OUT 1090ES, из-за несоответствия основных параметров выходного сигнала данным режимам работы (недостаточная выходная импульсная мощность сигнала и другая несущая частота).
Технический результат направлен на создание передающего устройства с возможностью формирования управляющих сигналов для его СВЧ части, обеспечивающего передачу стабильного СВЧ сигнала с параметрами, необходимыми при использовании устройства в составе ВОРЛ, работающего в режимах А, С, S и ADS-B OUT 1090ES.
Технический результат достигается тем, что передающее устройство содержит последовательно соединенные первый, второй и третий усилители, а также детектор и циркулятор, первое плечо которого соединено с выходом третьего усилителя. Кроме этого оно содержит широкополосный синтезатор частот, аттенюатор, узел коммутации и устройство управления. При этом выход широкополосного синтезатора частот соединен с входом первого усилителя, сверхвысокочастотный вход узла коммутации соединен со вторым плечом циркулятора, третье плечо которого подключено к входу аттенюатора. Выход аттенюатора соединен с входом детектора, выход которого подключен к входу устройства управления. Первый выход устройства управления подключен к управляющему входу широкополосного синтезатора частот, второй, третий и четвертый выходы соединены с управляющими входами первого, второго и третьего усилителей соответственно, а пятый его выход подключен к управляющему входу узла коммутации, вход-выход которого при этом выполнен с возможностью подключения к нему внешней антенны.
Сущность заявляемой полезной модели поясняется рисунком, на котором представлена функциональная схема передающего устройства.
Передающее устройство содержит СВЧ часть, включающую широкополосный синтезатор частот (ШСЧ) 1, последовательно соединенные первый (У1) 2, второй (У2) 3 и третий (УЗ) 4 усилители, циркулятор (Ц) 5, аттенюатор (Атт) 6, детектор (Д) 7, узел коммутации 8, а также устройство управления 9. Выход ШСЧ 1 соединен с входом У1 2. Выход УЗ 4 соединен с первым плечом циркулятора 5, второе плечо которого соединено с СВЧ входом узла коммутации 8, а третье плечо подключено к входу аттенюатора 6. Выход аттенюатора 6 соединен с входом детектора 7, выход которого подключен к входу устройства управления 9. Первый выход устройства управления 9 подключен к управляющему входу ШСЧ 1, второй, третий и четвертый выходы соединены с управляющими входами У1 2, У2 3 и УЗ 4 соответственно, а пятый его выход подключен к управляющему входу узла коммутации 8, вход-выход которого при этом выполнен с возможностью подключения к нему внешней антенны.
Передающее устройство работает следующим образом.
ШСЧ 1 формирует непрерывный СВЧ сигнал частотой 1090 МГц, который поступает в У1 2 и усиливается до мощности 0,25 Вт. Затем для поэтапного усиления до требуемой мощности сигнал поступает сначала в У2 3, где усиливается до 10 Вт, а затем в У3 4, где окончательно усиливается до 550 Вт. С выхода У3 4 усиленный сигнал поступает через циркулятор 5 на СВЧ вход узла коммутации 8 и на вход аттенюатора 6. При этом аттенюатор 6 ослабляет выходную мощность сигнала для детектирования отраженной мощности посредством подключенного к его выходу детектора 7. Узел коммутации 8 обеспечивает подачу усиленного сигнала на внешнюю антенну. С учетом потерь мощности на циркуляторе 5 и в узле коммутации 8 сигнал, поданный на внешнюю антенну, будет иметь импульсную мощность порядка 350 Вт. Устройство управления 9 формирует управляющие сигналы для ШСЧ 1, У1 2, управляющие сигналы, обеспечивающие импульсную модуляцию СВЧ сигнала, проходящего через У2 3 и У3 4, сигнал управления для узла коммутации 8, а также формирует сигнал исправности передающего устройства (на основе детектированного сигнала отраженной мощности). Кроме этого устройство управления 9 формирует необходимые стабилизированные напряжения (+40 В, +8,8 В и 1,5 В) для питания внутренних цепей.
Для подтверждения реализации заявляемого технического решения был собран опытный образец передающего устройства, обеспечивающего требуемые параметры выходного СВЧ сигнала, а также возможность формирования управляющих сигналов для элементов СВЧ части.
В данном устройстве ШСЧ 1 выполнен со встроенным генератором, управляемым напряжением. Кроме этого в нем реализована схема фазовой автоподстройки частоты с дробным коэффициентом деления. ШСЧ 1 может быть выполнен, например, на микросхеме LMX2581SQE/NOPB фирмы Texas Instruments, имеющей два дифференциальных выхода, которые управляются с помощью последовательного интерфейса. При этом в данном случае использован один дифференциальный выход, объединенный балуном, который выполнен на сосредоточенных элементах. В состав ШСЧ 1 входит также малошумящий линейный регулятор напряжения и мультиплексор, обеспечивающий программное переключение на внешний генератор, управляемый напряжением. ШСЧ 1 позволяет формировать непрерывный СВЧ сигнал частотой 1090 мГц и мощностью 6 дБм. Причем управление работой ШСЧ 1 осуществляется посредством подачи управляющих сигналов с первого выхода устройства управления 9 на его управляющий вход.
Для усиления мощности СВЧ сигнала до уровня 24 дБм используется У1 2, который является широкополосным усилителем мощности, выполненным, например, на микросхеме BGA7124. На выходе данного усилителя формируется непрерывный СВЧ сигнал мощностью 0,25 Вт с несущей частотой 1090 МГц. Управление работой У1 2 осуществляется по сигналам со второго выхода управляющего устройства 9.
У2 3 и У3 4 передающего устройства выполнены на высокомощных транзисторах, например, фирмы Integra technologies ILD1011M15HV и ILD1011M550HV соответственно, специально разработанных для систем опознавания запросчик/ответчик 1030-1090 МГц. В данном функциональном узле устройства происходит усиление СВЧ сигнала до 550 Вт, при этом У2 3 усиливает сигнал с 250 мВт до 10 Вт, а У3 4 усиливает сигнал с 10 Вт до 550 Вт. По сигналам, поданным с соответствующих выходов устройства управления 9 на управляющие входы У2 3 и У3 4, осуществляется импульсная модуляция непрерывного СВЧ сигнала частотой 1090 МГц.
Циркулятор 5 выполняет функцию развязывающего устройства и служит для защиты высокомощных транзисторов (У2 3 и У3 4) в случае обрыва нагрузки (при возникновении высокого коэффициента стоячей волны по напряжению (КСВН) на выходе передающего устройства). На циркуляторе 5 реализована схема контроля выходной мощности передающего устройства путем ослабления на аттенюаторе 6 и детектирования отраженной мощности посредством детектора 7. При этом по выходному сигналу детектора 7, поступающему на вход устройства управления 9, последнее формирует сигнал исправности передающего устройства.
Узел коммутации 8 выполнен на pin-диодах и используется для вывода усиленного СВЧ-сигнала, поступившего на его СВЧ вход со второго плеча циркулятора 5, на внешнюю антенну. При этом управление pin-диодами осуществляется посредством подачи на управляющий вход узла коммутации 8 управляющего сигнала с пятого выхода устройства управления 9. Кроме этого узел коммутации 8 может использоваться для коммутации принятого на внешнюю антенну сигнала в приемный канал (при его наличии).
Устройство управления 9 выполнено на базе программируемой логической интегральной схемы (например, A3P250L-FGG144) и обеспечивает формирование сигналов управления для СВЧ части передающего устройства, а именно для ШСЧ 1, У1 2, У2 3, У3 4, узла коммутации 8. Кроме этого оно формирует сигнал исправности (на основе детектированного сигнала отраженной мощности), а также необходимые стабилизированные напряжения питания для внутренних цепей. Устройство управления 9 отвечает за правильность формирования и стабильность выходного СВЧ сигнала с заданными параметрами и предоставляет возможность контролировать исправность передающего устройства.
Таким образом, заявляемое передающее устройство выполнено с возможностью формирования управляющих сигналов для элементов СВЧ части и с обеспечением передачи стабильного СВЧ сигнала с параметрами, необходимыми при использовании устройства в составе ВОРЛ, работающего в стандартных режимах А, С, S и ADS-B OUT 1090ES.
Передающее устройство было апробировано в дециметровом диапазоне частот и показало следующие результаты (в соответствии с заданными требованиями):
- импульсная мощность сигнала в антенну - не менее 350 Вт;
- значение несущей частоты - 1090 МГц;
- разница амплитуд радиоимпульсов сигнала в пачке - 0,1 дБ.
- длительность фронта/среза радиоимпульса - менее 100 нс.