Приемопередатчик

Изобретение относится к радиотехнике и может использоваться в коротковолновых средствах связи. Достигаемый технический результат - обеспечение высокой скорости переключения режимов приемопередатчика в широком диапазоне частот, в том числе и на одной частоте, а также повышение реальной чувствительности приемника. Приемопередатчик содержит возбудитель радиосигнала передатчика (1), усилитель мощности (2), фильтр нижних частот (3), в тракте которого используется первый быстродействующий коммутатор на p-i-n диодах (11), выход которого постоянно подключен к антенне; приемник (16), подключаемый к антенне через второй быстродействующий коммутатор на p-i-n диодах (12); устройство управления (17), выход которого соединен с управляющими входами быстродействующих коммутаторов на p-i-n диодах. Отличием предлагаемого приемопередатчика является то, что ФНЧ выполнен в виде последовательно включенных резонансных контуров, а также то, что при работе приемника устройство управления обеспечивает отключение возбудителя и запирание усилителя мощности, а первый быстродействующий коммутатор на p-i-n диодах соединяет с корпусом один конец катушки индуктивности, второй конец которой является выходом ФНЧ. 1 ил.

 

Изобретение относится к радиотехнике и может использоваться в коротковолновых средствах связи.

Приемопередатчики коротких волн обычно работают на одну антенну с чередующимися режимами приема и передачи. Дуплексный режим работы, реализуемый в УКВ/ОВЧ радиостанциях путем соединения передатчика и приемника, работающих на разных частотах, через дуплексный фильтр с антенной, в KB радиостанциях не применяется из-за сложности реализации дуплексного фильтра в этом диапазоне частот. Современные системы KB связи, реализующие дуплексный режим работы, используют помимо разнесения частот приема и передачи пространственное разнесение приемных и передающих устройств (приемных и передающих антенн) и объединения их с помощью дополнительной - кабельной или радиорелейной линии связи.

Дуплексный режим работы приемопередатчика, в том числе и в KB диапазоне радиоволн, может быть осуществлен при работе на одной частоте приема и передачи и на одну антенну на основе временного разделения процессов приема и передачи, а также сжатия передаваемой и восстановления принимаемой информации [1]. Указанный метод требует периодического переключения режимов приема и передачи с частотой порядка 5-10 Гц, что в свою очередь накладывает требование на длительность переключения с приема на передачу (или обратно) - не более 10 мсек. При этом должна быть обеспечена не только защита приемника от сигнала передатчика с большим уровнем мощности (сотни ватт) при передаче, но и от шумовой компоненты усилителя мощности в режиме приема.

В связи с этим, соединение приемника и передатчика с антенной должно осуществляться через переключающий элемент, удовлетворяющий перечисленным требованиям. В большинстве случаев для коммутации антенной цепи KB приемопередатчика используется электромеханический переключатель, работающий в широком диапазоне частот с временем переключения не менее 10 мсек. Основным недостатком приемопередатчика с электромеханическим переключателем является низкий ресурс работы из-за ограниченного количества переключений.

Для реализации такого вида связи могут быть использованы быстродействующие антенные переключатели, обеспечивающие передачу сигналов с большими мощностями. Для этой цели обычно применяются схемы коммутации с p-i-n диодами. Включение p-i-n диодов в последовательную цепь связи с антенной для коммутации сигналов с высоким уровнем мощности в диапазоне коротких волн не допустимо из-за ограниченного накопленного заряда диода. Поэтому для режимов передачи и приема используются резонансные цепи с изменяющимися параметрами.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является приемопередатчик [2] с электронным переключателем прием-передача, выбранный в качестве прототипа, в котором для повышения развязки между цепями приема и передачи используются свойства последовательного и параллельного контуров, цепи которых формируются с помощью переключаемых p-i-n диодов. Недостатками прототипа являются узкая полоса частот, в которой будут обеспечиваться передача и прием сигналов, отсутствие возможности работы на одной частоте приемника и передатчика, отсутствие защиты приемника от шумов усилителя мощности, что приводит к снижению его чувствительности.

Целью настоящего изобретения является обеспечение высокой скорости переключения режимов приемопередатчика в широком диапазоне частот, в том числе и на одной частоте, а также повышение реальной чувствительности приемника.

Указанная цель достигается тем, что в приемопередатчике, содержащем возбудитель радиосигнала передатчика, усилитель мощности, фильтр нижних частот, выход которого постоянно подключен к антенне, приемник, подключаемый к антенне через быстродействующий коммутатор на p-i-n диодах, и устройство управления, выход которого соединяется с управляющими входами коммутаторов электронного переключателя для обеспечения поочередной работы передатчика и приемника на одной частоте на одну антенну, отличающимся тем, что в тракте фильтра нижних частот передатчика используется быстродействующий коммутатор на p-i-n диодах, который при работе приемника соединяет с корпусом один конец катушки индуктивности, второй конец которой подключен к антенне, второй выход устройства управления соединен с управляющим входом возбудителя сигнала передатчика, обеспечивая его отключение от входа усилителя мощности в периоды приема, третий выход устройства управления соединен с управляющим входом усилителя мощности для запирания его входных каскадов, обеспечивая таким образом снижение шумов усилителя в режиме приема.

Используемый в приемопередатчике фильтр нижних частот (ФНЧ) предназначен для подавления гармонических составляющих передаваемого сигнала и может содержать 10 или более LC-элементов Кауэровской или Чебышевской структуры. При соединении с корпусом одного конца катушки индуктивности, другой конец которой соединен с антенной, формируется параллельный контур из рассматриваемой катушки индуктивности, параллельного ей конденсатора и конденсатора, подключенного параллельно антенной цепи, частота резонанса этого контура будет близка к частоте среза ФНЧ, что следует из анализа частотных свойств ФНЧ Кауэра. Вследствие этого при работе приемников полосе частот ниже частоты среза ФНЧ параллельно антенной цепи будет подключена эквивалентная индуктивность, увеличивающая потери принимаемого сигнала за счет рассогласующего воздействия. Однако согласно расчетам в полосе частот от f_min до f_max при коэффициенте k_f по поддиапазону рабочих частот, эти потери не превысят 1 дБ, что приемлемо для коротковолнового приемника.

Сопоставительный анализ рассматриваемой схемы с прототипом показывает, что заявляемое устройство отличается по структуре и соединениям от прототипа, следовательно, оно соответствует критерию «новизна». Резонансные свойства LC-цепей и быстродействующие коммутаторы на р-i-n диодах широко известны, использование их с целью обеспечения высокой скорости переключения сигналов с большой мощностью передатчика и низкоуровневых сигналов приемника позволяет сформировать дуплексный режим связи с временным разделением передачи и приема сигналов, в том числе и на одной частоте, из чего следует вывод о соответствии технического решения критерию «существенные отличия».

На чертеже изображена структурная схема приемопередатчика, обеспечивающего дуплексный режим связи с временным разделением сигналов и состоящего из возбудителя радиосигналов передатчика 1, усилителя мощности 2, фильтра нижних частот 3, который в свою очередь состоит из последовательно включенных катушек индуктивности 4, 5 и конденсаторов 6, 7, 8, 9, 10, коммутаторов 11 и 12, работающих на p-i-n диодах 13 с дросселем 14, по которому передается сигнал управления, и с фильтрующим конденсатором 15, а также из приемника 16 и устройства управления 17, первый выход которого соединяется с управляющими входами коммутаторов электронного переключателя, второй выход устройства управления соединен с управляющим входом возбудителя сигнала передатчика, третий выход устройства управления соединен с управляющим входом усилителя мощности для запирания его входных каскадов.

Приемопередатчик работает следующим образом.

От источника информации сигнал поступает на возбудитель радиосигналов передатчика 1, откуда модулированный сигнал поступает на усилитель мощности 2, усиленный сигнал поступает на вход фильтра нижних частот 3, проходит через LC-элементы фильтра (последовательные катушки индуктивности 4, 5 и конденсаторы 6, 7, 8, 9, 10) к антенне.

Через ФНЧ проходит сигнал, несущий информацию на рабочей частоте, а гармонические составляющие сигнала подавляются фильтром. При прохождении сигнала передатчика коммутаторы 11 и 12 отключены, поэтому через ФНЧ 3 сигнал от усилителя мощности 2 передается к антенне без ослабления. При поступлении команд от устройства управления 17 возбудитель сигнала передатчика 1 отключается, в усилителе мощности 2 уменьшаются токи покоя транзисторов, вследствие чего уменьшается усиление, на коммутатор 11 от устройства управления 16 подается положительное напряжение, и под воздействием постоянных токов, протекающих через p-i-n диоды 13 и дроссели 14, коммутатор 11 открыт, при этом вывод индуктивности 5 ФНЧ 3 через коммутатор 11 соединяется с корпусом, вследствие чего формируется параллельный контур, состоящий из катушки индуктивности 5 и конденсаторов 9, 10, с частотой настройки, близкой к частоте среза ФНЧ, что следует из расчета и анализа ФНЧ с характеристикой Кауэра (Чебышева).

В приемном режиме через диоды 13 коммутатора 12 протекает ток, замыкающийся на корпус через выходные цепи усилителя мощности и входные цепи приемника, вследствие чего высокочастотный сигнал от антенны поступает на вход приемника. Параллельно антенной цепи подключен сформированный параллельный контур (катушка индуктивности 5, конденсаторы 9 и 10), который в диапазоне рабочих частот ФНЧ 3 носит индуктивный характер, вследствие чего принимаемый сигнал претерпевает ослабление порядка 1 дБ. В приемном режиме на выходе усилителя мощности 2 отсутствует не только информационный сигнал передатчика (пауза), но и его шумовая составляющая, т.к. под воздействием запирающего сигнала от устройства управления 17 усилитель мощности ослабляет входной шум и, кроме того, в цепи передачи катушка индуктивности 5 в ФНЧ 3 соединена с корпусом через открытые p-i-n диоды 13 коммутатора 11.

В рассматриваемом изобретении через открытый канал коммутатора 12 передается низкоуровневый сигнал приемника, а при прохождении через ФНЧ сигнала передатчика p-i-n диоды коммутаторов 11, 12 находятся в выключенном состоянии, поэтому, согласно расчету и экспериментам, накопленный заряд p-i-n диодов обеспечивает прием и передачу сигналов без искажений. Наличие цепей развязки для управления p-i-n диодами 13 увеличивает время переключения из передающего в приемный режим, но не превысит 10 микросекунд (согласно экспериментам), что вполне достаточно для обеспечения дуплексного режима связи.

Неискаженная передача сигнала с высоким уровнем мощности (до 1 кВт) к антенне обеспечивается схемой (см. чертеж) за счет отсутствия шунтирующего воздействия запертых p-i-n диодов 13 коммутаторов 11 и 12. С этой же целью в коммутаторах может использоваться по два p-i-n диода со встречным включением.

Источники информации

1. Патент РФ №2190301, Н 04 В 7/00, 2000 г.

2. А.С. СССР №474948, Н 04 В 1/44, 1973.

Приемопередатчик, содержащий передатчик и фильтр нижних частот (ФНЧ), в тракте которого используется первый быстродействующий коммутатор на p-i-n диодах, выход которого постоянно подключен к антенне; приемник, подключаемый к антенне через второй быстродействующий коммутатор на p-i-n диодах; устройство управления, выход которого соединен с управляющими входами быстродействующих коммутаторов на p-i-n диодах, отличающийся тем, что сигнал с возбудителя радиосигналов передатчика поступает на усилитель мощности, затем на вход ФНЧ, выполненного в виде последовательно включенных резонансных контуров, а также тем, что при работе приемника устройство управления обеспечивает отключение возбудителя радиосигнала и запирание усилителя мощности, а первый быстродействующий коммутатор на p-i-n диодах соединяет с корпусом один конец катушки индуктивности, второй конец которой является выходом ФНЧ.