Автоматический контроль качества работы кварцевых генераторов, дублирование при сбоях, индикация, подавление высших гармоник сигнала Российский патент 2017 года по МПК H03B5/40 H03B5/32 

В настоящее время промышленность выпускает надежные комплектующие детали для построения различных устройств, длительное время работающих без сбоев. Большие вычислительные машины, персональные компьютеры, ноутбуки и прочие устройства имеют в своих схемах тысячи и тысячи резисторов, конденсаторов, транзисторов, микросхем и прочих комплектующих. Главное, чтобы соблюдались рекомендуемые режимы по току, напряжению, температуре и прочим условиям эксплуатации.

Но кварцевый резонатор при выдающихся качествах, таких как стабилизация частоты генерации генератором, при его использовании имеет присущий ему недостаток - «перескок» на другую, ложную частоту. Об этом, например, сказано:

Л. 1. Стр. 315, 321;

Л. 2. Стр. 10;

Л. 3. Стр. 13.

А также во всех книгах о кварцевых резонаторах.

Суть данного изобретения - обеспечить работу радиотехнических устройств при возможной «перестройке» на ложную частоту генерации кварцевых генераторов. Следует отметить, что «перескок» частоты генерации происходит, когда аппаратура оказывается в чрезвычайных (экстремальных) условиях, т.е. когда вибрация очень большая, температура резко повышается, солнечная радиация резко повышается, резко повышается космическое излучение и прочие воздействия.

Вот тогда и появляется вероятность «перескока».

Например, в ракетах, на спутниках Земли или других планет, в космических аппаратах различного назначения.

Аналогов решения данной проблемы нет!

Кварцевые резонаторы применяются в аппаратуре военного использования, в ракетах, где кварцевые резонаторы использованы в радиоприемниках, радиопередатчиках, в синтезаторе частот - в бортовом компьютере для стабилизации частоты тактового генератора.

Задача - чтобы работали исправно, и, если происходит сбой, кварцевый генератор прекращает работу, или если происходит «перескок» на ложную частоту, то автоматически происходит переключение на второй комплект кварцевого генератора.

Технический результат заключается в обеспечении бесперебойной работы радиоаппаратуры.

И при этом комплект бортовой аппаратуры продолжает работать, о чем будет «доложено» по телеметрической связи на командный пункт, что послужит для совершенствования аппаратуры бортовой связи. Телеметрическая связь сообщает на Землю все данные о состоянии ракеты, о четком исполнении полетного задания и в том числе работы кварцевых генераторов. Телеметрическая связь работает на ракете во время полета и на Земле при подготовке старта «проверяет» все механизмы ракеты и схемы аппаратуры связи, бортовой компьютер. И только при полной готовности разрешает старт.

Так как схемы подобны, представленная к рассмотрению схема радиоприемника с кварцевыми генераторами в качестве гетеродина, автоматики, компьютера и передатчика для телеметрической связи с командным пунктом. Примерная схема представлена в разделе «ГРАФИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ», где:

Фигура 1. Подключение к автоматике кварцевого генератора с индикацией 9.

Фигура 2. Общая схема дублирования.

Фигура 2(A). Полоса синусоиды резонатора на уровне 0,707. Фигура 2(Б). Определение полосы резонатора в любой точке, в которых:

1 и 2. Кварцевые генераторы с двумя кварцевыми резонаторами - Гетеродины.

3. Диод.

4. Автоматика.

5. Нагрузка.

6. Питание кварцевых генераторов.

7. Радиопередатчик (бортовой).

8. Синтезатор частот - бортовой компьютер.

9. Индикатор.

Логика работы автоматики: при работе первого кварцевого генератора потенциал после выпрямительного диода поступает на схему автоматики, контакты реле в первом положении, выход первого генератора подключен к нагрузке R (через второй кварцевый резонатор).

При выключении первого кварцевого генератора потенциал после диода исчезает, что ведет к переключению реле, питание поступает на второй кварцевый генератор, его выход подключается к нагрузке R (через второй кварцевый резонатор).

В передатчике в схеме задающего генератора имеются свои два кварцевых генератора и автоматика. Подобная же схема в схеме тактового генератора с двумя кварцевыми резонаторами в синтезаторе частот.

Каждый из вышеперечисленных кварцевых генераторов 1 и 2 имеет по два кварцевых резонатора (об этом говорится в разделе «ФОРМУЛА»).

Второй кварцевый резонатор подключается: одним выводом к выводу первого кварцевого резонатора, а вторым выводом к нагрузке R, вследствие чего образуется электрический кварцевый фильтр для сигнала между кварцевым генератором и потребляющими схемами.

Кварцевые резонаторы при термостатировании необходимо размещать в одном термостате или одинаковых условиях.

Кварцевые резонаторы должны быть однотипны и одинакового среза, а также иметь одинаковый ТКЧ (температурный коэффициент частоты).

Полоса частот на выходе кварцевого резонатора 2 определяется на уровне 0,707, формула 1 на фигуре 2(A), Полоса частот на различных уровнях узкополосного кварцевого фильтра определяется по формуле 2 на фигуре 2(Б).

В ноябре 2011 года в средствах массовой информации было опубликовано сообщение, что, например, с космического аппарата стала поступать информация, свидетельствующая о предполагаемом сбое.

В данном случае неисправно работал кварцевый резонатор («перескок»), поскольку блок питания и передатчик работали исправно и ориентация аппарата была правильная. То это подтверждает, что неисправен мог быть именно кварцевый резонатор в тактовом генераторе бортового компьютера, так как аппаратура связи длительное время подвергалась различным воздействиям полета.

Дублирование работы кварцевых генераторов обеспечивает бесперебойную работу радиоаппаратуры в удаленном режиме.

Литература

1. Валитов Р.А. Радиотехнические схемы на транзисторах и туннельных диодах. М.:

Связь. 1972. С. 315, 321.

2. Альтшуллер Г.Б. Кварцевые автогенераторы. Справочное пособие. М.:

Радио и связь. 1984. С. 10.

3. Лабутин Б. Кварцевые резонаторы. Журнал «Радио» №3, 1975. С. 13.

Изобретение относится к области автоматического контроля работы кварцевого генератора и может использоваться при перескоке частоты для переключения кварцевых генераторов в различной аппаратуре. Достигаемый технический результат - отсутствие перестройки на ложную частоту генерации, подавление высших гармоник частоты сигнала на выходе кварцевого генератора, дублирование кварцевого генератора при прекращении генерации или перескоке частоты генерации. Автоматический контроль качества работы кварцевых генераторов обеспечивают наличием первого и второго кварцевых генераторов с двумя кварцевыми резонаторами в каждом, диодом, схемой автоматики с контактами реле, источником питания и нагрузкой. 4 ил.

Автоматический контроль качества работы кварцевого генератора в радиоаппарате или синтезаторе частот, подавление высших гармоник частоты сигнала на выходе кварцевого генератора, индикация и дублирование кварцевого генератора при прекращении генерации или «перескоке» частоты генерации, при этом кварцевый генератор генерирует частоту Fo (далее сигнал), стабилизированную первым кварцевым резонатором в виде искаженной синусоиды, далее сигнал через второй кварцевый резонатор, имеющий частоту параллельного резонанса Fo, поступает на вход схемы, «потребляющей» сигнал, в виде синусоиды на нагрузку R, на вход индикации и на вход автоматики при дублировании, чем обеспечивается точный контроль работы кварцевого генератора, когда происходит сбой в работе кварцевого генератора или «перескоке», то на выходе второго кварцевого резонатора сигнал отсутствует, при «перескоке» частота сигнала не соответствует резонансной частоте второго кварцевого резонатора и сигнал через него не проходит - на выходе отсутствует.