Изобретения относятся к электротехнике, а именно к радиотехнике, в частности могут быть использованы в устройствах согласования выходов (входов) радиопередатчиков (радиоприемников) с импедансными нагрузками (антеннами), в трактах диаграммообразующих схем антенных решеток или в регулируемых линиях задержки электромагнитных сигналов.
Известны дискретные реактивные цепи (ДРЦ).
ДРЦ в виде ступенчатых переходов, выполненных из последовательно включенных дискретных реактивных элементов (ДРЭ), в качестве которых использованы отрезки длинных линий, описана в книге: Электроника. Энциклопедический словарь. - М.: изд. Сов. Энциклопедия, 1991. - c.371. Отрезки длинных линий имеют одинаковую длину, но с изменяющимися значениями волновых сопротивлений, величины которых рассчитывают с использованием полиномов Чебышева или Баттерворса. Последовательным включением N ДРЭ обеспечивают согласование отличающихся друг от друга импедансов.
Однако известная ДРЦ имеет недостатки. При необходимости использования более четырех ДРЭ (N>4) резко возрастает погрешность вычисления номинальных параметров ДРЭ с помощью указанных полиномов. Также возникают значительные технологические сложности выполнения ДРЭ с отличающимися волновыми сопротивлениями.
Известна также ДРЦ, описанная в книге: Марков Г.М., Сазонов Д.М. Антенны. Учебник для студентов радиотехнических специальностей. Изд. 2-е, переработанное и дополненное. - М.: Энергия, 1975. - с.327, 464-470. Известная ДРЦ содержит N ДРЭ, выполненных из отрезков фидерных линий (с.464-470, книги «Антенны»), входящих в систему фазирования антенной решетки. С помощью управляемых переключателей (pin-диодов или ферритов с прямоугольной петлей гистерезиса) обеспечивается формирование необходимой совокупности ДРЭ для достижения требуемого фазового состояния. Число фазовых состояний М выбирают равным двум в целой степени М=2P, где Р=1,2,3,... и т.д.
Недостатком известной ДРЦ является ее низкая структурная надежность (Структурная надежность ДРЦ характеризуется коэффициентом структурной надежности Кн, определяемым отношением числа Пi сохранившихся позиций номинальных значений на выходе ДРЦ при выходе из строя i-го ДРЭ, к суммарному числу Пс позиций исправной ДРЦ, т.е. Кн=Пi/Пс), обусловленная тем, что при выходе из строя одного из ДРЭ с помощью оставшихся ДРЭ можно обеспечить не более половины фазовых состояний ДРЦ.
При этом антенная решетка фактически будет неработоспособна.
Наиболее близкой по своей технической сущности к заявленным является дискретная реактивная цепь, описанная в книге: Бабков В.Ю., Муравьев Ю.К. Основы построения устройств согласования антенн. - Л.: ВАС, 1980, с.82, 83, рис.218.
Известная ДРЦ состоит из N дискретных реактивных элементов (ДРЭ), в качестве которых могут использоваться емкостные элементы (конденсаторы), индуктивные элементы (катушки индуктивности) или отрезки длинных линий, например, отрезки коаксиального кабеля. С помощью управляемых переключателей в ДРЦ предусмотрена возможность формирования совокупности из P≤N ДРЭ, подключенной к выходам ДРЦ. Номинальное значение αi i-го ДРЭ, где i=1,2,3,...,N, выбрано из условия
где αmin - минимальный шаг дискретного изменения суммарного значения совокупности из Р ДРЭ; Ki=F(i) - весовой коэффициент номинального значения i-го ДРЭ, вычисленный с помощью расчетной функции
В зависимости от выбранного типа ДРЭ емкостей или индуктивностей они включены соответственно параллельно или последовательно.
Недостатком известной ДРЦ является ее относительно низкая структурная надежность в силу того, что при выходе из строя одного из ДРЭ, структура ДРЦ разрушается до пределов, существенно ограничивающих диапазон ее использования.
Целью заявленных изобретений является разработка вариантов построения ДРЦ, обеспечивающих более высокую структурную надежность, за счет снижения степени разрушения структуры ДРЦ при выходе из строя одного из ДРЭ.
Заявленные варианты ДРЦ расширяют арсенал средств данного назначения.
В первом варианте поставленная цель достигается тем, что в известной ДРЦ, содержащей N ДРЭ с возможностью формирования из них с помощью управляемых переключателей совокупности из P≤N ДРЭ, подключенной к выходам ДРЦ, в которой номинальное значение αi i-го ДРЭ, где i=1,2,3,...,N, выбрано из условия αi=aminKi, где αmin - минимальный шаг дискретного изменения суммарного номинального значения совокупности из Р ДРЭ, Ki=F(i) - весовой коэффициент номинального значения i-го ДРЭ, вычисленный с помощью заданной расчетной функции F(i), в качестве расчетной функции F(i) выбрана рекурентная формула последовательности чисел Фибоначчи:
При использовании в качестве ДРЭ емкостных элементов первые выходы всех ДРЭ объединены и являются первым выходом ДРЦ. Второй вывод каждого i-го ДРЭ подключен к первому контакту i-го управляемого переключателя (УП). Вторые контакты всех УП объединены и являются вторым выходом ДРЦ.
При использовании в качестве ДРЭ индуктивных элементов или отрезков длинных линий (ОДЛ), они включены последовательно. Первый вывод первого и второй вывод N-го ДРЭ являются соответственно первым и вторым выходами ДРЦ. К первому и второму выводам каждого i-го ДРЭ подключены соответственно первый и второй контакты i-го УП. Второй контакт m-го УП подключен к первому контакту (m+1)-го УП, где m=1,2,...,N-1.
Во втором варианте в отличие от первого варианта ДРЦ в качестве расчетной функции F(i) выбрана рекурентная формула последовательности чисел Люка:
В третьем варианте в отличие от первого варианта ДРЦ в состав ДРЦ введен дополнительный ДРЭ αдоп, номинальное значение которого выбрано равным номинальному значению третьего ДРЭ, т.е. αдоп=α3.
При использовании емкостных ДРЭ первый вывод дополнительного ДРЭ подключен к первым выводам всех ДРЭ. Второй вывод дополнительного ДРЭ подключен к первому контакту дополнительного УП, второй контакт которого подключен к вторым контактам всех УП.
При использовании индуктивных ДРЭ дополнительный ДРЭ включен последовательно между j-ми (j+1)-м ДРЭ, где j=1,2,...,N-1. К первому и второму выводам дополнительного ДРЭ подключены соответственно первый и второй контакты дополнительного УП, второй и первый контакты которого подключены соответственно к первому контакту (j+1)-го и второму контакту j-го УП. Второй контакт m-го УП подключен к первому контакту (m+1)-го УП, где m=1,2,...,N-1 m≠j.
В четвертом варианте в отличие от третьего варианта ДРЦ в состав ДРЦ введен дополнительный ДРЭ αдоп, номинальное значение которого выбрано равным номинальному значению второго ДРЭ, т.е. αдоп=α2. Причем в качестве расчетной функции F(i) выбрана рекурентная формула последовательности чисел Люка (формула (4)).
Благодаря новой совокупности существенных признаков в каждом из вариантов ДРЦ при выходе из строя одного из ДРЭ происходит в меньшей мере разрушение структуры ДРЦ, что и обеспечивает повышение ее структурной надежности.
Проведенный анализ по доступным источникам информации позволил установить, что в них отсутствуют аналоги, характеризующиеся совокупностью признаков, тождественным всем признакам каждого из вариантов заявленных устройств, что указывает на соответствие заявленных технических решений условию патентоспособности «новизна».
Результаты поиска известных решений в данной и смежных областях с целью выявления отличительных существенных признаков каждого из заявленных объектов показали, что они явным образом не следуют из уровня техники. Также не выявлена известность влияния существенных признаков заявленных изобретений на достижение указанного технического результата. Следовательно, заявленные изобретения соответствуют условию патентоспособности «изобретательский уровень».
Заявленные технические решения поясняются чертежами, на которых показаны:
на фиг.1 - структурная схема ДРЦ первого и второго вариантов при использовании емкостных ДРЭ;
на фиг.2 - структурная схема ДРЦ первого и второго вариантов при использовании индуктивных ДРЭ;
на фиг.3 - структурная схема ДРЦ третьего и четвертого вариантов при использовании емкостных ДРЭ;
на фиг.4 - структурная схема ДРЦ третьего и четвертого вариантов при использовании индуктивных ДРЭ.
Структурные схемы заявленных вариантов ДРЦ показаны на фиг.1, 2 (варианты I, II) и фиг.3, 4 (варианты III, IV).
В первом и втором вариантах структурные схемы одинаковы. ДРЦ состоит из N ДРЭ 11-16 (на фиг.1, 2, число N=6) и N УП 21-26. В общем случае число N ДРЭ выбирают исходя из требуемого диапазона изменения суммарного номинального значения реактивности на выходах ДРЦ. Как правило в системах согласования антенных устройств N=5-6, в диаграммообразующих схемах N=6-7.
Положение первых 3 и вторых 4 контактов каждого УП 2 с помощью соответствующих токовых обмоток 7 определяются сигналами от блока управления 8.
В качестве управляемых переключателей могут быть использованы механические реле, pin-диоды, ферриты и т.п. Блок управления может быть реализован на ПЭВМ или в виде специально изготовленного микропроцессора, по ранее заданной программе формирующего управляющие сигналы на подключение соответствующей совокупности Р ДРЭ к выходам ДРЦ.
При использовании емкостных ДРЭ 1 их первые выводы объединены и являются первым выходом 5 ДРЦ (фиг.1). Второй вывод i-го ДРЭ 1 подключен к первому контакту 3 i-го УП 2. Вторые контакты 4 всех УП 2 объединены и являются вторым выходом 6 ДРЦ.
В первом варианте ДРЦ номинальные значения ДРЭ выбирают в соответствии с формулой (1) и рекурентной формулой последовательности чисел Фибоначчи (3).
Во втором варианте ДРЦ номинальные значения ДРЭ 1 выбирают в соответствии с формулой (1) и рекурентной формулой последовательности чисел Люка (4).
При использовании индуктивных ДРЭ 1 (фиг.2) все ДРЭ 1 включены последовательно. Первый вывод первого и второй вывод N-го (в примере на фиг.2 N=6) ДРЭ 11 и 16 являются соответственно первым 5 и вторым 6 выходами ДРЦ. К первому и второму выводам i-го ДРЭ 1 подключены соответственно первый 3 и второй 4 контакты i-го УП 2. Второй контакт 4 m-го УП 2 подключен к первому контакту 3 (m+1)-го УП 2, где m=1,2,...,N-1.
В третьем и четвертом вариантах ДРЦ их структурные схемы одинаковы и показаны на фиг.3 (при использовании емкостных ДРЭ) и на фиг.4 (при использовании индуктивных ДРЭ). Отличие структурных схем третьего и четвертого вариантов ДРЦ (фиг.3, 4) от структурных схем первого и второго вариантов ДРЦ (фиг.1, 2) заключается в том, что в их состав введены дополнительные ДРЭ 1доп и соответствующие им дополнительные УП 2доп.Дополнительные ДРЭ могут быть включены между любыми основными ДРЭ 2 ДРЦ. На фиг.3 и 4 в частности они включены между первым 11 и вторым 12 основными ДРЭ.
Заявленные устройства работают следующим образом. В качестве примера рассмотрим схемы, в которых N=6, а в третьем и четвертом вариантах ДРЦ соответственно αдоп=α3 и αдоп=α2. Также примем, что αmin=1.
При этих условиях с учетом формулы (1) номинальные значения ДРЭ 1 в I и III Вариантах рассчитывают с использованием чисел Фибоначчи, представляющих собой элементы последовательности K1=F(1), K2=F(2),..., задаваемой начальными значениями F(1)=F(2)=1 и для i≥3 рекурентным соотношением F(i)=F(i-1)+F(i-2), т.е. по формуле (3) (см. книгу: Математическая энциклопедия. - М.: Советская энциклопедия, 1985, Т.5, - с.611).
В II и IV Вариантах номинальные значения ДРЭ рассчитывают с учетом формулы (1) и использованием чисел Люка, представляющих собой элементы последовательности K1=F(1), K2=F(2),..., задаваемой начальными значениями F(1)=2; F(2)=1 и для i≥3 рекурентным соотношением F(i)=F(i-1)+F(i-2), т.е. по формуле (4) (см. книгу Грэхем Р., Кнут Д., Паташник О. Конкретная математика. Основание информатики: пер. с англ. - М.: Мир, 1998. - с.344).
Номинальные значения ДРЭ 1 в соответствующих заявленных вариантах и прототипе будут характеризоваться числовыми последовательностями, отраженными в таблице 1.
В любом из вариантов для функционирования ДРЦ с возможностью ее дискретной перестройки с минимальным шагом αmin (в рассматриваемом примере αmin=1) с помощью соответствующей коммутации должна формироваться совокупность из Р ДРЭ одновременно подключенных к выходам 5, 6 ДРЦ, номинальное суммарное значение которой без разрывов изменяется от αmin до αmax с дискретным шагом αmin.
При N=6:
от αmin=1 до αmax=20 (I Вариант);
от αmin=1 до αmax=28 (II вариант);
от αmin=1 до αmax=22 (III вариант);
от αmin=1 до αmax=29 (IV вариант);
от αmin=1 до αmax=63 (Прототип).
Каждое из промежуточных значений в указанных интервалах может быть сформировано одной или несколькими совокупностями ДРЭ 1, включенными в состав ДРЦ.
Например, номинальное значение, равное 7 на выходах 5, 6 ДРЦ может быть сформировано комбинациями:
в I варианте: 2+5; 1+1+5; 1+1+2+3;
в II варианте: 7; 3+4; 1+2+4;
в III варианте: 2+5; 1+1+5; 1+1+2+3; 2+2+3;
в IV варианте: 7; 3+4; 1+2+4;
в прототипе: 1+2+4.
В Таблицах 2, 3, 4 приведены все возможные комбинации суммарных номинальных значений на выходах ДРЦ для последовательности чисел Фибоначчи (Таблица 2), последовательности чисел Люка (Таблица 3) и последовательности чисел прототипа (Таблица 4).
В случае выхода из строя одного из ДРЭ в соответствующей последовательности исключается возможность формирования ряда номинальных значений. В Таблицах 2, 3, 4 символом «О» отмечены номинальные значения, которые не могут быть сформированы при выходе из строя соответствующего ДРЭ. Символом «⊘» в Таблицах 2, 3, 4 отмечены те из пораженных номинальных значений, которые могут быть восстановлены, если в соответствующую последовательность ввести дополнительный ДРЭ: αдоп=α3=2 (в Варианте III); αдоп=α2=1 (в Варианте IV); αдоп=α1=1 (в прототипе).
Приведенные данные дают основания для оценки структурной надежности всех рассматриваемых вариантов ДРЦ.
Для такой оценки использован принцип декомпозиции, позволяющий оценить коэффициент структурной надежности (КСН) 
ДРЦ при выходе из строя i-го ДРЭ, т.е.:
где Пс и Пi - суммарное число и число оставшихся непораженными позиций номинальных значений при выходе из строя i-го ДРЭ. Суммарный КСН 
для соответствующего варианта ДРЦ рассчитан как среднее арифметическое по формуле:
Результаты вычислений приведены в Таблице 5.
Полученные результаты показывают:
- суммарный КСН всех заявленных вариантов ДРЦ выше, чем у прототипа соответственно в 1,69; в 1,55; в 1,84; в 1,82 раза;
- суммарный коэффициент КСН I Варианта ДРЦ выше, чем у II Варианта ДРЦ в 1,09 раза;
- суммарные КСН III и IV Вариантов ДРЦ выше, чем у I и II Вариантов ДРЦ соответственно в 1,08 и в 1,17 раза;
- особенно значительное повышение КСН имеет место при выходе из строя младших ДРЭ, например, при выходе из строя ДРЭ с номинальным значением α=1, у заявленных I, II, III и IV Вариантов ДРЦ повышается в сравнении с прототипом соответственно в 1,94, в 1,59, в 2,04 и в 2,04 раза.
- даже при введении в структуру ДРЦ прототипа дополнительного ДРЭ α1=1 его суммарный КСН составляет , т.е. будет оставаться худшим из суммарных коэффициентов всех заявленных вариантов ДРЦ.
Полученные данные подтверждают возможность достижения сформулированной цели при использовании заявленных устройств - повышения структурной надежности ДРЦ.
| название | год | авторы | номер документа |
|---|---|---|---|
| ДИСКРЕТНАЯ РЕАКТИВНАЯ ЦЕПЬ | 2010 |
|
RU2414809C1 |
| ДИСКРЕТНАЯ РЕАКТИВНАЯ ЦЕПЬ (ВАРИАНТЫ) | 2007 |
|
RU2355102C1 |
| Устройство для измерения чистого запаздывания инерционного звена | 1984 |
|
SU1236430A1 |
| СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ОПРЕДЕЛЕНИЯ УГЛОВОЙ ОРИЕНТАЦИИ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ | 2012 |
|
RU2514197C1 |
| СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ОПРЕДЕЛЕНИЯ УГЛОВОЙ ОРИЕНТАЦИИ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ | 2014 |
|
RU2553270C1 |
| СПОСОБ АДАПТАЦИИ УСТАВКИ ТОКООГРАНИЧЕНИЯ ДЛЯ ФОРМИРОВАНИЯ ПУСКО-ТОРМОЗНЫХ ТРАЕКТОРИЙ АСИНХРОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ НАСОСНЫХ АГРЕГАТОВ | 2011 |
|
RU2461951C1 |
| МИКРОЭЛЕКТРОННАЯ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНАЯ СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО ВЫБОРА ТОКОВЕДУЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ СИСТЕМ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ | 2015 |
|
RU2587431C1 |
| УСТРОЙСТВО для КОНТРОЛЯ ЗАПОЛНЕНИЯ ПУТЕЙ ПОДГОРОЧНОГО ПАРКА | 1973 |
|
SU384715A1 |
| СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ В СИСТЕМЕ С ЛЮФТОМ И СЛЕДЯЩАЯ СИСТЕМА ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ | 1999 |
|
RU2154295C1 |
| Способ управления при испытаниях агрегатом взаимной нагрузки и устройство для его осуществления | 1988 |
|
SU1605296A1 |
Изобретения относятся к электротехнике, в частности могут быть использованы в устройствах согласования выходов (входов) радиопередатчиков (радиоприемников) с импедансными нагрузками (антеннами), а также в линиях задержки диаграммообразующих схем фазированных антенных решеток. Изобретения обеспечивают более высокую структурную надежность дискретной реактивной цепи (ДРЦ) при выходе из строя одного из дискретных реактивных элементов (ДРЭ). ДРЦ состоит из N ДРЭ 1 с возможностью формирования из них совокупности из P≤N ДРЭ с помощью управляемых переключателей (УП) 2. Номинальные значения αi i-го ДРЭ 1, где i=1,2,...,N, выбраны из условия αi =αmin·Ki, где αmin - минимальный шаг дискретного изменения суммарного значения совокупности из Р ДРЭ, Ki=F(i) - весовой коэффициент номинального значения i-го ДРЭ, вычисляемый с помощью заданной расчетной функции F(i), при этом функция F(i) представлена в первом варианте рекурентной формулой последовательности чисел Фибоначчи, во втором - рекурентной формулой последовательности чисел Люка, а в третьем и четвертом вариантах, в структуру ДРЦ по первому и второму вариантам введены дополнительные ДРЭ с номинальными значениями, равными соответственно α3 и α2. 4 н. и 18 з.п. ф-лы, 4 ил., 5 табл.
причем в состав дискретной реактивной цепи введен дополнительный дискретный реактивный элемент αдоп.
причем в состав дискретной реактивной цепи введен дополнительный дискретный реактивный элемент αдоп.
| БАБКОВ В.Ю | |||
| и др., Основы построения устройств согласования антенн, Ленинград, ВАС, 1980, с.82, 83, рис.218 | |||
| Способ последовательного согласования импедансов в диапазоне дискретных частот | 1989 |
|
SU1778827A1 |
| ТРАНСФОРМИРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО | 1999 |
|
RU2175810C2 |
| Центробежный классификатор | 1980 |
|
SU940878A1 |
| US 4087767 A, 02.05.1978. | |||
