Радиопередающая система Российский патент 2025 года по МПК G01S7/282 

Область техники, к которой относится изобретение

Радиопередающая система относится к радиотехнике и может быть применена в радиолокационных системах, работающих в СВЧ диапазоне.

Уровень техники

Известен передатчик СВЧ, содержащий, в том числе, лампу бегущей волны (ЛБВ), высоковольтный источник питания, трансформатор, коллекторный и анодный выпрямители, ШИМ-контроллер, ключ и демпфер которого образуют обратноходовой преобразователь напряжения. Указанный преобразователь напряжения содержит также устройство защиты по превышению среднего и импульсного тока анода ЛБВ. В передатчике СВЧ питание ЛБВ, модулятора и низкопотенциальных каскадов передатчика осуществляется от стабилизированного источника питания. Датчик температур предназначен для защиты ЛБВ передатчика от перегрева, а контроль выходной мощности осуществляется посредством индикатора выходной мощности, состоящего из компаратора, источника опорного напряжения и формирователя (Патент РФ на изобретение №2722422, МПК Н04И 1/04, 2019 г.).

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа заявляемого изобретения, является радиопередающая система, содержащая синтезатор частот, высоковольтный источник питания, модулятор, усилитель мощности, узел управления синхронизацией, вентиль, направленный ответвитель, вентиль высокого уровня мощности, переключатель антенна/ эквивалент, эквивалент антенны, аттенюатор, детекторную секцию, блок поиска оптимальной мощности и управления переключателем антенна/эквивалент в составе узлов управления синхронизацией, установки оптимальной мощности, управления переключением антенна/эквивалент и встроенного контроля, волноводы, датчики токов катода и коллектора соответственно, при этом высоковольтный источник питания и модулятор снабжены узлами и управления и контроля (Патент РФ на изобретение №2616872, МПК G01S 7/00, 2015 г.).

Известно, что вакуумные приборы СВЧ, вновь устанавливаемые в радиопередающие устройства или после длительного перерыва в работе, необходимо подвергнуть тренировке с целью исключения внутренних пробоев, которые могут привести к их выходу из строя, если при первом включении установить на них рабочие режимы эксплуатации. С целью исключения возможности отказа СВЧ изделий техническими условиями на них предусматривается режимы тренировки по индивидуальным, для каждого типа прибора, алгоритмам с регулировками по приводимым временным циклограммам анодных напряжений (токов катода). Тренировку на специальных стендах, иногда в составе изделия, если такое возможно, проводят высококвалифицированные специалисты, устанавливая вручную режимы тренировки, что к тому же требует значительных временных затрат. Качество тренировки, как правило, определяется уровнем квалификации специалистов. В процесс тренировки может вмешаться человеческий фактор, и ошибка специалиста может привести к отказу СВЧ прибора. Кроме того, если в процессе эксплуатации возникает необходимость тренировки СВЧ прибора, специалист, обслуживающий радиопередающую систему, не всегда своевременно, без специального исследования, может это обнаружить, что может привести к отказу радиопередающей системы.

Известная радиопередающая система не обеспечивает возможность автоматической тренировки вакуумных приборов СВЧ (магнетроны, амплитроны, клистроны и т.д.), а также своевременную диагностику с целью определения ее необходимости. Несвоевременная тренировка приборов СВЧ из состава радиопередающей системы или плохое качество выполнения тренировки могут привести к внутренним пробоям и, как следствие, к их отказу и отказу радиопередающей системы в целом.

Раскрытие сущности изобретения

Технический результат - повышение надежности работы за счет обеспечения возможности автоматической тренировки приборов СВЧ в составе радиопередающей системы и повышение качества тренировки за счет исключения человеческого фактора, при одновременном снижении времени тренировки.

Технический результат достигается тем, что в радиопередающую систему содержащую модулятор, датчик импульсного тока катода, детекторную секцию, высоковольтный источник питания с преобразователем напряжения и узлом управления, при этом первый вход модулятора соединен с внешним устройством, формирующим импульс синхронизации, выход модулятора соединен со входом датчика импульсного тока катода введены магнетрон, узел волноводный, ограничитель импульсного тока катода, узел накальный, причем вход ограничителя импульсного тока катода соединен с выходом датчика импульсного тока катода, выход ограничителя импульсного тока катода соединен с первым входом магнетрона, второй вход которого соединен с первым выходом узла накального, выход магнетрона соединен со входом узла волноводного, первый выход которого является выходом СВЧ радиоимпульсов радиопередающей системы, второй выход узла волноводного соединен со входом детекторной секции, выход которой является выходом видеоимпульсов радиопередающей системы, узел управления высоковольтного источника питания выполнен в виде микроконтроллера программируемого и ШИМ-контроллера, причем второй выход датчика импульсного тока катода соединен с первыми входами микроконтроллера программируемого и ШИМ-контроллера, вторые входы микроконтроллера программируемого и ШИМ-контроллера соединены с первым выходом высоковольтного делителя напряжения, введенного в состав высоковольтного источника питания, третьи входы микроконтроллера программируемого и ШИМ-контроллера соединены с внешним устройством, которое формирует внешние команды управления, четвертый вход микроконтроллера программируемого соединен со вторым выходом узла накального, а выход ШИМ-контроллера соединен со входом преобразователя напряжения, выход которого соединен со входом высоковольтного делителя напряжения, причем второй выход высоковольтного делителя напряжения соединен со вторым входом модулятора, выход микроконтроллера программируемого соединен с четвертым входом ШИМ-контроллера.

Заявляемая радиопередающая система обладает совокупностью существенных признаков, не известных из уровня техники для изделий подобного назначения, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию «новизна» для изобретения.

Заявляемая радиопередающая система, по мнению заявителя и авторов, соответствует критерию «изобретательский уровень», т.к. для специалистов она явным образом не следует из уровня техники, т.е. не известна из доступных источников научной, технической и патентной информации на дату подачи заявки.

Краткое описание чертежей

Сущность изобретения поясняется с помощью структурной схемы, представленной на чертеже.

Осуществление изобретения

Радиопередающая система содержит модулятор 1, магнетрон 2, узел 3 волноводный, датчик 4 импульсного тока катода, ограничитель 5 импульсного тока катода, детекторную секцию 6, узел 7 накальный, высоковольтный источник 8 питания с преобразователем 9 напряжения, высоковольтным делителем 10 напряжения и узлом 11 управления, включающим микроконтроллер 12 программируемый и ШИМ-контроллер 13. Первый вход модулятора 1 соединен с внешним устройством, формирующим импульс синхронизации. Выход модулятора 1 соединен со входом датчика 4 импульсного тока катода, первый выход которого соединен со входом ограничителя 5 импульсного тока катода, выход которого соединен с первым входом магнетрона 2, второй вход которого соединен с первым выходом узла 7 накального, второй выход которого соединен с микроконтроллером 12 программируемым узла 11 управления из состава высоковольтного источника 8 питания. Выход магнетрона 2 соединен со входом узла 3 волноводного, первый выход которого является выходом СВЧ радиоимпульсов радиопередающей системы. Второй выход узла 3 волноводного соединен со входом детекторной секции 6, выход которой является выходом видеоимпульсов радиопередающей системы. Второй выход датчика 4 импульсного тока катода соединен с первыми входами микроконтроллера 12 программируемого и ШИМ-контроллера 13 высоковольтного источника 8 питания, вторые входы микроконтроллера 12 программируемого и ШИМ-контроллера 13 соединены с первым выходом высоковольтного делителя 10 напряжения, третьи входы микроконтроллера 12 программируемого и ШИМ-контроллера 13 соединены с внешним устройством, которое формирует внешние команды управления. Выход микроконтроллера 12 программируемого соединен с четвертым входом ШИМ-контроллера 13. Выход ШИМ-контроллера 13 соединен со входом преобразователя 9 напряжения, выход которого соединен со входом высоковольтного делителя 10 напряжения, второй выход которого соединен со вторым входом модулятора 1. В качестве выходного каскада в радиопередающей системе вместо магнетрона 2 может быть использован любой мощный СВЧ генератор или усилитель вакуумного типа (амплитрон, клистрон и т.д.)

Радиопередающая система работает следующим образом.

При подаче питания на радиопередающую систему формируется напряжение накала магнетрона 2. После разогрева катода в течение времени, предусмотренного эксплуатационной документацией, с узла 7 накального на микроконтроллер 12 программируемый узла 11 управления высоковольтного источника 8 питания подается разрешение на включение высокого напряжения, подаваемого на модулятор 1. Микроконтроллер 12 программируемый в свою очередь передает данную команду на ШИМ-контроллер 13. ШИМ-контроллер 13 после получения с микроконтроллера 12 программируемого команды на разрешение включения высокого напряжения по внешней команде управления включает преобразователь 9 напряжения, который формирует и подает через высоковольтный делитель 10 напряжения постоянное высокое напряжение на модулятор 1. Модулятор 1 формирует высоковольтный импульс питания катода магнетрона 2, который формирует мощный выходной СВЧ радиоимпульс в случае, если используется прибор генераторного типа (например, магнетрон), или усиливает приходящий с внешних формирователей радиоимпульс, в случае если используется прибор усилительного типа (например, клистрон или амплитрон). Далее, если все составные части радиопередающей системы работают штатно (в режимах, предусмотренных конструкторской документацией), она продолжает формировать выходной СВЧ радиоимпульс на первом выходе узла 3 волноводного и выходной видеоимпульс на выходе детекторной секции 6 с характеристиками, соответствующими требованиям эксплуатационной документации. При снятии внешней команды включения высокого напряжения радиопередающая система переходит в дежурный режим без формирования мощного выходного радиоимпульса или выключается полностью при снятии питающих напряжений.

В случае, если с высоковольтного делителя 10 напряжения на входы микроконтроллера 12 программируемого и ШИМ-контроллера 13 поступает напряжение выше определенного заданного уровня, что свидетельствует о формировании высокого напряжения выше допустимого уровня, ШИМ-контроллер 13 снимает с преобразователя 9 напряжения команду включения высокого напряжения, что приводит к его выключению. Таким образом, реализуется защита составных частей радиопередающей системы от недопустимого перенапряжения.

В случае, если с датчика 4 импульсного тока катода на входы микроконтроллера 12 программируемого и ШИМ-контроллера 13 поступают импульсы напряжения, амплитуда которых пропорциональна импульсному току катода магнетрона 2, значение которой выше определенного заранее установленного значения, ШИМ-контроллер 13 также снимает с преобразователя 9 напряжения команду включения высокого напряжения, что приводит к его выключению. Ограничитель 5 импульсного тока катода (например, резистивный) ограничивает значение импульсного тока катода на время срабатывания (быстродействия) схем защиты катода магнетрона 2 по напряжению или току, чем предотвращает его деградацию или отказ. Дополнительно команда включения высокого напряжения снимается, если длительность импульсов напряжения с датчика 4 импульсного тока катода будет больше заранее определенного значения, например, при отказе модулятора 1. Таким образом, реализуется защита составных частей радиопередающей системы от недопустимого импульсного катодного тока. Для определения необходимости тренировки магнетрона после длительного хранения в составе передатчика, или после его замены при ремонте последнего предусмотрена внешняя команда «Контроль». В случае поступления внешней команды «Контроль», на третий вход микроконтроллера 12 программируемого и на третий вход ШИМ 13 контроллера происходит анализ стабильности и величины тока катода магнетрона по сигналу, поступающему на первый вход микроконтроллера 12 программируемого и на первый вход ШИМ 13 контроллера с датчика 4 импульсного тока катода. По результатам анализа во внешнее устройство с микроконтроллера 12 программируемого выдается сообщение «передатчик готов» (тренировка не требуется) или «передатчик не готов» (требуется тренировка). Если на третий вход микроконтроллера 12 программируемого не поступает команда «остановка», по которой прерывается тренировка радиопередающей системы, то реализуется в автоматическом режиме алгоритм тренировки, определенный эксплуатационной документацией. По командам с микроконтроллера 12 программируемого ШИМ 13 контроллера могут меняться по установленной в соответствии с алгоритмом временной циклограммы значения высокого напряжения на выходе преобразователя 9 напряжения, что приводит к изменению импульсного анодного напряжения и, как следствие, тока катода магнетрона 2.

В случае, если при очередном изменении напряжения предусмотренного временной циклограммой алгоритма тренировки с помощью датчика 4 импульсного тока катода и микроконтроллера 12 программируемого будут зафиксированы нестабильные, пропадающие превышения катодного тока, что может свидетельствовать о кратковременных пробоях внутри магнетрона 2, в реализованном алгоритме тренировки предусмотрен возврат к предыдущему циклу и его повторение после чего циклограмма тренировки продолжается. По окончании процесса тренировки во внешнее устройство с микроконтроллера 12 программируемого отправляется команда «передатчик готов» если тренировка завершена успешно или «передатчик не готов» если тренировка не привела к положительному результату (пробои в магнетроне продолжаются). В последнем случае требуется ремонт радиопередающей системы, предусматривающий замену магнетрона. Микроконтроллер 12 программируемый узла 11 управления допускает его перепрограммирование, что позволяет при необходимости реализовывать любые необходимые алгоритмы тренировки (например, во время тренировки могут меняться длительность и скважность модулирующих импульсов). Автоматическая тренировка, алгоритм которой строго соответствует эксплуатационной документации, не позволяет специалисту, обслуживающему радиопередающую систему, вмешиваться в процесс ее проведения, что исключает возможные ошибки (человеческий фактор). Кроме того, реализованное техническое решение обеспечивает оперативную диагностику необходимости тренировки и ее проведение в составе радиопередающей системы, что существенно повышает ее надежность. В связи с тем, что алгоритм тренировки реализуется автоматически без вмешательства оператора значительно сокращается время и повышается качество тренировки.

На предприятии-заявителе разработана конструкторская документация заявляемого технического решения, по которой изготовлены образцы изделий, успешно прошедших испытания в составе комплекса, что подтверждает соответствие критерию «промышленная применимость» для изобретения.

Изобретение относится к радиотехнике и может быть применено в радиолокационных системах, работающих в СВЧ диапазоне. Технический результат заключается в повышении надежности работы за счет обеспечения возможности автоматической тренировки приборов СВЧ в составе радиопередающей системы. Такой результат обеспечивается за счет того, что радиопередающая система содержит модулятор 1, датчик импульсного тока катода 4, детекторную секцию 6, высоковольтный источник питания 8 с преобразователем напряжения 9 и узлом 11 управления, при этом в состав радиопередающей системы входит магнетрон 2, узел волноводный 3, ограничитель импульсного тока катода 5, узел накальный 7, высоковольтный делитель напряжения 10, а узел управления 11 выполнен в виде микроконтроллера программируемого 12 и ШИМ- контроллера 13. 1 ил.

Радиопередающая система, содержащая модулятор, датчик импульсного тока катода, детекторную секцию, высоковольтный источник питания с преобразователем напряжения и узлом управления, при этом первый вход модулятора соединен с внешним устройством, формирующим импульс синхронизации, выход модулятора соединен со входом датчика импульсного тока катода, отличающаяся тем, что в состав радиопередающей системы введены магнетрон, узел волноводный, ограничитель импульсного тока катода, узел накальный, причем вход ограничителя импульсного тока катода соединен с выходом датчика импульсного тока катода, выход ограничителя импульсного тока катода соединен с первым входом магнетрона, второй вход которого соединен с первым выходом узла накального, выход магнетрона соединен со входом узла волноводного, первый выход которого является выходом СВЧ радиоимпульсов радиопередающей системы, второй выход узла волноводного соединен со входом детекторной секции, выход которой является выходом видеоимпульсов радиопередающей системы, узел управления высоковольтного источника питания выполнен в виде микроконтроллера программируемого и ШИМ-контроллера, причем второй выход датчика импульсного тока катода соединен с первыми входами микроконтроллера программируемого и ШИМ-контроллера, вторые входы микроконтроллера программируемого и ШИМ-контроллера соединены с первым выходом высоковольтного делителя напряжения, введенного в состав высоковольтного источника питания, третьи входы микроконтроллера программируемого и ШИМ-контроллера соединены с внешним устройством, которое формирует внешние команды управления, четвертый вход микроконтроллера программируемого соединен со вторым выходом узла накального, а выход ШИМ-контроллера соединен со входом преобразователя напряжения, выход которого соединен со входом высоковольтного делителя напряжения, причем второй выход высоковольтного делителя напряжения соединен со вторым входом модулятора, выход микроконтроллера программируемого соединен с четвертым входом ШИМ-контроллера.