RU219600U1 - Радиопередающее устройство на основе широкополосного усилителя мощности и цифрового квадратурного модулятора радиосигнала для работы в режимах цив системы гмссб - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к области электрорадиотехники и может быть использована при проектировании радиопередающих устройств на основе автоматизированных широкополосных радиопередающих модулей усиления мощности. Полезная модель может быть использована для обеспечения связи с аварийными судами в режимах Цифрового избирательного вызова (ЦИВ) системы ГМССБ в соответствии с Рекомендацией ITU-R М. 493-15 и оптимизирована для работы радиопередающего устройства в телефонных режимах работы. Радиопередающее устройство содержит усилитель радиосигнала, блок фильтров с измерителем коэффициента бегущей волны (КБВ) и мощности, регулируемый импульсный источник питания (РИИП) с блоком управления напряжением РИИП и датчиками токов, напряжения и температуры, блок формирования высокочастотного сигнала, блок микроконтроллера с устройством отображения информации. Усилитель радиосигнала включает в себя блок управления усилителем, устройство управления напряжениями смещения, устройство управления уровнем входного сигнала, предварительный каскад усиления, оконечные каскады усиления. В каждом каскаде усиления использованы широкополосные трансформаторы на согласованных многопроводных линиях. Для каждого высокочастотного мощного генераторного элемента установлен регулируемый источник напряжения смещения и датчик рабочего режима. Датчики рабочего режима включают датчики температуры и датчики тока высокочастотных мощных генераторных элементов. Технический результат состоит в повышении надежности радиопередающего устройства для работы в телефонных режимах работы ЦИВ системы ГМССБ. 2 ил.

Description

Полезная модель может быть использована для обеспечения связи с аварийными судами в режимах Цифрового избирательного вызова (ЦИВ) системы ГМССБ и оптимизирована для работы радиопередающего устройства в телефонных режимах работы.

Известен усилитель мощности, содержащий усилитель радиосигнала, источник питания, блок фильтров, блок микроконтроллера с устройством отображения информации, отличающийся тем, что усилитель радиосигнала содержит входной перестраиваемый аттенюатор, предварительный каскад усиления, каскад регулирования усиления оконечных каскадов усиления, оконечные каскады усиления с датчиками тока загрузки каждого генераторного элемента, причем в каждом каскаде усиления использованы широкополосные трансформаторы на длинных линиях, для каждого генераторного элемента каскада усиления установлен отдельный регулируемый источник напряжения смещения и датчики уровней входных и выходных сигналов, а также датчики температуры каждого генераторного элемента, при этом выходы датчиков уровней сигналов, датчиков токов и температуры и измерителя коэффициента бегущей волны (КБВ) и мощности соединены с соответствующими входами микроконтроллера управления и контроля, выходы микроконтроллера соединены со входом устройства управления напряжением смещения, перестраиваемого аттенюатора и входом каждого микроконтроллера управления напряжением модулей питания источника питания, кроме того, выходы контроллеров управления и контроля усилителем радиосигнала источника питания соединены со входом блока микроконтроллера, выход которого, в свою очередь, соединен со входом устройства отображения и ввода информации и внешними управляющими устройствами. Кроме того, в состав источника питания введены микроконтроллеры, обеспечивающие контроль параметров (температуры, выходного напряжения) каждого модуля питания, входящего в состав источника питания. Кроме того, блок фильтров конструктивно состоит из двух блоков: первый блок предназначен для работы в диапазоне частот 1,5-30,0 МГц и содержит семь фильтров гармоник, каждый фильтр гармоник состоит из фильтра верхних и нижних частот (патент RU №203913U1, H03F 1/02 (2021.02)). Данный усилитель принят за ближайший аналог.

К недостатку указанного усилителя следует отнести:

1. Низкий КПД устройства и надежность при работе в телефонных режимах работы, что связано с применением большого количества каскадов усиления в усилителе радиосигнала, и как следствие, длительному времени реакции системы на события.

2. Применение большого количества микроконтроллеров управления, приводит к увеличению времени реакции системы на события.

3. Применение семи фильтров гармоник в диапазоне частот от 1,5 до 30,0 МГц, состоящих из фильтров нижних и верхних частот, значительно усложняет схему радиопередатчика, снижает показатели надежности устройства.

Технический результат, на достижение которого направлена заявляемая полезная модель, заключается в повышении надежности радиопередающего устройства для работы в телефонных режимах работы ЦИВ системы ГМССБ.

Указанный технический результат достигается тем, что изменен состав усилителя мощности радиопередающего устройства:

из состава источника питания исключены микроконтроллеры;

в диапазоне частот от 1,6 до 30,0 МГц применены шесть фильтров гармоник;

в каждом фильтре гармоник применены только фильтры нижних частот;

усилитель радиосигнала содержит предварительный каскад усиления и оконечные каскады усиления (исключен каскад регулирования усиления оконечных каскадов усиления),

в состав радиопередающего устройства введен блок формирования высокочастотного сигнала в телефонных и телеграфных режимах работы, реализованный на основе цифровой обработки и формирования сигнала.

Таким образом, радиопередающее устройство содержащее блок формирования высокочастотного сигнала, усилитель мощности, содержащий усилитель радиосигнала, блок фильтров с измерителем КБВ и мощности, регулируемый импульсный источник питания (РИИП) с блоком управления напряжением РИИП, датчиками токов, напряжений и температуры, блок микроконтроллера и устройство отображения информации; при этом усилитель радиосигнала содержит блок управления усилителем, устройство управления напряжениями смещения, устройство управления уровнем входного сигнала, предварительный каскад усиления, оконечные каскады усиления; в каждом каскаде усиления применены широкополосные трансформаторы на согласованных многопроводных линиях и высокочастотные мощные генераторные элементы, а для каждого высокочастотного мощного генераторного элемента установлен регулируемый источник напряжения смещения и датчик рабочего режима, включающий в себя датчик температуры и датчик тока высокочастотного мощного генераторного элемента, при этом выходы датчиков рабочего режима, датчиков токов, напряжений и температуры и измерителя КБВ и мощности соединены с соответствующими входами блока управления усилителем; выходы блока управления усилителем соединены со входами устройства управления напряжениями смещения, со входами устройства управления уровнем входного сигнала и входом блока управления напряжением РИИП, выходы которых, в свою очередь, соединены со входами оконечных каскадов усиления и входом предварительного каскада усиления, а выход усилителя радиосигнала соединен с блоком фильтров, кроме того, выход блока управления усилителем соединен со входом блока микроконтроллера, а выход блока микроконтроллера соединен со входом устройства отображения информации и со входом блока формирования высокочастотного сигнала, при этом выход блока формирования высокочастотного сигнала соединен со входом устройства управления уровнем входного сигнала.

Полезная модель иллюстрируется схемами, на которых изображено:

на фиг. 1 - структурная схема радиопередающего устройства;

на фиг. 2 - структурная схема усилителя радиосигнала.

Согласно фиг. 1, радиопередающее устройство содержит усилитель радиосигнала 1, блок фильтров 2 с измерителем КБВ и мощности 13, РИИП 3 с блоком управления напряжением РИИП 15 и с датчиками токов, напряжений и температуры 14, блок формирования высокочастотного сигнала 4, блок микроконтроллера 5, устройство отображения информации 6.

Согласно фиг. 1 и 2 усилитель радиосигнала 1 включает в себя блок управления усилителем 7, устройства управления напряжениями смещения 8, устройство управления уровнем входного сигнала 9, предварительный каскад усиления 10, оконечные каскады усиления 11. Для обеспечения возможности работы в широком диапазоне частот в усилителе применяются высокочастотные мощные генераторные элементы 16. Например: в предварительном каскаде усиления - два спаренных полевых транзистора MRF177, в оконечных каскадах - по два спаренных полевых транзистора BLF574, а в качестве трансформаторов сопротивления в предварительном каскаде усиления 10 и в оконечных каскадах усиления 11 используются широкополосные трансформаторы на согласованных многопроводных линиях 17. Для обеспечения работы высокочастотных мощных генераторных элементов 16 в оптимальном режиме в предварительном каскаде усиления 10 и в оконечных каскадах усиления 11 установлены регулируемые источники напряжения смещения 18 и датчики рабочего режима 12, при этом в предварительном каскаде усиления 10 и в оконечных каскадах усиления 11 напряжение смещения регулируется на каждый высокочастотный мощный генераторный элемент 16 отдельно, и на каждый высокочастотный мощный генераторный элемент 16 установлен отдельный датчик рабочего режима 12.

Датчики рабочего режима 12 включают в себя датчики температуры и датчики тока высокочастотного мощного генераторного элемента 16.

Устройство управления напряжениями смещения 8 представляет собой цифроаналоговый преобразователь для выработки управляющих сигналов на регулируемые источники напряжения смещения 18, установленные в предварительном каскаде усиления 10 и в оконечных каскадах усиления 11.

Устройство управления уровнем входного сигнала усилителя 9 представляет собой управляемый высокочастотный аттенюатор с усилителем, для регулирования уровня высокочастотного сигнала, поступающего на вход предварительного каскада усиления 10.

Блок управления усилителем 7 представляет собой управляющую микро-ЭВМ, выполненную на основе контроллера, например STM32F439IGT6. Блок предназначен для проведения анализа сигналов с датчиков рабочего режима 12, датчиков токов, напряжений и температуры 14 и измерителя КБВ и мощности 13 и выработки команд управления для устройства управления напряжениями смещения 8, блока управления напряжением РИИП 15 и устройства управления уровнем входного сигнала 9, а также для обеспечения выдачи информации о параметрах работы усилителя радиосигнала 1 на блок микроконтроллера 5.

Блок фильтров 2 предназначен для подавления высших гармонических и дискретных составляющих высокочастотного напряжения рабочей частоты усилителя радиосигнала 1, предназначен для работы в диапазоне частот от 1,6 до 30,0 МГц и содержит 6 фильтров гармоник, каждый фильтр гармоник представляет собой фильтр нижних частот. Кроме того, блок фильтров 2 содержит измеритель КБВ и мощности 13.

РИИП 3 предназначен для формирования напряжений постоянного тока для питания цепей радиопередающего устройства и включает в себя два модуля питания с выходным напряжением до 42 В и током до 33 А и один модуль питания с выходным напряжением 27 В и током до 18 А. Для каждого модуля питания установлены датчики тока, напряжений и температуры 14.

Блок формирования высокочастотного сигнала 4 представляет собой цифровой квадратурный модулятор радиосигнала.

Блок микроконтроллера 5 представляет собой управляющую микро-ЭВМ, выполненную на основе контроллеров, например STM32F439IGT6. Он обеспечивает выдачу информации о параметрах работы радиопередающего устройства на устройство отображения информации 6.

Блок управления напряжением РИИП 15 представляет собой коммутатор для выработки управляющих сигналов на РИИП 3.

Устройство отображения информации 6 выполнено на базе жидкокристаллической панели и предназначено для отображения рабочих параметров радиопередающего устройства.

Выходы датчиков рабочего режима 12, датчиков токов, напряжений и температуры 14 и измерителя КБВ и мощности 13 соединены с соответствующими входами блока управления усилителем 7. Выходы блока управления усилителем 7 соединены со входами устройства управления напряжениями смещения 8, блока управления напряжением РИИП 15 и устройства управления уровнем входного сигнала 9. Выходы устройства управления напряжениями смещения 8 соединены со входами предварительного каскада усиления 10 и входами оконечных каскадов усиления 11, выход устройства управления уровнем входного сигнала 9 соединен со входом предварительного каскада усиления 10. Выход блока формирования высокочастотного сигнала 4 соединен со входом устройства управления уровнем входного сигнала 9. Кроме того, выход блока микроконтроллера 5 соединен со входом устройства отображения информации 6 и входом блока формирования высокочастотного сигнала 4, а выход усилителя радиосигнала 1 соединен с блоком фильтров 2.

Таким образом, в усилителе мощности образована глубокая обратная связь, обеспечивающая поддержание оптимальных рабочих режимов всех элементов усилителя мощности в зависимости от параметров нагрузки, заданного уровня выходной мощности, установленного класса излучения и параметров окружающей среды.

Радиопередающее устройство в телефонных режимах работает следующим образом.

В момент включения усилителя мощности блок управления усилителем 7, в зависимости от установленного оператором уровня выходной мощности, вырабатывает команды управления на блок управления напряжением РИИП 15 для установки напряжений питания оконечных каскадов усиления 11. Далее блок управления усилителем 7, считывая информацию с датчиков рабочего режима 12, вырабатывает команды управления на устройство управления напряжениями смещения 8 для установки начальных значений напряжений смещения на предварительном каскаде усиления 10 и на оконечных каскадах усиления 11 для установки оптимальных режимов работы высокочастотных мощных генераторных элементов 16 усилителя радиосигнала 1. После чего, блок управления усилителем 7 собирает информацию от измерителя мощности и КБВ 13 и вырабатывает команды управления на устройство управления уровнем входного сигнала 9 для достижения установленного оператором уровня выходной мощности.

В дальнейшем, блок управления усилителем 7 опрашивает датчики рабочего режима 12, датчики токов, напряжений и температуры 14 и измеритель мощности и КБВ 13 и, в зависимости от полученных значений выходной мощности, температуры высокочастотных мощных генераторных элементов 16, тока загрузки предварительного каскада усиления 10 и оконечных каскадов усиления 11, вырабатывает команды управления на устройство управления уровнем входного сигнала 9 для удержания установленного оператором уровня выходной мощности и на устройство управления напряжениями смещения 8 для удержания оптимальных режимов работы высокочастотных мощных генераторных элементов 16.

Все данные, снятые с датчиков, по запросу оператора могут быть выведены на устройство отображения информации 6 для проверки работоспособности всех узлов усилителя мощности.

Таким образом, за счет разветвленной системы контроля и обработки данных блоком микроконтроллера обеспечивается автоматическое управление процессом работы радиопередающего устройства в целом. Реализованная возможность раздельного управления напряжением смещения и напряжением питания генераторных элементов усилителя радиосигнала при работе в телефонных режимах работы позволяет обеспечить высокий КПД устройства и, как следствие, улучшить показатели надежности. Применение в каскадах усиления мощных высокочастотных генераторных элементов и трансформаторов сопротивления, построенных на основе широкополосных трансформаторов на согласованных многопроводных линиях, позволяет расширить диапазон рабочих частот усилителя мощности до 30,0 МГц.

Claims (1)

1. Радиопередающее устройство на основе широкополосного усилителя мощности и цифрового квадратурного модулятора радиосигнала для работы в режимах Цифрового избирательного вызова (ЦИВ) системы ГМССБ, содержащее усилитель радиосигнала, блок фильтров с измерителем коэффициента бегущей волны (КБВ) и мощности, регулируемый импульсный источник питания (РИИП) с блоком управления напряжением РИИП и датчиками токов, напряжения и температуры, блок формирования высокочастотного сигнала, блок микроконтроллера с устройством отображения информации, отличающееся тем, что усилитель радиосигнала включает в себя блок управления усилителем, устройство управления напряжениями смещения, устройство управления уровнем входного сигнала, предварительный каскад усиления, оконечные каскады усиления, в каждом каскаде усиления использованы широкополосные трансформаторы на согласованных многопроводных линиях, для каждого высокочастотного мощного генераторного элемента установлен регулируемый источник напряжения смещения и датчик рабочего режима, датчики рабочего режима включают датчики температуры и датчики тока высокочастотных мощных генераторных элементов, при этом выходы датчиков рабочего режима, датчиков токов, напряжений и температуры РИИП и измерителя КБВ и мощности соединены с соответствующими входами блока управления усилителем, выходы блока управления усилителем соединены со входом устройства управления напряжениями смещения, входом устройства управления уровнем входного сигнала и входом блока управления напряжением РИИП, выходы которых, в свою очередь, соединены со входами предварительного каскада усиления и оконечных каскадов усиления, кроме того, выход блока управления усилителем соединен со входом блока микроконтроллера, выход блока микроконтроллера соединен со входом устройства отображения информации и со входом блока формирования высокочастотного сигнала, выход блока формирования высокочастотного сигнала соединен со входом устройства управления уровнем входного сигнала, а выход усилителя радиосигнала соединен с блоком фильтров.

Images