RU130754U1

RU130754U1 - ANTENNA CONSENTING DEVICE

Info

Publication number: RU130754U1
Application number: RU2013104564/08U
Authority: RU
Inventors: Алексей Викторович Богданов; Артем Валерьевич Кирякин; Юрий Алексеевич Попов
Original assignee: Открытое акционерное общество "Омский научно-исследовательский институт приборостроения" (ОАО "ОНИИП")
Priority date: 2013-02-04
Filing date: 2013-02-04
Publication date: 2013-07-27

Abstract

Антенно-согласующее устройство, содержащее согласующий контур с изменяемым набором реактивностей, подключенный выходом к клемме «Выход РЧ», первый коммутатор, подключенный первым входом к клемме «Вход РЧ» и подключенный первым выходом к входу согласующего контура, калибровочный резистор, подключенный ко второму выходу первого коммутатора, трансформатор тока, подключенный первым выводом первичной обмотки ко второму входу первого коммутатора, синтезатор частот, широкополосный усилитель, подключенный входом к аналоговому выходу синтезатора, двухканальное измерительное устройство, образованное последовательно включенными между аналоговыми входами и цифровыми выходами каналов фильтрами нижних частот, преобразователями «аналог-цифра», цифровыми частотными конверторами, цифровыми фильтрами и оперативными запоминающими устройствами и подключенное входом синхронизации и гетеродинным цифровым входом соответственно к импульсному и цифровому выходам синтезатора, и микроконтроллер, подключенный портами последовательного и параллельного интерфейсов соответственно к клеммам «ДУ», к цифровым выходам измерительного устройства и портам управления синтезатора, первого коммутатора и согласующего контура, отличающееся тем, что в него введены второй коммутатор, подключенный сигнальными входами, сигнальным выходом и входами управления соответственно к клемме «Вход РЧ», к выходу широкополосного усилителя, ко второму выводу первичной обмотки трансформатора тока и к порту параллельного интерфейса микроконтроллера, и сдвоенный управляемый аттенюатор, подключенный сигнальными входами, сигнальными выходам�An antenna matching device containing a matching circuit with a variable set of reactances, connected by an output to the “RF Output” terminal, a first switch connected by a first input to the “RF Input” terminal and connected by a first output to an input of an matching circuit, a calibration resistor connected to the second output the first switch, a current transformer connected by the first output of the primary winding to the second input of the first switch, a frequency synthesizer, a broadband amplifier connected by an input to the analog output of the synthesizer ator, a two-channel measuring device formed by low-pass filters, analog-to-digital converters, digital frequency converters, digital filters and random access memory devices connected in series between the analog inputs and digital outputs of the channels and connected to the pulse and digital inputs respectively to the synchronization input and heterodyne digital input the outputs of the synthesizer, and a microcontroller connected to the ports of serial and parallel interfaces, respectively “DU” terminals, to the digital outputs of the measuring device and control ports of the synthesizer, the first switch and the matching circuit, characterized in that a second switch is inserted into it, connected by the signal inputs, signal output and control inputs, respectively, to the “RF input” terminal, to the output a broadband amplifier, to the second terminal of the primary winding of the current transformer and to the port of the parallel interface of the microcontroller, and a dual controlled attenuator connected to the signal inputs, signal outputs

Description

Полезная модель относится к технике радиосвязи и может использоваться в широкодиапазонных радиопередатчиках для компенсации отклонений входного импеданса антенны от значения, при котором обеспечивается оптимальный режим работы усилителя мощности радиопередатчика.The utility model relates to radio communication technology and can be used in wide-band radio transmitters to compensate for deviations of the input impedance of the antenna from a value that ensures the optimal operation of the radio transmitter power amplifier.

Наиболее близким к предлагаемому устройству является антенно-согласующее устройство [1], в котором компенсация отклонений входного импеданса антенны от требуемых значений осуществляется путем включения между выходом усилителя мощности и входом антенны согласующего контура определенной конфигурации, образованного соответствующим набором конденсаторов и катушек индуктивности.Closest to the proposed device is an antenna matching device [1], in which the deviation of the input impedance of the antenna from the required values is compensated by switching between the output of the power amplifier and the antenna input a matching circuit of a certain configuration formed by the corresponding set of capacitors and inductors.

Схема этого устройства приведена на фиг.1.A diagram of this device is shown in figure 1.

Устройство содержит согласующий контур 2 образуемый элементами трех или четырех магазинов реактивностей и подключенный выходом к клемме «Выход РЧ», коммутатор 6, подключенный первым входом к клемме «Вход РЧ» и подключенный первым выходом к входу согласующего контура, калибровочный резистор 8, подключенный к второму выходу коммутатора, широкополосный усилитель с регулируемым усилением 1, трансформатор тока 3, включенный первичной обмоткой между выходом широкополосного усилителя и вторым входом коммутатора, синтезатор частот 5, подключенный первым выходом к входу широкополосного усилителя, двухканальное измерительное устройство 4, образованное последовательно включенными между аналоговыми входами и цифровыми выходами каналов фильтрами нижних частот, преобразователями «аналог-цифра», цифровыми частотными конверторами, цифровыми фильтрами и оперативными запоминающими устройствами и подключенное входами синхронизации преобразователей «аналог-цифра» и гетеродинным цифровым входом частотного конвертора соответственно к импульсному и цифровому входам синтезатора, микроконтроллер 7, подключенный портами последовательно и параллельного интерфейса соответственно к клеммам «ДУ», цифровым выходам измерительного устройства и портам управления синтезатора широкополосного усилителя, коммутатора и согласующего контура.The device contains a matching circuit 2 formed by elements of three or four reactivity magazines and connected by an output to the RF output terminal, a switch 6 connected by the first input to the RF input terminal and connected by the first output to the input of the matching circuit, a calibration resistor 8 connected to the second the output of the switch, a broadband amplifier with adjustable gain 1, a current transformer 3 connected by the primary winding between the output of the broadband amplifier and the second input of the switch, frequency synthesizer 5, connected the first output to the input of a broadband amplifier, a two-channel measuring device 4, formed by series-connected between the analog inputs and digital outputs of the channels low-pass filters, analog-to-digital converters, digital frequency converters, digital filters and random access memory devices and connected to the synchronization inputs of converters " analog-to-digital ”and heterodyne digital input of the frequency converter, respectively, to the pulse and digital inputs of the synthesizer, ikrokontroller 7 ports connected in series and parallel respectively to the terminals "controller", the digital outputs of the measuring device and the control ports of a broadband amplifier synthesizer, a switch and a matching circuit.

В рассматриваемом устройстве реактивности согласующего контура включаются между его входом и выходом по схеме Т-образного или двойного Г-образного моста, а их набор определяется аналитически по результатам измерения напряжения, тока и сдвига их фаз на входе антенно-фидерного тракта при воздействии настроечного сигнала.In the device under consideration, the reactances of the matching circuit are connected between its input and output according to the T-shaped or double L-shaped bridge, and their set is determined analytically by measuring the voltage, current and phase shift at the input of the antenna-feeder path under the influence of the tuning signal.

Успешная настройка устройства в присутствии наведенных в антенне сигналов соседних передатчиков возможна при условии, если уровень мешающих сигналов не превышает 1÷1,5 В, что недостаточно для работы в условиях передающих центров, когда уровень мешающих сигналов может достигать нескольких десятков вольт.Successful setup of the device in the presence of signals from adjacent transmitters induced in the antenna is possible provided that the level of interfering signals does not exceed 1 ÷ 1.5 V, which is insufficient for operation in conditions of transmitting centers, when the level of interfering signals can reach several tens of volts.

Конфигурация согласующего контура рассматриваемого устройства предполагает наличие на выходе усилителя мощности фильтра нижних частот, подавляющего гармоники рабочей частоты и настраиваемого также путем коммутации групп реактивностей.The configuration of the matching circuit of the device in question implies the presence of a low-pass filter at the output of the power amplifier, which suppresses harmonics of the operating frequency and is also tuned by switching reactivity groups.

Реализация функции фильтрации и согласования в одном устройстве позволит уменьшить суммарное число реактивностей и коммутирующих элементов, в результате чего повысится надежность радиопередатчика.The implementation of the filtering and matching functions in one device will reduce the total number of reactivities and switching elements, resulting in increased reliability of the radio transmitter.

Задачами полезной модели являются:The objectives of the utility model are:

- повышение помехоустойчивости устройства за счет увеличения допустимого уровня мешающего сигнала;- increasing the noise immunity of the device by increasing the allowable level of the interfering signal;

- расширение функциональных возможностей устройства (обеспечение фильтрации гармоник) за счет изменения конфигурации согласующего контура.- expanding the functionality of the device (providing filtering harmonics) by changing the configuration of the matching circuit.

Для этого в антенно-согласующее устройство, содержащее согласующий контур с изменяемым набором реактивностей, подключенный выходом к клемме «Выход РЧ», первый коммутатор, подключенный первым входом к клемме «Вход РЧ» и подключенный первым выходом к входу согласующего контура, калибровочный резистор, подключенный ко второму выходу первого коммутатора, трансформатор тока, подключенный первым выводом первичной обмотки к второму входу первого коммутатора, синтезатор частот, широкополосный усилитель, подключенный входом к аналоговому выходу синтезатора, двухканальное измерительное устройство, образованное последовательно включенными между аналоговыми входами и цифровыми выходами каналов фильтрации нижних частот, преобразователями «аналог-цифра», цифровыми частотными конверторами, цифровыми фильтрами и оперативными запоминающими устройствами и подключенное входом синхронизации и гетеродинным цифровым входом соответственно к импульсному и цифровому выходами синтезатора, и микроконтроллер, подключенный портами последовательного и параллельного интерфейсов соответственно к клеммам «ДУ», к цифровым выходам измерительного устройства и портам управления синтезатора, первого коммутатора и согласующего контура, введены второй коммутатор, подключенный сигнальными входами, сигнальными выходами и входами управления соответственно к клемме «Вход РЧ», к выходу широкополосного усилителя, ко второму выводу первичной обмотки трансформатора тока и к порту параллельного интерфейса микроконтроллера, и сдвоенный управляемый аттенюатор, подключенный сигнальными входами, сигнальными выходами и входами управления соответственно к выходу второго коммутатора, выходу трансформатора тока, аналоговым входам измерительного устройства и порту параллельного интерфейса микроконтроллера, а элементы согласующего контура устройства выбираются из пяти магазинов реактивностей и включаются между входом и выходом контура по схеме пятизвенного фильтра нижних частот Чебышева.To do this, in an antenna matching device containing a matching circuit with a variable set of reactivities, connected by an output to the RF Output terminal, the first switch connected by the first input to the RF Input terminal and connected by the first output to the matching circuit input, a calibration resistor connected to the second output of the first switch, a current transformer connected to the first input of the primary winding to the second input of the first switch, a frequency synthesizer, a broadband amplifier connected to an analog input synthesizer ode, two-channel measuring device formed by series-connected between analog inputs and digital outputs of low-pass filtering channels, analog-to-digital converters, digital frequency converters, digital filters and random access memory devices and connected to a pulse and digital oscillator input respectively to a pulse and digital outputs of the synthesizer, and a microcontroller connected to the ports of serial and parallel interfaces Accordingly, to the “DU” terminals, to the digital outputs of the measuring device and to the control ports of the synthesizer, the first switch, and the matching circuit, a second switch is introduced, connected by signal inputs, signal outputs, and control inputs, respectively, to the “RF input” terminal, to the output of the broadband amplifier the second terminal of the primary winding of the current transformer and to the port of the parallel interface of the microcontroller, and a dual controlled attenuator connected to the signal inputs, signal outputs and inputs ION respectively to the output of the second switch, the output of the current transformer, the analog inputs of the measuring device and the parallel port of a microcontroller interface, and circuit elements of the matching device selected from five stores reactances and included between the input and output circuit according to the scheme of five-Chebyshev lowpass filter.

Структурная схема прилагаемого устройства представлена на фиг.2.The structural diagram of the attached device is presented in figure 2.

Устройство содержит первый 6 и второй 9 коммутаторы, подключенные первыми входами к клемме «Вход РЧ», трансформатор тока 3, включенный первичной обмоткой между выходом второго коммутатора и вторым входом первого коммутатора, согласующий контур 2, включенный между первым выходом первого коммутатора и клеммой «Выход РЧ», калибровочный резистор 8, подключенный к второму выходу первого коммутатора, синтезатор частот 5, широкополосный усилитель 1, подключенный входом и выходом соответственно к аналоговому выходу синтезатора и второму входу второго коммутатора, двухканальное измерительное устройство 4, подключенное входом синхронизации и гетеродинным входом соответственно к импульсному и цифровому выходам синтезатора, сдвоенный аттенюатор 10, подключенный сигнальными входами и выходами соответственно к выходу второго коммутатора, выходу трансформатора тока и входам измерительного устройства, и микроконтроллер 7, подключенный портами последовательного и параллельного интерфейсов соответственно к клемме «ДУ», к цифровым выходам измерительного устройства и портам и входам управления синтезатора, первого и второго коммутаторов, согласующего контура и сдвоенного аттенюатора.The device contains the first 6 and second 9 switches connected by the first inputs to the “RF input” terminal, a current transformer 3 connected by the primary winding between the output of the second switch and the second input of the first switch, a matching circuit 2 connected between the first output of the first switch and the “Output” terminal RF ”, a calibration resistor 8 connected to the second output of the first switch, a frequency synthesizer 5, a broadband amplifier 1 connected to the analog output of the synthesizer and the second input of a watt respectively of the switch, two-channel measuring device 4, connected to the synchronization input and heterodyne input, respectively, to the pulse and digital outputs of the synthesizer, a dual attenuator 10, connected by signal inputs and outputs, respectively, to the output of the second switch, the output of the current transformer and the inputs of the measuring device, and the microcontroller 7, connected serial and parallel interface ports, respectively, to the remote control terminal, to the digital outputs of the measuring device and to the ports and inputs control synthesizer, first and second switches, matching circuit and dual attenuator.

Через клемму «Вход РЧ» устройство подключается к входу усилителя мощности радиопередатчика, а через клемму «Выход РЧ» - к входу антенно-фидерного тракта.Through the “RF Input” terminal, the device is connected to the input of the power amplifier of the radio transmitter, and through the “RF Output” terminal - to the input of the antenna-feeder path.

Настроечный сигнал, представляющий собой немодулированное колебание с частотой, равной заданной рабочей частоте радиопередатчика, подается в антенно-фидерный тракт или на калибровочный резистор 8 с выхода второго коммутатора 9 через трансформатор тока 3, первый коммутатор 6 и согласующий контур 2.The tuning signal, which is an unmodulated oscillation with a frequency equal to the specified operating frequency of the radio transmitter, is fed to the antenna-feeder path or to the calibration resistor 8 from the output of the second switch 9 through the current transformer 3, the first switch 6 and the matching circuit 2.

В отсутствии мешающих сигналов соседних радиопередатчиков настроечный сигнал относительно малого уровня подается на второй коммутатор 9 с выхода широкополосного усилителя 1. При этом выход второго коммутатора 9 и выход трансформатора тока 3 подключены к входам измерительного устройства 4 непосредственно, т.е. в обход сдвоенного аттенюатора 10.In the absence of interfering signals from adjacent radio transmitters, a relatively low level tuning signal is supplied to the second switch 9 from the output of the broadband amplifier 1. The output of the second switch 9 and the output of the current transformer 3 are directly connected to the inputs of the measuring device 4, i.e. bypassing the dual attenuator 10.

При воздействий мешающих сигналов соседних радиопередатчиков настроечный сигнал снимается с выхода усилителя мощности, а сигналы на входы измерительного устройства 4 подаются через сдвоенный аттенюатор. Допустимый уровень наведенных в антенне сигналов соседних радиопередатчиков определяется коэффициентом деления в каналах сдвоенного аттенюатора 10 и уровнем настроечного сигнала. Так, например, допустимый уровень мешающих сигналов может достигать 50 В при мощности настроечного сигнала в 50 Вт и коэффициенте деления в каналах аттенюатора 10 в 50 единиц.Under the influence of interfering signals of adjacent radio transmitters, the tuning signal is removed from the output of the power amplifier, and the signals to the inputs of the measuring device 4 are fed through a dual attenuator. The permissible level of the signals of adjacent radio transmitters induced in the antenna is determined by the division coefficient in the channels of the dual attenuator 10 and the level of the tuning signal. So, for example, the permissible level of interfering signals can reach 50 V with a tuning signal power of 50 W and a division ratio in the attenuator channels 10 of 50 units.

Элементы согласующего контура выбираются из трех магазинов индуктивностей и двух магазинов емкостей и включаются по схеме фильтра нижних частот Чебышева, в котором три индуктивности включены последовательно между входом и выходом устройства, а емкости включены шунтами после первой и второй индуктивностями.The elements of the matching circuit are selected from three inductance magazines and two capacitance magazines and are switched on according to the Chebyshev low-pass filter scheme, in which three inductors are connected in series between the input and output of the device, and the capacitors are switched on by shunts after the first and second inductances.

Необходимый набор реактивностей определяется по результатам измерения импеданса антенны с использованием формулThe required set of reactivity is determined by measuring the impedance of the antenna using the formulas

,

.

,

.

В формулах использованы обозначения:The notation used in the formulas:

K_б - наименьшее значение коэффициента бегущей волны антенны в диапазоне рабочих частот;K _b - the smallest value of the coefficient of the traveling wave of the antenna in the range of operating frequencies;

f_р - рабочая частота;f _p - operating frequency;

R₀ - согласованная нагрузка;R ₀ - matched load;

R_Ц - координата центра окружности значений комплексных сопротивлений для заданного K_б;R _C - the coordinate of the center of the circle of the values of the complex resistances for a given K _b ;

X_Ц - реактивная компонента комплексного сопротивления при заданном К_б и активной компоненте R_Ц;X _C - reactive component of the complex resistance at a given K _b and the active component R _C ;

R_a, X_a - компоненты входного комплексного сопротивления антенны;R _a , X _a - components of the input complex resistance of the antenna;

L_∂i, C_∂i - дискреты соответствующих магазинов реактивностей.L _∂i , C _∂i - discretes of the corresponding reactivity stores.

Набор реактивностей, полученный в результате указанных вычислений, обеспечивает:The set of reactivity obtained as a result of these calculations provides:

- на клеммах «Вход РЧ» - значение K_б, близкое к единице, при K_б антенны, значительно меньшем единицы;- at the terminals “RF Input” - the value of K _b close to unity, with K _b antenna significantly less than unity;

- на клеммах «Выход РЧ» - ослабление гармоник рабочей частоты, начиная с третьей, не менее, чем на 60 дБ.- at the “RF Output” terminals - attenuation of harmonics of the operating frequency, starting from the third, by no less than 60 dB.

Таким образом поставленные задачи в предлагаемом устройстве выполняются.Thus, the tasks in the proposed device are performed.

Источник информации - Патент №2309491.Source of information - Patent No. 2309491.

Claims

An antenna matching device containing a matching circuit with a variable set of reactances, connected by an output to the “RF Output” terminal, a first switch connected by a first input to the “RF Input” terminal and connected by a first output to an input of an matching circuit, a calibration resistor connected to the second output the first switch, a current transformer connected by the first output of the primary winding to the second input of the first switch, a frequency synthesizer, a broadband amplifier connected by an input to the analog output of the synthesizer ator, a two-channel measuring device formed by low-pass filters, analog-to-digital converters, digital frequency converters, digital filters and random access memory devices connected in series between the analog inputs and digital outputs of the channels and connected to the pulse and digital inputs respectively to the synchronization input and heterodyne digital input the outputs of the synthesizer, and a microcontroller connected to the ports of serial and parallel interfaces, respectively “DU” terminals, to the digital outputs of the measuring device and control ports of the synthesizer, the first switch and the matching circuit, characterized in that a second switch is inserted into it, connected by the signal inputs, signal output and control inputs, respectively, to the “RF input” terminal, to the output a broadband amplifier, to the second terminal of the primary winding of the current transformer and to the port of the parallel interface of the microcontroller, and a dual controlled attenuator connected to the signal inputs, signal outputs and control inputs respectively to the output of the second switch, the output of the current transformer, the analog inputs of the measuring device and the parallel port of a microcontroller interface, and circuit elements of the matching device selected from five stores reactances and included between the input and output circuit according to the scheme of five-Chebyshev lowpass filter.