СПОСОБ УМЕНЬШЕНИЯ ИНТЕНСИВНОСТИ ПЕРЕХОДНЫХ ПРОЦЕССОВ НА ЭЛЕМЕНТАХ ВЫХОДНОГО КАСКАДА КЛЮЧЕВОГО СВЕРХДЛИННОВОЛНОВОГО РАДИОПЕРЕДАЮЩЕГО УСТРОЙСТВА И РАДИОПЕРЕДАТЧИК ДЛЯ РЕАЛИЗАЦИИ СПОСОБА (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2012 года по МПК H04B1/04 

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано при построении ключевых радиопередатчиков сверхдлинноволнового (СДВ) диапазона.

СДВ радиопередатчики являются телеграфными передатчиками, т.е. могут передавать информацию в режиме амплитудной, частотной или фазовой манипуляции (см. книгу Моделя З.И. "Радиопередающие устройства", Связьиздат, Москва, 1961 г.).

Известный способ амплитудной манипуляции изложен в упомянутой книге (преимущественно в главе 18). Согласно описанному способу амплитудно-манипулированные колебания, сформированные в возбудителе (или предварительном каскаде радиопередатчика), подают на управляющую сетку мощной генераторной лампы выходного каскада радиопередатчика. При этом в выходном каскаде СДВ передатчика возникают переходные процессы, вызванные наличием фильтра выпрямителя анодного питания и влиянием цепи нагрузки выходного каскада, представляющей собой высокодобротную колебательную систему. Это приводит к повышению интенсивности переходных процессов при амплитудной манипуляции и, следовательно, к увеличению перенапряжений на элементах выходного каскада (на анодном контуре и на аноде генераторной лампы), что, в свою очередь, может привести к электрическому пробою лампы или других элементов выходного каскада передатчика.

Изобретение решает задачу уменьшения интенсивности переходных процессов на элементах выходного каскада ключевого СДВ радиопередатчика.

Суть предлагаемого способа заключается в том, чтобы в течение некоторого времени с момента подачи высокочастотного напряжения возбуждения от возбудителя (или с момента начала телеграфной посылки) напряжение возбуждения на сетке лампы было значительно меньше номинального значения, т.е. U_{c нач} меньше, чем U_{с ном}. Генерируемая мощность в этот начальный период будет меньше номинальной, лампа еще не входит в режим насыщения, однако при этом значительно уменьшаются перенапряжения на элементах выходного каскада. По истечении времени задержки включают полное напряжение возбуждения. При этом в нагрузке (антенном контуре) уже возникнут колебания, которые оказывают реакцию на режим работы выходного каскада, вследствие чего перенапряжения на его элементах будут также небольшими. В результате повышается надежность работы передатчика в режиме амплитудной манипуляции.

Согласно заявляемому способу с момента подачи напряжения возбуждения в интервале времени от полутора до трех миллисекунд в предварительном каскаде устанавливают коэффициент усиления, соответствующий мощности выходного каскада в пределах от сорока до пятидесяти процентов номинальной мощности. По истечении упомянутой задержки в предварительном каскаде устанавливают коэффициент усиления, соответствующий номинальной мощности выходного каскада.

На фиг.1 приведены осциллограммы:

а) огибающей напряжения возбуждения на сетке лампы;

б) огибающей высокочастотного напряжения на аноде лампы при амплитудной манипуляции без задержки напряжения возбуждения в начале телеграфной посылки.

На фиг.2 приведены те же осциллограммы при амплитудной манипуляции с задержкой напряжения возбуждения на время t в начале телеграфной посылки.

Осциллограммы получены при испытаниях на мощном СДВ передатчике. Как видно из рисунков, при отсутствии задержки возбуждения в начале телеграфной посылки на аноде лампы возникает всплеск перенапряжения, в два раза превышающий значение напряжения в стационарном режиме. При наличии задержки возбуждения на 1,5 мсек возникают два всплеска перенапряжений, не превышающих стационарное значение напряжения на величину от пятнадцати до двадцати процентов.

Известно, что при управлении мощным ключевым генератором на элементах генератора возникают значительные перенапряжения, что снижает надежность его работы (см., например, а.с. СССР №843146 "Устройство для управления ключевым генератором", опубл. 30.06.81 г., Бюллетень №24).

Наиболее близким по технической сути является устройство, обеспечивающее амплитудную манипуляцию колебаний, принцип действия которого описан в книге Моделя З.И. "Радиопередающие устройства", Связьиздат, Москва, 1961 г. (см. рис.18.4 и стр.310÷316). Здесь амплитудно-манипулированное напряжение формируется из напряжения U_c, подаваемого на сетку лампы с помощью ключа К. При разомкнутом ключе К лампа запирается напряжением смещения -Е_с.

Схемотехническое решение реального ключевого телеграфного передатчика, при построении которого используется современная элементная база, может быть представлено в виде блок-схемы на фиг.3.

Конструктивно ключевой передатчик содержит генераторную лампу 4 выходного каскада, резистор 12 утечки сетки лампы, источник напряжения смещения 6 (-Е_с) с ограничительным резистором 7, задающий генератор 1, предварительный каскад усиления, состоящий из формирователя высокочастотного напряжения прямоугольной формы 2 и усилителя импульсов 3, а также источник напряжения питания 5 (U_c) усилителя импульсов.

Передатчик работает следующим образом. При появлении на выходе задающего генератора 1 гармонического амплитудно-манипулированного напряжения возбуждения оно поступает на формирователь 2, с выхода которого высокочастотное напряжение прямоугольной формы (в форме меандра) поступает на вход усилителя импульсов 3, который периодически подает на сетку лампы 4 импульсы напряжения возбуждения U_c от источника напряжения питания 5. В паузах лампа 4 запирается напряжением смещения -Е_с от источника напряжения смещения 6. При этом в лампе возникают импульсы анодного тока, которые вызывают высокочастотные колебания в выходном каскаде и, в конечном итоге, в нагрузке - антенном контуре. Величина напряжения возбуждения U_c определяется мощностью, генерируемой лампой, и выбирается такой, чтобы при заданной мощности лампа работала в режиме насыщения, при котором реализуется наиболее высокий к п д. При номинальной мощности напряжение возбуждения равно определенному значению U_{c ном}.

Способ согласно заявляемому изобретению может быть реализован в двух вариантах технического решения.

Устройство по первому варианту направлено на решение задачи повышения надежности работы передатчика в режиме амплитудной манипуляции за счет снижения перенапряжений на элементах выходного каскада в начале телеграфной посылки путем кратковременного уменьшения напряжения питания на усилителе сеточных импульсов в начале телеграфной посылки.

Устройство по второму варианту направлено на решение задачи повышения надежности работы передатчика в режиме амплитудной манипуляции за счет снижения перенапряжений на элементах выходного каскада в начале телеграфной посылки путем кратковременного снятия напряжения питания на усилителе сеточных импульсов в начале телеграфной посылки.

Схема первого варианта устройства, реализующего способ, приведена на фиг.4.

Радиопередатчик для реализации способа по первому варианту исполнения содержит задающий генератор 1, подключенный к предварительному каскаду усиления, состоящему из последовательно соединенных формирователя напряжения возбуждения 2 в форме меандра и усилителя импульсов 3, выход которого подключен к сетке генераторной лампы 4 выходного каскада. Радиопередатчик содержит также источник напряжения питания 5 усилителя импульсов и источник напряжения смещения 6 с ограничительным резистором 7, включенным между отрицательным полюсом источника напряжения смещения 6 и сеткой упомянутой лампы 4, и, кроме того, резистор 12 утечки сетки лампы, включенный между сеткой и общей шиной, при этом общая шина устройства соединена с отрицательным полюсом источника напряжения питания 5, катодом лампы и положительным полюсом источника напряжения смещения 6. Кроме вышеперечисленных элементов передатчик содержит элемент задержки 8, электронный ключ 9 и дополнительный ограничительный резистор 10, включенный между положительным полюсом источника напряжения питания 5 усилителя импульсов 3 и входом питания усилителя импульсов. При этом выход электронного ключа 9 подключен параллельно дополнительному ограничительному резистору 10, а вход и выход элемента задержки 8 соединены соответственно с выходом формирователя напряжения возбуждения 2 в форме меандра и управляющим входом электронного ключа 9.

Устройство работает следующим образом. При отсутствии напряжения возбуждения на выходе возбудителя лампа заперта напряжением смещения - Е_с от источника 6. Электронный ключ 9 разомкнут. При появлении возбуждения в течение некоторого времени задержки электронный ключ 9 остается разомкнутым. Вследствие этого напряжение U_c источника питания 5 подается на усилитель импульсов 3 через резистор 10, в результате чего высокочастотное импульсное напряжение на сетке лампы 4 оказывается значительно меньшим по сравнению с номинальным значением. В зависимости от соотношения величин резисторов 10 и 7 напряжение на сетке может быть положительным, отрицательным или равным нулю. При этом генерируемая мощность оказывается значительно меньше (в 1,5÷2,5 раза), чем номинальная и, следовательно, перенапряжения на элементах генератора минимальны. По истечении времени задержки электронный ключ 9 замыкается и на сетку лампы 4 подается полное напряжение возбуждения U_{c ном}. Величина мощности во время задержки может регулироваться путем изменения величины резистора 10.

Второй вариант схемы устройства, реализующего предложенный способ, приведен на фиг.5.

Радиопередатчик для реализации способа по второму варианту исполнения содержит задающий генератор 1, подключенный к предварительному каскаду усиления, состоящему из последовательно соединенных формирователя напряжения возбуждения 2 в форме меандра и усилителя импульсов 3, выход которого подключен к сетке генераторной лампы 4 выходного каскада. Радиопередатчик содержит также источник напряжения питания 5 усилителя импульсов и источник напряжения смещения 6 с ограничительным резистором 7, включенным между отрицательным полюсом источника напряжения смещения 6 и сеткой упомянутой лампы 4, и, кроме того, резистор 12 утечки сетки лампы, включенный между сеткой и общей шиной, при этом общая шина устройства соединена с отрицательным полюсом источника напряжения питания 5, катодом лампы и положительным полюсом источника напряжения смещения 6. Кроме вышеперечисленных элементов передатчик содержит элемент задержки 8, электронный ключ 9 и обратный диод 11, включенный между входом питания усилителя импульсов 3 и общей шиной устройства. При этом электронный ключ 9 включен между положительным полюсом источника напряжения питания 5 усилителя импульсов и входом питания усилителя импульсов 3, вход и выход элемента задержки 8 соединены соответственно с выходом формирователя напряжения возбуждения 2 в форме меандра и управляющим входом электронного ключа 9, а анод обратного диода 11 подключен к общей шине устройства.

Устройство работает следующим образом. При отсутствии возбуждения ключ 9 разомкнут, лампа 4 заперта отрицательным напряжением смещения -Е_с от источника 6. При появлении амплитудно-манипулированного напряжения возбуждения на выходе задающего генератора 1 в течение времени задержки электронный ключ 9 остается разомкнутым. Поэтому при подаче на усилитель импульсов 3 прямоугольного высокочастотного напряжения возбуждения с выхода формирователя импульсов 2 максимальные значения высокочастотных импульсов на сетке лампы будут равны падению напряжения на открытом диоде 8, т.е. будут близкими к нулю. Мощность, генерируемая выходным каскадом, оказывается при этом в 2÷2,5 раза меньше номинальной. После истечения времени задержки электронный ключ 9 замыкается и на сетку лампы подается полное напряжение возбуждения U_{c ном} от источника 6, соответствующее номинальной мощности колебаний, генерируемых лампой 4.

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано при построении ключевых радиопередатчиков сверхдлинноволнового (СДВ) диапазона. Достигаемый технический результат - уменьшение интенсивности переходных процессов. Способ основан на формировании задающим генератором амплитудно-манипулированного напряжения возбуждения, с момента подачи которого в интервале времени от полутора до трех миллисекунд в предварительном каскаде усиления устанавливают коэффициент усиления, соответствующий мощности выходного каскада в пределах от сорока до пятидесяти процентов номинальной мощности, а по истечении упомянутой задержки в предварительном каскаде усиления устанавливают коэффициент усиления, соответствующий номинальной мощности выходного каскада. Предложены два варианта радиопередатчиков для реализации данного способа. 2 н.п. ф-лы. 5 ил.

1. Способ уменьшения интенсивности переходных процессов на элементах выходного каскада ключевого сверхдлинноволнового радиопередающего устройства, содержащего задающий генератор, предварительный каскад усиления и выходной каскад, основанный на формировании задающим генератором амплитудно-манипулированного напряжения возбуждения, отличающийся тем, что с момента подачи напряжения возбуждения в интервале времени от полутора до трех миллисекунд в предварительном каскаде устанавливают коэффициент усиления, соответствующий мощности выходного каскада в пределах от сорока до пятидесяти процентов номинальной мощности, а по истечении упомянутой задержки в предварительном каскаде устанавливают коэффициент усиления, соответствующий номинальной мощности выходного каскада.

2. Радиопередатчик для реализации способа по п.1, содержащий задающий генератор 1, подключенный к предварительному каскаду усиления, состоящему из последовательно соединенных формирователя напряжения возбуждения 2 в форме меандра и усилителя импульсов 3, выход которого подключен к сетке генераторной лампы 4 выходного каскада, а также источник напряжения питания 5 усилителя импульсов и источник напряжения смещения 6 с ограничительным резистором 7, включенным между отрицательным полюсом источника напряжения смещения 6 и сеткой упомянутой лампы 4, и, кроме того, резистор 12 утечки сетки лампы, включенный между сеткой и общей шиной, при этом общая шина устройства соединена с отрицательным полюсом источника напряжения питания 5, катодом лампы и положительным полюсом источника напряжения смещения 6, отличающийся тем, что в него введены элемент задержки 8, электронный ключ 9 и дополнительный ограничительный резистор 10, включенный между положительным полюсом источника напряжения питания 5 усилителя импульсов 3 и входом питания усилителя импульсов, выход электронного ключа 9 подключен параллельно дополнительному ограничительному резистору 10, а вход и выход элемента задержки 8 соединены соответственно с выходом формирователя напряжения возбуждения 2 в форме меандра и управляющим входом электронного ключа 9.

3. Радиопередатчик для реализации способа по п.1, содержащий задающий генератор 1, подключенный к предварительному каскаду усиления, состоящему из последовательно соединенных формирователя напряжения возбуждения 2 в форме меандра и усилителя импульсов 3, выход которого подключен к сетке генераторной лампы 4 выходного каскада, а также источник напряжения питания 5 усилителя импульсов и источник напряжения смещения 6 с ограничительным резистором 7, включенным между отрицательным полюсом источника напряжения смещения 6 и сеткой упомянутой лампы 4, и, кроме того, резистор 12 утечки сетки лампы, включенный между сеткой и общей шиной, при этом общая шина устройства соединена с отрицательным полюсом источника напряжения питания 5, катодом лампы и положительным полюсом источника напряжения смещения 6, отличающийся тем, что в него введены элемент задержки 8, электронный ключ 9 и обратный диод 11, включенный между входом питания усилителя импульсов 3 и общей шиной устройства, электронный ключ 9 включен между положительным полюсом источника напряжения питания 5 усилителя импульсов и входом питания усилителя импульсов 3, вход и выход элемента задержки 8 соединены соответственно с выходом формирователя напряжения возбуждения 2 в форме меандра и управляющим входом электронного ключа 9, а анод обратного диода 11 подключен к общей шине устройства.