Транзисторный радиопередатчик с автоматическим регулированием мощности

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано при построении радиопередающих устройств. Техническим результатом является повышение надежности связи при каждом сеансе, который достигается тем, что устройство содержит усилитель мощности, датчик выходной мощности, три блока сравнения, аналоговый ключ, сумматор, регулируемый стабилизатор напряжения с датчиком тока на выходе, пороговый элемент, регулируемый источник опорного напряжения, блок согласования, ВЧ-переключатель, антенну, эквивалент антенны с датчиком мощности, аналого-цифровой преобразователь, цифровой блок сравнения, формирователь кода уровня мощности, блок управления, генератор синусоидального сигнала, датчик мощности. 1 ил.

 

Изобретение относится к радиотехнике, в частности к транзисторным радиопередатчикам с автоматическим регулированием мощности.

Известны транзисторные радиопередатчики [1], содержащие усилитель мощности, состоящий из отдельных модулей с суммированием, блок согласования с ручным или автоматическим управлением, состоящий из фильтра нижних частот для подавления нежелательных гармоник и последовательной регулируемой реактивности, и нагрузку в виде антенны. В процессе настройки такого радиопередатчика фильтр нижних частот оказывается нагруженным на реактивный входной импеданс устройства согласования, и в полосе пропускания фильтра нижних частот появляются частоты, при которых его входное сопротивление может иметь значение, близкое к нулю. При наличии сигнала такой частоты на входе усилителя мощности его выход оказывается нагруженным на это малое сопротивление, что приводит к перегрузкам по току выходных транзисторов усилителя мощности и возможному выходу из строя его отдельных модулей, снижению выходной мощности и, как следствие, к уменьшению дальности связи.

Наиболее близким к заявляемому техническому решению является транзисторный радиопередатчик на основе устройства автоматического регулирования мощности [2], содержащий последовательно соединенные усилитель мощности, блок согласования с нагрузкой в виде антенны, датчик выходной мощности, соединенный с первым входом первого блока сравнения и вторым входом второго блока сравнения, выход первого блока сравнения через аналоговый ключ соединен с первым входом сумматора, выход которого соединен с входом регулируемого стабилизатора напряжения. Выход регулируемого стабилизатора напряжения через датчик тока соединен с усилителем мощности передатчика, выход датчика тока подключен к первому входу третьего блока сравнения, выход которого через пороговый элемент соединен с входом регулируемого стабилизатора напряжения, а управляющий вход аналогового ключа соединен с выходом второго блока сравнения, второй вход сумматора соединен с первым выходом регулируемого источника опорного напряжения, второй выход которого соединен со вторым входом первого блока сравнения, а второй вход третьего блока сравнения соединен с третьим выходом регулируемого источника опорного напряжения, четвертый выход которого соединен с первым входом второго блока сравнения.

Однако известное устройство автоматического регулирования мощности транзисторного радиопередатчика не обеспечивает возможность контроля уровня мощности радиопередатчика в процессе работы и, как следствие, не позволяет гарантировать связь на предельных дальностях.

Техническим результатом предлагаемого устройства является разделение функций автоматического регулирования выходной мощности, защиты транзисторов усилителя мощности и функции контроля работоспособности, позволяющее гарантировать работу радиопередатчика с номинальной выходной мощностью при каждом включении и тем самым повысить надежность связи при каждом сеансе.

Технический результат достигается тем, что в транзисторном радиопередатчике с автоматическим регулированием мощности, содержащем антенну, усилитель мощности, последовательно соединенные блок согласования и датчик выходной мощности, соединенный с вторым входом второго блока сравнения и первым входом первого блока сравнения, выход первого блока сравнения через аналоговый ключ соединен с первым входом сумматора, выход которого соединен с первым входом регулируемого стабилизатора напряжения, а управляющий вход аналогового ключа соединен с выходом второго блока сравнения, второй вход сумматора соединен с первым выходом регулируемого источника опорного напряжения, второй выход которого соединен с вторым входом первого блока сравнения, выход регулируемого стабилизатора напряжения подключен к усилителю мощности через датчик тока, выход датчика тока подключен к первому входу третьего блока сравнения, выход которого через пороговый элемент соединен с вторым входом регулируемого стабилизатора напряжения, а к второму входу третьего блока сравнения подключен третий выход регулируемого источника опорного напряжения, четвертый выход которого соединен с первым входом второго блока сравнения, выход датчика выходной мощности подключен к первому входу ВЧ-переключателя, к первому выходу которого подключена антенна, второй выход ВЧ-переключателя подключен к входу эквивалента антенны, выход датчика мощности эквивалента антенны подключен к входу аналого-цифрового преобразователя, выход которого подключен к первому входу цифрового блока сравнения, к второму входу цифрового блока сравнения подключен формирователь кода уровня мощности, выход цифрового блока сравнения подключен к первому входу блока управления, первый выход которого соединен с входом управления ВЧ-переключателя, второй выход блока управления соединен с входом управления блока согласования, третий выход блока управления соединен с входом управления регулируемого источника опорного напряжения, четвертый выход блока управления соединен с входом управления генератора синусоидального сигнала, выход которого подключен к входу усилителя мощности, выход которого подключен к блоку согласования через датчик мощности, выход которого подключен к второму входу блока управления.

На чертеже представлена структурная электрическая схема транзисторного радиопередатчика с автоматическим регулированием мощности.

Радиопередатчик содержит усилитель мощности 1, датчик выходной мощности 2, первый блок сравнения 3, аналоговый ключ 4, сумматор 5, регулируемый стабилизатор напряжения 6 с датчиком тока 7 на выходе, второй блок сравнения 8, третий блок сравнения 9, пороговый элемент 10, регулируемый источник 11 опорного напряжения, блок согласования 12, ВЧ-переключатель 13, антенну 14, эквивалент антенны 15 с датчиком мощности 16, аналого-цифровой преобразователь 17, цифровой блок сравнения 18, формирователь кода уровня мощности 19, блок управления 20, генератор синусоидального сигнала 21, датчик мощности 22.

В радиопередатчике датчик выходной мощности 2 соединен с первым входом блока сравнения 3 и вторым входом второго блока сравнения 8, выход которого соединен с входом управления аналогового ключа 4, а выход первого блока сравнения 3 соединен с входом аналогового ключа 4, выход которого соединен с первым входом сумматора 5, выход сумматора 5 соединен с первым входом регулируемого стабилизатора напряжения 6, выход которого через датчик тока 7 подключен к управляющему входу усилителя мощности 1. Второй вход сумматора 5 соединен с первым выходом источника опорного напряжения 11, второй выход которого соединен с вторым входом первого блока сравнения 3, третий выход источника опорного напряжения соединен с вторым входом третьего блока сравнения 9, первый вход которого соединен с выходом датчика тока 7, а выход третьего блока сравнения 9 через пороговый элемент 10 соединен с вторым входом регулируемого стабилизатора напряжения 6. Четвертый выход источника опорного напряжения 11 соединен с первым входом второго блока сравнения 8. Выход усилителя мощности 1 подключен через датчик мощности 22 к входу блока согласования 12, выход которого через датчик выходной мощности 2 подключен к первому входу ВЧ-переключателя 13, первый выход которого соединен с антенной 14, а второй выход ВЧ-переключателя 13 соединен с эквивалентом антенны 15 и его датчиком мощности 16. Выход датчика мощности эквивалента антенны 16 соединен с входом аналого-цифрового преобразователя 17, выход которого соединен с первым входом цифрового блока сравнения 18, на второй вход которого подключен формирователь кода уровня мощности 19, выход цифрового блока сравнения 18 подключен к первому входу блока управления 20, первый выход которого подключен к входу управления ВЧ-переключателя 13, второй выход блока управления 20 подключен к входу управления блока согласования 12, третий выход блока управления 20 соединен с входом управления регулируемого источника опорного напряжения 11, четвертый выход блока управления 20 соединен с входом управления генератора синусоидального сигнала 21, выход которого подключен к входу усилителя мощности 1, выход которого подключен к блоку согласования 12 через датчик мощности 22, выход которого подключен к второму входу блока управления 20.

Устройство автоматического регулирования мощности работает следующим образом.

Одновременно с включением напряжения питания транзисторного радиопередатчика блок управления 20 с помощью ВЧ-переключателя 13 переключает выход блока согласования 12 через датчик мощности 2 на эквивалент антенны 15 и датчик мощности 16, затем блок управления 20 включает генератор синусоидального сигнала 21, выходной сигнал которого поступает на вход усилителя мощности 1. При наличии синусоидального сигнала на выходе усилителя мощности 1 датчик мощности 22 формирует выходной сигнал, поступающий на второй вход блока управления 20, который в этом случае производит настройку блока согласования 12 путем изменения его реактивности. После настройки усиленный синусоидальный сигнал с выхода блока согласования 12 через датчик мощности 2 и ВЧ-переключатель 13 поступает в эквивалент антенны 15 и датчик мощности 16. Выходное аналоговое напряжение, пропорциональное уровню выходной мощности транзисторного радиопередатчика, с выхода датчика мощности 16 поступает на вход аналого-цифрового преобразователя 17, с выхода которого в виде цифрового кода поступает на первый вход цифрового блока сравнения 18, на второй вход которого поступает код формирователя кода уровня мощности 19. Результат сравнения выходного кода аналого-цифрового преобразователя 17 и кода формирователя уровня мощности 19 поступает с выхода цифрового блока сравнения 18 на вход блока управления 20.

При положительном результате сравнения кодов (когда уровень мощности в эквиваленте антенны больше или равен номинальному) блок управления 20 выносит решение об исправности радиопередатчика, отключает генератор синусоидального сигнала 21 и с помощью ВЧ-переключателя 13 отключает эквивалент антенны 15, а выход блока согласования 12 и датчик выходной мощности 2 соединяет с антенной 14 и тем самым разрешает работу радиопередатчика на антенну.

При отрицательном результате сравнения кодов (когда уровень мощности в эквиваленте антенны меньше номинального) блок управления 20 выдает команду в регулируемый источник опорного напряжения 11 на увеличение уровня мощности радиопередатчика.

Уровень выходной мощности радиопередатчика устанавливается напряжением от источника опорного напряжения 11, подаваемым на второй вход сумматора 5, которое с выхода сумматора 5 устанавливает выходное напряжение регулируемого стабилизатора напряжения 6, являющееся напряжением питания усилителя мощности и определяющее необходимый уровень мощности радиопередатчика. Задаваемый уровень мощности поддерживается тем, что при работе на согласованную нагрузку напряжение с выхода датчика выходной мощности 2 через второй блок сравнения 8 замыкает аналоговый ключ 4 и датчик выходной мощности 2 через первый блок сравнения 3 и аналоговый ключ 4 соединяется с первым входом сумматора 5. При выходной мощности радиопередатчика, устанавливаемой на заводе-изготовителе, напряжение от источника опорного напряжения 11, поступающее на второй вход первого блока сравнения 3, компенсирует напряжение с датчика выходной мощности 2 и на выходе первого блока сравнения 3 и первом входе сумматора 5 управляющее напряжение отсутствует. Если при воздействии дестабилизирующих факторов выходная мощность радиопередатчика отклоняется от уровня, заданного регулируемым стабилизатором 6, то на выходе первого блока сравнения 3 появляется управляющее напряжение, которое через сумматор 5 изменяет выходное напряжение регулируемого стабилизатора 6, компенсируя изменение выходной мощности радиопередатчика.

Изменение уровней напряжения, подаваемых на сумматор 5 и входы блоков сравнения 3 и 8 в источнике опорного напряжения, осуществляется дискретно по командам из блока управления 20. После команды на увеличение мощности блок управления 20 с некоторой задержкой снова проводит цикл сравнения кодов и при положительном результате происходит переключение на антенну, а при отрицательном результате сравнения циклы увеличения мощности будут повторяться до тех пор, пока увеличение напряжения, а следовательно, и тока с выхода регулируемого стабилизатора напряжения 6 не приведет к увеличению напряжения с выхода датчика тока 7. Напряжение с датчика тока 7 поступает на первый вход третьего блока сравнения 9, на второй вход которого поступает опорное напряжение с выхода регулируемого источника опорного напряжения 11. Как только ток через транзисторы усилителя мощности сравняется с заданным по условиям эксплуатации значением, напряжение с датчика тока 7, поступающее на первый вход третьего блока сравнения 9, превысит опорное напряжение на его втором входе и на выходе третьего блока сравнения 9 появляется отрицательный потенциал, при котором открывается диод порогового элемента 10, выход третьего блока сравнения 9 подключается к входу регулируемого стабилизатора напряжения 6, замыкая тем самым цепь отрицательной обратной связи по выходному току, что обеспечивает режим стабилизации тока через транзисторы усилителя мощности на уровне, который задан опорным напряжением на втором входе третьего блока сравнения 9, поступающим от источника 11. Таким образом, выходные транзисторы усилителя мощности защищаются от перегрузок, и сохраняется работоспособность радиопередатчика при максимально возможной мощности, ограниченной максимально допустимым током выходных транзисторов.

В том случае, если максимально возможная выходная мощность радиопередатчика после нескольких возможных циклов не достигла номинального значения, блок управления 20 выносит решение о том, что радиопередатчик неисправен и качество связи не гарантируется.

Источники информации

1. Проектирование радиопередающих устройств. Учебное пособие для вузов под ред. Шахдильдяна В.В. М., Радио и связь, 1993, с.363, рис.6.2, с.175, рис.3.1, с.246, рис.3.41.

2. RU, патент, 2164035, С2, 7 G 05 F 1/66, Н 03 L 5/02, Бюл. N 7, 10.03. 2001. (прототип).

Транзисторный радиопередатчик с автоматическим регулированием мощности, содержащий антенну, усилитель мощности, последовательно соединенные блок согласования и датчик выходной мощности, соединенный с вторым входом второго блока сравнения и первым входом первого блока сравнения, выход первого блока сравнения через аналоговый ключ соединен с первым входом сумматора, выход которого соединен с первым входом регулируемого стабилизатора напряжения, а управляющий вход аналогового ключа соединен с выходом второго блока сравнения, второй вход сумматора соединен с первым выходом регулируемого источника опорного напряжения, второй выход которого соединен с вторым входом первого блока сравнения, выход регулируемого стабилизатора напряжения подключен к усилителю мощности через датчик тока, выход датчика тока подключен к первому входу третьего блока сравнения, выход которого через пороговый элемент соединен с вторым входом регулируемого стабилизатора напряжения, а к второму входу третьего блока сравнения подключен третий выход регулируемого источника опорного напряжения, четвертый выход которого соединен с первым входом второго блока сравнения, отличающийся тем, что в него дополнительно введены эквивалент антенны с встроенным датчиком мощности, управляемый ВЧ-переключатель, аналого-цифровой преобразователь, цифровой блок сравнения, генератор синусоидального сигнала, блок управления, формирователь кода уровня мощности, датчик мощности, выход датчика выходной мощности подключен к первому входу ВЧ-переключателя, к первому выходу которого подключена антенна, второй выход ВЧ-переключателя подключен к входу эквивалента антенны, выход датчика мощности эквивалента антенны подключен ко входу аналого-цифрового преобразователя, выход которого подключен к первому входу цифрового блока сравнения, к второму входу цифрового блока сравнения подключен формирователь кода уровня мощности, выход цифрового блока сравнения подключен к первому входу блока управления, первый выход которого соединен с входом управления ВЧ-переключателя, второй выход блока управления соединен с входом управления блока согласования, третий выход блока управления соединен с входом управления регулируемого источника опорного напряжения, четвертый выход блока управления соединен с входом управления генератора синусоидального сигнала, выход которого подключен к входу усилителя мощности, выход которого подключен к блоку согласования через датчик мощности, выход которого подключен к второму входу блока управления.