СОГЛАСУЮЩЕЕ АНТЕННОЕ УСТРОЙСТВО ДМКВ ДИАПАЗОНА ДЛЯ СИГНАЛОВ С ПСЕВДОСЛУЧАЙНОЙ ПЕРЕСТРОЙКОЙ РАБОЧЕЙ ЧАСТОТЫ Российский патент 2019 года по МПК H03H7/00 H03J7/00 

Изобретение относится к согласующим антенным устройствам и может быть использовано в схемах, позволяющих производить автоматическое преобразование входного и/или выходного сопротивления антенны для обеспечения оптимальной работы выходного устройства передатчика, и/или входного устройства приемника в диапазоне частот ДМКВ с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты (ППРЧ).

Известны согласующие антенные устройства (САУ), используемые в серийно выпускаемых изделиях серии Кварц (Р-168-1КЕ), Кварц-H, Северок-К, Р-143, Р-168-5КНЕ, Р-163М4, Р-168-100КАЕ.

Известные схемы построения САУ имеют следующие недостатки:

- узкий диапазон рабочих частот (3–30 МГц);

- малую рабочую мощность (~ 60–80 Вт).

Известно автоматическое согласующее устройство, которое содержит датчик коэффициента бегущей волны, управляемый ключ, элемент с управляемой индуктивностью, элемент с управляемой емкостью, антенну, резистор и блок управления (см. SU1515345, Н03Н7/40, опубл. 15.10.1989). Для достижения процесса автоматического согласования введены датчик фазы, коммутатор, управляемый ключ и резистор. Блок управления содержит микропроцессор, генератор тактовых импульсов, постоянное запоминающее устройство, оперативное запоминающее устройство и буферные регистры. Ограничениями известного САУ является узкий диапазон рабочих частот и небольшая рабочая мощность.

Из RU2309491 (H01P5/08, H04B1/18, H04B7/00, опубл. 27.10.2007) известно антенно-согласующее устройство, содержащее согласующий контур, образуемый элементами четырех магазинов реактивностей, коммутатор, подключенный первым выходом к входу согласующего контура, аттенюатор, трансформатор тока, первичная обмотка которого включена между выходом аттенюатора и вторым входом коммутатора, и микроконтроллер, подключенный выходами первого порта параллельного интерфейса к соответствующим управляющим входам коммутатора и согласующего контура, в котором ВЧ-входом и ВЧ-выходом являются соответственно первый вход коммутатора и выход согласующего контура, а портом дистанционного управления является первый порт последовательного интерфейса микроконтроллера. САУ имеет первый и второй дифференциальные усилители, подключенные входами соответственно к выходу аттенюатора и выходу трансформатора тока, первый и второй преобразователи «аналог-цифра», подключенные аналоговыми входами соответственно к выходам дифференциальных усилителей, первое и второе оперативные запоминающие устройства, подключенные цифровыми входами соответственно к цифровым выходам преобразователей «аналог-цифра», а цифровыми выходами подключенные к второму порту параллельного интерфейса микроконтроллера. Синтезатор частот, подключенный первым выходом к входу аттенюатора, вторым выходом подключенный к входам синхронизации преобразователей «аналог-цифра», а портом управления подключенный к второму порту последовательного интерфейса микроконтроллера, и калибровочный резистор, подключенный к второму выходу коммутатора. Данное устройство позволяет сократить время настройки до 61 мс, поскольку согласующий контур образован из четырех магазинов реактивностей, но для расширения диапазона рабочих частот от 1,5 до 30 МГц требуется большее количество элементов L и C в контуре согласования. Поэтому для обеспечения удовлетворительного согласования в указанной полосе частот время настройки возрастает, или уменьшается полоса рабочих частот.

Известно адаптивное антенное согласующее устройство, выполненное на основе согласующего контура, в котором индуктивности соединены последовательно, а между ними параллельно включено по три емкости C1(i)=C(min), C2(i)=C(0), C3(i)=C(max) с возможностью их коммутации посредством схемы управления на основе сравнения по заданному алгоритму напряжений в соседних плечах каждого звена согласующего контура, которое осуществляется на компараторах, имеющих отрицательный порог срабатывания для подключения C1(i) и C2(i) и положительный порог срабатывания для подключения C3(i), причем между последним звеном и нагрузкой включен дополнительный широкополосный согласующий контур (см. RU2359402, H03H7/40, H01Q1/24, опубл. 10.12.2008). Данное САУ может работать в диапазоне частот 2–30 МГц для работы на щелевую антенну и антенну штыревого типа. Достигнутое значение КБВ составляет не менее 0,7. В цепи согласования этого устройства используются неотключаемые (с помощью ключей) и не перенастраиваемые катушки индуктивности, что не позволяет согласовать антенны с КПД устройства 40–60% на высоких частотах рабочего диапазона частот 2–30 МГц.

Из US9130543 (H03H7/38, H03H7/40, H01P5/04, опубл. 08.09. 2015) известно коммуникационное устройство (или САУ), содержащее приемопередатчик, антенну и соответствующий радиочастотный канал RF, включающий множество переменных реактивных элементов в соответствующем радиочастотном канале RF и связывающий входной порт RF с приемопередатчиком, производящим радиочастотный сигнал, предоставленный входному порту RF. Радиочастотный канал RF включает выходной порт RF, связанный с антенной, детектор, который получает сигнал из выходного порта RF радиочастотного канала RF и определяет параметр сигнала, связанный с сигналом, и контроллер вместе с детектором и с соответствующим радиочастотным каналом. Контроллер производит множество сигналов управления для того, чтобы независимо управлять множеством переменных реактивных элементов, основанных на параметре сигнала, и множество сигналов управления произведено контроллером, основанном на режиме работы коммуникационного устройства. Режим работы различает режим передачи и режим приема, и при этом соответствующий радиочастотный канал RF изменяет мощность сигнала, переданную от входного порта RF до выходного порта RF согласно множеству сигналов управления, относящихся к множеству переменных реактивных элементов, чтобы изменить переменный импеданс соответствующей радиочастотному каналу RF. Особенностью этого технического решения является то, что в нем не используется направленный ответвитель, а применен детектор напряжения, что позволяет улучшить технико-эксплуатационные характеристики в диапазонах 900 МГц и 1900 МГц. Устройство предназначено только для работы в мобильных телефонах, работающих в нескольких диапазонах частот, и не может быть использовано для приемопередатчиков диапазона от 2 до 30 МГц. Такое техническое решение можно применять только при сигналах малой мощности в единицы Вт, как в сотовых телефонах.

Решаемая изобретением задача заключается в улучшении технико-эксплуатационных характеристик при приеме-передаче сигнала с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты (ППРЧ).

Техническим результатом, достигаемым изобретением, является уменьшение значения коэффициента стоячей волны (КСВ), быстрое время настройки от 0,1 до 1 с в зависимости от рабочей частоты, расширение диапазона рабочих частот от 1,5 до 30 МГц при мощности подводимого радиочастотного сигнала до 100 Вт.

Для решения поставленной задачи с достижением технического результата согласующее антенное устройство (САУ) содержит центральный процессор, трансивер, первый вход-выход которого служит для связи посредством одного интерфейса с блоком управления приемопередатчика, а его второй вход-выход посредством другого интерфейса – с первым входом-выходом центрального процессора. САУ имеет флэш-память, драйверы реле, связанные посредством собственного третьего интерфейса соответственно со вторым и третьим входом-выходом центрального процессора. Аналого-цифровой преобразователь связан посредством четвертого интерфейса с четвертым входом-выходом центрального процессора. Выход драйверов реле соединен через первый вход переключаемых реле к входу блока LC звеньев, выход которого соединен со вторым входом переключаемых реле. Двунаправленный ответвитель выполнен во вторичных его линиях с двумя детекторами для измерения падающей (ПАД) волны и отраженной (ОТР) волны. Первичная линия двунаправленного ответвителя через его первый вход-выход служит с одной стороны для соединения с радиочастотным каналом передачи от приемопередатчика, а с другой стороны через его второй вход-выход и через первый и второй вход-выход блока LC звеньев – для соединения с радиочастотным каналом передачи к приемопередающей антенне. САУ снабжен фазовым детектором и измерителем мощности. Первый и второй входы фазового детектора соединены соответственно с вторичными линиями двунаправленного ответвителя для измерения падающей (ПАД) и отраженной (ОТР) волны, а вход измерителя мощности соединен с вторичной линией двунаправленного ответвителя для измерения падающей (ПАД) волны. Выход фазового детектора и выход измерителя мощности соответственно соединены с первым и вторым входами аналого-цифрового преобразователя, выполненного с возможностью поочередного подсоединения фазового детектора и измерителя мощности. При этом центральный процессор выполнен обеспечивающим расчет КСВ, его дисперсии, среднего значения КСВ, зашумленности в радиочастотном канале передачи от приемопередатчика к приемопередающей антенне и расчет импеданса приемопередающей антенны.

Возможен дополнительный вариант выполнения устройства, в котором целесообразно, чтобы блок LC звеньев был реализован из набора конденсаторов и катушек индуктивностей, подключенных друг к другу по Г-образной схеме. При этом ряд индуктивностей катушек выполнен в убывающей прогрессии, в котором каждая последующая индуктивность в 1,8 раза меньше предыдущей, и ряд емкостей конденсаторов выполнен в убывающей прогрессии, в котором каждая последующая емкость в 2 раза меньше предыдущей, причем катушки подсоединены последовательно относительно приемопередающей антенны, а конденсаторы – параллельно приемопередающей антенне или параллельно второму входу-выходу двунаправленного ответвителя. При этом, если измеренный импеданс приемопередающей антенны выше 50 Ом на частоте согласования ППРЧ, то посредством переключаемых реле соответствующий конденсатор выполнен с возможностью параллельного подключения к приемопередающей антенне, а если ниже – параллельно второму входу-выходу направленного ответвителя.

Указанные преимущества, а также особенности настоящего изобретения поясняются с помощью варианта его выполнения со ссылками на фигуры.

На фиг. 1 изображена структурная схема заявленного САУ.

На фиг. 2 изображена схема подсоединения приемопередатчика к антенне через двунаправленный ответвитель и блок LC звеньев.

На фиг. 3 приведен алгоритм расчета КСВ центральным процессором (алгоритм №1).

На фиг. 4 приведен алгоритм расчета дисперсии КСВ.

На фиг. 5 приведен алгоритм расчета среднего значения КСВ.

САУ (фиг. 1) содержит центральный процессор 1, трансивер 2, первый вход-выход которого служит для связи посредством одного интерфейса, например RS422, с блоком управления приемопередатчика, а его второй вход-выход посредством другого интерфейса UART – с первым входом-выходом центрального процессора 1. Флэш-память 3, драйверы 4 реле связаны посредством собственного третьего интерфейса SPI соответственно со вторым и третьим входом-выходом центрального процессора 1. Аналого-цифровой преобразователь 5 связанный посредством четвертого интерфейса I²С с четвертым входом-выходом центрального процессора 1. Выход драйверов 4 реле соединен через первый вход переключаемых реле 6 к входу блока 7 LC звеньев, выход которого соединен со вторым входом переключаемых реле 6. Двунаправленный ответвитель 8 выполнен во вторичных его линиях с двумя детекторами для измерения падающей (ПАД) волны и отраженной (ОТР) волны. Первичная линия двунаправленного ответвителя 8 через его первый вход-выход служит с одной стороны для соединения с радиочастотным каналом передачи от приемопередатчика, а с другой стороны через его второй вход-выход и через первый и второй вход-выход блока 7 LC звеньев – для соединения с радиочастотным каналом передачи к приемопередающей антенне. САУ снабжено фазовым детектором 9 и измерителем 10 мощности. Первый и второй входы фазового детектора 9 соединены соответственно с вторичными линиями двунаправленного ответвителя 8 для измерения падающей (ПАД) и отраженной (ОТР) волны, а вход измерителя 10 мощности соединен с вторичной линией двунаправленного ответвителя 8 для измерения падающей (ПАД) волны. Выход фазового детектора 9 и выход измерителя 10 мощности соответственно соединены с первым и вторым входом аналого-цифрового преобразователя 5, выполненного с возможностью поочередного подсоединения фазового детектора 9 и измерителя 10 мощности. Центральный процессор 1 выполнен обеспечивающим расчет КСВ, его дисперсии, среднего значения КСВ, зашумленности в радиочастотном канале передачи от приемопередатчика к приемопередающей антенне и расчет импеданса приемопередающей антенны.

Блок 7 LC звеньев (фиг. 2) реализован из набора конденсаторов и катушек индуктивностей, подключенных друг к другу по Г-образной схеме. Ряд индуктивностей катушек L₁, L₂…L₁₂ выполнен в убывающей прогрессии, в которой каждая последующая индуктивность в 1,8 раза меньше предыдущей. Ряд емкостей конденсаторов C₀, C₁…C₁₂ выполнен в убывающей прогрессии, в которой каждая последующая емкость в 2 раза меньше предыдущей. Катушки L₁, L₂…L₁₂ подсоединены последовательно относительно приемопередающей антенны, а конденсаторы C₀, C₁…C₁₂ – параллельно приемопередающей антенне или параллельно второму входу-выходу направленного ответвителя 8. Если измеренный импеданс приемопередающей антенны выше 50 Ом на частоте согласования ППРЧ, то посредством переключаемых реле 6 соответствующий конденсатор выполнен с возможностью параллельного подключения к приемопередающей антенне, а если ниже 50 Ом, то параллельно второму входу-выходу направленного ответвителя 8. На фиг. 2 также показаны ключи К₀, КL_i, КС_i переключаемых реле 6, где i – номер ключа от 1 до 12.

Работает согласующее антенное устройство (фиг. 1) следующим образом.

Трансивер 2 UART-RS422, являясь ведомым устройством, предназначен для принятия, преобразования команд управления (КУ) по внешнему интерфейсу RS485/422 во внутренний интерфейс управления UART, также выдачи в приемопередатчик подтверждений (квитанций) правильности приема КУ от центрального процессора 1. Трансивер 2 UART-RS422 обеспечивает гальваническую развязку до 5 кВ по внешнему интерфейсу обмена, прием команд управления (КУ) от приемопередатчика на скорости до 16 Мбит/с, загрузку КУ в центральный процессор 1 с кодовыми последовательностями включения реле Г-образных LC звеньев блока 7 и передачу телеметрической информации (параметров состояния всех функциональных блоков САУ) от центрального процессора 1 в приемопередатчик.

Флэш-память 3 EEPROM хранит первоначальные параметры настройки переключаемых реле 6 и Г-образных LC звеньев блока 7, идентификатор центрального процессора 1, дату разработки и порядковый номер программного обеспечения.

Центральный процессор 1 служит для обработки команд управления (КУ) от трансивера 2, сбора телеметрической информации с ключевых модулей трансивера 2, флэш-памяти 3 по интерфейсу SPI, драйверов 4 реле по интерфейсу SPI и аналого-цифрового преобразователя интерфейсу I²C, формирования ответных квитанций и выдачу их в трансивер 2 интерфейсов UART-RS422 для преобразования. Также центральный процессор 1 выдает управляющие команды по интерфейсу SPI на драйверы 4 реле для коммутации LC звеньев блока 7, переключаемых реле 6.

Центральный процессор 1 обеспечивает расчет КСВ, его дисперсии, среднего значения КСВ и зашумленности в радиочастотном канале передачи от приемопередатчика к приемопередающей антенне по данным поступающим с аналого-цифрового преобразователя 5 по интерфейсу I²C, а также производит текущее значение импеданса приемопередающей антенны.

Расчет комплексного сопротивления нагрузки (импеданса) Z_H производится по формуле:

Z_H = R_H + iX_H,

где R_H = R_И·2Kc / (1 + Kc² + (1 - Kc²)·cos(φ)) – активное сопротивление нагрузки; X_H = R_И·(Kc² - 1)·sin(φ) / (1 + Kc² + (1 - Kc²)·cos(φ)) – реактивное сопротивление нагрузки; Kc – коэффициент стоячей волны напряжения; R_И = 50 Ом – сопротивление источника.

Блок 7 LC звеньев (фиг. 2) состоит из набора 12 конденсаторов и 12 катушек индуктивностей, подключенных друг к другу по Г-образной схеме. Имеющийся ряд индуктивностей убывает в прогрессии, каждая последующая индуктивность в 1,8 раза меньше предыдущей. Аналогично подобран ряд конденсаторов с коэффициентом прогрессии 2. Индуктивности включаются последовательно с приемопередающей антенной, а конденсаторы включаются параллельно приемопередающей антенне или параллельно второму входу-выходу двунаправленного ответвителя 8. Все коммутации LC цепей в блоке 7 Г-образных LC звеньев производятся с помощью переключаемых реле 6 (фиг. 1, 2). Режим включения LC звеньев блока 7 зависит от отношения измеренного импеданса приемопередающей антенны к 50 Ом на частоте согласования. Если импеданс антенны выше 50 Ом, конденсатор включается параллельно приемопередающей антенне, если ниже – параллельно второму входу-выходу двунаправленного ответвителя 8.

В заявленном САУ отношения номиналов у катушек отличаются друг от друга в 1,8 раза, а номиналы конденсаторов отличаются друг от друга в 2 раза. Таким образом, получается 2¹² вариантов. Это сочетание номиналов индуктивностей и емкостей, которое обеспечивает непрерывный диапазон значений индуктивности и емкости с шагом равным самому меньшему значению каждого из них. Отношение номиналов более чем в 2 раза недопустимо, так как тогда появятся значительные пропуски номиналов в непрерывном диапазоне их значений, устройство не сможет автоматически подобрать необходимое значение индуктивности и емкости и не сможет согласовать приемопередающую антенну на заданной частоте ППРЧ. Соотношение менее чем в 2 раза позволяет компенсировать разброс параметров катушек и зависимость индуктивности от частоты, но это приводит к уменьшению возможного непрерывного диапазона номиналов. Таким образом, пришлось бы увеличить количество катушек и конденсаторов в схеме согласования блока 7 LC звеньев для обеспечения настройки в диапазоне частот от 1,5 до 30 МГц, а также увеличить габариты блока 7 и самого САУ в целом.

Управление переключаемыми реле 6 (фиг. 1, 2) производится специальными микросхемами – драйверами 4 реле, в которые из центрального процессора по SPI-интерфейсу передаются кодовые последовательности, определяющие, какой ключ переключаемых реле 6 должен быть замкнут, а какой разомкнут. Входная часть драйверов 4 реле спроектирована так, чтобы работать совместно с транзисторно-транзисторной логикой ТТЛ (3,3 В) и комплементарной логикой управления на транзисторах металл-оксид-полупроводник К-МОП (5 В) от центрального процессора 1. Драйверы 4 реле включают в себя силовые ключи для управления переключаемыми реле 6 и схему защиты от высокого напряжения. Для переключения соответствующих ключей сигналы подаются с переключаемых реле 6 на вход блока 7 LC звеньев.

Переключаемые реле 6 фактически интегрированы с блоком 7 LC звеньев (фиг. 2), в котором ключи KL, KC, K0, Kin, Kout образуют реле. Замыкаясь, они обеспечивают электрическую цепь для прохождения по ним ВЧ сигнала в обход катушки L или конденсатора C. Если же разомкнуты, то ВЧ сигнал проходит через катушки L / конденсаторы C. Количество замкнутых и разомкнутых катушек / конденсаторов зависит от настройки на заданной частоте. Таким образом, из блока 7 LC звеньев в блок переключаемых реле 6 ВЧ сигнал может входить и выходить несколько раз. Эта функциональная взаимосвязь на фиг. 1 показана как выход и второй вход переключаемых реле 6. На практике, в основном, количество входов и выходов несколько.

Двунаправленный ответвитель 8 (фиг. 1) отводит часть энергии из первичной линии, поступающей от приемопередатчика, во вторичные линии, откуда сигналы (амплитуды и фазы) падающей (ПАД) волны и отраженной (ОТР) волны поступают соответственно на первый и второй входы фазового детектора 9, а на вход измерителя 10 мощности поступают параметры падающей (ПАД) волны.

Фазовый детектор 9 определяет разность фаз между двумя сигналами, поданными на первый и второй входы, и на своем выходе формирует напряжение пропорциональное отношению двух величин напряжений (прямой и падающей волны) и выдает его на вход аналого-цифрового преобразователя 5 (АЦП). АЦП 5 выполнен двухканальным (с двумя входами), имеет встроенный аналоговый мультиплексор для переключения по очереди на входе схемы АЦП одного из каналов, т.е. сигналы на первом и втором входах АЦП 5 оцифровываются по очереди как от фазового детектора 9, так и от измерителя 10 мощности.

АЦП 5 преобразовывает сигналы с фазового детектора 9 и измерителя 10 мощности в цифровые значения и выдает их для дальнейшей обработки в центральный процессор 1 по интерфейсу I²C. Эти значения используются центральным процессором 1 для определения характера импеданса (емкостной или индуктивный), подключенной в САУ приемопередающей антенны и вычисления величины импеданса.

Еще одной функцией центрального процессора 1 является переключение рабочих режимов работы по командам от приемопередатчика. САУ функционирует в одном из трех режимов работы:

- «дежурный режим»;

- режим «малой мощности»;

- режим «работа».

В «дежурном режиме» (фиг. 1) центральный процессор 1 переводит все функциональные блоки 2–10 в режим наименьшего энергопотребления и сам переходит в режим ожидания команд управления (КУ) от приемопередатчика. Также САУ находится в этом режиме при подаче на него питающего напряжения.

При режиме «малой мощности» центральный процессор 1 проводит вычисление КСВ подключенной приемопередающей антенны по алгоритму №1 (фиг. 3), рассчитываются и подбираются кодовые последовательности включения или выключения переключаемых реле 6 Г-образных LC звеньев блока 7. С помощью Г-образных LC звеньев блока 7, в которых индуктивности включаются последовательно с приемопередающей антенной, а конденсаторы могут включаться параллельно приемопередающей антенне либо параллельно выходу двунаправленного ответвителя 8, подбирается необходимое наименьшее значение КСВ приемопередающей антенны на текущей частоте сигнала с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты (ППРЧ).

Для вычисления КСВ (фиг. 3), импеданса антенны и необходимых для согласования значений емкости и индуктивности производится три попытки (блоки 21, 27, 28) измерений.

В каждой попытке измерений производится запуск АЦП блоком 22, ожидание завершения измерений 8 отсчетов блоком 23. Для 8 отсчетов вычисляются их среднее значение и дисперсия блоком 24.

В качестве результата принимаются результаты с наименьшей дисперсией блоком 25, которые сохраняются для дальнейшей обработки в блоке 26.

Расчет дисперсии фазы disp между падающей (ПАД) и отраженной (ОТР) волной (phase), отношения напряжений падающей и отраженной волны (mag) и значения опорного напряжения для них (ref) (фиг. 4) производится по формуле:

disp = max - min,

где max – максимальные значения phase, mag, ref; min – минимальные значения phase, mag, ref.

Расчет среднего значения фазы M между падающей (ПАД) и отраженной (ОТР) волной (phase), отношения напряжений падающей и отраженной волны (mag) и значения опорного напряжения для них (ref) (фиг. 5) производится по формуле:

M = (Σ^N_i=1 V(i)) / N,

где V(i) – значение элемента выборки, N – общее количество элементов выборки.

В начале работы алгоритма (фиг. 5) в блоке 51 число исключенных значений устанавливается в нулевое значение. В блоке 52 текущее значение исключенных значений сравнивается со значением величины 8, и если значение превышено («да»), происходит выход из алгоритма в блок 58 для вычисления среднего значения КСВ из всех элементов выборки, а если значение не превышено («нет»), в блоке 53 производится поиск максимальных и минимальный значений КСВ. В блоке 54 происходит исключение максимального значения КСВ из диапазона значений выборки. В блоке 55 происходит исключение минимального значения КСВ из диапазона значений выборки. Количество исключенных значений увеличивается на 2 в блоке 56. В блоке 57 происходит сравнение исключенных максимальных и минимальных значений между собой, и если они равны («да»), происходит выход из алгоритма в блок 58, а если нет («нет»), происходит переход к блоку 52.

Расчет зашумленности (30) Noise в радиочастотном канале передачи от приемопередатчика до приемопередающей антенны позволяет оценить достоверность получаемых измерений КСВ. Расчет обновляется (производится заново) каждые 100 измерений КСВ и производится по формуле:

Noise = E·100 / N,

где E – количество измерений с дисперсией выше допустимого, N – общее количество измерений.

Расчетное КСВ, с вычисленными по формулам L и C, выбирается как начальная точка на входе в алгоритме (фиг.3) настройки САУ на выбранной частоте и итерационно корректируется практическими измерениями с подключением (с помощью переключаемых реле 6) комбинаций L и C блока 7 и достижения минимального значения КСВ.

На практике, чем дальше начальная расчетная точка от реальной точки согласования антенны, тем менее точно измерение КСВ и само значение КСВ получается большим, а значит расчеты R и X не точны и расчетные L и С не верны, поэтому итерационно переключаются реле, выбирая на каждой новой итерации новые комбинации L и C для достижения их точных значений и минимального КСВ.

Расчеты дисперсии позволяют исключить макс и мин точки в итерационном измерении, т.к. они могли быть получены неверно в результате наложения помех в цепи измерения от приемопередатчика до приемопередающей антенны в процессе измерения.

Вычисление зашумленности цепи измерения от приемопередатчика до приемопередающей антенны повышает точность измерения КСВ, повышая таким образом достоверность измеренных значений КСВ.

Расчет коэффициента отражения Г и фазы φ (в радианах) в блоке 29 (фиг. 3) производится по следующим формулам:

Г = 10^{-3·mag / ref},

φ = π·(1 - phase / ref).

Расчет коэффициента стоячей волны Kc напряжения производится блоком 30 по следующей формуле:

Kc = (1 + Г) / (1 - Г).

Расчет значений L и С, которые необходимо включить блоком 31, производится по формулам:

С = (X + R·(R/R_И + X²/(R·R_И) - 1)^1/2) / ((R² + X²)·w) – необходимая величина согласующей емкости, если R > R_И;

С = (R_И/R - 1)^1/2 / (w·R_И) – необходимая величина согласующей емкости, если R ≤ R_И;

L = R_И·(R/R_И + X²/(R·R_И) - 1)^1/2 / w – необходимая величина согласующей индуктивности, если R > R_И;

L = (-X + R·(R_И/R - 1)^1/2) / w – необходимая величина согласующей индуктивности, если R ≤ R_И,

где R_И – активное сопротивление источника сигнала (50 Ом).

Вычисление КСВ зациклено для непрерывного мониторинга блоком 32.

В режиме «работа» центральный процессор 1 сохраняет состояние переключаемых реле 6 Г-образных LC звеньев блока 7 в ранее полученных положениях в режиме «малой мощности». Изменение состояния подключения переключаемых реле 6 не производится.

Изменение состояния переключаемых реле 6 производится только в режиме «малой мощности» при подборе согласующих LC на предполагаемой частоте излучения приемопередатчиком ВЧ частоты или нескольких частотах в режиме ППРЧ. Частота ППРЧ ВЧ сигнала, приходящего от приемопередатчика, изменяется в режиме «работа», но в узком поддиапазоне частот (узкой полосе частот). Чем ниже центральная частота поддиапазона ППРЧ, тем уже этот поддиапазон (уже полоса частот). Например, на частоте 1,5 МГц поддиапазон частот (полоса частот) для ППРЧ оставляет ±7,5 кГц от центральной частоты, на которую настраивается антенна САУ. На более высоких частотах этот поддиапазон частот постепенно расширяется до полосы ±100 кГц от центральной частоты, на которую настраивается антенна САУ.

Режим «малая мощность» предназначен для настойки антенны на предполагаемую частоту излучения приемопередатчиком. В нем и происходит изменение состояния переключаемых реле 6. При этом приемопередатчик излучает ВЧ сигнал на мощности 1 Вт. Затем САУ переходит в режим «работа», и приемопередатчик подает на САУ и антенну полную мощность 100 Вт. Закончив текущий сеанс связи, оператор радиостанции может выбрать другую частоту (или поддиапазон частот для ВЧ сигнала с ППРЧ) для следующего сеанса связи. Для этого нужно опять выбрать режим «малая мощность», настроить антенну на центральную частоту (САУ при этом опять производит подбор и включение с помощью переключаемых реле 6 нужного количества блока 7 LC звеньев для новой центральной частоты), а затем можно включать режим «работа» и выдавать на САУ и антенну полную мощность ВЧ сигнала 100 Вт и проводить сеанс связи.

Уменьшение КСВ вызвано очень точным подбором LC звеньев алгоритмами САУ и всеми вычислениями, которые приведены в формулах и на фигурах на нужную центральную частоту излучения ВЧ сигнала и не связано с ППРЧ.

Как показали испытания, КСВ заявленного САУ составляет не более 2.

Диапазон настройки от 1,5 до 30 МГц обеспечивается наличием в блоке 7 LC звеньев необходимого, заданного количества катушек индуктивности и конденсаторов, а соответственно, и общего суммарного значения индуктивности, которое позволяет согласовать значительно большее реактивное сопротивление, подключенное к приемопередающей антенне на низких частотах от 1,5 МГц, т.е. в диапазоне, захватывающем весь ДКМВ диапазон и часть гектометрового диапазона (СВ).

Заявленное согласующее антенное устройство (САУ) позволяет обеспечить передачу и/или прием радиочастотного сигнала мощностью 100 Вт, что обеспечивается возможностью использования в данном техническом решении высоковольтных и высокоамперных реле в составе переключаемых реле 6, выбором необходимых диаметров токоведущих проводников и необходимых зазоров между проводниками в конструкции САУ для исключения их пробоя на его корпус.

Наиболее успешно заявленное согласующее устройство промышленно применимо для автоматического преобразования входного и/или выходного сопротивления антенны с целью обеспечения оптимальной работы приемопередатчика в диапазоне частот ДМКВ с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты (ППРЧ).

Изобретение относится к схемам автоматического преобразования входного и/или выходного сопротивления антенны. Технический результат заключается в уменьшении КСВ, расширении диапазона рабочих частот от 1,5 до 30 МГц при мощности подводимого радиочастотного сигнала до 100 Вт. Устройство содержит центральный процессор (1), трансивер (2), флэш-память (3), драйверы (4) реле, переключаемые реле, аналого-цифровой преобразователь (5) АЦП, двунаправленный ответвитель (8), выполненный во вторичных его линиях с двумя детекторами для измерения падающей и отраженной волн. Устройство также содержит фазовый детектор (9) ФД и измеритель (10) мощности ИМ. Причем центральный процессор (1) выполнен обеспечивающим расчет КСВ, его дисперсии, среднего значения КСВ, зашумленности в радиочастотном канале передачи от приемопередатчика к приемопередающей антенне и расчет импеданса приемопередающей антенны. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Согласующее антенное устройство, содержащее центральный процессор, трансивер, первый вход-выход которого служит для связи посредством одного интерфейса с блоком управления приемопередатчика, а его второй вход-выход посредством другого интерфейса – с первым входом-выходом центрального процессора, флэш-память, драйверы реле, связанные посредством собственного третьего интерфейса соответственно со вторым и третьим входами-выходами центрального процессора, аналого-цифровой преобразователь, связанный посредством четвертого интерфейса с четвертым входом-выходом центрального процессора, причем выход драйверов реле соединен через первый вход переключаемых реле к входу блока LC звеньев, выход которого соединен со вторым входом переключаемых реле, двунаправленный ответвитель, выполненный во вторичных его линиях с двумя детекторами для измерения падающей волны и отраженной волны, причем первичная линия двунаправленного ответвителя через его первый вход-выход служит, с одной стороны, для соединения с радиочастотным каналом передачи от приемопередатчика, а с другой стороны, через его второй вход-выход и через первый и второй входы-выходы блока LC звеньев – для соединения с радиочастотным каналом передачи к приемопередающей антенне, фазовый детектор и измеритель мощности, первый и второй входы фазового детектора соединены соответственно с вторичными линиями двунаправленного ответвителя для измерения падающей волны и отраженной волны, а вход измерителя мощности соединен с вторичной линией двунаправленного ответвителя для измерения падающей (ПАД) волны, выход фазового детектора и выход измерителя мощности соответственно соединены с первым и вторым входами аналого-цифрового преобразователя, выполненного с возможностью поочередного подсоединения фазового детектора и измерителя мощности, при этом центральный процессор выполнен обеспечивающим расчет коэффициента стоячей волны (КСВ), его дисперсии, среднего значения КСВ, зашумленности в радиочастотном канале передачи от приемопередатчика к приемопередающей антенне и расчет импеданса приемопередающей антенны.

2. Согласующее антенное устройство по п. 1, отличающееся тем, что блок LC звеньев реализован из набора конденсаторов и катушек индуктивностей, подключенных друг к другу по Г-образной схеме, при этом ряд индуктивностей катушек выполнен в убывающей прогрессии, в которой каждая последующая индуктивность в 1,8 раза меньше предыдущей, и ряд емкостей конденсаторов выполнен в убывающей прогрессии, в которой каждая последующая емкость в 2 раза меньше предыдущей, причем катушки подсоединены последовательно относительно приемопередающей антенны, а конденсаторы – параллельно приемопередающей антенне или параллельно второму входу-выходу направленного ответвителя, при этом если измеренный импеданс приемопередающей антенны выше 50 Ом на частоте согласования псевдослучайной перестройки рабочей частоты (ППРЧ), то посредством переключаемых реле соответствующий конденсатор выполнен с возможностью параллельного подключения к приемопередающей антенне, а если ниже – параллельно второму входу-выходу направленного ответвителя.