RU2541875C2

RU2541875C2 - Радиопередающее устройство

Info

Publication number: RU2541875C2
Application number: RU2013109959/08A
Authority: RU
Inventors: Сергей Сергеевич Федосеев; Андрей Вячеславович Кузнецов
Original assignee: Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение "Импульс" (ОАО "НПО "Импульс")
Priority date: 2013-03-05
Filing date: 2013-03-05
Publication date: 2015-02-20
Also published as: RU2013109959A

Abstract

Изобретение относится к области радиотехники и может найти применение в системах связи с фазоманипулированными сигналами для передачи данных по радиоканалу. Достигаемый технический результат - обеспечение повышенной скорости манипуляции фазы фазоманипулированных сигналов за счет снижения времени переходных процессов при установлении новой фазы. Радиопередающее устройство содержит формирователь фазоманипулированных сигналов, ключевой усилитель мощности, блок согласования, выход которого подключен к входу антенны, накопитель энергии, содержащий конденсатор и диод, причем конденсатор своими выводами подключен параллельно ко входам питания ключевого усилителя мощности, а диод включен между ключевым усилителем мощности и источником питания 5 ил.

Description

Изобретение относится к области радиотехники и может найти применение в системах связи с фазоманипулированными сигналами для передачи данных по радиоканалу.

Известно устройство (патент РФ №2165677, 2001 г.), содержащее формирователь фазоманипулированных сигналов (ФМнС), усилитель мощности, приемную и передающую антенны и приемник. Формирователь ФМнС состоит из последовательно соединенных источника информации, широтно-импульсного модулятора, фазового модулятора, балансного модулятора, усилителя мощности, выход которого подключен к антенне. Недостатком данного аналога также является его относительно низкая эффективность, обусловленная тепловыми потерями из-за необходимости внесения в антенный контур балластных сопротивлений.

Наиболее близким по своей технической сущности аналогом к заявленному устройству является радиопередающее устройство (патент РФ на ИЗ №2269868, 2006 г.), состоящее из последовательно соединенных формирователя ФМнС, вычитателя, квантователя на три уровня, ключевого усилителя мощности (КУМ), датчика тока, блока согласования (БС) и передающей антенны. При этом второй выход датчика тока подключен к вычитающему входу вычитателя. Недостатком прототипа является относительно низкая скорость манипуляции фазы, определяемая значительной длительностью переходного процесса, который обусловлен способом формирования сдвига фазы при помощи обратной связи. Кроме того, в спектре излучаемого антенной устройства - прототипа сигнала имеется высокий уровень побочных гармоник, что связано с используемым способом формирования выходного сигнала усилителя мощности. В установившемся режиме выходной сигнал усилителя мощности имеет значительную широтно-импульсную модуляцию, при которой гармоника основного колебания имеет относительно низкий по сравнению с побочными гармониками уровень.

Задачей изобретения является обеспечение повышенной скорости манипуляции фазы в радиопередающем устройстве фазоманипулированных сигналов за счет снижения времени переходных процессов при установлении новой фазы.

Поставленная задача решается радиопередающим устройством, содержащим формирователь фазоманипулированных сигналов, выход которого подключен к входу ключевого усилителя мощности, ключевой усилитель мощности, выход которого подключен к входу блока согласования, блок согласования, выход которого подключен к входу антенны, отличающимся тем, что дополнительно введен накопитель энергии, содержащий конденсатор, выход которого подключен к входу «питание» ключевого усилителя мощности, а вход - к источнику постоянного тока.

Устройство поясняется чертежами, где на фиг.1 - общая структурная схема радиопередающего устройства, а на фиг.2 - структурная схема формирователя ФМнС.

Радиопередающее устройство (фиг.1) состоит из формирователя ФМнС 1, КУМ 2, БС 3, антенны 4, накопителя энергии 5 и источника постоянного напряжения (ИПН) 6. Выходы формирователя ФМнС 1 подключены к модулирующим входам КУМ 2, вход «питание» которого подключен к выходу накопителя энергии 5, имеющего вход для подключения ИПН 6. Выход КУМ2 подключен к входу БС 3, выход которого подсоединен к антенне 4.

Формирователь ФМнС 1 предназначен для выработки сигналов возбуждения КУМ 2.

В качестве антенны может быть применен электрически короткий несимметричный вибратор.

Накопитель энергии предназначен для форсированной перекачки (накопления) энергии антенного контура в конденсатор накопителя и обратно при манипуляции фазы. Схема накопителя энергии включает также диод. Положительный и отрицательный входы накопителя подключаются соответственно к положительному и отрицательному полюсам ИПН.

Заявленное передающее устройство работает следующим образом.

Возбудитель 7 (фиг.2) формирует двухуровневый логический сигнал несущей частоты, поступающий на один из входов перемножителя 9, на другой вход которого поступает модулирующий двухуровневый логический сигнал от генератора псевдослучайной последовательности 8. Выходной сигнал перемножителя 9 в виде двухуровневого логического сигнала подается на один из входов модулятора 10. На другой вход модулятора 10 поступает двухуровневый логический сигнал информационной последовательности. В результате в модуляторе 10 формируется сигнал в виде дважды модулированного несущего колебания. Кроме того, модулятор 10 при каждой смене фазы формирует паузы в сигналах возбуждения ключей 11…14 КУМ 2, необходимые для получения требуемой величины сдвига фазы тока в антенне 4. Усиленные драйверами 19 сигналы возбуждения поступают на управляющие входы ключей 11…14.

В течение временного интервала между сменами фазы (стационарный режим) ключи 11…14 под воздействием сигналов возбуждения формируют на выходе усилителя прямоугольные импульсы положительной и отрицательной полярностей (меандр). Амплитуда импульсов равна разности величины напряжения ИПН 6 и величины падения напряжения на диоде 21 накопителя.

При смене фазы (режим установления колебаний) сначала производится закрывание всех ключей 11…14 КУМ 2. Ток антенного контура в этом случае может протекать только через диоды 15…18. На диодах 15…18 указанный ток «выпрямляется». Его направление противоположно направлению тока i_o, потребляемого КУМ 2 от ИПН 6 в стационарном режиме. Рекуперации энергии антенного контура обратно в ИПН 6 не происходит, так как этому препятствует диод 21. В результате выпрямленный ток протекает только через конденсатор 22, вызывая его форсированный заряд. Заряд конденсатора 22 прекращается, когда вся энергия антенного контура будет рекуперирована в указанный конденсатор.

После паузы длительность ΔT которой соответствует требуемому фазовому сдвигу, формирователь ФМнС 1 возобновляет возбуждение в новой фазе. Поскольку величина напряжения на конденсаторе 22 превышает значение напряжения Ео на источнике ИПН 6, то диод 21 закрыт и раскачка колебаний в антенном контуре происходит за счет энергии, накопленной в конденсаторе 22. При этом конденсатор быстро разряжается, обеспечивая ускоренное нарастание тока в антенном контуре. Величина напряжения на конденсаторе падает до значения Ео - u₂₅. Диод 21 открывается и КУМ 2 начинает потреблять мощность от ИПН 6, переходя в стационарный режим работы.

Выбор величины емкости конденсатора накопителя производится в соответствии с требуемой длительностью интервала времени изменения фазы.

Для антенны 4 величина емкости накопителя зависит от значения емкости антенны и длительности интервала рекуперации энергии, в течение которого ток антенного контура заряжает конденсатор, и не зависит от периода несущего колебания. Длительность интервала рекуперации целесообразно выбирать равной целому числу полупериодов несущего колебания. Практический интерес имеют значения от 2 до 10. Расчет точного значения емкости конденсатора накопителя может быть произведен операторными методами. Ориентировочное значение емкости конденсатора (Сн) с точностью несколько процентов может быть рассчитано по формуле

Сн=2·(n2-n+1)·Са,

где n≥2 - количество полупериодов интервала рекуперации,

Са - емкость антенны.

Для увеличения скорости манипуляции фазы следует уменьшать значение n и соответственно значение емкости конденсатора.

Таким образом, за счет форсирования режима работы КУМ при смене фазы с помощью накопителя энергии происходит укорочение переходных процессов.

Технический результат состоит в повышении быстродействия устройства и уменьшении уровня внеполосных и побочных излучений при работе передающего устройства с высокодобротными, электрически короткими антеннами.

Claims

Радиопередающее устройство, содержащее формирователь фазоманипулированных сигналов, ключевой усилитель мощности, вход которого подключен к выходу формирователя фазоманипулированных сигналов, блок согласования, вход которого подсоединен к выходу ключевого усилителя мощности, антенну, входом подключенную к выходу блока согласования, источник постоянного напряжения, отличающееся тем, что дополнительно введен емкостной накопитель энергии, содержащий конденсатор и диод, причем конденсатор своими выводами подключен параллельно ко входам «питание» ключевого усилителя мощности, а диод включен между упомянутыми усилителем мощности и источником питания.