УСТРОЙСТВО АВТОМАТИЧЕСКОГО СОГЛАСОВАНИЯ ГЕНЕРАТОРА С НАГРУЗКОЙ Российский патент 1998 года по МПК H03H7/40 

Изобретение относится к радиотехнике, а именно к устройствам, осуществляющим автоматическое согласование генератора с нагрузкой. Оно может быть использовано для согласования выходного каскада радиопередатчика с антенной, фидерной линии с оконечной нагрузкой и т.д.

Известны устройства автоматического согласования генератора с нагрузкой, в которых согласование осуществляется путем изменения управляемого реактивного сопротивления цепи согласования, включенной в линию передачи, соединяющую генератор с нагрузкой /1,2/. Наиболее близким к предлагаемому изобретению техническим решением является устройство, описанное в /3/, которое может рассматриваться в качестве прототипа.

В прототипе согласование осуществляется путем автоматического подключения к согласующей реактивной цепи или отключения от нее конденсаторов из специального магазина. Устройство периодически переходит из одного режима (подключения, отключения) в другой, осуществляя пошаговое увеличение суммарной емкости конденсаторов или пошаговое ее уменьшение. Подключение или отключение конденсаторов осуществляется электронными ключами. Управление ими осуществляется с помощью блока анализа КСВ и двоичного счетчика. Сигнал на вход блока анализа КСВ поступает с аналого-цифрового преобразователя (АЦП), к входу которого подключен амплитудный детектор, соединенный с датчиком КСВ, реализованным на основе циркулятора. Блок анализа КСВ с двоичным счетчиком работают по следующему алгоритму:
- если после очередного шага изменения величины емкости конденсаторов с выхода АЦП поступило число, меньшее предыдущего, то режим подключения (отключения) сохраняется,
- если поступившее число больше предыдущего, то режим изменяется на обратный.

Этот алгоритм обеспечивает выбор такого направления изменения величины емкости конденсаторов, которое приводит к постоянному уменьшению КСВ в линии передачи. На конечном этапе работа устройства приводит к периодическим колебаниям значения КСВ вблизи точки оптимального согласования.

Недостатками прототипа являются его большие габариты и сложность регулировки, связанные с наличием датчика КСВ, а также недостаточно устойчивая его работа вблизи точки оптимального согласования.

Действительно, для работы прототипа необходимо, чтобы при подключении (отключении) очередной емкости состояние АЦП изменялось хотя бы на одну ступень /3/. Однако, даже при любой разрядности АЦП всегда возможны случаи, особенно часто при прохождении точки оптимального согласования (точки экстремума), когда при очередном шаге изменения емкости изменяется только фаза коэффициента отражения в линии, а его модуль и, соответственно величина КСВ, не изменяются. Это происходит потому, что при прохождении точки оптимального согласования при очередном шаге изменения емкости характер реактивного сопротивления (емкостное, индуктивное) изменяется, модуль же сопротивления при этом может остаться постоянным. Не будет при этом изменяться и сигнал на выходе АЦП. В этой ситуации происходит сбой в работе устройства согласования. Учитывая, что принцип действия прототипа предполагает многократное (с частотой десятки герц) прохождение точки экстремума, то сбои в его работе происходят достаточно часто.

Целью изобретения является уменьшение габаритов и повышение надежности работы устройства автоматического согласования.

Указанная цель достигается тем, что вход амплитудного детектора устройства автоматического согласования через аттенюатор соединен с согласуемой нагрузкой, выход амплитудного детектора соединен с первым (инвертирующим) входом вычитающего усилителя, а также через резистор с вторым (неинвертирующим) входом вычитающего усилителя, параллельно которому подключена параллельная RC- цепочка с постоянной времени разряда τ ≫ τ_д , где τ_д - постоянная времени амплитудного детектора. Выход вычитающего усилителя через триггер Шмитта соединен со входом двоичного счетчика, а выход счетчика - со входом электронного ключа, осуществляющего в зависимости от сигнала на выходе счетчика ("1" или "О") включение режима заряда накопительной емкости от источника постоянного напряжения или разряда накопительной емкости, напряжение с которой через развязывающий резистор подается на управляемый напряжением реактивный элемент (например, варикап), являющийся частью реактивной цепи согласования.

На фиг.1 приведена функциональная схема устройства; на фиг.2 - зависимость состояния триггера Шмитта от разности входных напряжений.

На фиг.1 обозначено : E - генератор с внутренним сопротивлением R₁, Z₁ - нагрузка, соединяемая с генератором отрезком линии передачи. Устройство согласования состоит (фиг.1) из реактивной цепи согласования (РЦС) - 1, в которую входит управляемый напряжением реактивный элемент D. Величина реактивного сопротивления элемента зависит от напряжения на накопительной емкости C₁, соединенной с ним через развязывающий резистор R₂. РЦС включена в линию передачи, соединяющую генератор с нагрузкой. В состав автоматического устройства согласования также входят: аттенюатор (Атт) - 2, амплитудный детектор (АД) - 3, резистор R₃, "запоминающая" RС-цепочка R₄C₂, вычитающий усилитель (ВУ) - 4, триггер Шмитта (ТШ) - 5, двоичный счетчик (Сч) - 6, электронный ключ (Кл) - 7, источник постоянного напряжения E_п.

Работает устройство автоматического согласования следующим образом. В установившемся режиме путем автоматического открытия или закрытия Кл 7 (фиг. 1) обеспечивается подключение или отключение накопительной емкости от источника постоянного напряжения E_п. Это приводит к периодическому изменению напряжения на накопительной емкости (и, соответственно, изменению величины реактивного сопротивления управляемого элемента D РЦС 1) от минимального до максимального значения и обратно. Изменение емкости (индуктивности) В приводит к изменению реактивного сопротивления РЦС 1 и соответствующему периодическому изменению напряжения на нагрузке с захватом точки оптимального согласования. При оптимальном согласовании напряжение на нагрузке достигает своего максимального значения.

Управление зарядом-разрядом накопительной емкости осуществляется ВУ 4, ТШ 5, Сч 6 и Кл 7. На первый вход ВУ 4 через Атт 2 и АД 3 подается текущее значение напряжения на нагрузке - U₁, на второй - U₂, через резистор R₃ и RC-цепочку R₄C₂ с постоянной времени разряда τ ≫ τ_д (τ_д- - постоянная времени АД 3), что обеспечивает поддержание на втором входе усредненного напряжения близкого к максимальному за период колебаний. Зависимость состояния ТШ от U_тш=U₂-U₁ приведена на фиг.2. После прохождения точки оптимального согласования напряжение U₁ начинает уменьшаться. При U_тш=U_в срабатывает ТШ 5 (фиг.2). Это приводит к изменению состояния сигнала на выходе Сч 6 и, соответственно, происходит смена состояния "открыт- закрыт" Кл 7. Начинается реверсивное движение устройства к точке оптимального согласования U₁ начинает уменьшаться. В момент, когда U_тш=U_Н, происходит изменение состояния ТШ 5, при этом Сч 6 фиксирует поступление первого импульса после реверса. Так как счетчик двоичный, то сигнал на выходе счетчика после первого импульса не изменяется, не изменяется и состояние Кл 7. Затем напряжение U₁проходит через точку экстремума и снова начинает уменьшаться. При U_тш=U_в снова срабатывает ТШ 5 и цикл настройки повторяется.

В предлагаемом устройстве АД 3 подключается непосредственно к нагрузке, поэтому датчик КСВ, который, как отмечается в /3/, сам по себе сложен в регулировке и имеет значительные габариты, отсутствует.

Для устранения реакции АД 3 используется Атт 2, который может быть выполнен в виде обычного резистивного делителя. Из алгоритма работы устройства согласования, кроме того, видно, что оно обеспечивает абсолютно устойчивую работу вблизи точки оптимального согласования, что существенно повышает надежность его работы по сравнению с прототипом.

Источники информации:
1. Патент 4343001, США.

2. А.с.1535334 (СССР). Устройство автоматического согласования генератора с нагрузкой. В.А. Галкин, И.И. Подобед.

3. В.А. Галкин, И.А. Ермоленко. Устройство автоматического согласования генератора с нагрузкой. Радиотехника, 1990, N 12, с. 14

Название: устройство автоматического согласования генератора с нагрузкой. Использование: для согласования выходного каскада радиопередатчика с антенной, фидерной линии с оконечной нагрузкой и т.д. Сущность: устройство автоматического согласования, содержащее амплитудный детектор, подключаемый через аттенюатор к согласуемой нагрузке, вычитающий усилитель, триггер Шмитта, двоичный счетчик, электронный ключ, накопительную емкость, управляемый напряжением элемент, являющийся частью реактивной цепи согласования. Отличается отсутствием датчика КСВ, устойчивостью алгоритма работы. 2 ил.

Устройство автоматического согласования генератора с нагрузкой, содержащее управляемую реактивную цепь согласования, включенную в линию передачи между генератором и нагрузкой, амплитудный детектор, двоичный счетчик, электронный ключ, отличающееся тем, что вход амплитудного детектора через аттенюатор соединен с согласуемой нагрузкой, выход - с первым входом вычитающего усилителя, а также через резистор с вторым входом вычитающего усилителя, параллельно которому подключена параллельная RC-цепочка с постоянной времени разряда τ ≫ τ_д , где τ_д - постоянная времени амплитудного детектора, выход вычитающего усилителя соединен с входом триггера Шмитта, выход триггера Шмитта - с входом двоичного счетчика, выход двоичного счетчика - с управляющим входом электронного ключа, один конец которого соединен с источником постоянного напряжения, второй - с накопительной емкостью, а накопительная емкость через развязывающий резистор соединена с управляемым напряжением реактивным элементом управляемой реактивной цепи согласования.