УСТРОЙСТВО ДЛЯ ФОРМИРОВАНИЯ ПРЯМОУГОЛЬНЫХ РАДИОИМПУЛЬСОВ

Полезная модель относится к области радиотехники и может быть использована в устройствах для формирования радиоимпульсов прямоугольной формы в диапазоне метровых и дециметровых волн.
Известно устройство для формирования амплитудно-манипулированных радиоимпульсов, содержащее телеграфный ключ, электронный включатель и радиочастотный генератор с внешним возбуждением, к нагрузке которого подключена антенна [1]. При манипулировании телеграфным ключом (нажатие и отжатие) электронный включатель запускает в работу радиочастотный генератор с внешним возбуждением, выходные радиосигналы которого с помощью антенны излучаются в пространство.
Недостаток известного устройства состоит в том, что из-за переходных процессов при манипулировании телеграфным ключом искажается форма генерируемого радиоимпульса. Затягиваются подъем и спад радиоимпульса, что приводит к снижению не менее чем на 20…30% скорости передачи телеграфной информации. Кроме того, образуются всплески и впадины в радиоимпульсе, которые вызывают его дробление на части и потерю информации. Переходные процессы возникают в электрических цепях только при наличии реактивных элементов в них, а именно: емкостных элементов (конденсаторов) как сосредоточенных, так и распределенных, и индуктивных элементов (катушек индуктивности) как сосредоточенных, так и распределенных. Реактивные элементы необходимы для формирования резонансных колебательных контуров, включая радиоантенну в качестве колебательного контура.
Наиболее близким известным техническим решением к предлагаемому является устройство для клиппирования амплитудно-модулированного сигнала, содержащее последовательно соединенные источник передаваемого сигнала, модулятор, радиочастотный генератор с внешним возбуждением, усилитель мощности и вибраторную антенну [2]. Между усилителем мощности и клеммами вибраторной антенны включен амплитудный ограничитель. За счет большого усиления усилителя мощности сокращается время подъема радиоимпульса. Образующийся при этом всплеск напряжения на выходе усилителя мощности ограничивается амплитудным ограничителем. Такое ограничение (клиппирование) амплитуды радиосигнала повышает коэффициент амплитудной модуляции и КПД радиопередатчика амплитудно-модулированных сигналов.
Недостаток прототипа состоит в том, что при амплитудном ограничении радиосигнала появляются нелинейные искажения, которые снижают мощность излучения основной гармоники радиосигнала и ухудшают электромагнитную совместимость. При этом инерционные свойства вибраторной антенны при клиппировании не устраняются и нежелательный длительный подъем и спад радиоимпульса сохраняются.
Целью полезной модели является повышение скорости передачи информации за счет сокращения времени подъема и спада излучаемых вибраторной антенной радиоимпульсов.
Сущность полезной модели состоит в том, что, кроме известных и общих отличительных признаков, а именно: последовательно соединенных источника передаваемого сигнала, модулятора, радиочастотного генератора с внешним возбуждением, усилителя мощности и вибраторной антенны, предлагаемое устройство для формирования прямоугольных радиоимпульсов дополнительно содержит первую и вторую группы n тиристоров, переключатель на n положений и два направления и источник управляющего напряжения постоянного тока, клеммы которого подключены к подвижным переключающим контактам переключателя, неподвижные 2n контакты которого соединены с управляющими электродами соответствующих 2n тиристоров первой и второй групп тиристоров, при этом плечи вибраторной антенны выполнены из токопроводящего материала полыми, во внутренней полости которых размещены тиристоры, катоды и аноды которых подключены последовательно вдоль продольной оси вибраторной антенны и встречно в левом плече по отношению к правому плечу вибраторной антенны, управляющий вход переключателя соединен с элементом установки частоты излучения радиопередатчика, где n - число фиксированных частот излучения.
Новизна полезной модели состоит в том, что устройство для формирования прямоугольных радиоимпульсов дополнительно содержит первую и вторую группы n тиристоров, переключатель на n положений и два направления и источник управляющего напряжения постоянного тока, клеммы которого подключены к подвижным переключающим контактам переключателя, неподвижные 2n контакты которого соединены с управляющими электродами соответствующих 2n тиристоров первой и второй групп тиристоров, при этом плечи вибраторной антенны выполнены из токопроводящего материала полыми, во внутренней полости которых размещены тиристоры, катоды и аноды которых подключены последовательно вдоль продольной оси вибраторной антенны и встречно в левом плече по отношению к правому плечу вибраторной антенны, управляющий вход переключателя соединен с элементом установки частоты излучения радиопередатчика, где n - число фиксированных частот излучения, что обеспечивает повышение скорости передачи информации за счет сокращения времени подъема и спада излучаемых вибраторной антенной радиоимпульсов.
Функциональная схема предлагаемого устройства изображена на фиг.1, эпюры известного в прототипе и предлагаемого формируемого радиоимпульса изображены на 2 и 3 соответственно. Известное [3] распределение тока вдоль цилиндрического тонкого симметрично вибратора различной относительной длины представлено на фиг.4.
На фиг.1 обозначено: 1 - источник управляющего напряжения постоянного тока; 2 - переключатель на n положений и два направления; 3 и 4 - левое и правое плечо цилиндрического тонкого симметрично вибратора; 5 - управляющий вход переключателя 2 для установки частоты излучения; 6 - усилитель мощности; 7 - радиочастотный генератор с внешним возбуждением; 8 - модулятор; 9 - источник передаваемого сигнала; 10 - вход модулятора 8 для подключения опорной частоты.
В исходном положении (в статике) выход источника 1 управляющего напряжения постоянного тока подключен к входу переключателя на n положений и два направления 2. Левое 3 и правое 4 плечо цилиндрического тонкого симметрично вибратора расположены вдоль осевой продольной линии. Управляющий вход 5 переключателя 2 для установки частоты излучения кинематически связан с элементами установки частоты радиопередатчика. Выходы усилителя мощности 6 подключены к токопроводящей цилиндрической поверхности вибраторной антенны 3 (4) и к анодам (катодам) первой и второй групп тиристоров VD1, VD2,…, VDn. Выход радиочастотного генератора с внешним возбуждением 7 соединен с входом усилителя мощности 6, а вход радиочастотного генератора с внешним возбуждением 7 подключен к выходу модулятора 8, вход которого связан с выходом источника передаваемого сигнала 9. Вход 10 модулятора 8 подключен к выходу источника опорной радиочастоты частоты. Все тиристоры в исходном положении закрыты и через них токи не протекают.
Предлагаемое устройство работает следующим образом.
С выхода источника 9 передаваемого сигнала поступают сигналы, соответствующие элементам дискретного кода «1» или «0» (радиоимпульс или пауза), через модулятор 8, радиочастотный генератор с внешним возбуждением 7 и усилитель мощности 6 на клеммы вибраторной антенны. Одна клемма вибраторной антенны подключена через токопроводящую цилиндрическую поверхность левого плеча 3 ко всем катодам тиристоров VD1, VD2,…, VDn первой группы тиристоров этого левого плеча 3 и ко всем катодам тиристоров VD1, VD2,…, VDn второй группы правого плеча 4. Другая клемма вибраторной антенны электрически связана через токопроводящую цилиндрическую поверхность правого плеча 4 со всеми анодами тиристоров VD1, VD2,…, VDn второй группы тиристоров этого правого плеча 4 и со всеми анодами тиристоров VD1, VD2,…, VDn первой группы тиристоров левого плеча 3 симметричной вибраторной антенны.
При поступлении управляющего напряжения с выхода источника 1 управляющего напряжения постоянного тока через переключатель 2 на управляющие электроды одной пары тиристоров, то эта пара тиристоров открывается и через них протекает ток, генерируемый на выходе усилителя мощности 6.
Так как входное сопротивление любой антенны, кроме активной, имеет реактивную составляющую, то формируемый радиоимпульс имеет длительный подъем и спад, что проиллюстрировано на фиг.2. В отличие от прямоугольного (фиг.3), пологий радиоимпульс задерживает передачу информации на время, равное подъему и спаду радиоимпульса.
Точка максимального значения протекающего тока на цилиндрической поверхности вибраторной антенны задается [3] соотношением длины L плеч прямолинейного вибратора и значения излучаемой частоты А радиоволн. Распределение тока вдоль цилиндрического тонкого симметрично вибратора различной его относительной длины L/A представлено на фиг.4.
Катоды тиристоров первой группы тиристоров VD1, VD2,…, VDn подключены последовательно вдоль продольной оси антенны к точкам цилиндрической поверхности левого плеча 3, а аноды второй группы тиристоров VD1, VD2,…, VDn подсоединены последовательно вдоль продольной оси к точкам цилиндрической поверхности правого плеча 4 вибраторной антенны так, что в момент резонанса имеет максимальный ток в этих точках. Выбор (подключение) одной пары из первой и второй группы n тиристоров осуществляется с помощью переключателя 2 при установке элементом 5 частоты несущей совместно с опорной частотой 10 модулятора 8.
Таким образом, при подводе излучающего тока вибраторной антенны к характерным резонансным точкам (фиг.4), когда реактивного сопротивления в антенне нет, то формируется прямоугольный радиоимпульс (фиг.3), что обеспечивает повышение скорости передачи информации.
Промышленная применимость предлагаемого устройства достигается тем, что в нем использованы стандартные функциональные блоки и электрические элементы, рассмотренные в аналоге и прототипе. В организации-заявителе изготовлена модель предлагаемого устройства для формирования прямоугольных радиоимпульсов в 2010 году.
Положительный эффект от использования полезной модели состоит в том, что повышается не менее чем на 30…40% скорость передачи дискретной информации за счет сокращения времени на подъем и спад формируемого радиоимпульса.
Источники информации:
1. Радиопередающие устройства: Учебник для вузов / В.В.Шахгильдян и др.; Под ред. В.В.Шахгильдяна, - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Радио и связь, 1990, стр.265, (аналог).
2. Справочник по радиоэлектронным устройствам: в 2-х томах. Т.1 / Бурин Л.И., Васильев В.П. и др.; Под ред. Д.П.Линде. - М.: Энергия, 1978, с.258-259 (прототип).
3. Справочник по элементам радиоэлектронных устройств. Под ред. В.Н.Дулина, М.С.Жука. М.: Энергия, 1977, с.496-500.