RU2698507C1

RU2698507C1 - Antenna matching device

Info

Publication number: RU2698507C1
Application number: RU2018142950A
Authority: RU
Inventors: Александр Владимирович Кейстович; Алексей Владимирович Комяков
Original assignee: Акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Полет"
Priority date: 2018-12-04
Filing date: 2018-12-04
Publication date: 2019-08-28

Abstract

FIELD: radio equipment.

SUBSTANCE: invention relates to radio engineering and specifically to HF antenna matching devices. Disclosed technical result is achieved by introducing new nodes: a second matching circuit, a receiver of signals of global navigation satellite systems with an antenna, a program recording unit with an external input, a control panel, a working frequency generator, three high-frequency switching nodes and a second broadband matching circuit.

EFFECT: technical result consists in reduction of total time of device setting due to introduction of operation of beginning of preliminary adjustment of device to next operating frequency during communication session at previous frequency, as well as reduced time for switching capacitances and circuits by using high-frequency switching nodes.

1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к радиотехнике, а именно, к антенным согласующим устройствам ВЧ диапазона (3-30 МГц).The invention relates to radio engineering, namely, to antenna matching devices in the high frequency range (3-30 MHz).

Известно устройство по способу согласования передающего антенно-фидерного тракта с антенной с помощью нескольких дискретно перестраиваемых антенных согласующих устройств [1]. Расчет элементов, входящих в их состав, основан на методе круговых диаграмм.A device is known for matching the transmitting antenna-feeder path with the antenna using several discretely tunable antenna matching devices [1]. The calculation of the elements included in their composition is based on the method of pie charts.

Недостаток устройства в том, что при работе в широком диапазоне частот, необходимо большое число дискретных элементов, сложный алгоритм настройки на рабочую частоту и, как следствие, требуют больших трудовых затрат на настройку, регулировку при отработке на объекте.The disadvantage of this device is that when working in a wide range of frequencies, you need a large number of discrete elements, a complex tuning algorithm for the operating frequency and, as a result, require a lot of labor to configure, adjust when working out at the facility.

Известно устройство [2], в котором осуществляется автоматическая настройка его параметров за счет подбора его элементов.A device [2] is known in which automatic adjustment of its parameters is carried out by selecting its elements.

Однако датчик фазы радиосигнала, устраняющий неоднозначность в процессе автонастройки антенного согласующего устройства, имеет низкую чувствительность при значительных расстройках колебательного контура. Это связано с большим динамическим диапазоном изменения токов в согласующем контуре при расстройке, особенно при его высокой добротности. Это устройство сложное в настройке, что приводит к большим трудозатратам при регулировке и отработке антенного согласующего устройства на объекте.However, the phase sensor of the radio signal, which eliminates the ambiguity in the process of auto-tuning the antenna matching device, has low sensitivity with significant detuning of the oscillatory circuit. This is due to the large dynamic range of current changes in the matching circuit during detuning, especially at its high Q factor. This device is difficult to configure, which leads to great labor costs when adjusting and practicing the antenna matching device at the facility.

Наиболее близким по существу является адаптивное антенное согласующее устройство [3], которое и принято за прототип. В устройстве у входного сигнала ВЧ диапазона измеряют уровень напряжений в соседних плечах каждого звена подключенного согласующего контура (СК) и сравнивают их с помощью сравнивающих устройств между собой, если напряжение в левом плече U(i) меньше напряжения в правом плече U(i+1) на величину, большую уровня нечувствительности сравнивающего устройства, то посредством устройства управления на левом плече отключают емкости С21, С31 и подключают емкость С11=C1(min), если напряжение в левом плече больше напряжения в правом плече на величину, большую уровня нечувствительности сравнивающего устройства, то посредством устройства управления на левом плече отключают емкости С11, С21 и подключают емкость С31=С1(max), а, если напряжения в соседних плечах равны или отличаются на величину, меньшую уровня нечувствительности сравнивающего устройства, на левом плече подключают только одну емкость С21=С1(0), для второго П-образного звена все процедуры идентичны вышеописанным, только подключают или отключают емкости С12, С22, С32. Сравнение уровней напряжений проводят в компараторах устройства управления, часть которых имеет отрицательный порог срабатывания (U(i)<U(i+1), часть - положительный (U(i)>U(i+1). Полученные результаты сравнения напряжений в устройстве управления преобразуются в соответствующие напряжения, которые через выходные каскады подают на узлы коммутации, состоящие из ВЧ переключателей, например, реле, и в соответствии с описанным выше алгоритмом осуществляют коммутацию конденсаторов и устройство настраивают на каждую конкретную частоту в пределах рабочего диапазона частот.The closest in essence is an adaptive antenna matching device [3], which is taken as a prototype. In the device at the input signal of the high-frequency range, the voltage level in the adjacent arms of each link of the connected matching circuit (SC) is measured and compared using comparison devices with each other if the voltage in the left arm U (i) is less than the voltage in the right arm U (i + 1 ) by an amount greater than the insensitivity level of the comparison device, then, using the control device on the left shoulder, disconnect the capacitances C21, C31 and connect the capacitance C11 = C1 (min) if the voltage in the left shoulder is greater than the voltage in the right shoulder by an amount greater than If the comparison device is insensitive, then, using the control device on the left shoulder, disconnect the capacitances C11, C21 and connect the capacitance C31 = C1 (max), and if the voltages in the adjacent arms are equal or differ by an amount less than the level of insensitivity of the comparative device, connect on the left shoulder only one capacity C21 = C1 (0), for the second U-shaped link, all procedures are identical to those described above, only connect or disconnect containers C12, C22, C32. Comparison of the voltage levels is carried out in the comparators of the control device, some of which have a negative threshold (U (i) <U (i + 1), some are positive (U (i)> U (i + 1). The results of comparing the voltage in the device the controls are converted to the corresponding voltages, which are fed through output stages to switching nodes consisting of RF switches, for example, relays, and in accordance with the algorithm described above, the capacitors are switched and the device is tuned to each specific frequency within the operating limits bringing a range of frequencies.

Антенное согласующее устройство, реализующее указанный способ, выполнено на основе двух согласующих контуров распределенного типа на сосредоточенных элементах, переключаемых посредством двух реле, одно из которых соединено с высокочастотным входом согласующего контура, а другое - с высокочастотным выходом согласующего контура. В каждом из контуров индуктивности соединены последовательно, а между ними параллельно включено по несколько конденсаторов, из которых только три емкости указаны на фигуре. Конденсаторы коммутируются с помощью реле, управляемых сигналами устройства управления по заданному алгоритму на основе сравнения напряжений на соседних звеньях устройства.An antenna matching device that implements this method is based on two distributed type matching loops on lumped elements switched by two relays, one of which is connected to the high-frequency input of the matching circuit and the other to the high-frequency output of the matching circuit. In each of the inductance circuits are connected in series, and between them several capacitors are connected in parallel, of which only three capacitors are indicated in the figure. Capacitors are switched using relays controlled by the signals of the control device according to a predetermined algorithm based on a comparison of the voltages at the neighboring links of the device.

К недостаткам прототипа следует отнести то, что переключение емкостей в согласующем контуре осуществляется с помощью высокочастотных реле, выполняемых за несколько последовательных операций. Время переключения каждого высокочастотного реле составляет десятки миллисекунд, что в сумме может составить сотни миллисекунд, что значительно выше требований, задаваемых на современное антенное согласующее устройство, работающие в системах связи с псевдослучайной перестройкой частоты для работы в каналах с замираниями. Поэтому такое устройство не подходит для работы в некоторых режимах, например, при псевдослучайной перестройке частоты.The disadvantages of the prototype should include the fact that the switching of capacities in the matching circuit is carried out using high-frequency relays, performed in several sequential operations. The switching time of each high-frequency relay is tens of milliseconds, which can total hundreds of milliseconds, which is significantly higher than the requirements set for a modern antenna matching device working in communication systems with pseudo-random frequency tuning for operation in channels with fading. Therefore, such a device is not suitable for operation in some modes, for example, with pseudo-random frequency tuning.

Цель изобретения - уменьшение суммарного времени настройки устройства за счет введения операции начала предварительной подстройки устройства к следующей рабочей частоте во время сеанса связи на предыдущей частоте и сокращения времени переключения емкостей и контуров за счет использования высокочастотных коммутационных узлов.The purpose of the invention is to reduce the total setup time of the device by introducing the operation of starting the preliminary adjustment of the device to the next operating frequency during a communication session at the previous frequency and reducing the switching time of capacities and circuits through the use of high-frequency switching nodes.

Указанные технические результаты достигаются тем, что в антенное согласующее устройство, выполненное на основе первого согласующего контура, в котором индуктивности соединены последовательно, а между ними параллельно включено по три емкости C1(i)=C1(min), C2(i)=С(0), C3(i)=C(max) с возможностью их подключения с помощью устройства управления на основе сравнения по заданному алгоритму напряжений на соседних плечах каждого звена первого согласующего контура, которое осуществляется во входных элементах устройства управления, имеющих отрицательный порог срабатывания для подключения емкостей C1(i) и C2(i) и положительный порог срабатывания для подключения емкости C3(i), к выходу последнего звена первого согласующего контура подключен первый широкополосный согласующий контур (ШСК), дополнительно введены второй согласующий контур, аналогичный первому, к выходу последнего звена второго согласующего контура подключен второй широкополосный согласующий контур, приемник сигналов глобальных навигационных спутниковых систем с антенной и блок записи программ с внешним входом, подключенные двухсторонними связями к соответствующим входам/выходам устройства управления, пульт управления, выход которого подключен к входу блока записи программ, генератор рабочей частоты, выход которого соединен с входом третьего высокочастотного коммутационного узла, а управляющий вход третьего высокочастотного коммутационного узла подключен к первому управляющему выходу устройства управления, первый выход третьего высокочастотного коммутационного узла подключен к первому выходу первого высокочастотного коммутационного узла и к входу первого согласующего контура, а второй выход - к второму выходу первого высокочастотного коммутационного узла и к входу второго согласующего контура, причем в том случае, когда по команде с устройства управления передающий радиочастотный кабель через выход первого высокочастотного коммутационного узла подключается к первому согласующему контуру, второй выход третьего высокочастотного коммутационного узла подключается к второму согласующему контуру, а том случае, когда передающий радиочастотный кабель по команде с устройства управления через первый высокочастотный коммутационный узел подключается к второму согласующему контуру, генератор рабочей частоты через третий высокочастотный коммутационный узел подключается к первому согласующему контуру, устройство управления соединено двухсторонними связями по шинам управления высокочастотными коммутационными узлами и контроля напряжения на соседних звеньях первого и второго согласующих контуров с соответствующими входами/выходами первого и второго согласующих контуров, входы первого и второго согласующих контуров подключаются к передающему радиочастотному кабелю посредством первого высокочастотного коммутационного узла по команде со второго управляющего выхода устройства управления, первый и второй согласующие контуры через первый и второй широкополосные согласующие контуры соответственно подключены к первому и второму входу второго высокочастотного коммутационного узла, выход которого, соединен через антенный радиочастотный кабель с антенной, третий и четвертый входы/выходы устройства управления соединены двухсторонними связями с соответствующими входами/выходами первого и второго широкополосных согласующих контуров, третий управляющий выход устройства управления подключен к входу управления второго высокочастотного коммутационного узла, устройство управления имеет вход для выбора программы, соответствующей типу подключаемой антенны, внешний вход блока записи программ является входом устройства.The indicated technical results are achieved by the fact that in the antenna matching device, made on the basis of the first matching circuit, in which the inductors are connected in series, and between them three capacitances C1 (i) = C1 (min), C2 (i) = C ( 0), C3 (i) = C (max) with the possibility of connecting them using a control device based on a comparison according to a given algorithm of voltages on the adjacent shoulders of each link of the first matching circuit, which is carried out in the input elements of the control device having a negative por d actuation for connecting capacitors C1 (i) and C2 (i) and a positive threshold for connecting capacitance C3 (i), the first broadband matching circuit (HSC) is connected to the output of the last link of the first matching circuit, a second matching circuit similar to the first , to the output of the last link of the second matching circuit is connected to the second broadband matching circuit, a signal receiver of global navigation satellite systems with an antenna and a program recording unit with an external input, connected two by external connections to the corresponding inputs / outputs of the control device, a control panel, the output of which is connected to the input of the program recording unit, an operating frequency generator, the output of which is connected to the input of the third high-frequency switching unit, and the control input of the third high-frequency switching unit is connected to the first control output of the control device , the first output of the third high-frequency switching node is connected to the first output of the first high-frequency switching node and to the input of the first matching circuit, and the second output to the second output of the first high-frequency switching unit and to the input of the second matching circuit, and in the case when, upon command from the control device, the transmitting radio-frequency cable through the output of the first high-frequency switching unit is connected to the first matching circuit, the second output of the third the high-frequency switching unit is connected to the second matching circuit, and in the case when the transmitting radio-frequency cable on command from the control device is black Without the first high-frequency switching unit, it is connected to the second matching circuit, the operating frequency generator is connected to the first matching circuit through the third high-frequency switching unit, the control device is connected by two-way communications on the control buses of the high-frequency switching units and monitoring the voltage at the adjacent links of the first and second matching circuits with the corresponding inputs / outputs of the first and second matching circuits, inputs of the first and second matching circuits under they are transmitted to the transmitting RF cable via the first high-frequency switching unit on command from the second control output of the control device, the first and second matching circuits through the first and second broadband matching circuits are respectively connected to the first and second input of the second high-frequency switching unit, the output of which is connected via the radio frequency antenna a cable with an antenna, the third and fourth inputs / outputs of the control device are connected by two-way communications, respectively by the input / outputs of the first and second broadband matching loops, the third control output of the control device is connected to the control input of the second high-frequency switching unit, the control device has an input for selecting a program that matches the type of antenna to be connected, the external input of the program recording unit is the device input.

На чертеже приведена структурная схема антенного согласующего устройства, где введены обозначения:The drawing shows a structural diagram of an antenna matching device, where the notation is introduced:

1, 4 - первый и второй узлы подключения емкостей и контроля напряжений на границах L, С звеньев, которые находятся в точке соединения начала и конца индуктивностей в первом и втором согласующих контурах 12 и 13;1, 4 - the first and second nodes of connecting capacitors and voltage control at the boundaries L, C of the links that are at the point of connection of the beginning and end of inductances in the first and second matching circuits 12 and 13;

2 - устройство управления;2 - control device;

3, 5 - первый и второй широкополосные согласующие контуры (СК);3, 5 - the first and second broadband matching circuits (SC);

6, 7 - передающий и антенный радиочастотные кабели;6, 7 - transmitting and antenna radio frequency cables;

8, 9 и 21 - первый, второй и третий высокочастотные коммутационные узлы;8, 9 and 21 - the first, second and third high-frequency switching nodes;

10 - подключаемая антенна;10 - connected antenna;

11 - вход устройства управления для выбора программы, соответствующей типу подключаемой антенны;11 - input control device for selecting a program corresponding to the type of connected antenna;

14 - приемник сигналов глобальных навигационных спутниковых систем с антенной;14 - a signal receiver of global navigation satellite systems with an antenna;

15 - блок записи программ с внешним входом 17;15 - block recording programs with external input 17;

16 - пульт управления;16 - control panel;

18 и 19 - шины управления с высокочастотными коммутационными узлами и контроля напряжения на соседних звеньях первого и второго согласующих контуров 12 и 13 соответственно;18 and 19 - control bus with high-frequency switching nodes and voltage control on adjacent links of the first and second matching loops 12 and 13, respectively;

20 - генератор рабочей частоты:20 - operating frequency generator:

L1(i) и L2(i) - индуктивности i-го звена первого и второго контуров согласующего устройства;L1 (i) and L2 (i) are the inductances of the i-th link of the first and second circuits of the matching device;

емкости первого и второго согласующих контуров имеют разные номиналы, так как они настраиваются на разные частоты:the capacities of the first and second matching loops have different ratings, as they are tuned to different frequencies:

C11(i)=C11(i+1)=C1(min), C21(i)=C21(i+1)=C1(0),C11 (i) = C11 (i + 1) = C1 (min), C21 (i) = C21 (i + 1) = C1 (0),

C31(i)=C31(i+1)=C1(max),C31 (i) = C31 (i + 1) = C1 (max),

C12(i)=C12(i+1)=C2(min), C22(i)=C22(i+1)=C2(0),C12 (i) = C12 (i + 1) = C2 (min), C22 (i) = C22 (i + 1) = C2 (0),

C32(i)=C32(i+1)=C2(max),C32 (i) = C32 (i + 1) = C2 (max),

Данные равенства верны для всех звеньев устройства.These equalities are true for all parts of the device.

Устройство 2 управления представляет собой вычислитель (процессор) и состоит из первой, второй, третьей, четвертой групп выходных каскадов (для коммутации емкостей соответственно первых контуров (ближних к передающему радиочастотному кабелю и первому высокочастотному коммутационному узлу первого и второго согласующих контуров, вторых контуров первого и второго согласующих контуров), подключенных к первым четырем выходам процессора, первый и второй выходные каскады (для коммутации первого и второго высокочастотного реле - к пятому и шестому выходам процессора соответственно, первой, второй, третьей, четвертой цепочек последовательно соединенных детекторов, компараторов (схем сравнения), подключенных между соответствующими первыми четырьмя входами процессора и концами индуктивностей в первых контурах (ближних к передающему радиочастотному кабелю и первому высокочастотному реле) первого и второго согласующих контуров, вторых контурах первого и второго согласующих контуров соответственно, перепрограммируемое устройство подключено к процессору.The control device 2 is a computer (processor) and consists of the first, second, third, fourth groups of output stages (for switching capacities of the first circuits, respectively (closest to the transmitting RF cable and the first high-frequency switching unit of the first and second matching circuits, second circuits of the first and second matching circuits) connected to the first four outputs of the processor, the first and second output stages (for switching the first and second high-frequency relays - to the fifth and the outputs of the processor, respectively, of the first, second, third, fourth chains of series-connected detectors, comparators (comparison circuits) connected between the corresponding first four inputs of the processor and the ends of the inductances in the first circuits (closest to the transmitting RF cable and the first high-frequency relay) of the first and second matching loops, second loops of the first and second matching loops, respectively, the reprogrammable device is connected to the processor.

Перед началом процедуры согласования измеряют характеристики всех типов антенн 10 или берут их из технических условий. Затем определяют характер реактивности и другие характеристики подключаемой антенны (индуктивный или емкостной). Все данные, необходимые для настройки, записываются в память устройства 2 управления. В зависимости от характера реактивности подключаемой антенны командой управления с устройства 2 управления подключают первый или второй согласующие контуры 12 или 13 через первое и второе высокочастотные коммутационные узлы 8 и 9 соответственно. Настройку начинают с выбора исходных данных из памяти устройства 2 управления путем подачи на вход 11 устройства 2 управления соответствующей команды, одной из нескольких. Согласование начинают с соответствующего СК - первого или второго в зависимости от того, в каком положении находятся первый и второй высокочастотные коммутационные узлы 8 и 9. Такой порядок настройки необходим для компенсации реактивной составляющей и повышения коэффициента бегущей волны (КБВ) устройства. Далее настраивают параметры второго звена подключенного согласующего контура с помощью узлов 2, 19 или 2, 18, ближнего к антенне, а затем переходят к настройке первого звена. Для обеспечения электромагнитной совместимости и дополнительного повышения КБВ корпус входного радиочастотного кабеля подключают к сигнальным корпусам первого и второго согласующих контуров 12 и 13, а выходного (антенного) радиочастотного кабеля 7 - к корпусной шине антенны 10. Для каждого согласующего контура 12 и 13 начальная емкость C1(i), индуктивность L(i) и величины изменения емкости ΔC(i) каждого звена фильтра нижних частот на L, С элементах выбираются по известным формулам [4-7].Before starting the matching procedure, measure the characteristics of all types of antennas 10 or take them from the technical conditions. Then determine the nature of the reactivity and other characteristics of the connected antenna (inductive or capacitive). All data necessary for configuration is recorded in the memory of the control device 2. Depending on the nature of the reactivity of the connected antenna, the control team from the control device 2 connects the first or second matching circuits 12 or 13 through the first and second high-frequency switching nodes 8 and 9, respectively. The adjustment begins with the selection of the source data from the memory of the control device 2 by applying to the input 11 of the control device 2 the corresponding command, one of several. The coordination begins with the corresponding SC - the first or second, depending on the position of the first and second high-frequency switching nodes 8 and 9. This tuning procedure is necessary to compensate for the reactive component and increase the traveling wave coefficient (KBW) of the device. Next, configure the parameters of the second link of the connected matching circuit using nodes 2, 19 or 2, 18, closest to the antenna, and then proceed to configure the first link. To ensure electromagnetic compatibility and an additional enhancement of the KBV, the body of the input RF cable is connected to the signal housings of the first and second matching loops 12 and 13, and the output (antenna) RF cable 7 to the chassis bus of the antenna 10. For each matching loop 12 and 13, the initial capacitance C1 (i), the inductance L (i) and the magnitude of the change in capacitance ΔC (i) of each link of the low-pass filter by L, C elements are selected according to well-known formulas [4-7].

Подключение дополнительных емкостей при автоматической настройке каждого контура производят с помощью устройства 2 управления по следующему алгоритму. Если напряжения, измеренные с помощью аналогово-цифровых преобразователей (АЦП) в устройства 2 управления на выходах шины управления и контроля 18 или 19 на границах соседних звеньев отличаются друг от друга меньше, чем на величину, определяемую ценой младшего разряда АЦП, то емкость C(i) не изменяет своей величины. Если напряжение на предыдущем звене больше, чем в последующем, то необходимо подключить емкость C(i) максимальной величины, в противном случае подключается емкость C(i) минимальной величины.The connection of additional capacities during the automatic adjustment of each circuit is performed using the control device 2 according to the following algorithm. If the voltages measured using analog-to-digital converters (ADCs) in the control device 2 at the outputs of the control and control buses 18 or 19 at the boundaries of adjacent links differ from each other less than by the value determined by the low-cost price of the ADC, then the capacitance C ( i) does not change its value. If the voltage on the previous link is higher than in the next, then you must connect the capacitance C (i) of the maximum value, otherwise connect the capacitance C (i) of the minimum value.

Для настройки неработающей в данный момент времени цепочки состоящей из последовательно соединенных узлов 13 и 5 или 12 и 3 используются генератор 20 рабочей частоты, устройства 2 управления, третий высокочастотный коммутационный узел 21, шины 18 или 19. Основу генератора 20 рабочей частоты составляет высокостабильный генератор опорной частоты (синтезатор частот), выполненный, например, на термостабилизированном кварцевом генераторе. Коэффициенты деления в генераторе рабочей частоты выбираются таким образом, чтобы его рабочие точки перекрывали бы всю совокупность частот, номиналы и последовательность установки во времени которых введены по входу 17 или с пульта 16 управления при записи плана связи в блок 15. Генератор рабочей частоты необходим для настройки неработающих узлов 13 и 5 или 12 и 3 на частоту, которая будет в следующем (по времени) сеансе связи. Для реализации этой процедуры выход генератора 20 рабочей частоты соединен с входом третьего высокочастотного коммутационного узла 21, а управляющий вход которого подключен к первому управляющему выходу устройства 2 управления. Первый выход третьего высокочастотного коммутационного узла 21 подключен к первому выходу первого высокочастотного коммутационного узла 8, а второй выход - к второму выходу первого высокочастотного коммутационного узла 8. При поступлении команды с устройства 2 управления на управляющий вход первого высокочастотного коммутационного узла 8 передающий антенно-фидерный тракт о подключении радиочастотного кабеля 6 к первому согласующему контуру 12, вход третьего высокочастотного коммутационного узла 21 подключается к второму согласующему контуру 13. В следующем сеансе связи передающий радиочастотный кабель 6 через первый высокочастотный коммутационный узел 8 подключают к второму согласующему контуру 13, а генератор 20 рабочей частоты через третий высокочастотный коммутационный узел 21 - к первому согласующему контуру 12. Итак продолжается до конца работы устройства. Установка рабочей частоты на следующий сеанс связи в узле 21 осуществляется с помощью команды, подаваемой с пятого выхода устройства 2 управления, которая формируется в соответствии с планом связи, записанным в блок 15.To configure a chain that is currently idle and consists of series-connected nodes 13 and 5 or 12 and 3, an operating frequency generator 20, control devices 2, a third high-frequency switching unit 21, buses 18 or 19 are used. A highly stable reference generator is the basis of the operating frequency generator 20 frequency (frequency synthesizer), made, for example, on a thermostabilized crystal oscillator. The division coefficients in the operating frequency generator are selected so that its operating points overlap the entire set of frequencies, the values and installation sequence of which are entered over time at input 17 or from the control panel 16 when writing the communication plan to block 15. The operating frequency generator is necessary for tuning idle nodes 13 and 5 or 12 and 3 at a frequency that will be in the next (in time) communication session. To implement this procedure, the output of the operating frequency generator 20 is connected to the input of the third high-frequency switching unit 21, and the control input of which is connected to the first control output of the control device 2. The first output of the third high-frequency switching unit 21 is connected to the first output of the first high-frequency switching unit 8, and the second output is connected to the second output of the first high-frequency switching unit 8. Upon receipt of a command from the control device 2 to the control input of the first high-frequency switching unit 8, the transmitting antenna-feeder path about connecting the RF cable 6 to the first matching circuit 12, the input of the third high-frequency switching unit 21 is connected to the second matching circuit Network 13. In the next communication session, the transmitting RF cable 6 through the first high-frequency switching unit 8 is connected to the second matching circuit 13, and the generator 20 of the working frequency through the third high-frequency switching unit 21 is connected to the first matching circuit 12. So it continues until the end of the operation of the device. Setting the operating frequency for the next communication session in the node 21 is carried out using a command issued from the fifth output of the control device 2, which is generated in accordance with the communication plan recorded in block 15.

Высокочастотные коммутационные узлы 8 и 9 в зависимости от команд устройства 2 управления коммутируют один из двух согласующих контуров 12 или 13, который в текущий момент времени настроен на рабочую частоту, заданную программно с помощью блока 15 записи программ по исходным данным, введенным заранее по входу 17. Второй из двух согласующих контуров 12 или 13 в это же время настраивается на следующую известную рабочую частоту в соответствии с исходными данными, введенными в блок 15 заранее по входу 17, которая должна присутствовать в эфире в течение заданного интервала времени, синхронизированного метками точного времени с приемника 14 сигналов глобальных навигационных спутниковых систем с антенной. После программного переключения в следующем сеансе связи высокочастотных коммутационных узлов 8 и 9 в зависимости от команд с устройства 2 управления подключают другой согласующий контур 12 или 13, который в текущий момент времени уже настроен на рабочую частоту, заданную программно с помощью блока 15 записи программ, а первый согласующий контур по исходным данным, введенным заранее по входу 17 начинает настраиваться на следующую по времени рабочую частоту и так далее.The high-frequency switching nodes 8 and 9, depending on the commands of the control device 2, switch one of the two matching loops 12 or 13, which is currently tuned to the operating frequency set programmatically using the program recording unit 15 according to the initial data entered in advance by input 17 The second of the two matching loops 12 or 13 at the same time is tuned to the next known operating frequency in accordance with the initial data entered into block 15 in advance at input 17, which must be on air for a predetermined time interval synchronized by timestamps from a receiver 14 of signals of global navigation satellite systems with an antenna. After a software switch in the next communication session of the high-frequency switching nodes 8 and 9, depending on the commands from the control device 2, another matching circuit 12 or 13 is connected, which is currently tuned to the operating frequency set by the program using the program recording unit 15, and the first matching circuit according to the initial data entered in advance at the input 17 starts to tune to the next operating frequency in time and so on.

Первый и второй узлы 1 и 4 подключения емкостей и контроля напряжений на границах L, С звеньев необходимо ставить с обеих сторон индуктивностей для исключения паразитного влияния неработающей (отключенной) в данный момент индуктивности.The first and second nodes 1 and 4 of connecting capacitances and controlling voltages at the boundaries L, C of the links must be placed on both sides of the inductors to eliminate the parasitic effect of the inductance (disabled) at the moment.

При переходе частоты из нижней части ВЧ диапазона в верхнюю номиналы емкостей должны уменьшиться. По известным методикам [4-7] можно подобрать такие номиналы емкостей, что они позволят перекрыть всю полосу рабочих частот ВЧ диапазона. Для этого возможно установить в каждом плече фильтра нижних частот (ФНЧ) не по 3 емкости, как показано на фигуре, а более четырех емкостей, причем каждая со своими узлами подключения емкостей. При предварительных расчетах, закладываемых программно в устройство 2 управления, необходимо стремиться к минимальному количеству емкостей, при котором выполняются требования по времени перестройки устройства на новую рабочую частоту, например, в течение заданного интервала времени (текущего сеанса связи), чтобы в точный заданный момент времени, определяемый совместно блоками 2, 14 и 15, выполнить требования по обеспечению требуемого коэффициента бегущей волны (КБВ). Повысить качество согласования можно также за счет минимизации длины антенного радиочастотного кабеля 7.When the frequency transitions from the lower part of the high-frequency range to the upper one, the capacitance ratings should decrease. According to well-known methods [4-7], it is possible to select such capacities that they will allow you to cover the entire band of operating frequencies of the high frequency range. To do this, it is possible to install in each arm of the low-pass filter (LPF) not 3 capacities, as shown in the figure, but more than four capacities, each with its own capacitor connection nodes. In preliminary calculations, programmed into the control device 2, it is necessary to strive for the minimum number of capacities at which the time requirements for tuning the device to the new operating frequency are fulfilled, for example, during a given time interval (current communication session), so that at an exact specified time , determined jointly by blocks 2, 14 and 15, to fulfill the requirements to ensure the required traveling wave coefficient (KBW). The quality of matching can also be improved by minimizing the length of the antenna RF cable 7.

При прохождении радиосигнала в режиме настройки осуществляется снятие поочередно уровней напряжений в соседних плечах каждого звена подключенного согласующего контура и сравнение их с помощью АЦП, находящихся, например, в устройстве 2 управления.When the radio signal passes in the tuning mode, the voltage levels in the adjacent arms of each link of the connected matching circuit are removed alternately and compared using the ADC, which are, for example, in the control device 2.

Устройство 2 управления предназначено для управления подключением емкостей в узлах 1 и 4, подключением узлов 12, 13, 3, 5 с помощью высокочастотных коммутационных узлов 8, 9 и 21 в соответствии с алгоритмом настройки и в зависимости от команды выбора типа подключаемых антенн на входе 11 устройства 2 управления для обеспечения эффективной работы устройства на всех частотах рабочего диапазона, детектирование передаваемых радиосигналов, аналогово-цифровое преобразование полученных видеосигналов и сравнение на выходах АЦП уровней напряжений на концах индуктивностей первого и второго согласующих контуров 12 и 13. АЦП работают с положительными и отрицательными напряжениями. При полученном положительном значении осуществляется увеличение подключаемой емкости, при отрицательном - уменьшение емкости. В память устройства 2 управления вводятся данные о измеренных параметрах подключаемых антенн 10 и соответствующие алгоритмы работы. При необходимости параметры новых подключаемых антенн и новый алгоритм вводятся в устройство 2 управления, данные которой используются при формировании управляющих команд для перестройки на новую частоту по данным блока 15 и ввода новых данных. Параллельные входы/выходы устройства 2 управления соединены двухсторонними связями по шинам управления высокочастотными коммутационными узлами и контроля напряжения на соседних звеньях 18 и 19 с первым и вторым узлами 1 и 4 подключения емкостей и контроля напряжений на границах L, С звеньев первого и второго согласующих контуров 12 и 13. Для получения необходимых значений КБВ, например, не менее 0,8 на всех рабочих частотах ВЧ диапазона, разбивают весь рабочий диапазон минимум на три поддиапазона, например (3-9) МГц, (9-15) МГц, (15-30) МГц. Автоматически программным методом в соответствии с заложенной в память устройства 2 управления программы смены частот на выходе генератора 20 рабочих частот формируются соответствующие радиосигналы.The control device 2 is designed to control the connection of capacities in nodes 1 and 4, the connection of nodes 12, 13, 3, 5 using high-frequency switching nodes 8, 9 and 21 in accordance with the tuning algorithm and depending on the command to select the type of connected antennas at input 11 control devices 2 for ensuring effective operation of the device at all frequencies of the operating range, detection of transmitted radio signals, analog-to-digital conversion of the received video signals and comparison at the ADC outputs of voltage levels at Zach inductances of the first and second matching circuits 12 and 13. The ADC operate with positive and negative voltages. With a positive value, the connected capacitance is increased, with a negative value, the capacity is reduced. Data on the measured parameters of the connected antennas 10 and the corresponding operation algorithms are entered into the memory of the control device 2. If necessary, the parameters of the new connected antennas and a new algorithm are entered into the control device 2, the data of which is used when generating control commands for tuning to a new frequency according to the data of block 15 and entering new data. The parallel inputs / outputs of the control device 2 are connected by two-way connections on the control buses of high-frequency switching nodes and voltage control on adjacent links 18 and 19 with the first and second nodes 1 and 4 connecting capacitors and voltage control at the boundaries L, C of the links of the first and second matching loops 12 and 13. To obtain the necessary values of the KBM, for example, at least 0.8 at all operating frequencies of the HF band, the entire working range is divided into at least three sub-bands, for example (3-9) MHz, (9-15) MHz, (15- 30) MHz. Automatically by a software method in accordance with the stored in the memory device 2 of the control program of the frequency change at the output of the generator 20 of the operating frequencies corresponding radio signals are generated.

При установке на объект антенного согласующего устройства проводится его предварительная настройка, например по следующей методике. По внешнему входу 17 с технологической ЭВМ или с пульта управления 16 в блок 15 записи программ поочередно вносятся номиналы рабочих частот, которые будут использованы в сеансе связи. На каждую рабочую частоту в устройство 2 управления с блока 15 записи программ поступает команда на поочередную настройку звеньев первого и второго согласующих контуров 12 и 13 соответственно. С выхода устройства 2 управления на генератор 20 рабочей частоты подается команда, по которой устанавливается требуемая частота, и с использованием первого, второго и третьего высокочастотных коммутационных узлов 8, 9, 21 осуществляются соответствующие переключения и по рассмотренному ранее алгоритму производится настройка. Как только настройка закончена, по шинам 18 или 19 управления высокочастотными коммутационными узлами и контроля напряжения на соседних звеньях первого и второго согласующих контуров 12 и 13 в устройство 2 управления поступают квитанции о состоянии всех переключателей первого или второго узлов 1 или 4 подключения емкостей и контроля напряжений на границах L, С звеньев, которые находятся точке соединения начала и конца индуктивностей в первом и втором согласующих контурах 12 и 13, которые затем транслируются в блок 15 записи программ. Записанные данные используются в работе для уменьшения времени настройки устройства на новую рабочую частоту.When an antenna matching device is installed on an object, it is pre-configured, for example, using the following procedure. At the external input 17 from the technological computer or from the control panel 16, the nominal frequencies of the operating frequencies that will be used in the communication session are alternately entered into the program recording unit 15. For each operating frequency, the control device 2 receives a command from the program recording unit 15 to alternately configure the links of the first and second matching loops 12 and 13, respectively. From the output of the control device 2, a command is issued to the operating frequency generator 20, by which the required frequency is set, and using the first, second, and third high-frequency switching nodes 8, 9, 21, the corresponding switches are made and tuning is performed according to the previously considered algorithm. As soon as the setting is completed, on the buses 18 or 19 for controlling the high-frequency switching units and voltage control on the adjacent links of the first and second matching circuits 12 and 13, receipts on the state of all switches of the first or second nodes 1 or 4 of the capacitance connection and voltage control are received in the control device 2 at the boundaries L, C of the links that are the connection point of the beginning and end of inductances in the first and second matching circuits 12 and 13, which are then transmitted to the program recording unit 15. The recorded data is used in the work to reduce the time of tuning the device to a new operating frequency.

В зависимости от уровня мощности передаваемого сигнала в качестве элементов согласующего контура 12 или 13 можно использовать конденсаторы типа К10-47 и катушки индуктивности на проводе ПЭВ-2 без сердечника, в качестве элементов коммутации можно применять, например, двухпозиционные малогабаритные реле фирмы OMRON (например, G2RL-1) при мощности не более 50 Вт или мощные реле фирмы TYKO (Kilovac) при больших уровнях мощности. В устройство управления входят компараторы, например, LM139AD фирмы STM, диоды (для детектирования) 2Д522, транзисторы, нагрузкой которых является обмотка реле, (для выходных каскадов) типа IRF7103 фирмы IR. Устройство 2 управления и блок 15 записи программ могут быть выполнены, например, на плате процессорной 5066-586-133MHz-1MB, 2 MB Flash CPU Card фирмы Octagon Systems с ответствующими дополнительными модулями. Первый и второй узлы подключения емкостей и контроля напряжений на границах L, С звеньев, высокоскоростные коммутационные узлы, построенные на базе полупроводниковых электронных радиоэлементов, работающих в импульсном режиме, с применением в качестве переключающих элементов pin-диодов, которые имеют время переключения единицы микросекунд [8], что позволяет обеспечить настройку согласующего контура на следующую по времени рабочую частоту во время сеанса связи. Переключение осуществляется при подаче на pin-диод внешнего постоянного напряжения смещения [9], Диапазон переключаемых частот - от 0,2 до 18 ГГц.Depending on the power level of the transmitted signal, K10-47 type capacitors and inductors on the PEV-2 wire without a core can be used as elements of the matching circuit 12 or 13, for example, OMRON two-position small-sized relays (for example, G2RL-1) at a power of not more than 50 W or powerful relays from TYKO (Kilovac) at high power levels. The control device includes comparators, for example, LM139AD from STM, diodes (for detection) 2D522, transistors, the load of which is the relay winding (for output stages), type IRF7103 from IR. The control device 2 and the program recording unit 15 can be performed, for example, on a processor board 5066-586-133MHz-1MB, 2 MB Flash CPU Card manufactured by Octagon Systems with corresponding additional modules. The first and second nodes of capacitance connection and voltage control at the boundaries of L, C links, high-speed switching nodes built on the basis of pulsed semiconductor electronic radio elements using pin diodes as switching elements that have a switching time of a few microseconds [8 ], which allows you to configure the matching circuit to the next time operating frequency during a communication session. Switching is performed when an external DC bias voltage is applied to the pin diode [9]. The range of switched frequencies is from 0.2 to 18 GHz.

Антенное согласующее устройство:Antenna matching device:

- работать в широком диапазоне частот и с антеннами различных типов, как наземных, так и самолетных, например, щелевых, вибраторных и других, в различных режимах, в том числе с псевдослучайной перестройкой частоты для борьбы с замираниями в радиоканале связи;- work in a wide range of frequencies and with antennas of various types, both terrestrial and aircraft, for example, slotted, vibrator and others, in various modes, including pseudo-random frequency tuning to combat fading in the radio communication channel;

- повысить оперативность настройки параметров устройства за счет использования высокоскоростных коммутационных полупроводниковых элементов, построенных, например, на базе pin-диодов, и времени сеанса связи для настройки второго согласующего контура под следующую рабочую частоту.- increase the efficiency of adjusting the parameters of the device due to the use of high-speed switching semiconductor elements, built, for example, on the basis of pin diodes, and the communication session time to configure the second matching circuit for the next operating frequency.

Литература:Literature:

1. О.Я. Воробьев, С.В. Козин. К вопросу о построении дискретно перестраиваемого контура. // Вопросы радиоэлектроники, сер. Техника радиосвязи, Вып. 5, 1970 г., стр. 48-54.1. O.Ya. Vorobiev, S.V. Kozin. On the question of constructing a discretely tunable circuit. // Questions of radio electronics, ser. Radio Engineering, Vol. 5, 1970, pp. 48-54.

2. Авторское свидетельство СССР №487447.2. USSR copyright certificate No. 487447.

3. Патент РФ №2359402 (прототип).3. RF patent No. 2359402 (prototype).

4. Проектирование радиопередающих устройств с применением ЭВМ: Учебное пособие для вузов / О.В. Алексеев, А.А. Головков, А.Я. Дмитриев и др.; Под ред. О.В. Алексеева. - М.: Радио и связь, 1987. - 392 с.4. Design of radio transmitting devices using computers: textbook for universities / O.V. Alekseev, A.A. Golovkov, A.Ya. Dmitriev et al .; Ed. O.V. Alekseeva. - M.: Radio and Communications, 1987. - 392 p.

5. Г.А. Филиппович. Метод широкополосного согласования сопротивлений. «Радиотехника и электроника». Мн., Вып. 25, 2000 г., стр. 153-159.5. G.A. Filippovich. Method of broadband resistance matching. "Radio engineering and electronics." Mn., Vol. 25, 2000, pp. 153-159.

6. Г.А. Филиппович. Синтез передаточных функций для комплексных нагрузок. «Физика волновых процессов и радиотехнические системы». Том 6, №1, 2003 г., стр. 73-76.6. G.A. Filippovich. Synthesis of transfer functions for complex loads. "Physics of wave processes and radio engineering systems." Volume 6, No. 1, 2003, pp. 73-76.

7. Г.А. Филиппович. Разрешимость системы ограничений в задачах широкополосного согласования. // Радиотехнические устройства и системы, 2003.7. G.A. Filippovich. Solvability of the constraint system in broadband matching tasks. // Radio engineering devices and systems, 2003.

8. Физические основы полупроводникового диода в импульсном режиме. Носов Ю.Р. М.: Наука. Главная редакция физико-математической литературы. 1968. 263 с. (рис. 6.5. стр. 212).8. The physical basis of a semiconductor diode in a pulsed mode. Nosov Yu.R. M .: Science. The main edition of the physical and mathematical literature. 1968.263 s. (Fig. 6.5. p. 212).

9. Использование PIN-диодов в широкополосных управляемых аттенюаторах. http//www.club155.ru Commutators-pin.9. The use of PIN diodes in broadband controlled attenuators. http // www.club155.ru Commutators-pin.

Claims

Antenna matching device based on the first matching circuit in which the inductances are connected in series and three capacitances are connected in parallel between them C1 (i) = C1 (min), C2 (i) = C (0), C3 (i) = C (max) with the ability to connect them using a control device based on a comparison according to a given algorithm of voltages on the adjacent shoulders of each link of the first matching circuit, which is carried out in the input elements of the control device having a negative response threshold for connecting capacitors C1 (i) and C2 ( i) and posit In order to connect the capacitance C3 (i), the first broadband matching circuit (CSC) is connected to the output of the last link of the first matching circuit, characterized in that a second matching circuit is introduced into it, similar to the first, the second is connected to the output of the last link of the second matching circuit broadband matching loop, signal receiver of global navigation satellite systems with an antenna and a program recording unit with an external input connected by two-way communications to the corresponding inputs / the outputs of the control device, a control panel, the output of which is connected to the input of the program recording unit, an operating frequency generator, the output of which is connected to the input of the third high-frequency switching unit, and the control input of the third high-frequency switching unit is connected to the first control output of the control device, the first output of the third high-frequency switching node is connected to the first output of the first high-frequency switching node and to the input of the first matching circuit, and the second output to W the first output of the first high-frequency switching unit and to the input of the second matching circuit, and in the case when, upon command from the control device, the transmitting radio-frequency cable is connected to the first matching circuit through the output of the first high-frequency switching unit, the second output of the third high-frequency switching unit is connected to the second matching circuit , and in the case when the transmitting radio-frequency cable, on command from the control device through the first high-frequency switching the node is connected to the second matching circuit, the operating frequency generator through the third high-frequency switching unit is connected to the first matching circuit, the control device is connected by two-way communications via control buses with high-frequency switching nodes and monitoring the voltage at adjacent links of the first and second matching loops with the corresponding inputs / outputs of the first and second matching loops, the inputs of the first and second matching loops are connected to the transmitting radio frequency cable through the first high-frequency switching unit on command from the second control output of the control device, the first and second matching circuits through the first and second broadband matching circuits are respectively connected to the first and second inputs of the second high-frequency switching unit, the output of which is connected via an antenna radio frequency cable to the antenna, the third and the fourth inputs / outputs of the control device are connected by two-way communications with the corresponding inputs / outputs of the first and W cerned broadband matching circuit, the third control output of the control device is connected to the control input of the second high-frequency switching node, the control device has an input for selecting the program corresponding to the type of the connected antenna, an external input program recording block is an input device.