4.4 Требования к приемопередатчику св-кв диапазонов, обеспечивающему работу в режиме дуплексной связи с временным разделением каналов приема и передачи

Рассмотренный выше метод реализации дуплексного телефонного режима, в том числе и в КВ диапазоне радиоволн, с использованием временного разнесения каналов приема и передачи требует периодического переключения режимов приема и передачи с частотой порядка 3 - 10 Гц, что в свою очередь накладывает требование на длительность переключения с приема на передачу (или обратно) – не более 10 мсек. При этом должна быть обеспечена не только защита приемника от сигнала передатчика с большим уровнем мощности (сотни ватт) при передаче, но и от шумовой компоненты усилителя мощности в режиме приема. В связи с этим, соединение приемника и передатчика с антенной должно осуществляться через переключающий элемент, удовлетворяющий перечисленным требованиям. В большинстве случаев для коммутации антенной цепи КВ приемопередатчика используется электромеханический переключатель, работающий в широком диапазоне частот с временем переключения не менее 10 мсек. Основным недостатком приемопередатчика с электромеханическим переключателем является низкий ресурс работы из-за ограниченного количества переключений. Для реализации быстродействующего коммутатора антенной цепи КВ приемопередатчика с высокой скоростью могут быть применены схемы коммутации с p-i-n диодами [15]. При этом включение p-i-n диодов в последовательную цепь связи с антенной для коммутации сигналов с высоким уровнем мощности в диапазоне коротких волн не допустимо из-за ограниченного накопленного заряда диода. Поэтому для коммутации режимов передачи и приема используются резонансные цепи с изменяющимися параметрами.

Известен вариант построения приемопередатчика с электронным переключателем прием-передача [44], в котором для повышения развязки между цепями приема и передачи используются свойства последовательного и параллельного контуров, цепи которых формируются с помощью переключаемых p-i-n диодов.

Недостатками такого технического решения являются узкая полоса частот, в которой будут обеспечиваться передача и прием сигналов, отсутствие возможности работы на одной частоте приемника и передатчика, отсутствие защиты приемника от шумов усилителя мощности, что приводит к снижению его чувствительности.

Нами предложен приемопередатчик, обеспечивающий работу в соответствие с описанным выше способом дуплексной телефонной связи, реализующий при этом высокую скорость переключения режимов приемопередатчика в широком диапазоне частот, в том числе и на одной частоте, а также повышение реальной чувствительности приемника [3]. Функциональная схема приемопередатчика представлена на рис. 4.11. Приемопередатчик состоит из возбудителя радиосигналов передатчика, усилителя мощности, фильтра нижних частот, который в свою очередь состоит из последовательно включенных катушек индуктивности и конденсаторов, коммутаторов, работающих на p-i-n диодах с дросселем, по которому передается сигнал управления, и с фильтрующим конденсатором, а также из приемника и устройства управления, первый выход которого соединяется с управляющими входами коммутаторов электронного переключателя, второй выход устройства управления соединен с управляющим входом возбудителя сигнала передатчика, третий выход устройства управления соединен с управляющим входом усилителя мощности для запирания его входных каскадов.

Приемопередатчик работает следующим образом. От источника информации сигнал поступает на возбудитель радиосигналов передатчика, откуда модулированный сигнал поступает на усилитель мощности, усиленный сигнал поступает на вход фильтра нижних частот, проходит через LC-элементы фильтра (последовательные катушки индуктивности и конденсаторы) к антенне.

Через ФНЧ проходит сигнал, несущий информацию на рабочей частоте, а гармонические составляющие сигнала подавляются фильтром. При прохождении сигнала передатчика коммутаторы отключены, поэтому через ФНЧ сигнал от усилителя мощности передается к антенне без ослабления. При поступлении команд от устройства управления возбудитель сигнала передатчика отключается, в усилителе мощности уменьшаются токи покоя транзисторов, вследствие чего уменьшается усиление, на коммутатор от устройства управления подается положительное напряжение, и под воздействием постоянных токов, протекающих через p-i-n диоды и дроссели, коммутатор открыт, при этом вывод индуктивности ФНЧ через коммутатор соединяется с корпусом, вследствие чего формируется параллельный контур, состоящий из катушки индуктивности и конденсаторов с частотой настройки, близкой к частоте среза ФНЧ, что следует из расчета и анализа ФНЧ с характеристикой Кауэра (Чебышева).

В приемном режиме через диоды коммутатора протекает ток, замыкающийся на корпус через выходные цепи усилителя мощности и входные цепи приемника, вследствие чего высокочастотный сигнал от антенны поступает на вход приемника. Параллельно антенной цепи подключен сформированный параллельный контур (катушка индуктивности, конденсаторы), который в диапазоне рабочих частот ФНЧ носит индуктивный характер, вследствие чего принимаемый сигнал претерпевает ослабление порядка 1 дБ. В приемном режиме на выходе усилителя мощности отсутствует не только информационный сигнал передатчика (пауза), но и его шумовая составляющая, т.к. в под воздействием запирающего сигнала от устройства управления усилитель мощности ослабляет входной шум и, кроме того, в цепи передачи катушка индуктивности в ФНЧ соединена с корпусом через открытые p-i-n диоды коммутатора.

В рассматриваемом изобретении через открытый канал коммутатора передается низкоуровневый сигнал приемника, а при прохождении через ФНЧ сигнала передатчика p-i-n диоды коммутаторов находятся в выключенном состоянии, поэтому, согласно расчету и экспериментам, накопленный заряд p-i-n диодов обеспечивает прием и передачу сигналов без искажений. Наличие цепей развязки для управления p-i-n диодами увеличивает время переключения из передающего в приемный режим, но не превысит 10 микросекунд (согласно экспериментам), что вполне достаточно для обеспечения дуплексного режима связи.

Неискаженная передача сигнала с высоким уровнем мощности (до 1 кВт) к антенне обеспечивается схемой за счет отсутствия шунтирующего воздействия запертых p-i-n диодов коммутаторов. С этой же целью в коммутаторах может использоваться по два p-i-n диода со встречным включением.

Указанная цель достигается тем, что в приемопередатчике, содержащем возбудитель радиосигнала передатчика, усилитель мощности, фильтр нижних частот, выход которого постоянно подключен к антенне, приемник, подключаемый к антенне через быстродействующий коммутатор на p-i-n диодах, и устройство управления, выход которого соединяется с управляющими входами коммутаторов электронного переключателя для обеспечения поочередной работы передатчика и приемника на одной частоте на одну антенну, отличающимся тем, что в тракте фильтра нижних частот передатчика используется быстродействующий коммутатор на p-i-n диодах, который при работе приемника соединяет с корпусом один конец катушки индуктивности, второй конец которой подключен к антенне, второй выход устройства управления соединен с управляющим входом возбудителя сигнала передатчика, обеспечивая его отключение от входа усилителя мощности в периоды приема, третий выход устройства управления соединен с управляющим входом усилителя мощности для запирания его входных каскадов, обеспечивая таким образом снижение шумов усилителя в режиме приема.

Используемый в приемопередатчике фильтр нижних частот (ФНЧ) предназначен для подавления гармонических составляющих передаваемого сигнала и может содержать 10 или более LC-элементов Кауэровской или Чебышевской структуры. При соединении с корпусом одного конца катушки индуктивности, другой конец которой соединен с антенной, формируется параллельный контур из рассматриваемой катушки индуктивности, параллельного ей конденсатора и конденсатора, подключенного параллельно антенной цепи, частота резонанса этого контура будет близка к частоте среза ФНЧ, что следует из анализа частотных свойств ФНЧ Кауэра. Вследствие этого при работе приемников полосе частот ниже частоты среза ФНЧ параллельно антенной цепи будет подключена эквивалентная индуктивность, увеличивающая потери принимаемого сигнала за счет рассогласующего воздействия. Однако, согласно расчетам в полосе частот от f_min до f_max при коэффициенте k_f по поддиапазону рабочих частот,

эти потери не превысят 1 дБ, что приемлемо для коротковолнового приемника.

Резонансные свойства LC-цепей и быстродействующие коммутаторы на p-i-n диодах широко известны, использование их с целью обеспечения высокой скорости переключения сигналов с большой мощностью передатчика и низкоуровневых сигналов приемника позволяет сформировать дуплексный режим связи с временным разделением передачи и приема сигналов, в том числе и на одной частоте.