РАДИОПЕРЕДАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО С УМЕНЬШЕННЫМ ВРЕМЕНЕМ НАСТРОЙКИ

Полезная модель относится к области генерирования и излучения радиосигналов в системах связи.
Известны радиопередающие устройства, в состав которых входят узкополосные (резонансные) антенные согласующие устройства (СУ), которые обеспечивают согласование антенны с усилителем мощности радиопередатчика на заданной частоте и перестраиваются каждый раз при смене частоты или при изменении входного сопротивления антенны на данной частоте из-за изменения во времени условий окружающей среды.
В качестве аналога предлагается к рассмотрению радиопередающее устройство с СУ автоматизированного (поискового) типа, применяющееся в радиопередатчиках диапазонов от низких до высоких частот (ДВ, СВ, KB) (Бабков В.Ю., Муравьев Ю.К. Основы построения устройств согласования антенн / Л.: Военная академия связи, 1980, стр. 6, 73-74) (фиг. 1).
Радиопередающее устройство с СУ автоматизированного типа содержит следующие элементы: усилитель мощности 1; согласующую цепь 2, которая преобразует на рабочей частоте комплексное входное сопротивление антенно-фидерного тракта ZA(ω) к заданному сопротивлению Z1(ω), в общем случае являющемуся комплексным; датчики рассогласования 3, включаемые на определенных участках согласующей цепи и обеспечивающие информацию о качестве согласования; исполнительное устройство 4, обеспечивающее по командам управляющего устройства изменение величин элементов согласующей цепи; управляющее устройство 5, преобразующее по определенному алгоритму информацию датчиков рассогласования и формирующее команды исполнительному устройству. Нагрузкой радиопередатчика служит антенно-фидерное устройство 6.
Недостатком радиопередатчиков с автоматизированными СУ, реализованными на основе принципов построения систем автоматического управления, являются возможные сбои в процессе настройки, обусловленные как сложной структурой выходного тракта радиопередатчика, предполагающего использование сравнительно большого числа регулировочных элементов, так и многоэкстремальным (немонотонным) законом изменения настроечных характеристик вследствие применения узкополосных антенн и наличия резонансных контуров в выходной колебательной системе.
Известно также радиопередающее устройство сверхдлинноволнового диапазона (СДВ), выбранное в качестве аналога (фиг. 2), в состав которого входит узкополосное (резонансное) СУ (Сырников Э.В. «Построение ключевых радиопередающих устройств большой мощности» / СПб: Изд-во Политехнического университета, 2013 г., стр. 48).
В состав радиопередающего устройства входят (фиг. 2): возбудитель 1, на вход которого поступает сигнал S(t); каскады предварительного усиления 2; оконечный усилитель мощности 3; первый промежуточный контр 4 с конденсаторами 4.1, 4.2 и настроечными индуктивностями 4.3,4.4, 4.5; второй промежуточный контр 5 с настроечной индуктивностью 5.1 и конденсатором 5.2; фильтр нижних частот (ФНЧ) 6; третий промежуточный контур 7 с конденсатором 7.1 и настроечной индуктивностью 7.2; вариометр связи 8 с первичной 8.1 и вторичной 8.2 обмотками; дополнительная настроечная индуктивность 9; удлинительная катушка 10. Нагрузкой радиопередатчика служит антенно-фидерное устройство 11. Наряду с указанными на фиг. 2 настроечными индуктивностями (вариометрами) при работе радиопередатчика в широком диапазоне частот может потребоваться регулировка номиналов емкостей конденсаторов 4.1, 4.2, 5.2, 7.1, которая осуществляется путем дискретного изменения их значений.
Ввиду сложности цепей согласования на фиг. 2, а также большого количества регулировочных элементов, в радиопередатчиках подобного типа автоматизированные СУ не нашли применения. Настройка подобных радиопередатчиков осуществляется оператором в ручном режиме в следующей последовательности. Включают радиопередатчик на пониженном уровне мощности и на первом шаге по показаниям датчика рассогласования, регулируя индуктивность удлинительной катушки 10, осуществляют компенсацию реактивной составляющей сопротивления антенно-фидерного устройства 11. Затем, на следующем шаге, регулируя относительное положение обмоток 8.1 и 8.2 вариометра связи 8, а также варьируя индуктивность дополнительной настроечной индуктивности 9, по датчику сопротивления добиваются требуемого значения вещественной части сопротивления со стороны первичной обмотки вариометра 8.1. На третьем шаге с помощью регулировки конденсатора 7.1 и настроечной индуктивности 7.2 третьего промежуточного контура 7 добиваются компенсации реактивной части сопротивления на выходных зажимах фильтра нижних частот 6. На четвертом и пятом шаге соответственно осуществляется регулировка настроечной индуктивности 5.1 второго промежуточного контура, а также настроечных индуктивностей 4.3, 4.4 и 4.5 первого промежуточного контура. В случае отклонения вещественной и мнимой частей эквивалентного сопротивления нагрузки, подводимого к выходным клеммам оконечного усилителя мощности 3, указанные выше операции по настройке необходимо повторять, начиная с предшествующих шагов, до тех пор, пока антенна не будет настроена с требуемым качеством.
Недостатком такого радиопередатчика являются большое время, необходимое для настройки согласующего устройства, которое имеет сложную структуру, а также и то, что настройка происходит при включенном радиопередатчике.
Наиболее близкой к предлагаемой полезной модели, выбранной в качестве прототипа, является радиопередающее устройство (фиг. 3) («А New Precise Tuning Method for VLF Multi-tuning Antenna». Авторы: Li Kaifeng; Jiang Yuzhong; Guan Jianxin; Gao Aiguo. PUBLISHED IN: 2009 Sth International Conference on Wireless Communications, Networking and Mobile Computing, 24-26 Sept. 2009, INSPEC Accession Number: 10952773).
Радиопередающее устройство (фиг. 3) содержит: усилитель мощности, условно изображенный в виде источника напряжения Е с последовательно включенным сопротивлением R0, которое представляет собой сумму внутреннего сопротивления усилителя мощности и сопротивления первичного контура преобразования импеданса; вторичный контур преобразования импеданса, в состав которого входят катушка индуктивности L7 и конденсатор С7; вариометр связи с первичной L14 и вторичной L11 обмотками; дополнительную индуктивность L12; удлинительную катушку L13. Нагрузкой радиопередатчика служит антенна, условно изображенная на фиг. 3 в виде элементов RA и СА. Вторичная обмотка вариометра L11, дополнительная индуктивность L12, удлинительная катушка L13 и антенна (элементы RA и СА) в совокупности образуют антенный контур.
Настройка радиопередающего устройства осуществляется следующим образом. На первом шаге при выключенном напряжении анодного питания к входу антенного контура подключается измеритель импеданса, способный отображать реальную и мнимую части сопротивления антенны.
На втором шаге последовательно переключаются сектора антенны и выполняется их предварительная настройка, а именно: путем подстройки настроечных индуктивностей (удлинительных катушек) или укорачивающих емкостей в каждом секторе многосекторной антенны добиваются максимального значения его сопротивления, что эквивалентно настройке антенны в целом. Контроль настройки осуществляется по величине сопротивления, получаемого в каждом секторе многосекторной антенны, которое отображается на цифровом индикаторе измерителя импеданса.
На третьем шаге при включенном напряжении анодного питания, подстраивая индуктивность или емкость антенного контура, необходимо добиться уменьшения до нуля реактивной части импеданса антенного контура.
На четвертом шаге, подстраивая вариометр связи, необходимо добиться нужного значения вещественной части импеданса со стороны первичной обмотки вариометра связи.
Если на любом из этапов (шагов) настройки не удается достичь промежуточной цели, следует повторять настройку, начиная с предшествующих шагов, до тех пор, пока антенна не будет настроена.
Предложенная в устройстве-прототипе процедура настройки с использованием измерителя импеданса позволила сократить затраты времени, в среднем, с 35-45 минут до 16-20 минут.
Однако, учитывая, что эту процедуру приходится повторять каждый раз при переходе на новую частоту, а также повторять в случае, когда частота остается неизменной, но при этом имеет место девиация импеданса антенны вследствие ее прогрева, выпадения осадков, образования наледи на антенном полотне и воздействия ветровых нагрузок, достигнутые в [3] сокращенные интервалы настройки, не позволяют обеспечить предъявляемые к радиопередатчикам СДВ диапазона, требования по готовности к работе.
Задачей предлагаемой полезной модели является уменьшение времени настройки радиопередатчика.
Для этого в радиопередатчик (фиг. 4) содержащий: возбудитель 1, усилитель мощности 2, фильтр нижних частот 3, согласующее устройство 4, устройство управления 5, соединенное с возбудителем 1, усилителем мощности 2 и фильтром нижних частот 3 и антенну 6, дополнительно введены коммутатор 7, измеритель импеданса 8, блок записи и хранения измеренных значений импеданса антенны 9, блок записи и хранения положений всех элементов настройки 10 (настроечных таблиц) согласующего устройства на каждой частоте рабочего диапазона, устройство управления 11 согласующим устройством, блок регулировки элементов настройки 12, причем вход коммутатора соединен с выходом согласующего устройства 4, а его выходы соединены соответственно с антенной 6 и входом измерителя импеданса 8, выход которого через блок записи и хранения измеренных значений импеданса антенны 9 связан с одним из входов/выходов устройства управления 11 согласующим устройством, остальные входы/выходы которого соединены соответственно с устройством управления радиопередатчиком 5, блоком записи и хранения положений всех элементов настройки 10 (настроечных таблиц) согласующего устройства, блоком регулировки элементов настройки 12, коммутатором 7 и измерителем импеданса 8.
Настройка радиопередающего устройства осуществляется следующим образом.
Предварительно до включения напряжения возбуждения в блок 10 записывают массив значений положений всех элементов настройки согласующего устройства 4 и соответствующий ему массив значений импеданса антенны 6, причем оба массива содержат соответствующие данные на каждой частоте рабочего диапазона частот. Указанный массив значений положений всех элементов настройки предварительно формируется путем проведения вычислений с помощью имитационной модели радиопередатчика с учетом возможной девиации импеданса антенны вследствие изменения условий окружающей среды. Запись данных в блок 10 производится однократно.
Предварительно, при отключенном напряжении возбуждения, по сигналу с устройства управления 5, блок управления согласующим устройством 11 через коммутатор 7 отключает согласующее устройство 4 от антенны 6, вход которой через коммутатор 7 подключается к измерителю импеданса 8 антенны. Измеритель импеданса 8 проводит измерение текущих значений импеданса антенны 6 на каждой рабочей частоте и записывает результаты в блок 9. Измерение текущих значений импеданса антенны 6 производится периодически с заданным интервалом, при этом результаты измерений, хранящиеся в блоке 9, каждый раз обновляются.
По сигналу с устройства управления 5 радиопередатчиком, без его включения, выбирается частота, при этом в блоке управления согласующим устройством 11 сравниваются имеющиеся данные на этой частоте, между текущими положениями всех элементов настройки СУ, хранящимся в блоке 10, с последними, измеренными значениями импеданса антенны на этой частоте, хранящимися в блоке 9. При несоответствии текущих положений элементов настройки СУ с требуемым значениями блока 9, блок управления согласующим устройством 11 формирует сигнал, который поступает на вход блока регулировки элементов настройки 12 и приводит к корректировке значений элементов настройки в согласующем устройстве 4. Поскольку регулировка значений элементов настройки согласующего устройства 4 происходит при выключенном усилителе мощности, изменение их значений может осуществляться одновременно, а не последовательно, как в устройстве-прототипе, что способствует уменьшению времени настройки. При этом угроза выхода усилителя мощности радиопередатчика из-за одновременной регулировки элементов настройки не возникает.
Таким образом, в предлагаемом радиопередающем устройстве время настройки может быть существенно сокращено по сравнению с устройством-прототипом. Настройка проводится без выхода радиопередатчика в эфир, что отвечает требованиям по противодействию средствам радиоэлектронной борьбы.
Источники информации:
1) «Основы построения устройств согласования антенн» Авторы: Бабков В.Ю., Муравьев Ю.К. Л. Военная академия связи, 1980, стр. 6, 73-74;
2) «Построение ключевых радиопередающих устройств большой мощности». Автор: Сырников Э.В. СПб. Изд-во Политехнического университета, 2013 г., стр. 48;
3) «А New Precise Tuning Method for VLF Multi-tuning Anterma». Авторы: Li Kaifeng; Jiang Yuzhong; Guan Jianxin; Gao Jianxin; Gao Aiguo. PUBLISHED IN: 2009 Sth International Conference on Wireless Communications, Networking and Mobile Computing, 24-26 Sept. 2009, INSPEC Accession Number: 10952773.