Адаптивное антенное согласующее устройство
Владельцы патента RU 2359402:
Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственное предприятие "Полет" (RU)
Изобретение относится к радиоэлектронике, а именно к антенно-фидерным устройствам ДКМВ диапазона. Технический результат заключается в повышении КБВ в радиопередающем тракте и увеличении ширины полосы согласования. В адаптивном антенном согласующем устройстве, выполненном на основе согласующего контура, в котором индуктивности соединены последовательно, а между ними параллельно включено по три емкости C1(i)=C(min), C2(i)=C(0), C3(i)=C(max) с возможностью их коммутации посредством схемы управления на основе сравнения по заданному алгоритму напряжений в соседних плечах каждого звена согласующего контура, которое осуществляется на компараторах, имеющих отрицательный порог срабатывания для подключения C1(i) и C2(i) и положительный порог срабатывания для подключения C3(i), между последним звеном и нагрузкой включен дополнительный широкополосный согласующий контур (ШСК). 3 ил.
Изобретение относится к радиоэлектронике, а именно к антенно-фидерным устройствам ДКМВ диапазона.
Известно адаптивное антенное согласующее устройство [патент RU №2282284], выполненное на основе согласующего контура, в котором индуктивности соединены последовательно, а между ними параллельно включено по три емкости с возможностью их коммутации посредством схемы управления на основе сравнения по заданному алгоритму напряжений в соседних плечах каждого звена согласующего контура.
Это устройство может быть взято за прототип предлагаемого устройства.
Основным недостатком прототипа является то, что на нижнем участке рабочего диапазона частот наблюдается, в зависимости от типа антенны, значительное ухудшение согласования (уменьшение КБВ), что приводит к ухудшению качества связи, потери передаваемой мощности. Этот недостаток можно устранить увеличением числа звеньев устройства, что приведет к увеличению потерь, массы и габаритов, усложнению конструкции.
Основной технической задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является повышение КБВ в радиопередающем тракте, увеличение ширины полосы согласования.
Указанный технический результат достигается тем, что в адаптивном антенном согласующем устройстве, выполненном на основе согласующего контура, в котором индуктивности соединены последовательно, а между ними параллельно включено по три емкости C1(i)=C(min), C2(i)=С(0), C3(i)=C(max) с возможностью их коммутации посредством схемы управления на основе сравнения по заданному алгоритму напряжений в соседних плечах каждого звена согласующего контура, которое осуществляется на компараторах, имеющих отрицательный порог срабатывания для подключения C1(i) и C2(i) и положительный порог срабатывания для подключения C3(i), между последним звеном и нагрузкой включен дополнительный широкополосный согласующий контур (ШСК).
На фиг.1 показана структурная электрическая схема адаптивного антенного согласующего устройства, где обозначено:
L(i) - индуктивность i-го звена согласующего устройства;
C1(i)=C1(i+1)=C(min);
C2(i)=C2(i+1)=C(0);
C3(i)=C3(i+1)=C(max).
1 - узел коммутации;
2 - устройство управления;
3 - широкополосный согласующий контур (ШСК).
Данные условия выполняются для всех звеньев устройства.
На фиг.2 и 3 представлены примеры реализации схем ШСК для двух типов антенн, а именно:
на фиг.2 представлена схема ШСК, работающая с антенной, импеданс которой имеет преимущественно индуктивный характер,
где обозначено:
L1-L4 - индуктивности звеньев ШСК;
С1-С4 - емкости звеньев ШСК;
4 - эквивалент индуктивной антенны, где: La - индуктивность антенны;
Ra1 - активное сопротивление антенны.
На фиг.3 представлена схема ШСК, работающая с антенной, импеданс которой имеет преимущественно емкостный характер,
где обозначено:
L5-L7 - индуктивности звеньев ШСК;
С5-С6 - емкости звеньев ШСК;
5 - эквивалент емкостной антенны, где:
Са - емкость антенны;
Ra2 - активное сопротивление антенны.
Устройство состоит из согласующего контура, в котором индуктивности соединены последовательно, а между ними параллельно включено по три емкости C1(i)=C(min), C2(i)=C(0), C3(i)=C(max) узла 1 коммутации для переключения емкостей, соединенного с устройством управления 2, и широкополосного согласующего контура 3, включенного между последним звеном согласующего контура и нагрузкой.
Устройство работает следующим образом.
При прохождении ВЧ сигнала измеряются уровни напряжения в соседних плечах каждого звена согласующего контура и сравниваются между собой посредством сравнивающих устройств. Если напряжение на емкости i-го звена меньше напряжения на емкости (i+1)-го звена на величину, превышающую уровень нечувствительности сравнивающего устройства, то устройство управления отключает в 1-ом звене емкости С2 и С3 и подключает емкость C1=C(min).
Если напряжение на емкости i-го звена больше напряжения на емкости (i+1)-го звена на величину, превышающую уровень нечувствительности сравнивающего устройства, то устройство управления отключает в i-ом звене емкости С1 и С2 и подключает емкость С3=С(max).
В том случае, если напряжения на емкостях i-го и (i+1)-го звеньев равны или отличаются на величину, меньшую уровня нечувствительности сравнивающего устройства, то устройство управления отключает в i-ом звене емкости С1 и С3 и подключает емкость С2=С(0).
Подключение и отключение емкостей происходит с помощью узла коммутации 1 по сигналам от устройства управления 2.
С помощью дополнительного широкополосного согласующего контура 3 происходит увеличение КБВ антенны, что достигается за счет выравнивания характеристики импеданса антенны, уменьшения коэффициента отражения антенны.
Таким образом, адаптивное антенное согласующее устройство настраивается уже не на антенну с низким КБВ, а на нагрузку, состоящую из антенны и широкополосного согласующего контура, имеющую более высокий КБВ.
Сравнение напряжений происходит в компараторах, имеющих отрицательный и положительный пороги срабатывания в зависимости от того, какие емкости подключаются (С1, С2 или С3), после чего полученное напряжение поступает на узлы коммутации, состоящие из ВЧ-переключателей и ВЧ-транзисторов, и в соответствии с описанным выше алгоритмом происходит коммутация конденсаторов. Таким образом, устройство настраивается на каждую конкретную частоту в пределах рабочего диапазона частот.
В зависимости от уровня мощности передаваемого сигнала в качестве элементов согласующих контуров можно использовать конденсаторы К15-33, катушки индуктивности на проводе ПЭВ-2 без сердечника. В качестве элементов коммутации целесообразно использовать реле фирмы Kilovac.
Схема управления может быть реализована на компараторах LM139AD фирмы STM, диодах 2Д522, транзисторах IRF7103 фирмы IR.
Макет устройства реализован в диапазоне частот 2-30 МГц для работы на щелевую антенну и антенну штыревого типа. Достигнутое значение КБВ составило не менее 0,7.
Адаптивное антенное согласующее устройство, выполненное на основе согласующего контура, в котором индуктивности соединены последовательно, а между ними параллельно включено по три емкости C1(i)=C(min), C2(i)=C(0), C3(i)=C(max) с возможностью их коммутации посредством схемы управления на основе сравнения по заданному алгоритму напряжений в соседних плечах каждого звена согласующего контура, которое осуществляется на компараторах, имеющих отрицательный порог срабатывания для подключения C1(i) и C2(i) и положительный порог срабатывания для подключения C3(i), отличающееся тем, что между последним звеном и нагрузкой включен дополнительный широкополосный согласующий контур.
