Свч-модуль сверхрегенеративного приемопередатчика радиозонда

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в аэрологических радиозондах (АРЗ) систем радиозондирования атмосферы для измерения дальности до (АРЗ) импульсным методом, пеленгации по угловым координатам и передачи телеметрической информации на одной несущей частоте, также может быть использована для построения высокостабильных и экономичных приемопередающих устройств систем связи. Техническим результатом изобретения является повышение стабильности работы СПП радиозондов в условиях дестабилизирующих факторов, за счет: - создания схемно-технического и конструктивного решения, позволяющего снизить уровень паразитных ударных колебаний, тем самым, повысить чувствительность, мощность излучения и стабильность режима работы сверхрегенеративного приемопередатчика; - снижения уровня потребляемой мощности от источника питания за счет уменьшения количества активных элементов и увеличения КПД, т.е. в конечном итоге увеличения времени работы АРЗ; - снижения массогабаритных характеристик АРЗ; - повышения технологичности и снижения стоимости производства. Для решения поставленной задачи предлагается СВЧ-модуль сверхрегенеративного приемопередатчика, содержащий СВЧ-автогенератор, инерционную цепь автосмещения, стабилизатор тока, шину питания и нулевую шину, отличающийся тем, что стабилизатор тока содержит регулирующий транзистор, первый, второй, третий и четвертый резисторы, первый, второй, третий и четвертый конденсаторы со следующими соединениями: регулирующий транзистор выполнен по схеме с общим эмиттером, причем база транзистора соединена со средней точкой резистивного делителя, выполненного на первом и втором резисторах, концы делителя соединены с шиной питания и нулевой шиной; эмиттер регулирующего транзистора через третий резистор соединен с шиной питания, а непосредственно - с коллектором транзистора СВЧ-автогенератора: коллектор регулирующего транзистора через четвертый резистор соединен с базой выходного транзистора и вторым концом четвертого конденсатора, первый конец которого является входом всего выходного каскада; входная инерционная цепь автосмещения содержит последовательно соединенные шестой постоянный резистор, первый и второй диода в прямом направлении к нулевой шине, а точка соединения шестого резистора и первого диода через последовательно соединенные пятый переменный резистор и четвертый конденсатор соединена с базой СВЧ-генератора. 3 з.п. ф-лы, 8 ил.

 

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в аэрологических радиозондах (АРЗ) систем радиозондирования атмосферы для измерения дальности до АРЗ импульсным методом, пеленгации по угловым координатам и передачи телеметрической информации на одной несущей частоте, также может быть использовано для построения высокостабильных и экономичных приемопередающих устройств систем связи.

Отечественные системы радиозондирования атмосферы (СР) построены по угломерно-дальномерному методу измерения координат, скорости и направления движения радиозонда в свободной атмосфере. Измерение угловых координат: - азимута (β), угла места (ε), а также наклонной дальности (R_н) импульсным методом с активным ответом. Особенно эффективным оказалось при использовании в составе радиозондов сверхрегенеративных приемопередатчиков (СПП). Интенсивное излучение СПП обеспечивает надежную передачу телеметрической информации и сопровождение по угловым координатам. Высокая чувствительность СПП к импульсному запросному сигналу позволяет сформировать ответный сигнал по дальности в виде короткой паузы в излучении СПП при пониженной мощности передатчика запросного радиоимпульса РЛС. Весьма важным, в конечном счете, оказывается тот факт, что система определения координат и канал передачи телеметрической информации системы радиозондирования работают на одной несущей частоте.

Общей проблемой производства и эксплуатации АРЗ является создание недорогих конструкций приемопередающих устройств, стабильных по радиотехническим параметрам в условиях изменения окружающей температуры, напряжения питания и параметров антенной системы АРЗ.

Известен сверхрегенеративный приемопередатчик, содержащий соединенные последовательно генератор суперирующих импульсов, конденсатор, автогенератор и антенну, источник питания, первый выход которого соединен со вторыми выходами автогенератора и генератора суперирующих импульсов, причем автогенератор включает в себя транзистор и резонатор, входы и выходы которого являются одноименными входами и выходами автогенератора, а база, коллектор и эмиттер транзистора соединены соответственно с первым, вторым входами и вторым выходом резонатора, отличающийся тем, что, с целью повышения стабильности параметров, в него введен блок стабилизации среднего тока, первый и второй входы которого соединены соответственно с вторым и первым выходами источника питания, а первый и второй выходы - с вторым и первым входами автогенератора (см. патент РФ №1106262. Сверхрегенеративный приемопередатчик).

Известен сверхрегенеративный приемопередатчик радиозонда, СВЧ-автогенератор которого построен по двухрезонаторной схеме реализованной на микрополосковых линиях. Введение резонатора в цепи эмиттера позволяет в некоторых пределах регулировать модуль и фазу коэффициента обратной связи СВЧ-автогенератора СПП и тем самым, повысить чувствительность СПП (см. патент РФ №2172965. Сверхрегенеративный приемопередатчик).

Известен патент, в котором дается описание конструкции и параметров антенной системы АРЗ, снабженного сверхрегенеративным приемопередатчиком. Предложенная конструкция антенной системы АРЗ позволяет настраивать рабочую частоту и чувствительность СПП (см. патент РФ №2214614. Приемопередающая система аэрологического радиозонда и ее конструктив).

Известен сверхрегенеративный приемопередатчик радиозонда, СВЧ-автогенератор которого подключен к антенной системе АРЗ через полосовой фильтр, который позволяет снизить влияние активных внешних помех и развязать антенну АРЗ от цепи коллектора СВЧ-транзистора по постоянному току (см. патент РФ №56001 на полезную модель. Приемопередатчик аэрологического радиозонда).

Известен сверхрегенеративный приемопередатчик радиозонда, в СВЧ-автогенератор которого введен варикап, управляемый сигналом, пропорциональным амплитуде СВЧ-колебаний. Это позволяет регулировкой амплитуды сигнала совмещать частоту приема и передачи СПП (см. патент РФ №49283 на полезную модель. Сверхрегенеративный приемопередатчик с совмещением частот приема и передачи).

Известен сверхрегенеративный приемопередатчик радиозонда, СВЧ-автогенератор которого построен по наиболее совершенной трехрезонаторной схеме, реализованной на микрополосковых линиях. Введение третьего резонатора в цепь базы позволило раздельно регулировать модуль и фазу коэффициента обратной связи СВЧ-автогенератора и, следовательно, настраивать чувствительность и выходную мощность СПП (см. патент РФ №50682 на полезную модель. Сверхрегенеративный приемопередатчик - прототип).

Недостатком всех известных технических решений и прототипа является значительное влияние индуктивностей соединительных проводников между платой СВЧ-автогенератора и блоком телеметрии АРЗ. Этот паразитный отрицательный эффект проявляется в виде низкочастотных ударных колебаний, возникающих под действием импульсов генератора суперирующего напряжения на индуктивности соединительных проводников в цепи управления СВЧ-автогенератора СПП. Наличие низкочастотных ударных колебаний приводит к снижению чувствительности и стабильности работы СПП.

Технической задачей изобретения является повышение стабильности работы СПП радиозондов в условиях дестабилизирующих факторов за счет:

- создания схемно-технического и конструктивного решения, позволяющего снизить уровень паразитных ударных колебаний, тем самым, повысить чувствительность, мощность излучения и стабильность режима работы сверхрегенеративного приемопередатчика;

- снижения уровня потребляемой мощности от источника питания за счет уменьшения количества активных элементов и увеличения КПД, т.е. в конечном итоге увеличение времени работы АРЗ;

- снижения массогабаритных характеристик АРЗ;

- повышения технологичности и снижения стоимости производства.

Для решения поставленной задачи предлагается СВЧ-модуль сверхрегенеративного приемопередатчика, содержащий СВЧ-автогенератор, инерционную цепь автосмещения, стабилизатор тока, шину питания и нулевую шину, отличающийся тем, что стабилизатор тока содержит регулирующий транзистор, первый, второй, третий и четвертый резисторы, первый, второй, третий и четвертый конденсаторы со следующими соединениями: регулирующий транзистор выполнен по схеме с общим эмиттером, причем база транзистора соединена со средней точкой резистивного делителя, выполненного на первом и втором резисторах, концы делителя соединены с шиной питания и нулевой шиной; эмиттер регулирующего транзистора через третий резистор соединен с шиной питания, а непосредственно - с коллектором транзистора СВЧ-автогенератора; коллектор регулирующего транзистора через четвертый резистор соединен с базой выходного транзистора и вторым концом четвертого конденсатора, первый конец которого является входом всего выходного каскада; входная инерционная цепь автосмещения содержит последовательно соединенные шестой постоянный резистор, первый и второй диоды, включенные в прямом направлении к нулевой шине, а точка соединения шестого резистора и первого диода через последовательно соединенные пятый переменный резистор и четвертый конденсатор соединена с базой СВЧ-генератора, причем для устранения эффекта возбуждения паразитного контура в цепи управления СПП входными импульсами тока выполняется условие демпфирования ударных колебаний в виде:

R²C/4L>>1,

где R - суммарное последовательное сопротивление шестого и пятого резисторов цепи автосмещения; L - суммарная индуктивность соединительных проводников в цепи управления СВЧ-автогенератора; С - емкость цепи автосмещения, в данном случае четвертая емкость,

а для обеспечения требуемой скорости установления пускового тока дополнительно выполняется условие быстродействия

2L/R<<Т_c,

где Т_c - период суперирующих импульсов U_c.

СВЧ-автогенератор выполнен по патенту РФ №2291467, выполнен на микрополосковой плате с поверхностным монтажом.

Для пояснения сути предлагаемого изобретения приведены следующие схемы, графики и чертежи: Фиг.1 - Структурная схема сверхрегенеративного приемопередатчика; Фиг.2 - Осциллограммы, поясняющие принцип работы СПП с жестким характером установления автоколебаний; Фиг.3 - Зависимость затухания контура СВЧ-автогенератора от амплитуды колебаний; Фиг.4 - (а) - Механизм ударного возбуждения СВЧ-контура СПП импульсами пускового тока эмиттера; (б) - искажение пускового тока импульсами суперирующего сигнала за счет индуктивности соединительных проводников; Фиг.5 - Функциональная схема сверхрегенеративного приемопередатчика; Фиг.6 - Функциональная схема СВЧ-модуля сверхрегенеративного приемопередатчика; Фиг.7 - Электрическая схема СВЧ-модуля сверхрегенеративного приемопередатчика; Фиг.8 - Конструкция микрополосковой платы СВЧ-модуля сверхрегенеративного приемопередатчика.

Структурная схема СПП имеет следующие соединения: шина питания Еп соединена со стабилизатором тока 4 и с генератором суперирующего напряжения 1, вход последнего является входом модуляции, а выход соединен через инерционную цепь автосмещения 2 с стабилизатором тока 4 и СВЧ-автогенератором 5, выход стабилизатора тока 4 соединен с шиной питания СВЧ-автогенератора 5, выход/вход которого соединен с приемопередающей антенной 6.

Структурная схема СПП, приведенная на фиг.1, содержит: генератор суперирующего напряжения (ГСП) - 1; инерционную цепь автосмещения - 2; стабилизатор напряжения питания СВЧ-автогенератора - 3; стабилизатор среднего тока СВЧ-автогенератора - 4; СВЧ-автогенератор - 5; приемопередающую антенну АР3-6.

Принципиальные особенности функционирования СПП можно пояснить, анализируя его работу в течение одного периода суперирующей частоты Т_c. На фиг.2 изображены: U_c - напряжение суперирующей частоты, характеризующееся периодом Т_с и длительностью τ_с; δ_(t) - закон изменения декремента затухания контура СВЧ-автогенератора; - U_изл - огибающая радиоимпульса, излучаемого СПП, длительностью τ_и.

СВЧ-автогенератор СПП периодически включается в момент появления суперирующего импульса U_c и выключается по его окончании на интервале демпфирования τ_д. Рабочая частота СВЧ-автогенератора составляет порядка 1800 МГц. Частота суперирующего напряжения составляет 800 кГц. Колебательная система СПП в выключенном состоянии характеризуется собственным затуханием δ₀. Изменение затухания контура в течение импульса суперизации τ_c определяет процесс развития и установления колебаний в стационарном режиме.

Для обеспечения высокой чувствительности в приемном режиме необходимо осуществлять включение СВЧ-автогенератора с минимальным значением пускового отрицательного затухания δ_п. Для достижения максимальной выходной мощности, пропорциональной A_ст в СПП, требуется увеличивать отрицательное затухание в области средних и больших амплитуд для данного типа активного прибора автогенератора. Для осуществления этих противоречивых требований оказалось необходимым реализовать в контуре СПП режим жесткого установления колебаний. Данный результат может быть получен при анализе упрощенного варианта нелинейного уравнения автогенератора, не учитывающего влияние слабого внешнего сигнала на стационарную амплитуду:

Качественный анализ уравнения позволяет выяснить особенности поведения функции δ (t, A) во временной области (Фиг.2) и в зависимости от амплитуды колебаний А (Фиг.3). Исследование различных вариантов реализации функции δ (t, A) показывают, что, в отличие от рекомендуемого в известной литературе мягкого режима установления колебаний в классическом сверхрегенераторе, в СПП необходимо реализовать переходной процесс с жестким характером установления колебаний [1]. В этом случае запуск СПП может происходить с минимальным отрицательным значением затухания δ_п, что обеспечивает минимальную полосу пропускания и высокую чувствительность. Установление стационарного режима происходит в области максимальных значений амплитуд А_ст, следовательно, при высоком уровне выходной мощности. Необходимо подчеркнуть, что изменение пускового затухания δ_п практически не влияет на А_ст. Это позволяет, в конечном счете, раздельно и эффективно регулировать параметры приемного и передающего режимов работы СПП путем регулировки пускового тока СВЧ-автогенератора в момент включения. Следует подчеркнуть, что для обеспечения переходного процесса с жестким характером установления колебаний необходимо цепь базы транзистора СВЧ-автогенератора управлять импульсами напряжения, вырабатываемыми генератором суперирующего напряжения с низким выходным сопротивлением. Практически эти импульсы формируются с помощью прямосмещенных диодов, обеспечивающих низкое дифференциальное выходное сопротивление ГСН. Максимум отрицательного затухания в области средних значений амплитуд обеспечивает быстрый переход от приемного к передающему режиму работы СПП. Это способствует формированию практически прямоугольных радиоимпульсов и симметричного спектра излучения СПП, характерного для последовательности радиоимпульсов.

Сверхрегенеративный эффект усиления сводится к сокращению времени задержки τ_з переднего фронта радиоимпульсов СВЧ-автогенератора на величину Δτ_з при появлении внешнего сигнала U_зс в течение приемного интервала работы τ_пр, примыкающего к моменту запуска СПП. Уровень выходного сигнала СПП, в зависимости от уровня запросного сигнала в режиме первичной реакции, можно оценить с помощью упрощенного выражения:

где

A_Σ - эффективная амплитуда шумов в контуре СПП в момент запуска; A_c - амплитуда внешнего сигнала.

Приведенные выражения показывают, что эффект усиления Δτ_з в основном определяется величиной пускового затухания δ_п.Возникновение автоколебаний происходит при пусковом затухании δ_п=0, когда ток коллектора активного прибора равен граничному значению I_к=I_гр. Развитие автоколебаний происходит при δ_п>0, которое определяется пусковым током автогенератора I_п>I_гр в момент включения. Поэтому изменением величины I_п осуществляется регулировка времени задержки τ_з и эффекта усиления - приращения времени задержки Δτ_з. Таким образом, СПП является приемопередатчиком с временным разделением приемного и передающего режимов работы.

Важно подчеркнуть, что практически в транзисторном СВЧ-автогенераторе СПП пусковой ток I_п в течение приемного интервала превышает граничное значение I_гр всего на десятки-сотни мкА. Поэтому для снижения эффекта ударного возбуждения контура СВЧ-автогенератора и обеспечения высокой чувствительности форма импульсов тока эмиттера в течение приемного интервала должна быть плавно нарастающей от нуля до пускового значения I_п (см. фиг.2). Далее постоянная составляющая тока эмиттера I_эо (и тока коллектора I_ко=I_эо) изменяется синхронно с амплитудой автоколебаний за счет жесткого характера переходного процесса до максимальных значений для данного активного прибора вплоть до установления стационарного режима. При этом следует подчеркнуть, что стационарные амплитуды A_ст и I_эоmax не зависят от величины пускового тока I_п.Необходимо отметить, что среднее значение постоянного тока коллектора I_{к ср} за период суперизации определяется соотношением τ_з и τ_с.Поскольку величина τ_з регулируется пусковым током I_п, то оказывается, что регулировка среднего тока I_{к ср} вызывает соответствующее изменение пускового тока СВЧ-автогенератора. Например, при увеличении среднего тока I_{к ср} нарастает пусковой ток I_п, что приводит к уменьшению времени задержки τ_з, увеличению длительности радиоимпульсов τ_и и снижению чувствительности. При уменьшении среднего тока I_{к ср} процесс идет в обратном направлении. Таким образом стабилизация I_{к ср} позволяет стабилизировать τ_з, следовательно, чувствительность и полосу пропускания в приемном режиме, а также длительность и мощность излучаемых радиоимпульсов СПП τ_и. Соответственно выбор длительности суперирующих импульсов τ_с позволяет оптимизировать соотношение чувствительности и излучаемой средней мощности СПП.

Механизм ударного возбуждения контура СВЧ-автогенератора импульсами пускового тока известен (см. стр.140-146 [2]) и продемонстрирован на фиг.4 (а). Ударные СВЧ-колебания обозначены цифрой 1, автоколебания СВЧ-автогенератора обозначены цифрой 2. Выбором минимальной величины пускового тока I_п<2-5 мА и крутизны его нарастания удается снизить уровень ударных СВЧ-колебаний до уровня флуктуационных шумов порядка минус 120-125 дБ/Вт.

Проведенные исследования в процессе работы над материалами заявки позволили выяснить еще один механизм дополнительных низкочастотных ударных колебаний, нарушающих работу СПП. В известных устройствах ГСН подключен к СВЧ-автогенератору СПП с помощью соединительных проводников, имеющих конечное значение индуктивности. Для анализа механизма дополнительных ударных колебаний на фиг.5 изображена функциональная схема реального СПП радиозонда, содержащая: генератор суперирующего напряжения (ГСН) - 1; стабилизатор напряжения питания СВЧ-автогенератора - 2; стабилизатор среднего тока СВЧ-автогенератора - 3; инерционную цепь автосмещения, образованную выходным эквивалентным сопротивлением ГСН, резистором - 4, входным эквивалентным сопротивлением СВЧ-автогенератора и конденсатором - 5; СВЧ-автогенератор - 4; индуктивность конструктивных проводников в цепи выхода ГСН, цепи автосмещения и входа управления СВЧ-автогенератора - 7. Приемопередающая антенна АРЗ условно не показана.

Импульсы тока, вырабатываемого ГСН, создают на индуктивности 7 низкочастотные ударные колебания в цепи управления СВЧ-автогенератора. Поскольку, как отмечалось ранее, фактически разница между граничным и пусковым токами СВЧ-автогенератора составляет всего десятки-сотни мкА, это приводит к искажению формы пускового тока эмиттера I_эо в течение приемного интервала (см. фиг.4, б), следовательно, к снижению чувствительности и устойчивости работы СПП. Анализ параметров паразитного контура в цепи управления СПП показывает, что для устранения эффекта возбуждения паразитного контура в цепи управления СПП импульсами тока ГСН необходимо выполнить условие демпфирования низкочастотных ударных колебаний в виде:

где R - суммарное последовательное сопротивление контура цепи автосмещения; L - суммарная индуктивность соединительных проводников в цепи управления СВЧ-автогенератора; С - емкость цепи автосмещения.

Практически величины R и С могут изменяться в процессе настройки СПП в десятки раз от номинальных значений, поэтому для обеспечения требуемой скорости установления пускового тока необходимо дополнительно выполнить условие быстродействия

Таким образом, для обеспечения обоих требований необходимо в конструкции СПП минимизировать паразитную индуктивность соединительных проводников в цепи управления СПП.

Наилучшее конструктивное решение этой задачи достигается путем размещения выходного каскада ГСН формирующего управляющие видеоимпульсы непосредственно на микрополосковой плате СВЧ-автогенератора. При этом индуктивность соединительных печатных проводников оказывается стабильной и минимально возможной. В конечном счете, в такой конструкции обеспечивается плавное и достаточно быстрое установление пускового тока в течение приемного интервала СПП, что позволяет эффективно регулировать полосу пропускания и чувствительность СПП, существенно повысить стабильность его работы.

На фиг.6 приведена функциональная схема СВЧ-модуля. Она содержит выходную цепь ГСН, стабилизатор тока и СВЧ-автогенератор. На фиг.7 изображена электрическая схема СВЧ-модуля сверхрегенеративного приемопередатчика. Один из вариантов конструктивного совмещения выходного каскада ГСН, стабилизатора тока и СВЧ-автогенератора в микрополосковом исполнении приведен на фиг.8.

Как отмечалось выше, важным узлом СПП является стабилизатор среднего тока СВЧ-автогенератора. Он также конструктивно размещен на плате СВЧ-модуля. Работа стабилизатора осуществляется следующим образом. Стабилизатор среднего тока СВЧ-автогенератора выполнен на транзисторе VT1; резисторах R1, R2, R3, R4; конденсаторах C1, C2, С3. Резисторы R1, R2 образуют цепочку смещения базы транзистора VT1. На резисторе R3 средний ток коллектора I_{к ср} СВЧ-автогенератора VT2 создает падение напряжения, которое является запирающим для транзистора VT1. Величина тока I_{к ср} регулируется выбором соотношения резисторов R1, R2. При нарастании тока I_{к ср} под действием дестабилизирующих факторов транзистор VT1 будет запираться и уменьшать ток базы СВЧ-транзистора, возвращая к заданному значению величину тока I_{к ср}. При уменьшении тока I_{к ср} процесс стабилизации идет в обратном направлении. Конденсаторы C1, C2, С3 включены таким образом, что они обеспечивают эффективную фильтрацию импульсов тока коллектора транзистора VT2 и соответствующий сдвиг фазы возмущающего воздействия по цепи обратной связи, образованной транзистором VT1 с целью максимального снижения влияния импульсов тока коллектора VT2 на приемный режим СПП. Следует подчеркнуть, что цепь смещения R1, R2 обеспечивает коррекцию тока I_{к ср} при изменении напряжения питания цепи коллектора Е_к таким образом, что чувствительность СПП остается постоянной. Так при повышении напряжения питания Е_к повышается чувствительность и снижается стабильность работы СПП. Поскольку напряжение смещения базы транзистора VT1 также повышается, происходит соответствующее увеличение тока коллектора I_{к ср} транзистора VT2, при этом чувствительность СПП стабилизируется. При понижении напряжения питания Е_к процесс регулирования тока идет в обратном направлении и обеспечивает стабилизацию чувствительности СПП. Необходимо подчеркнуть, что введение стабилизатора тока существенно облегчает настройку приемопередатчика в условиях производства, поскольку величина тока остается оптимальной при всех режимах итерационной регулировки устройства.

ГСН вырабатывает видеоимпульсы с частотой порядка 800 кГц, управляющие непосредственно работой СВЧ-автогенератора. Выходной каскад ГСН конструктивно размещается на плате СВЧ-автогенератора с целью снижения эффекта ударного возбуждения импульсами ГСН паразитных индуктивностей соединительных проводников в цепи базы и эмиттера СВЧ-транзистора. Практически эти импульсы формируются с помощью прямосмещенных диодов VD1, VD2, обеспечивающих низкое дифференциальное выходное сопротивление ГСН. Резистор 6 определяет величину импульсов тока, протекающего через диоды. При настройке СПП выходное сопротивление ГСН регулируется путем включенного последовательно резистора 5 (фиг.6).

Конструктивное исполнение выходного каскада ГСН и стабилизатора тока на одной печатной плате совместно с СВЧ-автогенератором СПП значительно снижает влияние индуктивности соединительных проводников блока телеметрии радиозонда на устойчивость работы СПП, повышает технологичность сборки и облегчает настройку в условиях производства. В качестве конкретного примера на фиг.7 приведена полная электрическая схема СВЧ-модуля СПП радиозонда. На фиг.8 приведено размещение конструктивных элементов стабилизатора тока, выходного каскада ГСН и СВЧ-автогенератора, выполненного по патенту РФ №2291467 (Сверхрегенеративный приемопередатчик). Конструктивные элементы СВЧ-модуля, изображенного на фиг.8, имеют следующие обозначения: 7 - Микрополосковый резонатор в цепи эмиттера - W1; 8 - Микрополосковый резонатор в цепи базы - W2; 9 - Вход - выход СВЧ; 10 - Четвертьволновый микрополосковый дроссель в цепи коллектора - W4; 11 - Резистор R3; 12 - Конденсатор С3; 13 - Конденсатор С1; 14 - Резистор R1; 15 - Общий проводник; 16 - Транзистор VT1; 17 - Резистор R2; 18 - Конденсатор С1; 19 - Вывод цепи питания коллектора Е_к; 20 - Резистор R5; 21 - Вход суперирующих видеоимпульсов; 22 - Резистор R6; 23 - Конденсатор С6; 24 - Микрополосковая плата СВЧ; 25 - СВЧ-транзистор VT2; 26 - Четвертьволновый микрополосковый дроссель в цепи эмиттера - W3; 27 - Общий проводник; 28 - Резистор R4; 29 - Микрополосковый резонатор в цепи коллектора - W6; 30 - Четвертьволновый микрополосковый дроссель в цепи базы - W5; 31 - Резистор R5; 32 - Диоды VD1, VD2; 33 - Общий проводник;

СВЧ-модуль СПИ содержит регулирующий транзистор VT1, выходной СВЧ-транзистор VT2, шину питания Ек и нулевую шину, первый, второй, третий и четвертый R1-R4 резисторы, первый, второй, третий и четвертый С1-С4 конденсаторы со следующими соединениями: регулирующий транзистор VT1 выполнен по схеме с общим эмиттером, причем база транзистора соединена со средней точкой резистивного делителя R1-R2, выполненного на первом и втором резисторах, концы делителя соединены с шиной питания Ек и нулевой шиной; эмиттер регулирующего транзистора через третий резистор R3 соединен с шиной питания Ек, а непосредственно - с коллектором транзистора VT2 СВЧ-автогенератора: коллектор регулирующего транзистора VT1 через четвертый резистор R4 соединен с базой выходного транзистора VT2 и вторым концом четвертого конденсатора С4, первый конец которого является входом всего выходного каскада; СВЧ-транзистор VT2 включен по схеме с общим эмиттером, а электрическая схема выполнена на микрополосковых отрезках, причем длина их берется заведомо большей, чем λ/4, а в процессе настройки длина отрезков выбирается в зависимости от величин паразитных емкостей и индуктивностей СВЧ-транзистора VT2 и конкретной топологии автогенератора, учитывая, что отрезки длиной<λ/4 играют роль емкости, а>λ/4 - роль индуктивности; первый конденсатор С1 включен между коллектором регулирующего транзистора и нулевой шиной, второй конденсатор С2 - между базой и коллектором, третий конденсатор С3 - между эмиттером и нулевой шиной, четвертый конденсатор С4 - между базой СВЧ-транзистора VT2 и входом каскада; эмиттер регулирующего транзистора VT1 соединен с коллектором СВЧ-транзистора VT2 через резистор R5 и микрополосковый отрезок W4, а коллектор СВЧ-транзистора VT2 через микрополосковый отрезок W6-W7 соединен с антенной радиозонда.

Указанные узлы принципиальной электрической схемы могут быть выполнены на следующих электрорадиоэлементах: VT1 - биполярный транзистор типа p-n-p KT3129A9 (см. Автор Перельман Б.Л. Новые транзисторы. Справочник, - Часть 11, «Солон», 1996, с.29-31); VT2 - СВЧ-транзистор типа КТ637А (см. Полупроводниковые приборы. Транзисторы средней и большой мощности.: Справочник - 3-е изд.; Под ред. А.В.Голомедова. М.: КУбК-а, 1995 г., с.406-407; конденсаторы С1-С5 безвыводные, типа К10-47 В (см. Справочная книга радиолюбителя-конструктора, под ред. П.И.Чистякова, М, Р и С, 1990, с.403); МПЛ-отрезки и дроссели на микрополосковых линиях (см. Справочник по элементам полосковой техники, под ред. А.Л.Фильдштейна, М., Связь, 1979, с.20); резисторы типа Р1-12 (см. Справочная книга радиолюбителя-конструктора, под ред. П.И.Чистякова, М., Радио и Связь, 1990, с.381).

Усовершенствование конструкции и технологии производства СПП позволило повысить его чувствительность до - 90÷100 дБ/Вт при средней мощности излучения 180-250 мВт и кпд не менее 25%. Данный приемопередатчик АРЗ обеспечивает точное измерение наклонной дальности наземной РЛС до 200-300 км с погрешностью не хуже ±15 м, при малом уровне запросной мощности. Так импульсная мощность передатчика РЛС составляет 200 Вт, средняя - 0,2 Вт. Передача телеметрических сигналов АРЗ осуществляется на этой же частоте путем частотной модуляции суперирующих импульсов, т.е на одной несущей частоте осуществляется измерение всех координат АРЗ: угол места, азимут, дальность и осуществляется передача телеметрических сигналов метеорологических величин. В конечном счете применение СПП позволяет значительно снизить затраты на получение аэрологической информации на сети Росгидромета РФ.

Литература

1. Иванов В.Э., Фридзон М.Б., Ессяк С.П. «Радиозондирование атмосферы. Технические и метрологические аспекты разработки и применения радиозондовых измерительных средств», под ред. В.Э.Иванова. Екатеринбург. УрО РАН. 2004. 596 с. ISBN 5-7691-1513-0 (см. с.551-554).

2. Сверхрегенераторы. М.К.Белкин, Г.И.Кравченко, Ю.Г.Скоробутов, Б.А.Стрюков; под редакцией М.К.Белкина. - М.: Радио и связь, 1983. - 248 с., ил.

1. СВЧ-модуль сверхрегенеративного приемопередатчика (СПП) радиозонда, содержащий СВЧ-автогенератор, инерционную цепь автосмещения, стабилизатор тока, шину питания и нулевую шину, отличающийся тем, что стабилизатор тока содержит регулирующий транзистор, первый, второй, третий и четвертый резисторы, первый, второй, третий и четвертый конденсаторы со следующими соединениями: регулирующий транзистор выполнен по схеме с общим эмиттером, причем база регулирующего транзистора соединена со средней точкой резистивного делителя, выполненного на первом и втором резисторах, концы делителя соединены с шиной питания и нулевой шиной; эмиттер регулирующего транзистора через третий резистор соединен с шиной питания, а непосредственно - с коллектором транзистора СВЧ-автогенератора: коллектор регулирующего транзистора через четвертый резистор соединен с базой транзистора СВЧ-автогенератора и вторым концом четвертого конденсатора, первый конец которого является входом всего выходного каскада.

2. СВЧ-модуль по п.1, отличающийся тем, что инерционная цепь автосмещения содержит последовательно соединенные шестой постоянный резистор, первый и второй диоды в прямом направлении к нулевой шине, а точка соединения шестого резистора и первого диода через последовательно соединенные пятый переменный резистор и четвертый конденсатор соединена с базой транзистора СВЧ-генератора, причем для устранения эффекта возбуждения паразитного контура в цепи управления СПП входными импульсами тока выполняется условие демпфирования ударных колебаний в виде:

R²C/4L>>1, (l)

где R - суммарное последовательное сопротивление шестого и пятого резисторов цепи автосмещения; L - суммарная индуктивность соединительных проводников в цепи управления СВЧ-автогенератора; С - емкость цепи автосмещения, в данном случае четвертая емкость, а для обеспечения требуемой скорости установления пускового тока дополнительно выполняется условие быстродействия

2L/R<<Т_с.(2),

где Т_с - период суперирующих импульсов U_c.

3. Конструктив СВЧ-модуля по п.1, отличающийся тем, что выполнен на микрополосковой плате с поверхностным монтажом.