Способ генерирования регламентируемых колебаний



Способ генерирования регламентируемых колебаний

 


Владельцы патента RU 2483427:

Прокофьев Евгений Васильевич (RU)

Изобретение относится к радиотехнике. Технический результат - генерирование регламентируемых колебаний без узлов вычислительной техники. Способ генерирования регламентируемых колебаний основан на управлении знаком генерируемой частоты путем инвертирования управляющего входного напряжения Xo, в колебательном LC контуре устанавливаются особые начальные условия (ОНУ) между начальным напряжением Xo на конденсаторе С*, который выполнен в виде двух последовательно соединенных конденсаторов, и начальными токами в индуктивности L либо Io1 в режиме 1, либо Io2 в режиме 2, прерывая подачу ОНУ в контур обеспечивают генерацию одиночных затухающих цугов регламентируемых колебаний. 1 ил.

 

Предлагаемое изобретение относится к радиотехнике и, в частности, к технике генерирования колебаний специальной формы и может быть использовано в радиоизмерительной технике и радиосвязи. Цуги (пачки колебаний) нашли широкое применение в радиотехнике. Цуги затухающих гармонических колебаний применяются, в частности, для настройки радиолокационной аппаратуры, в форме так называемого "звенящего контура".

Известен новый тип гармонических колебаний - регламентируемые колебания (РК), которые генерируются с помощью узлов аналоговой вычислительной техники (интеграторы, тригонометрические функциональные преобразователи), особенностью которых является строго регламентируемый характер изменения мгновенной фазы этих колебаний во времени [2]. Мгновенная фаза РК либо только убывает, либо только возрастает, а ее временная крутизна (частота) может управляться в широких пределах отрицательных и положительных значений, в том числе и быть равной нулю [3].

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ генерирования колебаний [2]. Способ выполняют следующим образом.

1. Осуществляют тригонометрическое преобразование диапазона входных напряжений в выходные напряжения, моделирующие один период косинусоидальной зависимости.

2. В качестве диапазона входных напряжений выбирают пилообразноубывающее напряжение с резким скачком во время обратного хода.

3. Управление знаком крутизны фазы генерируемых колебаний осуществляют инвертированием пилообразного напряжения.

Технической задачей, решаемой изобретением, является генерирование РК без применения узлов вычислительной техники с использованием возможностей классического LC контура, адекватной математической моделью которого является уравнение гармонического осциллятора [1].

где Х - напряжение на конденсаторе G (В), 2h=r/L - коэффициент затухания контура (1/сек), r - сопротивление катушки индуктивности (Ом), - квадрат частоты собственных колебаний в контуре (1/сек2). Для решения поставленной задачи воспользуемся его общим решением (см. [1]).

Оно состоит из двух сомножителей: экспонентно затухающего и незатухающего осциллирующего. В осциллирующем сомножителе, являющемся суммой двух колебательных незатухающих с течением времени t процессов с постоянными амплитудами А и В в вольтах, определяемых конкретным начальными условиями при t=0, т.е., Х(0)=Хо, в сочетании с признаком колебательности, т.е. с мнимой единицей имеет место математически четкая регламентация осциллирующих слагаемых по знаку частоты f этих колебаний, которая незначительно отличается от fo, т.к. h<<fo (см. [1]). В первом слагаемом мгновенная фаза ft со временем возрастает, т.е. частота положительная, а во втором - мгновенная фаза -ft с течением времени убывает, т.е. частота отрицательная. В связи с этим общепринятый переход к тригонометрическим функциям для решения поставленной задачи нецелесообразен, т.к. при этом теряется информация о знаке частоты, а для ее решения из (2) при t=0 получим два алгебраических уравнения

откуда найдем условия по выбору констант А и В через Хо и .

Таким образом, для генерации РК только с положительной частотой (РК-плюс) следует обеспечить выбор константы В=0 за счет выполнения согласно (5) особой связи между начальными условиями

Тогда из (4) следует, что А=Хо. Аналогично для РК-минус следует обеспечить выбор константы А=0 за счет выполнения согласно (4) другой особой связи между начальными условиями

Тогда из (5) следует, что В=Хо.

Предлагаемый способ осуществляют следующим образом.

Поскольку с прототипом общим совпадающим является прием по управлению знаком частоты генерируемых РК, то этот прием поставлен на первую позицию.

1. Управляют знаком частоты РК путем инвертирования знака 1-го источника напряжения Хо в режимах РК+ и РК-.

Готовятся особые начальные условия(ОНУ) путем следующих приемов.

2. Выбирают емкость конденсатора контура С*в виде последовательно включенных конденсаторов С1=С и С2=2С, где С емкость конденсатора контура с одним конденсатором.

3. Выбирают 2-й источник с напряжением Х*=(2/9)Хо, и 3-й источник - Хо, где Хо - 1-й источник.

4. Пропускают в индуктивности L через резистор Rт постоянные токи Io1=-Xo/(RT+r+R+) в режиме РК+ и Io2=Xo/(RT+r+R-) в режиме РК-, где R+ и R- переменные резисторы для реализации особых связей (6), (7).

5. Эквивалентно заменяют начальное условие по формуле скачком тока в L в режиме РК+I+=Xo/(Rт+r+R+), а в режиме РК - скачком I-=-Xo/(Rт+r+R-).

6. Реализуют (6) резистором R+ по формуле

7. Реализуют (7) резистором R- по формуле

В исходном положении (ИП) в обоих режимах через две пары нормально замкнутых контактов прерывателя вводят подготовленные ОНУ в контур следующим путем.

8. Пропускают токи Io1, Io2 через 1 пару контактов.

9. Заряжают конденсаторы С1 и С2 через резистор Rз и 2 пару от X*.

По команде пуск (П) синхронно в обоих режимах обеспечивают следующие операции.

10. Подают на конденсатор С* начальное условие Х(0)=Хо.

11. Подают начальное условие в виде толчков тока I+, I-.

12. Снимают с конденсатора С* одиночный цуг затухающих РК

13. Повторяют цуг переключениями ИП-П прерывателя.

Сопоставительный анализ заявленного способа с прототипом показывает, что предлагаемый способ отличается всеми признаками, кроме первого. Такое существенное отличие объясняется странной постановкой и успешным решением задачи поиска РК в обычной радиотехнике, в частности, в классическом колебательном контуре, поскольку последние патенты по РК получены на элементах и узлах аналоговой вычислительной техники, которые радикально отличаются от элементов колебательного контура. Поэтому в предлагаемом изобретении имеется не просто «новизна», а «необыкновенная новизна».

Особенностью предлагаемого способа является математическая постановка и решение задачи по поиску РК. Именно математика уравнения гармонического осциллятора открыла путь к решению задачи и она же предотвратила наступление тупиковой ситуации в ее решении, показав нецелесообразность перехода к тригонометрическим функциям.

Анализ многих технических решений на предмет выявления в них похожих свойств не выявил таких решений. Очень отдаленно в способе [4] применяется для создания импульсных толчков при автоподстройке амплитуды.

Вышеприведенный анализ позволяет сделать вывод о соответствии предлагаемого способа критерию «изобретательский уровень».

На фиг.1 дан пример реализации предлагаемого способа. Устройство состоит из колебательного контура 1, пускового сдвоенного тумблера 2 и одинарного тумблера 3 выбора режимов генерации РК+ и РК- (прием 1). Симметричные по знаку источники напряжения +-Е обеспечивают работу устройства. Потенциометры 4, 5 формируют из источника Е напряжения X* 2-го источника и Хо 1-го источника. С движка потенциометра 6 снимается напряжение 3-го источника -Хо (прием 3).

Важнейшей частью предлагаемого устройства являются цепи подготовки и введения ОНУ. Их специфика заключается в необходимости одновременности(синхронности) введения ОНУ в момент пуска, что требуют особые условия связи (6), (7) между начальными условиями и Xo. Реализация этих условий затрудняется невозможностью в типовом контуре и заряжать конденсатор и пропускать ток в индуктивности без разрыва цепи между ними. Введение такого разрыва вносит новые трудности (дребезг и сопротивление контактов и т.п.). Для преодоления этих трудностей вводится последовательная цепочка конденсаторов С1 и С2 в качестве конденсатора контура С*. При выборе С1=С, а С2=2С, где С емкость эквивалентного конденсатора контура с одним конденсатором, на конденсаторе С*=(2/3)С в момент пуска будет начальное напряжение Хо, т.к. по команде пуск конденсаторы С1, С2 переключаются из параллельных при зарядке напряжением Х*=(2/9)Хо в последовательные (прием 2).

Подготовка ОНУ по : в индуктивности L пропускают постоянные токи

где R+, R- переменные резисторы (прием 4), из которых при пуске формируются подобранные по величине толчки токов (прием 5)

Реализуют выполнение условия (6) подбором резистора R+ (прием 6), а условия (7) подбором резистора R- (прием 7) (см. (8), (9)).

И последние подготовительные приемы ОНУ, гарантирующие реализацию (6), (7), выполняются в ИП путем подачи постоянных токов Io1, Io2 через 1-ю пару контактов (прием 8) и зарядку конденсаторов через резистор Rз и 2-ю пару контактов (прием 9). Таким образом, приемы 2-9 являются подготовительными, необходимыми для решения поставленной задачи. Решение задачи завершается прерыванием подачи ОНУ (приемы 10, 11) по команде П (тумблер 2) и снятием генерируемого цуга затухающего РК (прием 12). Повторение цугов осуществляют переключениями ИП↔П прерывателя (прием 13).

Таким образом, техническая реализация предлагаемого способа проста, т.к.не требует активных элементов типа транзисторов. В этом у него преимущество по сравнению с [2, 3] и поэтому есть перспектива его применения на СВЧ до частот в районе 1 ГГц.

Список использованных источников

1. Андронов А.А., Витт А.А., Хайкин С.Э. Теория колебаний / под ред. Н.А.Железцова, М.: Физматгиз, 1958 г.

2. Патент РФ №2131144. Способ генерирования колебаний / Авт. изобр. Прокофьев E.B., G06G 7/26, Н06В 1/00, опубл. БИ 15, 1999 г.

3. Патент РФ №2294053. Генератор пилообразного напряжения // Авт. изобр. Прокофьев Е.В., Тюрин А.В., Колесников С.Н., Осенчугов А.Н., H03K 4/50, опубл. БИ 5, 2007 г.

4. АС СССР №959049. Способ формирования стабилизированного по амплитуде колебания в замкнутой колебательной системе / Авт. изобр. Алексеев А.С., Прокофьев Е.В. G05F 1/00, G06F 7/26, опубл. БИ 34, 1982 г.

Способ генерирования регламентируемых колебаний, основанный на управлении знаком частоты генерируемых колебаний инвертированием знака напряжения входного источника Хо первого входного источника путем переключения режимов 1 и 2, отличающийся тем, что выбирают емкость конденсатора С* в колебательном LC контуре последовательно соединенными конденсаторами С1=С и С2=2С, где С - емкость конденсатора эквивалентного контура с одним конденсатором, выбирают регулируемый источник напряжения X* в качестве второго входного источника, в исходном положении (ИП) вводят особые начальные условия (ОНУ) путем установления напряжения X* в узле конденсаторов C1, C2 через резистор R3 и пропускания в индуктивности L через резистор Rт начальных токов положительного l01 и отрицательного l02, величину которых подбирают резисторами R+ в режиме 1 и R- в режиме 2 согласно особым связям между начальными условиями Х(0)=Хо и по команде пуск (П) прерывают подачу ОНУ в контур, снимают с конденсатора С* одиночный цуг затухающих регламентируемых колебаний (РК),
в режиме 1 либо
в режиме 2,
повторяют цуг путем переключений ИП П прерывателя, где h, f и r - параметры контура.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к генерированию микроволновых импульсов. .

Изобретение относится к микроволновому генератору в соответствии с преамбулой п.1 формулы изобретения. .

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано в радиопередающих устройствах. .

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано в радиопередающих устройствах. .

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано в радиопередающих устройствах. .

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано в ключевых усилителях мощности радиопередающих устройств. .

Изобретение относится к области генерирования высокочастотных затухающих колебаний и может использоваться в сварочной технике. .

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано для питания импульсных частотных нагрузок, например, мощных импульсных газовых лазеров и сильноточных наносекундных ускорителей с высокой частотой повторения импульсов.

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в радиоизмерительной технике и радиосвязи. Достигаемый технический результат - обеспечение установления необходимого характера затухания в регламентируемых колебаниях (РК). Способ управления затуханием в колебательном LC-контуре основан на подключении к контуру между землей и катушкой индуктивности дополнительного резистора ρ<<r, где r - активное сопротивление катушки, и введении особых начальных условий генерирования РК, при этом вводят в контур стороннюю ЭДС, величина которой равна усиленному в к раз без инверсии напряжению с резистора ρ, и периодизацию режимов пуска и исходного положения. Устанавливают и наблюдают требуемый характер затухания путем регулирования эквивалентного сопротивления контура r*=r-ρ(к-1), при r*>0 - процесс затухающий, при r*=0 - процесс не затухающий, при r*<0 - процесс возрастающий. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к области генерирования колебаний, в частности к микроволновому генератору. Достигаемый технический результат - генерирование широкополосного микроволнового импульса высокой энергетической плотности в диапазоне высоких частот, в частности выше 600 МГЦ. Микроволновый генератор может согласно формуле изобретения иметь различные конструктивные выполнения, но все они характеризуются тем, что содержат резонатор, имеющий два взаимно разнесенных (d2) электрода (12, 14) резонатора, которые образуют устройство (10) искрового промежутка, который пробивается при приложении напряжения зажигания, приложенного между ними, при этом устройство (10) искрового промежутка имеет, по меньшей мере, два параллельно соединенных искровых промежутка (SGI, SG2, …, SGn). 3 н. и 12 з.п. ф-лы, 6 ил.

Широкополосный полигармонический генератор относится к области радиотехники и может быть использован в радиопередающих устройствах. Достигаемый технический результат - увеличение КПД в полосе рабочих частот. Широкополосный полигармонический генератор содержит активный элемент, выходную цепь, которая согласует активный элемент с нагрузкой, и широкополосную входную цепь, при этом параметры выходной цепи в рабочей полосе частот выбраны из заданных соотношений. 2 ил.

Изобретение относится к области генерирования затухающих высокочастотных колебаний и может использоваться в системах индукционного нагрева. Достигаемый технический результат - получение мощных импульсов затухающих высокочастотных колебаний. Твердотельный высокочастотный генератор с контуром ударного возбуждения содержит первичный коммутатор, первичный накопитель энергии, импульсный трансформатор с насыщающимся сердечником, конденсатор контура, высокочастотный трансформатор, первичная обмотка которого образует с конденсатором контура параллельный колебательный контур, а в качестве ключевого элемента используется диод, находящийся в закрытом состоянии в момент передачи энергии и в открытом состоянии в момент возникновения колебаний после насыщения сердечника трансформатора. Обратное напряжение и ток через диод, а также его частотные свойства определяют мощность и максимальную частоту генерируемых колебаний соответственно. 2 ил.

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано в радиопередающих устройствах. Достигаемый технический результат - увеличение верхней рабочей частоты при сохранении высокого коэффициента полезного действия. Высокочастотный ключевой усилитель мощности содержит ключевой каскад усиления, фильтр и линию передачи, длина которой и ее волновое сопротивление определяются из заданных соотношений. 3 ил.

Изобретение относится к радиотехнике, а именно к синтезаторам частоты. Достигаемый технический результат: повышение коэффициента умножения частоты. Радиоимпульсный умножитель частоты включает в себя два ключа и автогенератор, обеспечивающие создание радиоимпульса с постоянной начальной фазой, при этом автогенератор представляет собой двухкаскадный резонансный усилитель с положительной обратной связью с двумя резонансными контурами и двумя ключами, подключенными к этим резонансным контурам, один из ключей является входным, выходной сигнал снимается с одного из колебательных контуров. 1 ил.

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано в радиопередающих устройствах. Технический результат - получение высоких значений КПД в относительной полосе рабочих частот, достигаемой 30%. Полигармонический генератор содержит активный элемент, работающий с требуемым углом отсечки, выходную цепь, которая согласует активный элемент с нагрузкой, и широкополосную входную цепь, при этом параметры выходной цепи обеспечивают между выходным электродом активного элемента и общей шиной значения реактивных сопротивлений на 2-й гармонике, определяемые заданными соотношениями. 1 ил.
Наверх