УСТРОЙСТВО АВТОМАТИЧЕСКОГО СОГЛАСОВАНИЯ ИМПЕДАНСА АНТЕННО-ФИДЕРНОГО ТРАКТА С КОМПЛЕКСНОЙ НАГРУЗКОЙ Российский патент 2022 года по МПК H03H7/38 G01R27/06 H03J7/02 

Изобретение относится к области радиотехники, в частности к автоматическим устройствам согласования импедансов антенно-фидерного тракта с комплексным волновым сопротивлением нагрузки в широком частотном диапазоне и может найти применение, например, для широкополосного согласования комплексного входного сопротивления антенны с волновым сопротивлением антенно-фидерного тракта, в задачах радиосвязи и метрологии.

Известно устройство автоматического согласования импедансов, в частности, для согласования антенны с заданным импедансом (Австрийский пат. кл. 21А1, 008, (Н03Н 007/38) №352782, заявл. 28.04.72, опубл. 10.10.79). Устройство включаемое между заданным импедансом и согласуемым устройством (например, антенной), содержит катушку колебательного LC-контура и катушку связи, степень связи между которыми может регулироваться. Катушка связи, переключатель, подключающий согласуемый импеданс к той или иной секции катушки LC-контура и конденсатором переменной емкости контура регулируются серводвигателем через дискриминатор импеданса и фазовый дискриминатор.

Недостатком устройства автоматического согласования импедансов является электромеханическая перестройка серводвигателем реактивных элементов через дискриминатор импеданса и фазовый дискриминатор, что требует сложного электромеханического привода, который имеет значительные размеры и сложную конструкцию; отсутствует индикация уровня согласования; технически реализуется в метровом и нижней части дециметрового диапазона, поскольку согласующие элементы LC - контура, а именно конденсатор переменной емкости, катушка индуктивности контура и катушка связи с контуром выполнены на сосредоточенных элементах и установлены на подвижных конструктивных элементах серводвигателя.

Известно автоматическое согласующее антенное устройство (Авторское свидетельство СССР, №1084974, кл. H03J 7/02, 1984 г.), известно устройство для автоматического согласования СВЧ - тракта с нагрузкой (Авторское свидетельство СССР №1241153 А1, МКП G01R 27/06, 1986). Устройство включаемое между заданным импедансом и согласуемым устройством (например, антенной), содержит катушку колебательного LC-контура и катушку связи, степень связи между которыми может регулироваться. В роли конденсатора переменной емкости используется варакторый диод, что позволяет осуществлять автоматическую перестройку параметров LC-контура электрическим путем.

Недостатком устройства автоматического согласования импедансов является необходимость знания ориентировочной величины комплексного сопротивления нагрузки, отсутствие индикации режима согласования, ограничение по использованию в диапазоне СВЧ, поскольку согласующие элементы LC - контура, а именно катушка индуктивности контура и катушка связи выполнены на сосредоточенных элементах, а варакторный диод имеет ограничение по частоте использования.

Известен способ последовательного согласования импедансов (Проектирование радиопередающих устройств с применением ЭВМ/ Под. ред. О.В. Алексеева. - М.: Радио и связь,1987, с. 82-113), заключающийся в том, что между согласуемым элементом со стороны входа и согласуемым элементом со стороны выхода включают постоянные реактивные элементы, выбирают количество и значения элементов типа L и С схемы согласующего устройства из условия идеального согласования импедансов на фиксированной частоте и изменяют вручную значения этих элементов при изменении частоты.

Устройство, реализующее этот способ (например «Проектирование радиопередающих устройств с применением ЭВМ/ Под. ред. О.В. Алексеева. - М.: Радио и связь,1987, с. 82-113), состоит из Г-образного соединения двух реактансов (индуктивных или емкостных элементов), параметры которых (L, С) выбраны из условия согласования на фиксированной частоте. Принцип работы устройства состоит в замене элементов на другие элементы с другими номинальными параметрами, обеспечивающими согласование на других фиксированных частотах.

Известен способ последовательного согласования импедансов в диапазоне N дискретных частот (Авторское свидетельство СССР №1778827 МКП H03J 7/02, 1987), заключающийся в том, что между согласуемым элементом со стороны входа и согласуемым элементом со стороны выхода включают постоянные реактивные элементы в количестве 2N, между третьим и четвертым независимыми постоянными реактивными элементами от согласуемого элемента со стороны входа включают элемент с переменным импедансом, при этом входной импеданс 2N независимых постоянных реактивных элементов, элемента с переменным импедансом и согласуемого элемента со стороны выхода определяют дробно-линейным преобразованием входного импеданса 2N-3 независимых постоянных реактивных элементов, начиная с 4-ого согласуемого элемента со стороны входа независимого реактивного элемента, элемента с переменным импедансом и согласуемого элемента со стороны входа, причем действительные и мнимые составляющие входного импеданса 2N-3 независимых элементов и коэффициенты дробно-линейного преобразования определяют из условий согласуемого элемента со стороны входа и согласуемого элемента со стороны выхода с учетом изменения импеданса элемента с переменным импедансом.

Устройство, реализующее этот способ для случая двух дискретных частот (Авторское свидетельство СССР №1778827 МКП H03J 7/02, 1987), состоящее в том, что к согласуемому импедансу со стороны входа подключено согласующее устройство в виде Г-образного соединения двух двухполюсников, причем двухполюсник, включенный в поперечную цепь, представляет собой конденсатор, а двухполюсник в продольную цепь, представляет собой последовательный колебательный контур, к контуру подключен p-i-n диод, параллельно согласуемому импедансу со стороны подключена индуктивность, параллельно диоду подключен источник управляющих двухуровневых сигналов. Принцип действия этого устройства состоит в последовательном переключении импеданса p-i-n диодами, в результате чего последовательно обеспечиваются условия согласования согласуемых импедансов на двух дискретных частотах.

Недостатком этих способов и реализующих их устройств является согласование Г-образными реактивными двухполюсниками на заданных фиксированных частотах путем их последовательного переключения полупроводниковыми p-i-n диодами, при этом такое согласование требует предварительного знания величины комплексного сопротивления согласуемой нагрузки и соответственно выбираются значения фиксированных согласующих Г-образных реактивных двухполюсников.

Наиболее близким техническим решением является устройство для автоматического согласования антенны СВЧ диапазона с антенно-фидерным трактом (Авторское свидетельство СССР №1125555А, МКП G01R 27/06, 1984), содержащее последовательно соединенные генератор, вентиль и отрезок антенно-фидерного тракта, установлены первый и второй согласующие реактивные элементы, а также вычислитель частных производных, входы которого соединены соответственно с выходами первого и второго генераторов поисковых сигналов, а выходы через соответствующие последовательно соединенные усилитель и исполнительный элемент соединены с первыми управляющими входами первого и второго согласующих реактивных элементов, вторые управляющие входы которых соединены соответственно с выходами первого и второго генераторов поисковых сигналов. При этом в отрезок антенно-фидерного тракта перед первым согласующим реактивным элементом установлены два зонда с детекторными секциями, установленные на расстоянии λ/4 один от другого, к выходам которых подключены соответственно первый и второй регуляторы уровня сигнала, выходы которых подключены к входам разностного блока, соединенного выходом через введенный квадратор с опорным входом вычислителя частных производных.

Недостатком данного технического решения является наличие только двух реактивных согласующих элементов, что резко ограничивает диапазон согласования согласуемой комплексной нагрузки с импедансом антенно-фидерного тракта, невозможность в реальном времени проводить вычисление коэффициента стоячей волны (Ксв) и фазового угла ϕ коэффициента отражения и соответственно невозможно в автоматическом режиме выбирать комбинацию согласующих элементов и проводить быстрое согласование импедансов и в узком диапазоне частот.

Технической задачей данного изобретения является создание устройства, осуществляющего в реальном времени согласующими звеньями (СЗ), автоматическое согласование комплексной нагрузки Z_H=R_H±j X_H, (например антенны) с импедансом антенно-фидерного тракта или с входным импедансом, например, генератора в широком диапазоне значений активного и реактивного импеданса комплексной нагрузки, в широком диапазоне частот, с возможностью тестирования режима согласования и в реальном времени автоматически проводить вычисление Ксв и фазового угла ϕ коэффициента отражения, вычислять раздельно величину активной R_H и реактивной ±jX_H составляющих импеданса нагрузки, определять емкостной или индуктивный характер реактивной составляющей согласуемой нагрузки, что позволяет точно определять комбинацию согласующих звеньев и в результате проводить быстрое и полное согласование импеданса антенно-фидерного тракта с согласуемой нагрузки (например, антенны), а также в реальном времени отслеживать изменение режима согласования по изменению Ксв и фазового угла ϕ коэффициента отражения и одновременно приводить устройство в согласованный режим.

Технический результат достигается тем, что в устройстве автоматического согласования импеданса антенно-фидерного тракта с комплексной нагрузкой, сигнальный отрезок антенно-фидерного тракта состоит из первого и второго опорных индикаторов электромагнитного поля, вычисляющих Ксв, и третьего и четвертого вспомогательных индикаторов электромагнитного поля, включенных в разрыв между первым и вторым индикаторами электромагнитного поля, причем все индикаторы электромагнитного поля выполнены на основе направленных ответвителей (НО), проходные каналы которых соединены между собой последовательно, при этом входное плечо проходного канала первого HO₁ соединено с сигнальным отрезком антенно-фидерного тракта, а выходное плечо проходного канала второго НО₂ соединено с входным каналом амплитудно-фаза-импедансного корректора (АФИК), который выполнен в виде Т-образного соединения трех согласующих звеньев (СЗ), при этом каждое СЗ выполнено в виде реактивного двухполюсника, величина реактивного импеданса которого изменяется электронным путем, причем два СЗ включены в правую и левую горизонтальные ветви Т-образного соединения соответственно, а третье СЗ включено в вертикальную ветвь, при этом выходной канал АФИК соединен с первым входным каналом переключателя режимов работы (ПРР) «Тестирование/Калибровка/Согласование» (Т/К/С), при этом второй входной канал ПРР Т/К/С подключен к выходному каналу блока управления ПРР Т/К/С, причем первый выходной канал ПРР Т/К/С подключен к блоку калибраторов (БК) антенно-фидерного тракта, состоящий из секции короткозамыкающей (СКЗ), секции холостого хода (СХХ) и секции калиброванной нагрузки (СКН), при этом второй выходной канал ПРР Т/К/С подключен к комплексной согласуемой оконечной нагрузки (КСОН), а второй входной канал ПРР Т/К/С подключен к выходному каналу блоку управления режимами (БУР) Т/К/С, при этом выход связанного плеча третьего НО₃ и выход развязанного плеча четвертого НО₄ соединены с первым и вторым входами трехдецибельного НО соответственно, причем выход связанного плеча первого HO₁, выход развязанного плеча второго НО₂, третий и четвертый выходы трехдецибельного НО соединены с входами первой, второй, третьей и четвертой детекторными секциями (ДС) соответственно, где мощностной СВЧ сигнал после детектирования определен напряжением, при этом развязанное плечо связанного канала первого НО₁ выходное плечо связанного канала второго НО₂, развязанное плечо связанного канала третьего НО₃, выходное плечо связанного канала четвертого НО₄ нагружены на одинаковые согласованные нагрузки антенно-фидерного тракта, при этом выход первой ДС₁ соединен с первым входом блока вычисления Ксв и соединен с входом первого логарифмического усилителя напряжения (ЛГУСН), а выход которого соединен с первым входом блока суммирования напряжений (БСН), при этом выход второй ДС₂ соединен с вторым входом блока вычисления Ксв и соединен с входом второго ЛГУСН напряжения, выход которого соединен с вторым входом БСН, причем выход БСН соединен с входом второго блока деления напряжения (БДН), выход которого соединен с первым входом второго БВН, при этом выходы третьей ДСз и четвертой ДС4 соединены с первым и вторым входами первого БВН соответственно, выход которого соединен с входом первого блока деления напряжения (БДН), причем выход первого БДН соединен с входом третьего ЛГУН, выход которого соединен с вторым входом второго БВН, при этом выход второго БВН соединен с входом блока вычисления антилогарифма (БВАНЛ), выход которого соединен с входом блока вычисления фазы коэффициента отражения (БВФКО), причем первый выход БВФКО соединен с первым входом блока вычисления активной составляющей (БВАС) комплексного сопротивления нагрузки, а второй выход соединен с первым входом блока вычисления реактивной составляющей (БВРС) комплексного сопротивления нагрузки, при этом первый выход блока вычисления Ксв соединен с вторым входом БВАС комплексного сопротивления нагрузки, а второй выход соединен с вторым входом БВРС комплексного сопротивления нагрузки, причем первый выход БВАС комплексного сопротивления нагрузки и первый выход БВРС комплексного сопротивления нагрузки соединены с первым и вторым входами блока выбора согласующего звена (БВСЗ) соответственно, при этом второй выход БВАС комплексного сопротивления нагрузки соединен с контроллером согласования активной составляющей (КСАС) согласуемой нагрузки, а второй выход БВРС комплексного сопротивления нагрузки соединен с контроллером согласования реактивной составляющей (КСРС) согласуемой нагрузки, причем, первый выход БВСЗ соединен с первым входом блока управления согласующими звеньями (БУСЗ), а второй выход соединен с первым входом блока управления режимами (БУР) Т/К/С, при этом выход КСАС и выход КСРС комплексного сопротивления согласуемой нагрузки соединены соответственно с первым и вторым входами блока вычисления управляющей команды согласующим звеньям (БВУКСЗ), а третий вход БВУКСЗ соединен с вторым входом центрального управляющего контроллера (ЦУК), а выход БВУКСЗ соединен с вторым входом БУСЗ, при этом первый, второй и третий выходные каналы БУСЗ соединены с входами первого исполнительного блока (ИБ) первого СЗ₁, второго ИБ второго СЗ₂ и третьего ИБ третьего СЗ₃ АФИК 6, причем выход ЦУК соединен с вторым входом БУР Т/К/С, при этом блок ввода управляющих команд режимов согласования (БВУКРС) соединен с первым входом центрального управляющего контроллера.

Изобретение поясняется следующим чертежом.

На фиг. 1 - представлена структурная схема устройства автоматического согласования импеданса антенно-фидерного тракта с комплексной нагрузкой.

Устройство автоматического согласования импеданса антенно-фидерного тракта с произвольной комплексной нагрузкой содержит: сигнальный отрезок 1 СВЧ - тракта; первый HO₁ 2; второй НО₂ 3; третий НО₃ 4; четвертый НО₄ 5; АФИК 6; первый СЗ₁ 7; второй СЗ₂ 8; третий СЗ₃ 9; ПРР 10; блок калибраторов 11 антенно-фидерного тракта, состоящий: из секции короткозамыкающей (СКЗ) 11а, секции холостого хода (СХХ) 11б, секции калиброванной нагрузки (СКН) 11в; оконечную согласуемую нагрузку (ОСН) 12 антенно-фидерного тракта, например антенну; трехдецибельный НО 13; первую ДС₁ 14; вторую ДС₂ 15; третью ДС₃ 16; четвертую ДС₄ 17; оконечные согласованные нагрузки 18 HO₁ 2 - HO₄ 5; блок 19 вычисления Ксв; первый ЛГУСН 20; второй ЛГУСН 21; третий ЛГУСН 22; первый БДН 23; второй БДН 24; первый БВН 25; второй БВН 26; БСН 27; БВАНЛ 28; БВФКО 29; БВАС 30; БВРС 31; БВСЗ 32; КСАС 33; КСРС 34; БВУКСЗ 35; БУСЗ 36; ЦУК 37; первый ИБСЗ₁ 38; второй ИБСЗ₂ 39; третий ИБСЗ₃ 40; БУР 41 Т/К/С; БВУКРС 42.

Устройство автоматического согласования работает следующим образом.

Устройство автоматического согласования импеданса антенно-фидерного тракта с произвольной комплексной нагрузкой осуществляет работу в трех последовательных режимах, которые включаются автоматически один за другим «Тестирование/Калибровка/Согласование».

БВУКРС 42 передает ЦУК 37 информацию о характере согласуемой нагрузки и режимов согласования. ЦУК 37 передает команду БУР 41 на включение режимов работы «Тестирование/Калибровка/Согласование». Режим «Тестирование»

Поскольку весь антенно-фидерный тракт от входного плеча проходного канала первого HO₁ 2 до выходного плеча ПРР 10 с одной стороны и до выходов детекторных секций ДС₁ 14 ÷ ДС₄ 17 с другой стороны, является средством измерения уровня согласования СВЧ диапазона, и не является идеально согласованным по входу и выходу. То в этом случае Ксв по входу и выходу антенна - фидерный тракта будет Ксв >1, а фаза коэффициента отражения ϕ≠0.

Кроме того, на практике не всегда возможно располагать согласующее устройство непосредственно или рядом с согласуемой нагрузкой, например, непосредственно на теле антенны или через отрезок канализирующей линии передачи антенно-фидерного тракта, поэтому режим «Тестирование» всего антенно-фидерного тракта для его согласования - необходим.

В режиме «Тестирование» реактивные СЗ₁ 7, СЗ₂ 8 и СЗ₃ 9 отключены от Т-образного соединения АФИК 6. В этом случае электромагнитный сигнал с выхода проходного канала второго HO₂ 3 через горизонтальное плечо Т-образного соединения АФИК 6 поступает на первый вход ПРР 10.

Тестирование антенно-фидерного тракта устройства согласования проводится в двух режимах: - первый режим тестирования при подключении ПРР 10 из БК 11 СКЗ 11а; - второй режим тестирования при подключении ПРР 10 из БК 11 СХХ 11б.

Режим короткого замыкания антенно-фидерного тракта.

В режиме короткого замыкания от источника электромагнитного сигнала, через сигнальный отрезок антенно-фидерного тракта 1, сигнал поступает на входное плечо проходного канала первого НО₁ 2 и через последовательно соединенные проходные каналы третьего HO₃ 4, четвертого НО₄ 5 и второй HO₂ 3, с выходного плеча проходного канала которого электромагнитный сигнал поступает на входной канал одного горизонтального плеча Т-образного соединения АФИК 6, выходной канал другого горизонтального плеча Т-образного соединения подключен напрямую к первому входному каналу ПРР 10, который подключает в БК 11 СКЗ 11а.

Электромагнитный сигнала с выходного плеча связанного канала третьего НО₃ 4 поступает на первый вход трехдецибельного НО 13, а электромагнитный сигнала с развязанного плеча связанного канала четвертого НО₄ 5 поступает на второй вход трехдецибельного НО 13.

При этом мощность электромагнитного сигнала Р₁ с выходного плеча связанного канала первого НО₁ 2 равна мощности электромагнитного сигнала Р₃ выходного плеча связанного канала третьего НО₃ 4, а мощность электромагнитного сигнала Р₂ с развязанного плеча второго HO₂ 3 равна мощности электромагнитного сигнала Р₄ с развязанного плеча четвертого НО₄ 5. Равенство мощностей электромагнитных сигналов Р₁=Р₃ и Р₂=Р₄ достигается подбором переходного затухания первого HO₁ 2, третьего НО₃ 4 и второго НО₂ 3, четвертого НО₄. Третий НО₃ 4 и четвертый НО₄ 5 выбраны с равным переходным затуханием.

При этом развязанное плечо связанного канала первого HO₁ 2, выходное плечо связанного канала второго НО₂ 3, развязанное плечо связанного канала третьего НО₃ 4 и выходное плечо связанного канала четвертого НО₄ 5 нагружены на одинаковые СН 18 антенно-фидерного тракта.

На выходе трехдецибельного НО 13 после смешивания электромагнитных сигналов Р₃ и Р₄ получаются электромагнитные сигналы и

После детектирования электромагнитных сигналов P₁, Р₂, и в детекторных секциях первой ДС₁ 14, второй ДС₂ 15, третьей ДС₃ 16 и четвертой ДС₄ 17, получаем на выходе ДС₁ ÷ ДС₄ напряжения продетектированных электромагнитных сигналов U₁, U₂, U₃ и U₄ соответственно.

По значениям напряжений сигналов U₁ и U₂ с выхода первой ДС₁ 14 и второй ДС₂ 15 в блоке 19 вычисления Ксв вычисляется Ксв_КЗ=U₁/U₂.

В дальнейшем сигналы U₁, U₂, U₃ и U₄ преобразуются следующим образом.

Сигнал U₁ усиливается в первом ЛГУСН 20 и равен lg U₁, сигнал U₂ усиливается вторым ЛГУСН 21 и равен lg U₂, которые поступают на первый и второй входы БСН 27 соответственно. В результате суммирования на выходе БСН 27 образуется сигнал, равный сумме lg U₁+lg U₂, который поступает на вход второго БДН 24, с выхода которого сигнал, равный (lg U₁+lg U₂)/2, поступает на второй вход БВН 26.

Сигналы U₃ и U₄ поступают на первый и второй входы первого БВН 25, с выхода которого сигнал, равный U₄ - U₃, поступает на первый БДН 23, где он преобразуется в сигнал, равный (U₄ - U₃)/2, который поступает на вход третьего ЛГУСН 22. После усиления в третьем ЛГУСН 22, сигнал, равный lg [(U₄ - U₃)/2], поступает на первый вход БВН 26, где происходит вычитание сигнала со второго входа (lg U₁+lg U₂)/2 сигнала с первого входа lg [(U₄ - U₃)/2], в результате операции вычитания с выхода БВН 26 сигнал, равный lg [(U₄ - U₃)/2 (U₁ U₂)^1/2], поступает на вход БВАЛ 28. В результате вычисления антилогарифма с выхода БВАЛ 28 сигнал, равный [(U₄ - U₃)/2 (U₁ U₂)^1/2], поступает на вход БВФКО 29, где в результате вычисления argsin [(U₄ - U₃)/2 (U₁ U₂)^1/2] определяется фаза коэффициента отражения ϕ_КЗ в режиме короткого замыкания БК 11.

Вычисленные значение фазы коэффициента отражения ϕ_КЗ из блока 29 поступает на первый вход БВАС 30 и на первый вход БВРС 31, а значение Ксв_КЗ из блока 19 поступает на второй вход БВАС 30 и на второй вход БВРС 31.

По значению Ксв_КЗ и ϕ_КЗ в БВАС 30 вычисляется активная составляющая R_Hкз а в БВРС 31 вычисляется реактивная составляющая Х_Нкз комплексного сопротивления нагрузки Z_Hкз по следующим общим аналитическим соотношениям. (Например: «Метрология и электрорадиоизмерения в телекоммуникационных системах»: Учебник для вузов/ В.И. Нефедов, В.И. Хахин, Е.В. Федоров и др.; Под ред. В.И. Нефедова. - М.: Высш. шк. 2001, - 383 с: ил.)

ρ - волновое сопротивление линии антенно-фидерного тракта.

Значения R_Hкз из БВАС 30 и Х_Нкз из БВРС 31 поступают на первый и второй входы БВСЗ 32 соответственно, и записываются в оперативную память БВСЗ 32, при этом одновременно в БВСЗ 32, по значению ϕ_КЗ вычисляется величина смещения 1 см_КЗ первого минимума относительно условного конца линии и записывается в оперативную память БВСЗ 32. Условный конец линии определяется по отсчету минимума при закороченной линии антенно-фидерного тракта по следующему соотношению

Режим холостого хода СВЧ-тракта.

Во режиме холостого хода ПРР 10 из БК 11 подключает СХХ 11б к АФИК 6 антенно-фидерного тракта, и проводит полный цикл измерений, аналогичный подключению СКЗ. Результаты тестирования в режиме холостого хода вычисляются R_Hхx и Х_Нхх и 1 см_ХХ и записываются в оперативную память БВСЗ 32.

В БВСЗ 32 по вычисленным значениям R_Hкз и Х_Нкз и 1 см_КЗ в режиме СКЗ 11а и значения R_Hxx и Х_Нхх и 1 см_ХХ в режиме СХХ 11б проводится выбор двух из трех СЗ₁ 7, СЗ₂ 8 и СЗ₃ 9, а именно СЗ₁ 7 с СЗ₂ 8 или СЗ₁ 7 с СЗ₃ 9 или СЗ₂ 8 с СЗ₃ 9 схемы подключения их к Т-образному соединению АФИК 6, а именно одно к вертикальной ветви и одно к правой или левой горизонтальной ветви.

По результатам выбора БВСЗ 32 двух СЗ и схемы подключения их к Т-образному соединению АФИК 6 передается команда на БУР 41 с последующей командой ПРР 10 на подключение в БК 11 СКЗ 11а антенно-фидерного тракта и команда БУСЗ 36 на соответствующее подключение к Т-образному соединению АФИК 6 первого ИБСЗ 38 и второго ИБСЗ 29, или второго ИБСЗ 39 и третьего БИСЗ 40, или первого ИБСЗ 38 и третьего ИБСЗ 40. Одновременно с БВАС 30 и БВРС 31 передаются вычисленные значения R_Hкз и R_Hxx на КСАС 33, а Х_Нкз и Х_Нхх на КСРС 34, где согласно алгоритма согласования вырабатываются команды для БВУКСЗ 35.

В АФИК 6 СЗ₁ 7, СЗ₂ 8 и СЗ₃ 9 выполнены в виде перестраиваемых электронным путем реактивных емкостных и/или индуктивных двухполюсников, которые в АФИК 6 подключаются электронными ключами.

Режим «Тестирование»

По значениям из БВАС 30 и БВРС 31 в КСАС 33 и КСРС 34 вырабатывают критерии для БВУКСЗ 35, который формирует команды для БУСЗ 36 подключения реактивностей АФИК 6 для режима «Тестирование» при нагрузке в виде КЗС, результатом которого является Ксв→максимальное и ϕ→180°.

В результате режима «Тестирование» устройство автоматического согласования является откалиброванным по сечению подключения согласуемой нагрузки, например, антенны.

Этот процесс носит замкнутый циклический характер в виде минимаксной задачи оптимизации, который определяется БВУКСЗ 35.

Для контрольной проверки второго этапа «Калибровка» на предмет выполненного согласования по сечению подключения согласуемой нагрузки, ПРР 10 подключает из БК 11 СКН 11в с известным Ксв. В этом режиме проводится полный цикл согласования по установленному выше алгоритму. В случае расхождения результатов вводится поправка как погрешность.

Режим «Согласование»

После режима «Тестирование», устройство согласовано по сечению подключения согласуемой нагрузки и переходит в режим «Согласование».

В режиме «Согласование» ПРР 10 из БК 11 подключает согласуемую нагрузку Z_H 11в, например, антенну.

По установленному выше алгоритму, соответствующего первому режиму «Тестирование», с подключенной реальной Z_H проводятся измерения и по аналитическим соотношениям определяются БВАС 30 активная R_H и БВРС 31 реактивная ±j X_H составляющие комплексного сопротивления нагрузки Z_H=R_H ±j X_H, которое необходимо согласовать. Данная процедура является базовым измерением режима «Согласование».

По вычисленным значениям R_H и ±j X_H в БВСЗ 32 проводится выбор: - пары реактивных двухполюсников или СЗ₁ 7 с СЗ₂ 8 или СЗ₁ 7 с СЗ₃ 9 или СЗ₂ 8 с СЗ₃ 9; - пары реактивных двухполюсников (индуктивность, емкость); - схемы подключения выбранной пары СЗ к Т-образному соединению АФИК 6, а именно одно к вертикальной ветви и одно к правой или левой горизонтальной ветви. Согласно выбранным параметрам соответствующие команды передаются на БУСЗ 36 для проведения первой итерации режима «Согласование».

По результатам первой итерации согласования осуществляется вычисление активной R_H и реактивной ±j X_H составляющих сопротивления нагрузки ZH в КСАС 33 и в КСРС 34 выдаются команды для БВУКСЗ 35 продолжение режима «Согласование» или режима «Устройство Согласовано». (Например: (А.З. Фрадин, Е.В. Рыжков. Измерение параметров антенно-фидерных устройств, Изд. 2, дополненное, М.: «Связь», 1972, - 352 с.:ил.).

Как правило, согласовать одной итерацией не получается. В этом случае в каждой последующей итерации КСАС 33 и в КСРС 34 изменяет величины реактивностей реактивных двухполюсников СЗ Т-образного соединения АФИК 6.

Если выбранные значения реактивностей или комбинация реактивных двухполюсников и/или схема их включения в Т-образное соединение АФИК 6 не может обеспечить требуемой уровень согласования, то БВСЗ 32 выбирает другую комбинацию реактивных двухполюсников и/или другую схему их включения в АФИК 6, а БВУКЗС 35 формирует команды выполнения этих режимов.

На практике имеет место восемь возможных вариантов комбинаций согласующих звеньев из реактивных элементов (индуктивность, емкость). (Например: Метрология и электрорадиоизмерения в телекоммуникационных системах: Учебник для вузов/ В.И. Нефедов, В.И. Хахин, Е.В. Федоров и др.; Под ред. В.И. Нефедова. - М.: Высш. шк. 2001, - 383 с.: ил.).

В общем виде процесс согласования происходит в автоинтерактивном режиме по алгоритму минимаксной задачи метода оптимизации ньютона и по одному и тому же алгоритму с соответствующей итерацией реактивностей реактивных двухполюсников и схем их включения в Т-образное соединение АФИК 6.

Все эти действия производятся последовательно в автоматическом режиме и весь цикл измерений повторяется до режима «Устройство Согласовано».

В случае необходимости возможна визуализация начальных параметров согласуемой нагрузки и конечные параметры согласования.

Изобретение относится к автоматическим устройствам согласования произвольных импедансов антенно-фидерного тракта с комплексным волновым сопротивлением нагрузки. Технический результат заключается в обеспечении в реальном времени автоматического согласования импеданса комплексной нагрузки. Автоматическое согласующее устройство содержит четыре направленных ответвителя (НО), включенных последовательно проходными каналами HO₁, НО₃, НО₄ и HO₂, выход последнего HO₂ соединен с амплитудно-фазо-импедансным корректором, состоящим из трех согласующих звеньев (СЗ) СЗ₁, СЗ₂ и СЗ₃, включенных Т-образно, блок вычисления коэффициента стоячей волны Ксв, блок вычисления фазы коэффициента отражения, блок вычисления активной составляющей и блок вычисления реактивной составляющей комплексного сопротивления нагрузки, блок выбора согласующих звеньев, контроллер согласования активной составляющей и контроллер согласования реактивной составляющей, центральный управляющий компьютер анализирует и определяет работу устройства согласования. 1 ил.

Устройство автоматического согласования импеданса антенно-фидерного тракта с комплексной нагрузкой, содержащее сигнальный отрезок антенно-фидерного тракта, состоящий из последовательно соединенных одинаковых первого и второго индикаторов электромагнитного поля, каждый из которых нагружен на детекторную секцию и два согласующих звена, включенные между сигнальным отрезком антенно-фидерного тракта и оконечной согласуемой комплексной нагрузкой, отличающееся тем, что введены третий и четвертый индикаторы электромагнитного поля, идентичные первому и второму индикаторам электромагнитного поля, которые включены последовательно в разрыв между первым и вторым индикаторами электромагнитного поля, при этом все индикаторы электромагнитного поля выполнены на основе направленных ответвителей, проходные каналы которых соединены последовательно, при этом входное плечо проходного канала первого направленного ответвителя соединено с сигнальным отрезком антенно-фидерного тракта, а выходное плечо проходного канала второго направленного ответвителя соединено с входным каналом амплитудно-фазо-импедансного корректора, который выполнен в виде Т-образного соединения трех согласующих звеньев, при этом каждое согласующее звено выполнено в виде реактивного двухполюсника, величина реактивного импеданса которого изменяется электронным путем, причем два согласующих звена включены в правую и левую горизонтальные ветви Т-образного соединения соответственно, а третье согласующее звено включено в вертикальную ветвь Т-образного соединения, при этом выходной канал амплитудно-фазо-импедансного корректора соединен с первым входным каналом переключателя режимов работы «Тестирование/Калибровка/Согласование», а второй входной канал переключателя режимов работы «Тестирование/Калибровка/Согласование» подключен к выходному каналу блока управления переключателя режимов работы «Тестирование/Калибровка/Согласование», причем первый выходной канал переключателя режимов работы «Тестирование/Калибровка/Согласование» подключен к блоку калибраторов антенно-фидерного тракта, состоящий из секции короткозамыкающей, секции холостого хода и секции калиброванной нагрузки, а второй выходной канал переключателя режимов работы «Тестирование/Калибровка/Согласование» подключен к комплексной согласуемой оконечной нагрузки, при этом второй входной канал переключателя режимов работы «Тестирование/Калибровка/Согласование» подключен к выходному каналу блоку управления режимами «Тестирование/Калибровка/Согласование», при этом выход связанного плеча третьего направленного ответвителя и выход развязанного плеча четвертого направленного ответвителя соединены с первым и вторым входами трехдецибельного направленного ответвителя соответственно, причем выход связанного плеча первого направленного ответвителя, выход развязанного плеча второго направленного ответвителя, третий и четвертый выходы трехдецибельного направленного ответвителя соединены с входами первой, второй, третьей и четвертой детекторными секциями соответственно, а развязанное плечо связанного канала первого направленного ответвителя, выходное плечо связанного канала второго направленного ответвителя, развязанное плечо связанного канала третьего направленного ответвителя, выходное плечо связанного канала четвертого направленного ответвителя нагружены на одинаковые согласованные нагрузки, при этом выход первой детекторной секции соединен с первым входом блока вычисления коэффициента стоячей волны и соединен с входом первого логарифмического усилителя напряжения, выход которого соединен с первым входом блока суммирования напряжений, при этом выход второй детекторной секции соединен с вторым входом блока вычисления коэффициента стоячей волны и соединен с входом второго логарифмического усилителя напряжения, выход которого соединен с вторым входом блока суммирования напряжений, причем выход блока суммирования напряжений соединен с входом второго блока деления напряжения, выход которого соединен с первым входом второго блока вычитания напряжений, при этом выходы третьей и четвертой детекторных секций соединены с первым и вторым входами первого блока вычитания напряжений соответственно, выход которого соединен с входом первого блока деления напряжения, причем выход первого блока деления напряжения соединен с входом третьего логарифмического усилителя напряжения, выход которого соединен с вторым входом второго блока вычитания напряжения, при этом выход второго блока вычитания напряжения соединен с входом блока вычисления антилогарифма, выход которого соединен с входом блока вычисления фазы коэффициента отражения, причем первый выход блока вычисления фазы коэффициента отражения соединен с первым входом блока вычисления активной составляющей комплексного сопротивления нагрузки, а второй выход соединен с первым входом блока вычисления реактивной составляющей комплексного сопротивления нагрузки, при этом первый выход блока вычисления коэффициента стоячей волны соединен с вторым входом блока вычисления активной составляющей комплексного сопротивления нагрузки, а второй выход соединен с вторым входом блока вычисления реактивной составляющей комплексного сопротивления нагрузки, причем первый выход блока вычисления активной составляющей комплексного сопротивления нагрузки и первый выход блока вычисления реактивной составляющей комплексного сопротивления нагрузки соединены с первым и вторым входами блока выбора согласующего звена соответственно, при этом второй выход блока вычисления активной составляющей комплексного сопротивления нагрузки соединен с контроллером согласования активной составляющей согласуемой нагрузки, а второй выход блока вычисления реактивной составляющей комплексного сопротивления нагрузки соединен с контроллером согласования реактивной составляющей согласуемой нагрузки, причем, первый выход блока выбора согласующего звена соединен с первым входом блока управления согласующими звеньями, а второй выход соединен с первым входом блока управления режимами «Тестирование/Калибровка/Согласование», при этом выход контроллера согласования активной составляющей и выход контроллера согласования реактивной составляющей комплексного сопротивления согласуемой нагрузки соединены соответственно с первым и вторым входами блока вычисления управляющей команды согласующим звеньям, а третий вход блока вычисления управляющей команды соединен с вторым входом центрального управляющего контроллера, а выход блока вычисления управляющей команды согласующим звеньям соединен с вторым входом блока управления согласующими звеньями, при этом первый, второй и третий выходные каналы блока управления согласующими звеньями соответственно соединены с входами первого исполнительного блока первого согласующего звена, второго исполнительного блока второго согласующего звена и третьего исполнительного блока третьего согласующего звена амплитудно-фазо-импедансного корректора, причем выход центрального управляющего контроллера соединен с вторым входом блока управления режимами «Тестирование/Калибровка/Согласование», при этом блок ввода управляющих команд режимов согласования соединен с первым входом центрального управляющего контроллера.