СВЧ-МОДУЛЬ СВЕРХРЕГЕНЕРАТИВНОГО ПРИЕМОПЕРЕДАТЧИКА РАДИОЗОНДА Российский патент 2009 года по МПК G01S7/282 

Описание патента на изобретение RU2345379C1

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в аэрологических радиозондах (АРЗ) систем радиозондирования атмосферы для измерения дальности до АРЗ импульсным методом, пеленгации по угловым координатам и передачи телеметрической информации на одной несущей частоте, также может быть использовано для построения высокостабильных и экономичных приемопередающих устройств систем связи.

Отечественные системы радиозондирования атмосферы (СР) построены по угломерно-дальномерному методу измерения координат, скорости и направления движения радиозонда в свободной атмосфере. Измерение угловых координат: - азимута (β), угла места (ε), а также наклонной дальности (Rн) импульсным методом с активным ответом. Особенно эффективным оказалось при использовании в составе радиозондов сверхрегенеративных приемопередатчиков (СПП). Интенсивное излучение СПП обеспечивает надежную передачу телеметрической информации и сопровождение по угловым координатам. Высокая чувствительность СПП к импульсному запросному сигналу позволяет сформировать ответный сигнал по дальности в виде короткой паузы в излучении СПП при пониженной мощности передатчика запросного радиоимпульса РЛС. Весьма важным, в конечном счете, оказывается тот факт, что система определения координат и канал передачи телеметрической информации системы радиозондирования работают на одной несущей частоте.

Общей проблемой производства и эксплуатации АРЗ является создание недорогих конструкций приемопередающих устройств, стабильных по радиотехническим параметрам в условиях изменения окружающей температуры, напряжения питания и параметров антенной системы АРЗ.

Известен сверхрегенеративный приемопередатчик, содержащий соединенные последовательно генератор суперирующих импульсов, конденсатор, автогенератор и антенну, источник питания, первый выход которого соединен со вторыми выходами автогенератора и генератора суперирующих импульсов, причем автогенератор включает в себя транзистор и резонатор, входы и выходы которого являются одноименными входами и выходами автогенератора, а база, коллектор и эмиттер транзистора соединены соответственно с первым, вторым входами и вторым выходом резонатора, отличающийся тем, что, с целью повышения стабильности параметров, в него введен блок стабилизации среднего тока, первый и второй входы которого соединены соответственно с вторым и первым выходами источника питания, а первый и второй выходы - с вторым и первым входами автогенератора (см. патент РФ №1106262. Сверхрегенеративный приемопередатчик).

Известен сверхрегенеративный приемопередатчик радиозонда, СВЧ-автогенератор которого построен по двухрезонаторной схеме реализованной на микрополосковых линиях. Введение резонатора в цепи эмиттера позволяет в некоторых пределах регулировать модуль и фазу коэффициента обратной связи СВЧ-автогенератора СПП и тем самым, повысить чувствительность СПП (см. патент РФ №2172965. Сверхрегенеративный приемопередатчик).

Известен патент, в котором дается описание конструкции и параметров антенной системы АРЗ, снабженного сверхрегенеративным приемопередатчиком. Предложенная конструкция антенной системы АРЗ позволяет настраивать рабочую частоту и чувствительность СПП (см. патент РФ №2214614. Приемопередающая система аэрологического радиозонда и ее конструктив).

Известен сверхрегенеративный приемопередатчик радиозонда, СВЧ-автогенератор которого подключен к антенной системе АРЗ через полосовой фильтр, который позволяет снизить влияние активных внешних помех и развязать антенну АРЗ от цепи коллектора СВЧ-транзистора по постоянному току (см. патент РФ №56001 на полезную модель. Приемопередатчик аэрологического радиозонда).

Известен сверхрегенеративный приемопередатчик радиозонда, в СВЧ-автогенератор которого введен варикап, управляемый сигналом, пропорциональным амплитуде СВЧ-колебаний. Это позволяет регулировкой амплитуды сигнала совмещать частоту приема и передачи СПП (см. патент РФ №49283 на полезную модель. Сверхрегенеративный приемопередатчик с совмещением частот приема и передачи).

Известен сверхрегенеративный приемопередатчик радиозонда, СВЧ-автогенератор которого построен по наиболее совершенной трехрезонаторной схеме, реализованной на микрополосковых линиях. Введение третьего резонатора в цепь базы позволило раздельно регулировать модуль и фазу коэффициента обратной связи СВЧ-автогенератора и, следовательно, настраивать чувствительность и выходную мощность СПП (см. патент РФ №50682 на полезную модель. Сверхрегенеративный приемопередатчик - прототип).

Недостатком всех известных технических решений и прототипа является значительное влияние индуктивностей соединительных проводников между платой СВЧ-автогенератора и блоком телеметрии АРЗ. Этот паразитный отрицательный эффект проявляется в виде низкочастотных ударных колебаний, возникающих под действием импульсов генератора суперирующего напряжения на индуктивности соединительных проводников в цепи управления СВЧ-автогенератора СПП. Наличие низкочастотных ударных колебаний приводит к снижению чувствительности и стабильности работы СПП.

Технической задачей изобретения является повышение стабильности работы СПП радиозондов в условиях дестабилизирующих факторов за счет:

- создания схемно-технического и конструктивного решения, позволяющего снизить уровень паразитных ударных колебаний, тем самым, повысить чувствительность, мощность излучения и стабильность режима работы сверхрегенеративного приемопередатчика;

- снижения уровня потребляемой мощности от источника питания за счет уменьшения количества активных элементов и увеличения КПД, т.е. в конечном итоге увеличение времени работы АРЗ;

- снижения массогабаритных характеристик АРЗ;

- повышения технологичности и снижения стоимости производства.

Для решения поставленной задачи предлагается СВЧ-модуль сверхрегенеративного приемопередатчика, содержащий СВЧ-автогенератор, инерционную цепь автосмещения, стабилизатор тока, шину питания и нулевую шину, отличающийся тем, что стабилизатор тока содержит регулирующий транзистор, первый, второй, третий и четвертый резисторы, первый, второй, третий и четвертый конденсаторы со следующими соединениями: регулирующий транзистор выполнен по схеме с общим эмиттером, причем база транзистора соединена со средней точкой резистивного делителя, выполненного на первом и втором резисторах, концы делителя соединены с шиной питания и нулевой шиной; эмиттер регулирующего транзистора через третий резистор соединен с шиной питания, а непосредственно - с коллектором транзистора СВЧ-автогенератора; коллектор регулирующего транзистора через четвертый резистор соединен с базой выходного транзистора и вторым концом четвертого конденсатора, первый конец которого является входом всего выходного каскада; входная инерционная цепь автосмещения содержит последовательно соединенные шестой постоянный резистор, первый и второй диоды, включенные в прямом направлении к нулевой шине, а точка соединения шестого резистора и первого диода через последовательно соединенные пятый переменный резистор и четвертый конденсатор соединена с базой СВЧ-генератора, причем для устранения эффекта возбуждения паразитного контура в цепи управления СПП входными импульсами тока выполняется условие демпфирования ударных колебаний в виде:

R2C/4L>>1,

где R - суммарное последовательное сопротивление шестого и пятого резисторов цепи автосмещения; L - суммарная индуктивность соединительных проводников в цепи управления СВЧ-автогенератора; С - емкость цепи автосмещения, в данном случае четвертая емкость,

а для обеспечения требуемой скорости установления пускового тока дополнительно выполняется условие быстродействия

2L/R<<Тc,

где Тc - период суперирующих импульсов Uc.

СВЧ-автогенератор выполнен по патенту РФ №2291467, выполнен на микрополосковой плате с поверхностным монтажом.

Для пояснения сути предлагаемого изобретения приведены следующие схемы, графики и чертежи: Фиг.1 - Структурная схема сверхрегенеративного приемопередатчика; Фиг.2 - Осциллограммы, поясняющие принцип работы СПП с жестким характером установления автоколебаний; Фиг.3 - Зависимость затухания контура СВЧ-автогенератора от амплитуды колебаний; Фиг.4 - (а) - Механизм ударного возбуждения СВЧ-контура СПП импульсами пускового тока эмиттера; (б) - искажение пускового тока импульсами суперирующего сигнала за счет индуктивности соединительных проводников; Фиг.5 - Функциональная схема сверхрегенеративного приемопередатчика; Фиг.6 - Функциональная схема СВЧ-модуля сверхрегенеративного приемопередатчика; Фиг.7 - Электрическая схема СВЧ-модуля сверхрегенеративного приемопередатчика; Фиг.8 - Конструкция микрополосковой платы СВЧ-модуля сверхрегенеративного приемопередатчика.

Структурная схема СПП имеет следующие соединения: шина питания Еп соединена со стабилизатором тока 4 и с генератором суперирующего напряжения 1, вход последнего является входом модуляции, а выход соединен через инерционную цепь автосмещения 2 с стабилизатором тока 4 и СВЧ-автогенератором 5, выход стабилизатора тока 4 соединен с шиной питания СВЧ-автогенератора 5, выход/вход которого соединен с приемопередающей антенной 6.

Структурная схема СПП, приведенная на фиг.1, содержит: генератор суперирующего напряжения (ГСП) - 1; инерционную цепь автосмещения - 2; стабилизатор напряжения питания СВЧ-автогенератора - 3; стабилизатор среднего тока СВЧ-автогенератора - 4; СВЧ-автогенератор - 5; приемопередающую антенну АР3-6.

Принципиальные особенности функционирования СПП можно пояснить, анализируя его работу в течение одного периода суперирующей частоты Тc. На фиг.2 изображены: Uc - напряжение суперирующей частоты, характеризующееся периодом Тс и длительностью τс; δ(t) - закон изменения декремента затухания контура СВЧ-автогенератора; - Uизл - огибающая радиоимпульса, излучаемого СПП, длительностью τи.

СВЧ-автогенератор СПП периодически включается в момент появления суперирующего импульса Uc и выключается по его окончании на интервале демпфирования τд. Рабочая частота СВЧ-автогенератора составляет порядка 1800 МГц. Частота суперирующего напряжения составляет 800 кГц. Колебательная система СПП в выключенном состоянии характеризуется собственным затуханием δ0. Изменение затухания контура в течение импульса суперизации τc определяет процесс развития и установления колебаний в стационарном режиме.

Для обеспечения высокой чувствительности в приемном режиме необходимо осуществлять включение СВЧ-автогенератора с минимальным значением пускового отрицательного затухания δп. Для достижения максимальной выходной мощности, пропорциональной Aст в СПП, требуется увеличивать отрицательное затухание в области средних и больших амплитуд для данного типа активного прибора автогенератора. Для осуществления этих противоречивых требований оказалось необходимым реализовать в контуре СПП режим жесткого установления колебаний. Данный результат может быть получен при анализе упрощенного варианта нелинейного уравнения автогенератора, не учитывающего влияние слабого внешнего сигнала на стационарную амплитуду:

Качественный анализ уравнения позволяет выяснить особенности поведения функции δ (t, A) во временной области (Фиг.2) и в зависимости от амплитуды колебаний А (Фиг.3). Исследование различных вариантов реализации функции δ (t, A) показывают, что, в отличие от рекомендуемого в известной литературе мягкого режима установления колебаний в классическом сверхрегенераторе, в СПП необходимо реализовать переходной процесс с жестким характером установления колебаний [1]. В этом случае запуск СПП может происходить с минимальным отрицательным значением затухания δп, что обеспечивает минимальную полосу пропускания и высокую чувствительность. Установление стационарного режима происходит в области максимальных значений амплитуд Аст, следовательно, при высоком уровне выходной мощности. Необходимо подчеркнуть, что изменение пускового затухания δп практически не влияет на Аст. Это позволяет, в конечном счете, раздельно и эффективно регулировать параметры приемного и передающего режимов работы СПП путем регулировки пускового тока СВЧ-автогенератора в момент включения. Следует подчеркнуть, что для обеспечения переходного процесса с жестким характером установления колебаний необходимо цепь базы транзистора СВЧ-автогенератора управлять импульсами напряжения, вырабатываемыми генератором суперирующего напряжения с низким выходным сопротивлением. Практически эти импульсы формируются с помощью прямосмещенных диодов, обеспечивающих низкое дифференциальное выходное сопротивление ГСН. Максимум отрицательного затухания в области средних значений амплитуд обеспечивает быстрый переход от приемного к передающему режиму работы СПП. Это способствует формированию практически прямоугольных радиоимпульсов и симметричного спектра излучения СПП, характерного для последовательности радиоимпульсов.

Сверхрегенеративный эффект усиления сводится к сокращению времени задержки τз переднего фронта радиоимпульсов СВЧ-автогенератора на величину Δτз при появлении внешнего сигнала Uзс в течение приемного интервала работы τпр, примыкающего к моменту запуска СПП. Уровень выходного сигнала СПП, в зависимости от уровня запросного сигнала в режиме первичной реакции, можно оценить с помощью упрощенного выражения:

где

AΣ - эффективная амплитуда шумов в контуре СПП в момент запуска; Ac - амплитуда внешнего сигнала.

Приведенные выражения показывают, что эффект усиления Δτз в основном определяется величиной пускового затухания δп.Возникновение автоколебаний происходит при пусковом затухании δп=0, когда ток коллектора активного прибора равен граничному значению Iк=Iгр. Развитие автоколебаний происходит при δп>0, которое определяется пусковым током автогенератора Iп>Iгр в момент включения. Поэтому изменением величины Iп осуществляется регулировка времени задержки τз и эффекта усиления - приращения времени задержки Δτз. Таким образом, СПП является приемопередатчиком с временным разделением приемного и передающего режимов работы.

Важно подчеркнуть, что практически в транзисторном СВЧ-автогенераторе СПП пусковой ток Iп в течение приемного интервала превышает граничное значение Iгр всего на десятки-сотни мкА. Поэтому для снижения эффекта ударного возбуждения контура СВЧ-автогенератора и обеспечения высокой чувствительности форма импульсов тока эмиттера в течение приемного интервала должна быть плавно нарастающей от нуля до пускового значения Iп (см. фиг.2). Далее постоянная составляющая тока эмиттера Iэо (и тока коллектора Iко=Iэо) изменяется синхронно с амплитудой автоколебаний за счет жесткого характера переходного процесса до максимальных значений для данного активного прибора вплоть до установления стационарного режима. При этом следует подчеркнуть, что стационарные амплитуды Aст и Iэоmax не зависят от величины пускового тока Iп.Необходимо отметить, что среднее значение постоянного тока коллектора Iк ср за период суперизации определяется соотношением τз и τс.Поскольку величина τз регулируется пусковым током Iп, то оказывается, что регулировка среднего тока Iк ср вызывает соответствующее изменение пускового тока СВЧ-автогенератора. Например, при увеличении среднего тока Iк ср нарастает пусковой ток Iп, что приводит к уменьшению времени задержки τз, увеличению длительности радиоимпульсов τи и снижению чувствительности. При уменьшении среднего тока Iк ср процесс идет в обратном направлении. Таким образом стабилизация Iк ср позволяет стабилизировать τз, следовательно, чувствительность и полосу пропускания в приемном режиме, а также длительность и мощность излучаемых радиоимпульсов СПП τи. Соответственно выбор длительности суперирующих импульсов τс позволяет оптимизировать соотношение чувствительности и излучаемой средней мощности СПП.

Механизм ударного возбуждения контура СВЧ-автогенератора импульсами пускового тока известен (см. стр.140-146 [2]) и продемонстрирован на фиг.4 (а). Ударные СВЧ-колебания обозначены цифрой 1, автоколебания СВЧ-автогенератора обозначены цифрой 2. Выбором минимальной величины пускового тока Iп<2-5 мА и крутизны его нарастания удается снизить уровень ударных СВЧ-колебаний до уровня флуктуационных шумов порядка минус 120-125 дБ/Вт.

Проведенные исследования в процессе работы над материалами заявки позволили выяснить еще один механизм дополнительных низкочастотных ударных колебаний, нарушающих работу СПП. В известных устройствах ГСН подключен к СВЧ-автогенератору СПП с помощью соединительных проводников, имеющих конечное значение индуктивности. Для анализа механизма дополнительных ударных колебаний на фиг.5 изображена функциональная схема реального СПП радиозонда, содержащая: генератор суперирующего напряжения (ГСН) - 1; стабилизатор напряжения питания СВЧ-автогенератора - 2; стабилизатор среднего тока СВЧ-автогенератора - 3; инерционную цепь автосмещения, образованную выходным эквивалентным сопротивлением ГСН, резистором - 4, входным эквивалентным сопротивлением СВЧ-автогенератора и конденсатором - 5; СВЧ-автогенератор - 4; индуктивность конструктивных проводников в цепи выхода ГСН, цепи автосмещения и входа управления СВЧ-автогенератора - 7. Приемопередающая антенна АРЗ условно не показана.

Импульсы тока, вырабатываемого ГСН, создают на индуктивности 7 низкочастотные ударные колебания в цепи управления СВЧ-автогенератора. Поскольку, как отмечалось ранее, фактически разница между граничным и пусковым токами СВЧ-автогенератора составляет всего десятки-сотни мкА, это приводит к искажению формы пускового тока эмиттера Iэо в течение приемного интервала (см. фиг.4, б), следовательно, к снижению чувствительности и устойчивости работы СПП. Анализ параметров паразитного контура в цепи управления СПП показывает, что для устранения эффекта возбуждения паразитного контура в цепи управления СПП импульсами тока ГСН необходимо выполнить условие демпфирования низкочастотных ударных колебаний в виде:

где R - суммарное последовательное сопротивление контура цепи автосмещения; L - суммарная индуктивность соединительных проводников в цепи управления СВЧ-автогенератора; С - емкость цепи автосмещения.

Практически величины R и С могут изменяться в процессе настройки СПП в десятки раз от номинальных значений, поэтому для обеспечения требуемой скорости установления пускового тока необходимо дополнительно выполнить условие быстродействия

Таким образом, для обеспечения обоих требований необходимо в конструкции СПП минимизировать паразитную индуктивность соединительных проводников в цепи управления СПП.

Наилучшее конструктивное решение этой задачи достигается путем размещения выходного каскада ГСН формирующего управляющие видеоимпульсы непосредственно на микрополосковой плате СВЧ-автогенератора. При этом индуктивность соединительных печатных проводников оказывается стабильной и минимально возможной. В конечном счете, в такой конструкции обеспечивается плавное и достаточно быстрое установление пускового тока в течение приемного интервала СПП, что позволяет эффективно регулировать полосу пропускания и чувствительность СПП, существенно повысить стабильность его работы.

На фиг.6 приведена функциональная схема СВЧ-модуля. Она содержит выходную цепь ГСН, стабилизатор тока и СВЧ-автогенератор. На фиг.7 изображена электрическая схема СВЧ-модуля сверхрегенеративного приемопередатчика. Один из вариантов конструктивного совмещения выходного каскада ГСН, стабилизатора тока и СВЧ-автогенератора в микрополосковом исполнении приведен на фиг.8.

Как отмечалось выше, важным узлом СПП является стабилизатор среднего тока СВЧ-автогенератора. Он также конструктивно размещен на плате СВЧ-модуля. Работа стабилизатора осуществляется следующим образом. Стабилизатор среднего тока СВЧ-автогенератора выполнен на транзисторе VT1; резисторах R1, R2, R3, R4; конденсаторах C1, C2, С3. Резисторы R1, R2 образуют цепочку смещения базы транзистора VT1. На резисторе R3 средний ток коллектора Iк ср СВЧ-автогенератора VT2 создает падение напряжения, которое является запирающим для транзистора VT1. Величина тока Iк ср регулируется выбором соотношения резисторов R1, R2. При нарастании тока Iк ср под действием дестабилизирующих факторов транзистор VT1 будет запираться и уменьшать ток базы СВЧ-транзистора, возвращая к заданному значению величину тока Iк ср. При уменьшении тока Iк ср процесс стабилизации идет в обратном направлении. Конденсаторы C1, C2, С3 включены таким образом, что они обеспечивают эффективную фильтрацию импульсов тока коллектора транзистора VT2 и соответствующий сдвиг фазы возмущающего воздействия по цепи обратной связи, образованной транзистором VT1 с целью максимального снижения влияния импульсов тока коллектора VT2 на приемный режим СПП. Следует подчеркнуть, что цепь смещения R1, R2 обеспечивает коррекцию тока Iк ср при изменении напряжения питания цепи коллектора Ек таким образом, что чувствительность СПП остается постоянной. Так при повышении напряжения питания Ек повышается чувствительность и снижается стабильность работы СПП. Поскольку напряжение смещения базы транзистора VT1 также повышается, происходит соответствующее увеличение тока коллектора Iк ср транзистора VT2, при этом чувствительность СПП стабилизируется. При понижении напряжения питания Ек процесс регулирования тока идет в обратном направлении и обеспечивает стабилизацию чувствительности СПП. Необходимо подчеркнуть, что введение стабилизатора тока существенно облегчает настройку приемопередатчика в условиях производства, поскольку величина тока остается оптимальной при всех режимах итерационной регулировки устройства.

ГСН вырабатывает видеоимпульсы с частотой порядка 800 кГц, управляющие непосредственно работой СВЧ-автогенератора. Выходной каскад ГСН конструктивно размещается на плате СВЧ-автогенератора с целью снижения эффекта ударного возбуждения импульсами ГСН паразитных индуктивностей соединительных проводников в цепи базы и эмиттера СВЧ-транзистора. Практически эти импульсы формируются с помощью прямосмещенных диодов VD1, VD2, обеспечивающих низкое дифференциальное выходное сопротивление ГСН. Резистор 6 определяет величину импульсов тока, протекающего через диоды. При настройке СПП выходное сопротивление ГСН регулируется путем включенного последовательно резистора 5 (фиг.6).

Конструктивное исполнение выходного каскада ГСН и стабилизатора тока на одной печатной плате совместно с СВЧ-автогенератором СПП значительно снижает влияние индуктивности соединительных проводников блока телеметрии радиозонда на устойчивость работы СПП, повышает технологичность сборки и облегчает настройку в условиях производства. В качестве конкретного примера на фиг.7 приведена полная электрическая схема СВЧ-модуля СПП радиозонда. На фиг.8 приведено размещение конструктивных элементов стабилизатора тока, выходного каскада ГСН и СВЧ-автогенератора, выполненного по патенту РФ №2291467 (Сверхрегенеративный приемопередатчик). Конструктивные элементы СВЧ-модуля, изображенного на фиг.8, имеют следующие обозначения: 7 - Микрополосковый резонатор в цепи эмиттера - W1; 8 - Микрополосковый резонатор в цепи базы - W2; 9 - Вход - выход СВЧ; 10 - Четвертьволновый микрополосковый дроссель в цепи коллектора - W4; 11 - Резистор R3; 12 - Конденсатор С3; 13 - Конденсатор С1; 14 - Резистор R1; 15 - Общий проводник; 16 - Транзистор VT1; 17 - Резистор R2; 18 - Конденсатор С1; 19 - Вывод цепи питания коллектора Ек; 20 - Резистор R5; 21 - Вход суперирующих видеоимпульсов; 22 - Резистор R6; 23 - Конденсатор С6; 24 - Микрополосковая плата СВЧ; 25 - СВЧ-транзистор VT2; 26 - Четвертьволновый микрополосковый дроссель в цепи эмиттера - W3; 27 - Общий проводник; 28 - Резистор R4; 29 - Микрополосковый резонатор в цепи коллектора - W6; 30 - Четвертьволновый микрополосковый дроссель в цепи базы - W5; 31 - Резистор R5; 32 - Диоды VD1, VD2; 33 - Общий проводник;

СВЧ-модуль СПИ содержит регулирующий транзистор VT1, выходной СВЧ-транзистор VT2, шину питания Ек и нулевую шину, первый, второй, третий и четвертый R1-R4 резисторы, первый, второй, третий и четвертый С1-С4 конденсаторы со следующими соединениями: регулирующий транзистор VT1 выполнен по схеме с общим эмиттером, причем база транзистора соединена со средней точкой резистивного делителя R1-R2, выполненного на первом и втором резисторах, концы делителя соединены с шиной питания Ек и нулевой шиной; эмиттер регулирующего транзистора через третий резистор R3 соединен с шиной питания Ек, а непосредственно - с коллектором транзистора VT2 СВЧ-автогенератора: коллектор регулирующего транзистора VT1 через четвертый резистор R4 соединен с базой выходного транзистора VT2 и вторым концом четвертого конденсатора С4, первый конец которого является входом всего выходного каскада; СВЧ-транзистор VT2 включен по схеме с общим эмиттером, а электрическая схема выполнена на микрополосковых отрезках, причем длина их берется заведомо большей, чем λ/4, а в процессе настройки длина отрезков выбирается в зависимости от величин паразитных емкостей и индуктивностей СВЧ-транзистора VT2 и конкретной топологии автогенератора, учитывая, что отрезки длиной<λ/4 играют роль емкости, а>λ/4 - роль индуктивности; первый конденсатор С1 включен между коллектором регулирующего транзистора и нулевой шиной, второй конденсатор С2 - между базой и коллектором, третий конденсатор С3 - между эмиттером и нулевой шиной, четвертый конденсатор С4 - между базой СВЧ-транзистора VT2 и входом каскада; эмиттер регулирующего транзистора VT1 соединен с коллектором СВЧ-транзистора VT2 через резистор R5 и микрополосковый отрезок W4, а коллектор СВЧ-транзистора VT2 через микрополосковый отрезок W6-W7 соединен с антенной радиозонда.

Указанные узлы принципиальной электрической схемы могут быть выполнены на следующих электрорадиоэлементах: VT1 - биполярный транзистор типа p-n-p KT3129A9 (см. Автор Перельман Б.Л. Новые транзисторы. Справочник, - Часть 11, «Солон», 1996, с.29-31); VT2 - СВЧ-транзистор типа КТ637А (см. Полупроводниковые приборы. Транзисторы средней и большой мощности.: Справочник - 3-е изд.; Под ред. А.В.Голомедова. М.: КУбК-а, 1995 г., с.406-407; конденсаторы С1-С5 безвыводные, типа К10-47 В (см. Справочная книга радиолюбителя-конструктора, под ред. П.И.Чистякова, М, Р и С, 1990, с.403); МПЛ-отрезки и дроссели на микрополосковых линиях (см. Справочник по элементам полосковой техники, под ред. А.Л.Фильдштейна, М., Связь, 1979, с.20); резисторы типа Р1-12 (см. Справочная книга радиолюбителя-конструктора, под ред. П.И.Чистякова, М., Радио и Связь, 1990, с.381).

Усовершенствование конструкции и технологии производства СПП позволило повысить его чувствительность до - 90÷100 дБ/Вт при средней мощности излучения 180-250 мВт и кпд не менее 25%. Данный приемопередатчик АРЗ обеспечивает точное измерение наклонной дальности наземной РЛС до 200-300 км с погрешностью не хуже ±15 м, при малом уровне запросной мощности. Так импульсная мощность передатчика РЛС составляет 200 Вт, средняя - 0,2 Вт. Передача телеметрических сигналов АРЗ осуществляется на этой же частоте путем частотной модуляции суперирующих импульсов, т.е на одной несущей частоте осуществляется измерение всех координат АРЗ: угол места, азимут, дальность и осуществляется передача телеметрических сигналов метеорологических величин. В конечном счете применение СПП позволяет значительно снизить затраты на получение аэрологической информации на сети Росгидромета РФ.

Литература

1. Иванов В.Э., Фридзон М.Б., Ессяк С.П. «Радиозондирование атмосферы. Технические и метрологические аспекты разработки и применения радиозондовых измерительных средств», под ред. В.Э.Иванова. Екатеринбург. УрО РАН. 2004. 596 с. ISBN 5-7691-1513-0 (см. с.551-554).

2. Сверхрегенераторы. М.К.Белкин, Г.И.Кравченко, Ю.Г.Скоробутов, Б.А.Стрюков; под редакцией М.К.Белкина. - М.: Радио и связь, 1983. - 248 с., ил.

Похожие патенты RU2345379C1

название год авторы номер документа
АЭРОЛОГИЧЕСКИЙ РАДИОЗОНД С ПОВЫШЕННЫМИ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫМИ ХАРАКТЕРИСТИКАМИ 2021
  • Иванов Вячеслав Элизбарович
RU2784448C1
СПОСОБ РЕГУЛИРОВКИ ВЫХОДНЫХ ПАРАМЕТРОВ СВЕРХРЕГЕНЕРАТИВНОГО ПРИЕМОПЕРЕДАТЧИКА РАДИОЗОНДА 2011
  • Иванов Вячеслав Элизбарович
  • Кудинов Сергей Иванович
  • Гусев Андрей Викторович
RU2470323C1
ПРИЕМОПЕРЕДАЮЩАЯ СИСТЕМА АЭРОЛОГИЧЕСКОГО РАДИОЗОНДА И ЕЕ КОНСТРУКТИВ 2001
  • Иванов В.Э.
RU2214614C2
СВЕРХРЕГЕНЕРАТИВНЫЙ ПРИЕМОПЕРЕДАТЧИК 2004
  • Иванов Вячеслав Элизбарович
RU2291467C2
СВЕРХРЕГЕНЕРАТИВНЫЙ ПРИЕМОПЕРЕДАТЧИК 1999
  • Иванов В.Э.
RU2172965C1
РАДИОЛОКАЦИОННАЯ СИСТЕМА ЗОНДИРОВАНИЯ АТМОСФЕРЫ С ФАЗОМОДУЛИРОВАННЫМ КАНАЛОМ ТЕЛЕМЕТРИИ 2021
  • Букрин Илья Владимирович
  • Гусев Андрей Викторович
  • Иванов Вячеслав Элизбарович
  • Кудинов Сергей Иванович
  • Плохих Олег Васильевич
RU2787777C1
СИСТЕМА РАДИОЗОНДИРОВАНИЯ АТМОСФЕРЫ С ПАКЕТНОЙ ПЕРЕДАЧЕЙ МЕТЕОРОЛОГИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ 2013
  • Иванов Вячеслав Элизбарович
  • Гусев Андрей Викторович
  • Плохих Олег Васильевич
RU2529177C1
УНИФИЦИРОВАННАЯ СИСТЕМА РАДИОЗОНДИРОВАНИЯ АТМОСФЕРЫ 2014
  • Иванов Вячеслав Элизбарович
  • Гусев Андрей Викторович
  • Плохих Олег Васильевич
  • Кудинов Сергей Иванович
RU2576023C1
РАДИОЛОКАЦИОННАЯ СИСТЕМА ЗОНДИРОВАНИЯ АТМОСФЕРЫ 2014
  • Иванов Вячеслав Элизбарович
  • Гусев Андрей Викторович
  • Плохих Олег Васильевич
  • Кудинов Сергей Иванович
RU2571870C1
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДАЛЬНОСТИ ДО АЭРОЛОГИЧЕСКОГО РАДИОЗОНДА 2004
  • Иванов Вячеслав Элизбарович
RU2304290C2

Иллюстрации к изобретению RU 2 345 379 C1

Реферат патента 2009 года СВЧ-МОДУЛЬ СВЕРХРЕГЕНЕРАТИВНОГО ПРИЕМОПЕРЕДАТЧИКА РАДИОЗОНДА

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в аэрологических радиозондах (АРЗ) систем радиозондирования атмосферы для измерения дальности до (АРЗ) импульсным методом, пеленгации по угловым координатам и передачи телеметрической информации на одной несущей частоте, также может быть использована для построения высокостабильных и экономичных приемопередающих устройств систем связи. Техническим результатом изобретения является повышение стабильности работы СПП радиозондов в условиях дестабилизирующих факторов, за счет: - создания схемно-технического и конструктивного решения, позволяющего снизить уровень паразитных ударных колебаний, тем самым, повысить чувствительность, мощность излучения и стабильность режима работы сверхрегенеративного приемопередатчика; - снижения уровня потребляемой мощности от источника питания за счет уменьшения количества активных элементов и увеличения КПД, т.е. в конечном итоге увеличения времени работы АРЗ; - снижения массогабаритных характеристик АРЗ; - повышения технологичности и снижения стоимости производства. Для решения поставленной задачи предлагается СВЧ-модуль сверхрегенеративного приемопередатчика, содержащий СВЧ-автогенератор, инерционную цепь автосмещения, стабилизатор тока, шину питания и нулевую шину, отличающийся тем, что стабилизатор тока содержит регулирующий транзистор, первый, второй, третий и четвертый резисторы, первый, второй, третий и четвертый конденсаторы со следующими соединениями: регулирующий транзистор выполнен по схеме с общим эмиттером, причем база транзистора соединена со средней точкой резистивного делителя, выполненного на первом и втором резисторах, концы делителя соединены с шиной питания и нулевой шиной; эмиттер регулирующего транзистора через третий резистор соединен с шиной питания, а непосредственно - с коллектором транзистора СВЧ-автогенератора: коллектор регулирующего транзистора через четвертый резистор соединен с базой выходного транзистора и вторым концом четвертого конденсатора, первый конец которого является входом всего выходного каскада; входная инерционная цепь автосмещения содержит последовательно соединенные шестой постоянный резистор, первый и второй диода в прямом направлении к нулевой шине, а точка соединения шестого резистора и первого диода через последовательно соединенные пятый переменный резистор и четвертый конденсатор соединена с базой СВЧ-генератора. 3 з.п. ф-лы, 8 ил.

Формула изобретения RU 2 345 379 C1

1. СВЧ-модуль сверхрегенеративного приемопередатчика (СПП) радиозонда, содержащий СВЧ-автогенератор, инерционную цепь автосмещения, стабилизатор тока, шину питания и нулевую шину, отличающийся тем, что стабилизатор тока содержит регулирующий транзистор, первый, второй, третий и четвертый резисторы, первый, второй, третий и четвертый конденсаторы со следующими соединениями: регулирующий транзистор выполнен по схеме с общим эмиттером, причем база регулирующего транзистора соединена со средней точкой резистивного делителя, выполненного на первом и втором резисторах, концы делителя соединены с шиной питания и нулевой шиной; эмиттер регулирующего транзистора через третий резистор соединен с шиной питания, а непосредственно - с коллектором транзистора СВЧ-автогенератора: коллектор регулирующего транзистора через четвертый резистор соединен с базой транзистора СВЧ-автогенератора и вторым концом четвертого конденсатора, первый конец которого является входом всего выходного каскада.2. СВЧ-модуль по п.1, отличающийся тем, что инерционная цепь автосмещения содержит последовательно соединенные шестой постоянный резистор, первый и второй диоды в прямом направлении к нулевой шине, а точка соединения шестого резистора и первого диода через последовательно соединенные пятый переменный резистор и четвертый конденсатор соединена с базой транзистора СВЧ-генератора, причем для устранения эффекта возбуждения паразитного контура в цепи управления СПП входными импульсами тока выполняется условие демпфирования ударных колебаний в виде:

R2C/4L>>1, (l)

где R - суммарное последовательное сопротивление шестого и пятого резисторов цепи автосмещения; L - суммарная индуктивность соединительных проводников в цепи управления СВЧ-автогенератора; С - емкость цепи автосмещения, в данном случае четвертая емкость, а для обеспечения требуемой скорости установления пускового тока дополнительно выполняется условие быстродействия

2L/R<<Тс.(2),

где Тс - период суперирующих импульсов Uc.

3. Конструктив СВЧ-модуля по п.1, отличающийся тем, что выполнен на микрополосковой плате с поверхностным монтажом.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2009 года RU2345379C1

СВЕРХРЕГЕНЕРАТИВНЫЙ ПРИЕМОПЕРЕДАТЧИК 1999
  • Иванов В.Э.
RU2172965C1
SU 1106282 A1, 10.01.1997
НАГРЕВАТЕЛЬНЫЙ ПРИБОР С УСТРОЙСТВОМ ЗАЩИТЫ 2014
  • Леблан Александр
RU2648767C2

RU 2 345 379 C1

Авторы

Иванов Вячеслав Элизбарович

Даты

2009-01-27Публикация

2007-09-17Подача