CN108037480A - 用于ndb的中长波天线模拟装置及使用方法 - Google Patents

用于ndb的中长波天线模拟装置及使用方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于NDB的中长波天线模拟装置，包含数控可变电感、可变电容网络、可变抽头匹配变压器、伺服检测组件和负载电阻，可变抽头匹配变压器用于调整负载电阻的电阻值；可变电容网络用于调整电容值；伺服检测组件用于计算负载电阻两端的电压和电流的相位差，根据相位差调整数控可变电感的电感值。本发明可以模拟NDB工作频率范围内的、符合相关阻抗要求的天线，可模拟天线阻抗范围广。

Description

用于NDB的中长波天线模拟装置及使用方法
技术领域
本发明涉及无线电导航系统，具体涉及中长波天线模拟技术。
背景技术
无方向性信标(NDB，Non-Directional Beacon)，是一种全固态中长波无线电导航设备，专门为机载自动定向机(ADF)提供导航信号，可以为布置在航路上(航路NDB)为飞机导航服务，也可以配置在终端区(终端NDB)为飞机提供进场及非精密进近着陆。
无方向性信标由发射机、谐波滤波器、监控器、电源、天线调配器、遥控器、天线地网组成。发射机把导航台站识别码、语音信息进行调制和功率放大，谐波滤波器滤除谐波，生成大功率调幅信号，最后通过天线调配器进行调谐，使发射机与NDB中长波天线达到谐振状态。在生产调试及教学过程中，需要对NDB发射机、谐波滤波器、天线调配器等设备的功能、性能进行测试验证，而NDB天线地网由于尺寸、安装场地等因素不方便在生产厂家或者教学基地使用，因此有必要设计一款中长波天线模拟装置用于替代天线地网，完成NDB功能性能的验证和测试。
发明内容
本发明的发明目的在于提供一种用于NDB的中长波天线模拟装置及使用方法，为NDB的生产调试及教学提供便利。
本发明的发明目的通过以下技术方案实现：
一种用于NDB的中长波天线模拟装置，包含数控可变电感、可变电容网络、可变抽头匹配变压器、伺服检测组件和负载电阻；
数控可变电感用于调整负载电感值，包含端口c和端口d；
可变电容网络用于调整电容值，包含端口为e和端口f；
可变抽头匹配变压器用于调整负载电阻的电阻值，包含初级线圈和次级线圈，初级线圈包含端口k和端口l，次级线圈包含端口n和端口m；
所述伺服检测组件用于计算负载电阻两端的电压和与流过负载电流的相位差，根据相位差调整数控可变电感的电感值，包含输入端g和输出端h；
所述负载电阻用作参考负载电阻，包含端口为i和端口j；
端口d与端口k连接，端口f与端口l连接，端口n与输入端g连接，端出端h与端口i连接，端口j与端口m连接。
优选地，伺服检测组件采用FPGA实现，包含电流和电压采样电路、数字鉴相模块和数控电机；
电流和电压采样电路用于对流经负载电阻的电流和其两端的电压分别进行采样，并数字化；
数字鉴相模块采用数字鉴相的方法对电流和电压采样电路的输出进行计算，求出电压和电流的相位差，根据相位差值对应出当前的电抗值；
数控电机根据数字鉴相对应出的电抗值，改变数控可变电感的磁通量，从而改变可变电感线圈的电感值，使实际电抗值与待设置电抗值一致。
用于NDB的中长波天线模拟装置的使用方法，包含以下步骤：
步骤1：通过调整可变抽头匹配变压器右侧单刀多掷开关的位置，改变可变抽头匹配变压器的抽头，将负载电阻根据Z2＝n2Z1转换成待设置电阻值；其中，Z1为可变抽头匹配变压器左侧阻抗，Z2为可变抽头匹配变压器变换后阻抗，n为可变抽头匹配变压器初次级匝数比；
步骤2：通过改变可变电容网络中电容的并联数量改变电容的值，调整中长波天线模拟装置的阻抗范围；
步骤3：在伺服检测组件中设置待设置电抗值，由伺服检测组件通过对流过负载电阻的电流和其两端的电压计算相位差，根据相位差值调整数控可变电感的电抗值，从而使数控可变电感输出的电抗值达到待设置电抗值；
步骤4：把设置好的中长波天线模拟装置连接NDB的天线调配器。
本发明的有益效果在于：
采用数字鉴相方法，抗干扰性强，准确度高。
采用数控电机改变磁通量的方法改变电感，调谐精度高、快速、稳定度高。
电流和电压采样电路以及数字处理部分，主处理芯片采用FPGA架构，主要用来实现采样数据处理、鉴相、电机控制等，数字化后可使硬件体积小、功耗低、成本少。
采用可变电容网络、可变抽头匹配变压器技术，增加阻抗范围，可以模拟NDB工作频率范围内的、符合相关阻抗要求的天线，可模拟天线阻抗范围广。
采用本方法进行中长波天线模拟，用户可以灵活的配置天线阻抗，可以在线模拟环境变化引起的天线阻抗变化，有效地保障NDB发射机的生产调试及教学工作。
附图说明
图1为中长波天线模拟装置的组成示意图；
图2为中长波天线模拟器装置在NDB系统中使用连接示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。
本实施例所示用于NDB的中长波天线模拟装置采用数字鉴相、数控可变电感、可变电容网络、可变抽头匹配变压器等技术，共同完成中长波天线的模拟。中长波天线模拟器装置由数控可变电感、可变电容网络、可变抽头匹配变压器、伺服检测组件、负载电阻等组成。参见图1所示。其中，Rs为信号源内阻，实际使用过程中为NDB系统天线调配器的输出阻抗。
数控可变电感用于调整负载电感值，包含端口c和端口d。
可变电容网络用于调整电容值，包含端口为e和端口f。
可变抽头匹配变压器用于调整负载电阻的电阻值，包含初级线圈和次级线圈，初级线圈包含端口k和端口l，次级线圈包含端口为n和端口m。
伺服检测组件采用FPGA实现，包含电流和电压采样电路、数字鉴相模块、数控电机、输入端g和输出端h。电流和电压采样电路用于对流经负载电阻的电流和其两端的电压分别进行采样，并数字化。数字鉴相模块采用数字鉴相的方法对电流和电压采样电路的输出进行计算，求出电压和电流的相位差，根据相位差值对应出当前的电抗值。数控电机根据数字鉴相对应出的电抗值，改变数控可变电感的磁通量，从而改变可变电感线圈的电感值。
负载电阻用作参考负载电阻，包含端口i和端口j。
端口d与端口k连接，端口f与端口l连接，端口n与输入端g连接，端出端h与端口i连接，端口j与端口m连接。
中长波天线模拟装置的使用方法，包含以下步骤：
步骤1：通过调整可变抽头匹配变压器右侧单刀多掷开关的位置，改变可变抽头匹配变压器的抽头，将负载电阻根据Z2＝n2Z1转换成待设置电阻值；其中，Z1为可变抽头匹配变压器左侧阻抗，Z2为可变抽头匹配变压器变换后阻抗，n为可变抽头匹配变压器初次级匝数比；
步骤2：通过改变可变电容网络中电容的并联数量改变电容的值，调整中长波天线模拟装置的阻抗范围；
步骤3：在伺服检测组件中设置待设置电抗值，由电流和电压采样电路对流经负载电阻的电流和其两端的电压分别进行采样，并数字化，由数字鉴相模块采用数字鉴相的方法计算电压和电流的相位差，根据相位差值对应出当前的电抗值，数控电机根据相位差值调整数控可变电感的电感线圈的磁通量，从而改变可变电感线圈的电感值，这时伺服检测组件输出的电抗值也将发生变化，再次调整数控可变电感，直至输出的电抗值达到待设置电抗值。
步骤4：把NDB的天线调配器连接到设置好的中长波天线模拟装置的两个端口a和b。端口a与端口c连接，端口b与端口e连接。
本发明利用数字鉴相、数控可变电感、可变电容网络、可变抽头匹配变压器等技术，设计出了可用于NDB系统生产调试及教学工作的中长波天线模拟装置。采用FPGA实现数字鉴相和电机的数字控制，实施效果良好。

Claims (3)

1.一种用于NDB的中长波天线模拟装置，包含数控可变电感、可变电容网络、可变抽头匹配变压器、伺服检测组件和负载电阻，其特征在于：
所述数控可变电感用于调整负载电感值，包含端口c和端口d；
所述可变电容网络用于调整电容值，包含端口为e和端口f；
所述可变抽头匹配变压器用于调整电阻值，包含初级线圈和次级线圈，初级线圈包含端口k和端口l，次级线圈包含端口为n和端口m；
所述伺服检测组件用于计算负载电阻两端的电压和与流过负载电流的相位差，根据相位差调整数控可变电感的电感值，包含输入端g和输出端h；
所述负载电阻用作参考负载电阻，包含端口i和端口j；
端口d与端口k连接，端口f与端口l连接，端口n与输入端g连接，端出端h与端口i连接，端口j与端口m连接。
2.根据权利要求1所述一种用于NDB的中长波天线模拟装置，其特征在于所述伺服检测组件采用FPGA实现，包含电流和电压采样电路、数字鉴相模块和数控电机；
电流和电压采样电路用于对流经负载电阻的电流和其两端的电压分别进行采样，并数字化；
所述数字鉴相模块采用数字鉴相的方法对电流和电压采样电路的输出进行计算，求出电压和电流的相位差，根据相位差值对应出当前的电抗值；
所述数控电机根据数字鉴相对应出的电抗值，改变数控可变电感的磁通量，从而改变可变电感线圈的电感值，使实际电抗值与待设置电抗值一致。
3.根据权利要求1或2所述的一种用于NDB的中长波天线模拟装置的使用方法，包含以下步骤：
步骤1：通过调整可变抽头匹配变压器右侧单刀多掷开关的位置，改变可变抽头匹配变压器的抽头，将负载电阻根据Z2＝n2Z1转换成待设置电阻值；其中，Z1为可变抽头匹配变压器左侧阻抗，Z2为可变抽头匹配变压器变换后阻抗，n为可变抽头匹配变压器初次级匝数比；
步骤2：通过改变可变电容网络中电容的并联数量改变电容的值，调整中长波天线模拟装置的阻抗范围；
步骤3：在伺服检测组件中设置待设置电抗值，由伺服检测组件通过对流过负载电阻的电流和其两端的电压计算相位差，根据相位差值调整数控可变电感的电抗值，从而使数控可变电感输出的电抗值达到待设置电抗值；
步骤4：把设置好的中长波天线模拟装置连接到NDB的天线调配器上。
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