Многоканальный усилитель с контролем синфазности сигналов

 

Изобретение может быть использовано в устройствах с суммированием выходных мощностей усилительных каналов радиотехнических систем. Цель изобретения - повышение точности синфазной настройки, достигается за счет исключения погрешностей, обусловленных изменением в процессе эксплуатации электрических длин контрольных трактов усилителя, а также погрешностей, обусловленных изменением спектра напряжения источников питания, возникающих при коммутации каналов в процессе контроля. Устройство содержит направленный ответвитель 29, сигнал с выхода которого через N-канальный делитель 1 поступает на входы N усилительных каналов 2-1,...,2-N, каждый из которых состоит из узла 3 отключения канала и усилителя 4 с направленным ответвителем 5 на выходе. Выход усилительного канала 2-N через последовательно соединенные регулируемый фазовращатель 7, к второму входу которого подключен генератор 6 гармонических колебаний, и юстировочный фазовращатель 8-N подключен к N-му входу многоканального сумматора 9, остальные входы которого через юстировочные фазовращатели 8-1,...,8-(N-1) подключены соответственно к выходам усилительных каналов 2-1,...,2-(N-1). С помощью детекторной секции 10 выделяется огибающая сигнала с выхода сумматора 9. Выход детекторной секции 10 подсоединен к измерителю 12 мощности, через первый пиковый детектор 15 - к первому входу блока 18 вычисления, через последовательно соединенные фильтр 13 первой гармоники сигнала и второй пиковый детектор - к второму входу блока 18 вычисления, а через последовательно соединенные фильтр 14 второй гармоники сигнала и третий пиковый детектор - к третьему входу блока 18 вычислений, который состоит из последовательно соединенных аналого-цифрового преобразователя 19, вычислителя 20 и преобразователя 21 код-аналог. К выходам блока 18 вычисления подключены индикатор 22 и блок 23 памяти. Опорный сигнал с второго выхода направленного ответвителя 29 через последовательно соединенные первый и второй управляемые переключатели 25 и 26 и второй N-канальный делитель 24 поступает на вторые входы направленных ответвителей 5 усилительных каналов 2-1,...,2-N. Многоканальный сумматор 9 состоит из двухканального сумматора 31, первый вход которого подключен к выходу юстировочного фазовращателя 8-N, а второй через управляемые переключатели 30-1,...,30-(N-1) - к выходам юстировочных фазовращателей 8-1,...,8-(N-1). Управление блоками устройства производится блоком 11 управления по программе, хранящейся в его памяти. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЩЮЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

„.SU„„ 4 (51)5 С 01 R 27/28

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

H A BTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

f10 ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР.(21) 4403543/24-21 (22) 04.04.88 (46) 23.06.90. Вюл. N- 23 (72) А.M. Гладкий, Л.А. Кориневский, В.П. Нарбут и И.С. Пархоменко (53) 621.317.957(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

N - 957129, кл. (01 R 27/28, 1980.

2 (54) ИНОГОКАНАЛЬНЫЙ УСИЛИТЕЛВ С КОНТРОЛЖМ СИНФАЗНОСТИ СИГНАЛОВ (57) Изобретение может быть использовано в устройствах с суммированием выходных мощностей усилительных каналов радиотехнических систем. Цель изобретения — повьш ение точности син1573434.фазной настройки, достигается за счет исключения погрешностей, обуслов ленных изменением в процессе эксплуатации электрических длин контрольных трактов усилителя, а также погрешнос5 . тей, обусловленных изменением спектра напряжения источников питания, возникающих при коммутации каналов в процессе контроля. Устройство содержит. направленный ответвитель 29, сигнал с выхода которого через и-канальный делитель 1 поступает на входы и усилительных каналов 2-1,...,,2-п каждый из которых состоит из узла 3 отключе- 15 ния канала. и усилителя 4 с направленным ответвителем 5 на выходе. Выход усилительного канала 2-п через последовательно соединенные регулируемый фазовращатель 7, к второму входу которого подключен генератор 6 гармонических колебаний, и юстировочный фазовращатель 8-и подключен к и-му входу многоканального сумматора 9, остальные входы которого через юсти- 25 ровочные фазовращатели 8-1, °,8-(п-1) подключены соответственно к выходам усилительных каналов 2-1,...,2-(n-1).

С помощью детекторной секции 10 выде ляется огибающая сигнала с выхода сум-30 матора 9. Выход детекторной секции

10 подсоединен к измерителю 12 мощности, через первый пиковый детектор

15 — к первому входу блока 18 вычисИзобретение относится к радиоизме- 40 рительной технике и может быть использовано в устройствах с суммированием выходных мощностей усилительных каналов радиотехнических систем .

Цель изобретения — повышение точ- 45 ности синфазной настроики усилительных каналов за счет:исключения погрешностей, обусловленных изменением в процессе эксплуатаци:л электрических длин контрольных трактов усилителя, а 50 также погрешностей, обусловленных изменением спектра напряжения источников питания, возникающих при коммутации каналов в процессе контроля.

На фиг. 1 изображена структурная схема многоканального усилителя с контролем синфазности каналов; на фиг. 2 — структурная схема блока управления. ленин, через последовательно соединенные фильтр, 13 первой гармоники сигнала и второй пиковый детехтор к второму входу блока 18 вычисления, а через последовательно соединенные фильтр 14 второй гармоники сигнала и третий пиковый детектор — к третьему входу блока 18 вычислений, который состоит из последовательно соединенных аналого-цифрового преобразователя

19, вычислителя 20 и преобразователя

21 код-аналог. К выходам блока 18 вычисления подключены индикатор 22 и блок 23 памяти. Опорный сигнал с вто рого выхода направленного ответвителя

29 через последовательно соединенные первый и второй управляемые переключатели 25 и 26 и второй п-канальный делитель 24 поступает на вторые входы направленных ответвителей 5 усилительных каналов 2-1,...,2-п. Многоканальный сумматор 9 состоит из двухканального сумматора 31, первый вход которого подключен к выходу юстировочного фазовращателя 8-п, а второй через управляемые переключатели 30-1,..., 30-(n 1} — к выходам юстировочных фазовращателей 8-1,...,8-(n-1). Управление блбками устройства производится блоком 11 управления по программе, хранящейся в его памяти. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Усилитель содержит и-канальный делитель 1, и усилительных каналов 2,, каждый из .которых состоит из узла 3 отключения канала и усилителя 4 с направленным ответвителем 5 на выходе, генератор 6 гармонических колебаний, подключенный к входу управляемого фазовращателя 7, включенного между выходом ответвителя 5 канала 2-п и юстировочным фазовращателем 8-п, входы ос- . тальных юстировочных фазовращателей

8-1,...,8-(n-1) подключены к ответвляющим выходам соответствующих ответвителей 5, а выходы — к соответствующим входам многоканального. сумматора

9, детекторную секцию 10, включенную на выходе сумматора 9, блок 11 управления, выходы которого соединены с входами узлов 3 отключения каналов и с входом генератора 6 гармонических

15734 34 колебаний, измеритель 12 мощности, фильтр 13 первой гармоники, фильтр

14 второй гармоники и пиковый детектор

15 включенные на выходе детекторной секции 10, пиковые детекторы !6 и 17, 5 включенные на выходах фильтров первой 13 и- второй 14 гармоник соответственно, блок 18 вычислителя, содержащего преобразователь 19 аналог-код, вычислитель 20 и преобразователь 21 код-аналог, входы которого подключены к выходу блока 11 управления и к выходам детекторов 15 — 17 индикатор

22, подключенный к выходу блока 18 вы-15 числителя, блок 23 памяти, подключенный к дополнительному выходу блока 18 вычислителя, второй и-канальный делитель 24, выходы которого подключены к неразвязанным выходам ответвителя

5 соответственно, управляемые переключатели 25 и 26, первые выходы которых соединены между собой, входы управления соединены с дополнительными выходами блока 11 управления> вторые выхо- 5 ды соединены с согласованными нагрузками 27 и 28, вход переключателя 26 соединен с входом и-канального делителя 24, а вход переключателя 25 соединен с Ответвляющим выходом направленного ответвителя 29, который включен на входе делителя 1. При этом многоканальный сумматор 9 содержит и-2 управляемых переключателей 30, соединенных каскадно входы управления ко> !

5 торых соединены с и-2 дополнительными выходами блока управления соответственно, и двухканальный сумматор 31, первый вход которого соединен с входом первого управляемого переключате- 40 ля 30, первый и второй выходы которого соединены с входами второго и третьего переключателей 30, выходы которых соединены с входами четвертого, пятого, шестого и седьмого переключа- 45 телей 30 и т.д., п-1 выход последних n/2 перекпнчателей 30 являются и-1-м входом, второй вход двухканального сумматора 31 является п-м входОм,а ВыхОд дВухканальнОго сiMMBTopB 50 является выходом многоканального сумматора. и -Канальный делитель 1 пред-. назначен для деления сигнала СВЧ на и сигналов> каждый из которых распространяется по своему каналу, Основные требования к делителю: обеспече- . ние постоянных коэффициентов деления и электрических длин каналов в условиях применения. Такой делитель может быть реализован в полосковом исполнении на 3-входовых балансных кольцевых мостах с последовательно-попарным делением.

Блок 11 управления содержит микроконтроллер 32, дешифратор 33 и блок

34 сопряжения. Микроконтроллер 32 собран на основе микросхемы К145НЕ1908 по стандартной схеме включения„ Выходы у >...>у микроконтроллера 32 под> > ключены к входам дешифратора 33. Пос- . ледний построен на микросхемах 155

ЛАЗ по стандартной схеме включения и осуществляет размножение сигналов, поступающих на его входы. Выходы дешифратора 33 подключены к блоку 34 сопряжения — транзисторным ключам, выпол— ненным по стандартным схемам.

Многоканальный усилитель работает следующим образом.

ВЧ-сигнал, поступающий с задающего генератора, разветвляется п-канальным делителем 1 и поступает на входы п усилительных каналов 2. Часть входного сигнала с Ответвляющего выхода ответвителя 29 подается по команде блока 11 управления через управляемые переключатели 25 и 26 на вход второго и-канального делителя 24, который осуществляет формирование п синфазных сигналов. Синфазные контрольные сигналы с выхода и-канального делителя 24 поступают на неразвязанные выходы ответвителей 5 и в (и-1)-м канале через юстировочные фязозращатели 8, а в и-м канале через последовательно соединенные управляемый 7 и юстировочный 8 фазовращатели подаются на соответству— ющие входы многоканального сумматора

9. По команде блока 11 управления сигналы с п-ro и одного из и-1-х входов сумматора 9 через управляемые переключатели 30 поступают в двухканальный сумматор 31, где складываются ° Суммарный сигнал, поступающий с выхода многоканального сумматора 9, детектируется детекторной секцией 10 и, разветвляясь по четырем параллельным цепям, поступает на измеритель 12 мощности и три входа блока 18 вычислителя: на первый вход — через пиковый детектор

15, на второй вход — через последовательно соединенные пропускающий фильтр

13 и пиковый детектор 16, на третий вход — через последовательно соединенные пропускающий фильтр 14 и пиковый детектор 17. Аналоговые сигналы, пос7 157343 тупившие на входы блока 18 вычислителя, поступают на преобразователь 19 аналог-код, откуда по команде блока .управления они уже в виде кодов пода> ются в вычислитель 20. Можно показать, что значение угла фазового сдвига определяется формулой

Ui zu Р— 1 (1) 10 где Рз — максимальное значение суммарного сигнала за период модуляции, поступающее на первый вход;

U U — амплитудные значения составляющих на,частоте и удвоенной частоте модуляции, поступающие на второй и третий входы соответственно блока

18 вычислителя, 15

Результат определения вычислителем 20 по формуле (1) фазового набега сигнала (p в контрольном тракте 25 и-го канала по команде блока 11 уп— равления поступают в блок 23 памяти, где запоминаются. Аналогично запоминаются фазовые набеги,; в контрольных трактах остальных каналов. После это- 30 го по команде блока 11 управления управляемые переключатели 25 и 26 устанавливаются в положение, при котором ответвляющий выход направленного ответвителя 29 и вход и-канального

35 делителя 24 соединяются с согласованными нагрузками 27 и 28 соответственно. По команде блока 11 управления осуществляется включение с помощью узлов 3 отключения каналов усилителей щ .4. Сигналы, поступающие на входы усичительных каналов 2-п, усиливаются усилителями 4 и поступают на входы ответвителей 5. Дальнейшее прохождение сигналов от ответвляющего выхода ответвителей 5 до запоминания блоком

23 памяти измеренных значений. фазовых . рассогласований каналов q . совпадает

Рi с рассмотренным прохождением выходных сигналов и-канального делителя 24. 50

Зятем по команде блока 11 управления из блока 23 памяти и вычислитель

20 блока 18 вычислителя поступают значения фазовых набегов в контрольных трактах 4 О;, значения фазовых набегов в контрольных трактах ц ; и осуществляется вычисление точных значе) ний фазовых рассогласований каналов по формуле: (2) Вычисленные значения ц из вычис1 лителя 20 блока 18 вычислителя поступают в блок 23 памяти и через преобразователь 21 код-аналог блока 18 вычислителя подаются в индикатор 22.

Вначале по командам блока 11 управления включается опорный и контролируемый каналы и при отключенном генераторе 6 гармонических колебаний производится контроль синфазности и грубая настройка (при помощи встроенных в усилитель органов) каналов в одной частотной точке по максимуму суммарной мощности, измеряемой измерителем

12 мощности. Аналогично настраиваются все каналы усилителя. Затем по командам блока 11 управления включается генератор 6 гармонических колебаний и производится определение фазовых набегов сРО. в контрольных трактах всех

0 каналов. После этого по .командам блока 11 управления включаются усилительные каналы и производится определение фазовых рассогласований между ними с ; и осуществляется вычисление . фазовых рассогласований каналов Ч.

1 по формуле (2) и точная настройка каналов.

Измерение значений с .обеспечивает существенное повышение точности измерений углов фазовых рассогласований каналов устройства, Опыт эксплуатации многоканальных усилителей показывает что разъюстировка сложных контрольных трактов, содержащих линии передачи (как правило кабели), юстировочные фазовращатели, многоканальный сумматор при воздействии климатических и механических факторов достигает значений 20-30" . Из расчета следует, что изменение только фазы коэффициента стоячей волны (К ÄU), равного для такого тракта 1 5 приводит к среднеквадратической погрешности измерения и +8О и максимальной погрешности +12 . Если изменится и амплитуда К „П, то погрешность будет значительно больше. Осуществляемыи в устройстве контроль фазовых набегов позволяет исключить эти погрешности и существенно повы ить точность синфазной настройки устройства, Одновременно уменьшается трудоемкость настройки контрольных трактов устройства, которая может осуществпяться с помощью

1573434

10 системы контроля усилителя. Кроме того, могут быть учтены также фазовые рассогласования контрольных трактов в диапазоне частот.

Контроль синфазности каналов осуществляется по командам блока 11 управления при включенных всех каналах устройства. Это обеспечивает, во-первых, исключение погрешности настройки, 0 обусловленной изменением спектра пульсацией источников питания (усилителей 2-и). Для усилителей на ЛБВ, электронное смещение фазы которой 30 на процент изменения анодного напря жения, подключенной к .источнику с не стабильностью = 1х10, пульсации фазы составляют +Зо. При включении и выключении каналов в процессе настройки изменяется нагрузка генератора, питающего усилитель, и, соответствен,но, изменяется спектр пульсаций источника питания усилителя, работающего в импульсном режиме. Возникающие комбинационные составляющие с часто- 25 тами, равными, близкими или кратными частоте или удвоенной частоте генераt тора 6 гармонических колебаний, проходят через пропускающий фильтр 13 первой или фильтр 14 второй гармоник, детектируются детекторами lá или 17, поступают на первый и третий входы . блока 18 вычислителя и вызывают соответствующую погрешность настройки каналов, В случае проведения контроля

35 при полностью. включенном усилителе частота генератора 6 гармонических колебаний и полосы пропускания фильтров 13 и 14 могут быть выбраны в диапазонах, не содержащих частот пульсаций питающих напряжений и их комбинационных составляющих. Во-вторых, исключается погрешность, обусловленная изменением фаз входных сигналов усилителей 4. Наименьшие изменения К ц входа имеют усилители на ЛБВ..К U

ЛБВ со стороны входа в выключенном состоянии 2, а.во включенном =1,5.

В первом случае коэффициент отражения равен 0 33 во втором 0,2. В многока3 Э

50 нальном делителе 1 отраженная волна, падающая со стороны .выхода и распространяющаяся в направлении входа, делится пополам, поступает в тракт соседнего выхода и дальше распрост55 раняется в направлении основной волны (входного сигнала усилителя 4). С уменьшением коэффициента отражения уровень помехи уменьшается от 0,16 до

0,1, что обеспечивает уменьшение среднеквадратического разброса фаз входных сигналов и погрешности настройки на «2

Кроке того,за счет значительного уменьшения количества включений и выключений каналов увеличивается надежность усилителя, повышается быстродействие системы контроля. Снижается трудоемкость синфазной настройки контрольных трактов и усилительных каналов 2-и устройства.

Блок 11 управления служит для формирования командных сигналов, управляющих усилительными каналами 2-и при помощи узлов 3 отключения, генератором 6 гармонических колебаний, преобразователем 19 аналого-код и вычисли телем 20 блока 18 вычислителя, блсжом

23 памяти, переключателями 25, 26 и

30.

Блок 11 управления работает следующим образом„ При подаче на вход коII II манды Пуск с выходов у,,...,у„по программе, записанной в ПЗУ.микроконт роллера, поступают управляющие сигналы через заданные промежутки времени в дешифратор 33, размножаются в нем, затем усиливаются в блоке 34 сопряжения и поступают на управляющие входы соответствующих блоков и узлов устройства (фиг. 2), Формула изобретения

1. Многоканальный усилитель с контролем синфазности сигналов содержит и-канальный делитель, к выходам которого подключены и усилительных каналов, каждый из которых состоит из узла отключения канала и усилителя с направленным ответвителем на выходе, выходы и-1 усилительных каналов через юстировочные фазовращатели подключены к соответствующим входам многоканального сумматора, и-й вход которого под-. ключен к выходу n-ro усилительного канала через последовательно соединенные управляемый фазовращатель, к управляющему входу которого подключен генератор гармонических колебаний, и и-й юстировочный фазовращатель, причем выход многоканального сумматора через детекторную секцию подключен к измерителю мощности, выход детекторной секции через первый пиковый детектор подключен к первому входу, через последовательно соединенные фильтр

34 подключены к дополнительным неразвязанным выходам направленных ответвителей каждого усилительного канала„ а блок памяти подключен к дополнительному выходу блока вычисления, при этом управляющие входы первого и второго управляемых переключателей, многоканального сумматора и блока памяти подключены к дополнительным выходам блока управления. к охооу рлао

Оюключеииеуеилиаельноео канала

2 1,puel

Кйаф угла а оаключения уеилительнага канала

;-;n, аоиг!

h &оаам ипрНконши лереклю" оалелей Х к охооам gnpa8ления nppesn лелей 2а,2а . к акосту еенералаара о к алеку 18 оытииаелй колоку 2а памяти.

Фиг.2

Составитель Н. Михалев

Техред Л.Сердюкова Корректор II. Самборская

Редактор Н. Яцола

Тираж 558

Заказ 1642

Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д, 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул, агарина, 101

15734 первой гармоники и второй пиковый детектор - к второму, входу, а через последовательно соединенные фильтр второй гармоники и третий пиковый детек5 тор — к третьему входу блока вычислителя, который состоит из последователь1 йо соединенных преобразователя аналогкод, вычислителя и преобразователя код-аналог, к выходу блока вычислите- 1g ля подключен индикатор, при этом .входы управления п-усилительных каналов, генератора гармонических колебаний и блока вычислителя подключены к соотВетствующим выходам блока управления, 15 отличающийся тем, что, с

Целью повышения точности синфазной настройки усилительных каналов; в неГо введены последовательно соединен1 ые направленный ответвитель, два уп- р равляемых переключателя и второй и-каНальный делитель, а также блок памяти и две согласованные нагрузки, под.Ключенные к вторым выходам управляемьгх переключателей, причем вход перво-25

Го переключателя подключен к основно-му выходу направленного ответвителя, выходы второго и-канального делителя

2. Усилитель по п. 1, о т л и ч аю шийся тем, что многоканальный сумматор содержит и-2 последовательно соединенных управляемых переключателей и двухканальный сумматор, первый вход которого подключен к выходу первого управляемого фазовращателя, а второй вход является и-м сигнальным входом одноканального сумматора, остальными и-1 сигнальными входами которого .являются вторые. входы управляемых переключателей, управляющие входы которых являются управляющими входами многоканального сумматора, выходом которого является выход двухканального сумматора °