ДИСКРЕТНАЯ РЕАКТИВНАЯ ЦЕПЬ Российский патент 2011 года по МПК H03H7/38 

Изобретение относится к электротехнике, а именно к радиотехнике, и, в частности, может быть использовано 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).

Известна 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 a_i i-го ДРЭ, где i=1, 2, 3, …, N, выбрано из условия

a_i=a_minK_i,

где a_min - минимальный шаг дискретного изменения суммарного значения совокупности из Р ДРЭ; K_i=F(i) - весовой коэффициент номинального значения

i-го ДРЭ, вычисленный с помощью расчетной функции

F(i)=2^i-1.

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.

Известна дискретная реактивная цепь по патенту РФ №2355102, по заявке №2007141210 от 6.11.2007 г., первый независимый пункт формулы изобретения. Данная ДРЦ содержит N ДРЭ с возможностью формирования из них с помощью управляемых переключателей совокупности из P≤N ДРЭ, подключенной к выходам ДРЦ. Номинальное значение a_i i-го ДРЭ, где i=1, 2, 3, …, N, выбрано из условия a_i=a_minK_i, где a_min - минимальный шаг дискретного изменения суммарного номинального значения совокупности из Р ДРЭ, K_i=F(i) - весовой коэффициент номинального значения i-го ДРЭ, вычисленный с помощью заданной расчетной функции F(i), в качестве расчетной функции F(i) выбрана рекуррентная формула последовательности чисел Фибоначчи.

Недостатком аналога является избыточность числа его ДРЭ при заданной кратности их резервирования.

Наиболее близкой по своей технической сущности (прототипом) к заявленной является ДРЦ по патенту РФ №2276454, по заявке №2004137201 от 20.12.2004 г., первый независимый пункт формулы изобретения.

ДРЦ-прототип содержит две группы ДРЭ. Первая группа включает N ДРЭ с возможностью формирования из них с помощью УП совокупности из Р ДРЭ, подключенной к выходам ДРЦ, в которой номинальное значение a_i i-го ДРЭ, где i=1, 2, …, N, выбрано из условия a_i=a_mink_i, где a_min - минимальный шаг дискретного изменения суммарного номинального значения совокупности из ДРЭ, k_i=F(i) - весовой коэффициент номинального значения i-го ДРЭ, вычисленный с помощью функции F(i) рекуррентного ряда.

Вторая группа включает М ДРЭ. Номинальное значение a_j j-го ДРЭ второй группы из M ДРЭ, где j=1, 2, …, M, выбрано из условия a_j=a_mink_j, где k_j=F(j) - весовой коэффициент номинального значения j-го ДРЭ, вычисленный с помощью функции F(j) рекуррентного ряда, идентичного рекуррентному ряду, с помощью которого вычислены номинальные значения ДРЭ первой группы из N ДРЭ, т.е. F(i)=F(j). Причем к выходу ДРЦ с помощью УП обеспечивается подключение совокупности P≤(N+М) ДРЭ. В качестве расчетной функции рекуррентного ряда F(i)=F(j) выбрана рекуррентная формула последовательности чисел Фибоначчи.

Недостатком ближайшего аналога является избыточность числа его ДРЭ, так как оно всегда фиксировано независимо от требуемой кратности резервирования, что неоправданно увеличивает массогабаритные показатели ДРЦ.

Целью заявленного изобретения является разработка ДРЦ, обеспечивающей снижение избыточности числа ДРЭ при заданной кратности их резервирования.

Заявленная ДРЦ расширяет арсенал средств данного назначения.

Поставленная цель достигается тем, что в известной дискретной реактивной цепи, содержащей N дискретных реактивных элементов с возможностью формирования из них с помощью управляемых переключателей совокупности из P дискретных реактивных элементов, где P=1, 2, …, N, обеспечивающих сумму их номинальных значений S(p) на выходе дискретной реактивной цепи в заданном интервале выходных параметров дискретной реактивной цепи от S_min до S_max с шагом a_min, причем номинальное значение первого дискретного реактивного элемента выбрано равным a_min, а номинальные значения последующих дискретных реактивных элементов вычислены по заданной расчетной формуле, дополнительно задают требуемое значение кратности К резервирования каждого дискретного реактивного элемента в дискретной реактивной цепи. Номинальное значение каждого из К первых дискретных реактивных элементов дискретной реактивной цепи выбирают равным a_min. Номинальные значения последующих дискретных реактивных элементов дискретной реактивной цепи вычисляют по формуле

При использовании в качестве ДРЭ емкостных элементов первые выводы всех дискретных реактивных элементов объединены и являются первым выходом дискретной реактивной цепи. Второй вывод каждого i-го дискретного реактивного элемента подключен к первому контакту i-го управляемого переключателя. Вторые контакты всех управляемых переключателей объединены и являются вторым выходом дискретной реактивной цепи.

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 дискретной реактивной цепи. К первому и второму выводам i-го ДРЭ подключены соответственно первый и второй контакты i-го управляемого переключателя. Второй контакт m-го управляемого переключателя подключен к первому контакту (m+1)-го управляемого переключателя, где m=1, 2, …, N-1.

Заявленная ДРЦ поясняется чертежами, на которых показаны:

на фиг.1 - структурная схема ДРЦ при использовании емкостных ДРЭ;

на фиг.2 - структурная схема ДРЦ при использовании индуктивных ДРЭ;

на фиг.3 - рисунок, поясняющий порядок определения номинальных значений ДРЭ при различных значениях кратности резервирования К;

на фиг.4 - таблица номинальных значений ДРЭ при кратности резервирования К=3;

на фиг.5 - таблица номинальных значений ДРЭ при кратности резервирования К=4;

на фиг.6 - результаты сравнительной оценки избыточности ДРЭ заявленной ДРЦ и прототипа.

Заявленная дискретная реактивная цепь, показанная на фиг.1 и 2, содержит N дискретных реактивных элементов 1₁-1_N с возможностью формирования из них с помощью управляемых переключателей 2 совокупности из P дискретных реактивных элементов, где P=1, 2, …, N, (на фиг.1, 2 N=12), обеспечивающих сумму их номинальных значений S(p) на выходе 5-6 дискретной реактивной цепи в заданном интервале выходных параметров дискретной реактивной цепи от S_min до S_max с шагом a_min.

Положение первых и вторых контактов каждого УП 2 с помощью соответствующих токовых обмоток 7 определяются сигналами от блока управления 8.

В качестве управляемых переключателей 2 могут быть использованы механические реле, pin - диоды, ферриты и т.п. Блок управления 8 может быть реализован на ПЭВМ или в виде специально изготовленного микропроцессора, по ранее заданной программе формирующего управляющие сигналы на подключение соответствующей совокупности Р ДРЭ 1 к выходам 5-6 ДРЦ.

При использовании емкостных ДРЭ 1 их первые выводы объединены и являются первым выходом 5 ДРЦ. Второй вывод i-го ДРЭ 1 подключен к первому контакту i-го УП 2. Вторые контакты всех УП 2 объединены и являются вторым выходом 6 ДРЦ.

При использовании индуктивных ДРЭ 1 все ДРЭ 1 включены последовательно. Первый вывод первого и второй вывод N-го ДРЭ являются соответственно первым 5 и вторым 6 выходами ДРЦ. К первому и второму выводам i-го ДРЭ 1 подключены соответственно первый и второй контакты i-го УП 2. Второй контакт m-го УП 2 подключен к первому контакту (m+1)-го УП 2, где m=1, 2, …, N-1.

Заявленная ДРЦ работает следующим образом. Предварительно задают значения:

требуемое значение кратности К резервирования каждого из N ДРЭ 1;

минимальный шаг a_min дискретного изменения суммарного значения S(p) совокупности из Р ДРЭ 1 на выходе 5-6 ДРЦ;

диапазон значений S_min - S_max на выходе 5-6 ДРЦ.

Затем определяют в соответствии с условием (1) номинальные значения ДРЭ 1. Порядок вычисления показан на фиг.3. Например, для случая К=3 номинальное значение a_j j-го ДРЭ с номером 11 (j=11) определяется суммой номинального значения 10-го ДРЭ (j=10) и 8-го ДРЭ (j=8), т.е. номинальное значение 11-го ДРЭ a₁₁=a₁₀+a₈=19+9=28 (см. фиг.3). Аналогично определяют номинальные значения всех N ДРЭ 1.

Пример 1: заданы значения S_min=a_min=1; S_max=50; К=3, имеем:

a₁=a₂=a₃=a_min; a₄=2; a₅=3; a₆=4; a₇=6; a₈=9; a₉=13; a₁₀=19; a₁₁=28; a₁₂=41.

Пример 2: заданы значения S_min=a_min=1; S_max=50; К=4, имеем:

a₁=a₂=a₃=a₄=a_min; a₅=2; a₆=3; a₇=4; a₈=5; a₉=7; a₁₀=10; a₁₁=14; a₁₂=19; a₁₃=26; a₁₄=36; a₁₅=50.

Совокупность из N ДРЭ 1 заявленной ДРЦ и прототипа сведены в таблицу.

Кратность резервирования Номинальные значения ДРЭ К=2 Заявленное 1 1 2 3 5 8 13 21 34                     Прототип 1 1 2 3 5 8 13 21 34                     К=3 Заявленное 1 1 1 2 3 4 6 9 13 19 28 41               Прототип 1 1 2 3 5 8 13 21 34 1 1 2 3 5 8 13 21 34   К=4 Заявленное 1 1 1 1 2 3 4 5 7 10 14 19 26 36 50         Прототип 1 1 2 3 5 8 13 21 34 1 1 2 3 5 8 13 21 34   К=5 Заявленное 1 1 1 1 1 2 3 4 5 6 8 11 15 20 26 34 45     Прототип 1 1 2 3 5 8 13 21 34 1 1 2 3 5 8 13 21 34 1 1 2 3 5 8 13 21 34                       К=6 Заявленное 1 1 1 1 1 1 2 3 4 5 6 7 9 12 16 21 27 34 43 Прототип 1 1 2 3 5 8 13 21 34 1 1 2 3 5 8 13 21 34 1 1 2 3 5 8 13 21 34                      

Каждое из промежуточных суммарных значений S(p) в указанных интервалах S_min - S_max может быть сформировано одной или несколькими совокупностями P ДРЭ 1, их подключением к выходу ДРЦ.

Например, суммарное значение S=4 на выходах 5, 6 ДРЦ при К=3 может быть сформировано комбинациями:

S(p=3)=a₁+a₂+a₄=4; S(p=2)=a₁+a₄=4; S(p=1)=a₆=4.

В таблицах на фиг.4, 5 приведены все возможные комбинации резервирования на выходе дискретной реактивной цепи ДРЭ 1 ДРЦ в заданном интервале выходных параметров дискретной реактивной цепи от S_min=1 до S_max=50 с шагом a_min=1 для заданной кратности К=3 (фиг.4) и К=4 (фиг.5). Аналогичные таблицы могут быть составлены и для К=5 и К=6.

В таблице 2 и на фиг.6 приведены результаты вычисления соотношения общего числа ДРЭ 1 в заявленной ДРЦ N_З и в прототипе N_ПР, т.е. N_ПР/N_З при фиксированных значениях К кратности резервирования ДРЭ 1.

Полученные результаты дают основания для следующих выводов:

для достижения требуемой кратности резервирования К в заявленной ДРЦ требуется меньше ДРЭ, чем у прототипа (см. фиг.6 б);

с увеличением кратности резервирования К отношение количества ДРЭ прототипа N_ПР к количеству ДРЭ заявленной ДРЦ N_З возрастает (см. фиг.6 а);

так как с помощью прототипа возможна реализация только четных кратностей резервирования, отношение количества ДРЭ прототипа N_ПР к количеству ДРЭ заявленной ДРЦ N_З при нечетных кратностях резервирования максимально и с увеличением кратности резервирования возрастает.

Полученные данные подтверждают возможность достижения сформулированной цели при использовании заявленного устройства - снижения избыточности дискретных реактивных элементов при заданной кратности резервирования и сохранении структурной надежности дискретной реактивной цепи.

Использование: в области электротехники. Техническим результатом является снижение избыточности дискретных реактивных элементов при заданной кратности их резервирования. В известной дискретной реактивной цепи, содержащей N дискретных реактивных элементов с возможностью формирования из них с помощью управляемых переключателей совокупности из Р дискретных реактивных элементов, где P=1, 2, …, N, обеспечивающих сумму их номинальных значений S(p) на выходе дискретной реактивной цепи в заданном интервале выходных параметров дискретной реактивной цепи от S_min до S_max с шагом a_min, причем номинальное значение первого дискретного реактивного элемента выбрано равным a_min, а номинальные значения последующих дискретных реактивных элементов вычислены по заданной расчетной формуле, дополнительно задают требуемое значение кратности К резервирования каждого дискретного реактивного элемента в дискретной реактивной цепи. Номинальное значение каждого из К первых дискретных реактивных элементов дискретной реактивной цепи выбирают равным a_min. Номинальные значения последующих дискретных реактивных элементов дискретной реактивной цепи вычисляют по формуле a_j=a_j-1+a_j-K, гдe j=K+1, K+2, …, N. 2 з.п.ф-лы, 6 ил., 2 табл.

1. Дискретная реактивная цепь, содержащая N дискретных реактивных элементов с возможностью формирования из них с помощью управляемых переключателей совокупности из Р дискретных реактивных элементов, где P=1, 2, …, N, обеспечивающих сумму их номинальных значений S(p) на выходе дискретной реактивной цепи в заданном интервале выходных параметров дискретной реактивной цепи от S_min до S_max с шагом a_min, причем номинальное значение первого дискретного реактивного элемента выбрано равным a_min, а номинальные значения последующих дискретных реактивных элементов вычислены по заданной расчетной формуле, отличающаяся тем, что дополнительно задают требуемое значение кратности К резервирования каждого дискретного реактивного элемента в дискретной реактивной цепи, причем номинальное значение каждого из К первых дискретных реактивных элементов дискретной реактивной цепи выбирают равным a_min, а номинальные значения последующих дискретных реактивных элементов дискретной реактивной цепи вычисляют по формуле
a_j=a_j-1+a_j-K,
где j=K+1, K+2, … N.

2. Дискретная реактивная цепь по п.1, отличающаяся тем, что в качестве дискретных реактивных элементов выбраны емкостные элементы, первые выводы которых объединены и являются первым выходом дискретной реактивной цепи, а второй вывод каждого i-го дискретного реактивного элемента, где i=1, 2, …, N, подключен к первому контакту i-го управляемого переключателя, причем вторые контакты всех управляемых переключателей объединены и являются вторым выходом дискретной реактивной цепи.

3. Дискретная реактивная цепь по п.1, отличающаяся тем, что в качестве дискретных реактивных элементов выбраны индуктивные элементы или отрезки длинных цепей, которые включены последовательно, первый вывод первого и второй вывод N-го дискретных реактивных элементов являются соответственно первым и вторым выходами дискретной реактивной цепи, к первому и второму выводам каждого i-го дискретного реактивного элемента, где i=1, 2, …, N, подключены соответственно первый и второй контакты i-го управляемого переключателя, причем второй контакт m-го управляемого переключателя подключен к первому контакту (m+1)-го управляемого переключателя, где m=1, 2, …, N-1.