Сверхрегенеративный приемопередатчик

1. Сверхрегенеративный приемопередатчик, содержащий соединенные последовательно генератор суперирующих импульсов, конденсатор, автогенератор и антенну, источник питания, первый выход которого соединен с вторыми выходами автогенератора и генератора суперирующих импульсов, причем автогенератор включает в себя транзистор и резонатор, входы и выходы которого являются одноименными входами и выходами автогенератора, а база, коллектор и эмиттер транзистора соединены соответственно с первым, вторым входами и вторым выходом резонатора, отличающийся тем, что, с целью повышения стабильности параметров, в него введен блок стабилизации среднего тока, первый и второй входы которого соединены соответственно с вторым и первым выходами источника питания, а первый и второй выходы с вторым и первым входами автогенератора.
2. Приемопередатчик по п. 1, отличающийся тем, что блок стабилизации среднего тока содержит два транзистора, соединенные последовательно первый и второй резисторы, третий, четвертый резисторы, конденсатор, первые выводы первого и третьего резисторов соединены между собой и являются первым входом блока стабилизации среднего тока, вторым входом которого является первый вывод четвертого резистора, второй вывод которого соединен с первым выводом конденсатора, базой первого транзистора и коллектором второго транзистора, эмиттер которого соединен с вторым выводом третьего резистора, база второго транзистора является первым выходом блока стабилизации среднего тока и соединена с вторыми выводами первого резистора и конденсатора, второй вывод второго резистора соединен с эмиттером первого транзистора, коллектор которого является вторым выходом блока стабилизации среднего тока.

Изобретение относится к радиотехнике, в частности к радиолокации, и может использоваться в импульсных радиолокационных станциях, устанавливаемых в аэрологических радиозондах и метеорологических ракетах, для измерения дальности.
Известен сверхрегенеративный приемопередатчик, содержащий резонатор, транзистор и антенну [1]
Однако этот приемопередатчик имеет существенную зависимость выходной мощности и чувствительности от изменения напряжения источника питания, температуры окружающей среды и характера проводимости нагрузки.
Наиболее близким к изобретению является сверхрегенеративный приемопередатчик, содержащий соединенные последовательно генератор суперирующих импульсов, конденсатор, автогенератор и антенну, источник питания, первый вход которого соединен с вторым выходом автогенератора и генератора суперирующих импульсов, причем автогенератор включает в себя транзистор и резонатор, входы и выходы которого являются одноименными входами и выходами автогенератора, а база, коллектор и эмиттер транзистора соединены соответственно с первым, вторым входами и вторым выходом резонатора [2]
Однако этот приемопередатчик имеет низкую стабильность параметров вследствие их зависимости от температуры окружающей среды, изменения согласования с антенной и напряжения питания.
Цель изобретения повышение стабильности параметров.
Для этого в сверхрегенеративный приемопередатчик, содержащий соединенные последовательно генератор суперирующих импульсов, конденсатор, автогенератор и антенну, источник питания, первый выход которого соединен с вторыми выходами автогенератора и генератора суперирующих импульсов, причем автогенератор включает в себя транзистор и резонатор, входы и выходы которого являются одноименными входами и выходами автогенератора, а база, коллектор и эмиттер транзистора соединены соответственно с первым, вторым входами и вторым выходом резонатора, введен блок стабилизации среднего тока, первый и второй входы которого соединены соответственно с вторым и первым выходами источника питания, а первый и второй выходы с вторым и первым входами авторегенератора. Блок стабилизации среднего тока содержит два транзистора, соединенные последовательно первый и второй резисторы, третий, четвертый резисторы, конденсатор, первые выводы первого и третьего резисторов соединены между собой и являются первым входом блока стабилизации среднего тока, вторым входом которого является первый вывод четвертого резистора, второй вывод которого соединен с первым выводом конденсатора, базой первого транзистора и коллектором второго транзистора, эмиттер которого соединен с вторым выводом третьего резистора, база второго транзистора является первым выходом блока стабилизации среднего тока и соединена с вторыми выводами первого резистора и конденсатора, второй вывод второго резистора соединен с эмиттером первого транзистора, коллектор которого является вторым выходом блока стабилизации среднего тока.
На фиг.1 представлена структурная электрическая схема предлагаемого сверхрегенеративного приемопередатчика;
На фиг. 2-временные диаграммы сигналов в некоторых точках структурной электрической схемы предложенного сверхрегенеративного приемопередатчика.
Сверхрегенеративный приемопередатчик содержит автогенератор 1, включающий резонатор 2 и транзистор 3, антенну 4, генератор 5 суперирующих импульсов, конденсатор 6, блок 7 стабилизации среднего тока и источник 8 питания.
Блок 7 стабилизации содержит первый и второй транзисторы 9 и 10, конденсатор 11, первый, второй, третий и четвертый резисторы 12, 13, 14 и 15.
Сверхрегенеративный приемопередатчик работает следующим образом. После включения приемопередатчика в установившемся режиме через транзистор 3 автогенератора 1 протекает средний коллекторный ток I_кср, задаваемый блоком 7 стабилизации, который вместе с конденсатором 6 образует цепь автоматического смещения автогенератора 1, стабилизирующую средний коллекторный ток транзистора 8 транзисторного автогенератора 1. Генератор 5 суперирующих импульсов, обладающий очень малым выходным сопротивлением, вырабатывает прямоугольные импульсы U_c(t) с амплитудой U_c, длительностью _c и периодом T_c /см. фиг. 2е/. Запуск автогенератора 1 происходит при превышении управления напряжением база-эмиттер V_бэ(t) транзистора 3 уровня ES' транзистора 3. В момент возникновения автоколебаний через транзистор протекает коллекторный ток I_к(t), равный пусковому значению I_п, причем граничный коллекторный ток самовозбуждения соответствует уровню I_гр /см. фиг.2в/. Если пусковой ток I_п превышает величину I_гр, в резонаторе 2 авторегенаратора 1 возникают автоколебания A(t), амплитуда которых возрастает по экспоненциальному закону от уровня флуктуационного шума A₀ до значения стационарной амплитуды A_ст /см. фиг.2б/. Вследствие жесткого режима самовозбуждения постоянная составляющая коллекторного тока транзистора 3 возрастает синхронно с возрастанием амплитуды автоколебаний A(t). Время установления автоколебаний приблизительно равно временной задержке _з переднего фронта радиоимпульса, а длительность радиоимпульсов равна _u= _c- _з /см. фиг.2е и 2б/. Величина _з определяется уровнем флуктуационного шума A₀ и величиной отрицательного затухания, вносимого в резонатор 2 автогенератора 1, которое определяется величиной пускового тока I_п. При отсутствии сигнала, поступающего через антенну 4 в резонатор 2 автогенератора 1, амплитуда флуктуационного шума постоянна и величину _u можно регулировать величиной пускового тока. Увеличение пускового тока I_п приводит как бы к увеличению отрицательного сопротивления резонатора 2 и к уменьшению величины _з. Уменьшение пускового тока приводит к увеличению _з и при _{з c} автоколебания в автогенераторе 1 не возникают. Таким образом, регулировкой пускового тока можно установить любое требуемое значение _з и, следовательно, _u в пределах длительности суперирующих импульсов _c /см. фиг. 2в и 2е/. Эффект сверхрегенеративного усиления внешнего сигнала U_з(т) /см. фиг. 2а/ заключается в том, что при появлении его в резонаторе 2 автогенератора 1 возрастание амплитуды автоколебаний начинается не с уровня флуктуационного шума A₀, а с уровня сигнала A_с /см. фиг.2б/, что приводит к резкому увеличению длительности первого радиоимпульса на величину , этот радиоимпульс излучается антенной 4 в ответ на принятый сигнал U_з(t) /см. фиг.2б0. В дальнейшем приращение будет называться первичной реакцией сверхрегенеративного приемопередатчика. Величина является полезным эффектом усиления запросного сигнала U_з(t) и характеризует чувствительность сверхгенеративного приемопередатчика. В прототипе предложенного устройства цепь смещения, определяющая стабильность коллекторного тока транзистора 3, образована конденсатором 6 и резистором, который включен между первыми входом и выходом автогенератора 1. Допускаем, что выходное сопротивление генератора 5 суперирующих импульсов по причине его малости равно нулю и выходы источника 8 питания зашунтированы по переменной составляющей тока, и, следовательно, для импульсных сигналов постоянного времени цепи автоматического смещения равна произведению емкости конденсатора 6 и сопротивления резистора цепи автоматического смещения, эта постоянная времени выбирается большей периода следования суперирующих импульсов. В течение длительности радиоимпульса конденсатор 6 заряжается током базы транзистора 3, который пропорционален коллекторному току этого транзистора, в результате чего формируется закрывющее напряжение U /см. фиг.2д/. Разряд конденсатора 6 происходит на интервале демпфирования _д /см. фиг.2е/ в течение времени _з. В установившемся режиме напряжение на конденсаторе 6 имеет постоянную и переменную составляющие E_c , V /см. фиг. 2Д/ и поэтому плоская часть импульса управляющего напряжения U_бэ имеет нарастающий и падающий участки, а среднее значение импульсного напряжения смещается в запирающем направлении на величину /см. фиг.2г/. Во время первичнойреакции цепь автоматического смещения дополнительно заряжается на величину U₁. Поэтому при поступлении следующего суперирующего импульса U_с(t) управляющее напряжение будет меньше на величину U₁, что приводит к уменьшению пускового тока на величину I_n и, как было отмечено ранее, вызывает увеличение времени задержки _з очередного радиоимпульса на величину . При достаточном большом значении U₁ и выполнении условия произойдет полное подавление второго ответного радиоимпульса, а ответный сигнал сверхрегенеративного приемопередатчика будет восприниматься в виду паузы. Этот процесс называется вторичной реакцией сверхрегенеративного приемопередатчика. Таким образом, чувствительность сверхрегенеративного приемопередатчика определяется уровнями первичной и вторичной . При фиксированном уровне запросного сигнала величина E_с и величины пропорциональны времени задержки _з, поэтому для повышения чувствительности необходимо увеличить _з, что можно достигнуть приближением пускового I_п к значению граничного тока I_гр. В прототипе чувствительность сверхрегенеративного приемопередатчика регулируется посредством изменения величины сопротивления резистора цепи автоматического смещения автогенератора, которое приводит к соответствующему изменению постоянной составляющей тока базы транзистора 3 и, следовательно, изменению постоянной составляющей коллекторного тока транзистора 3. Изменение среднего тока коллектора I_{к ср} приводит к изменению только длительности радиоимпульса _u, не влияя на амплитуду стационарного режима. Пои уменьшении сопротивления резистора цепи автоматического смещения средний коллекторный ток увеличивается и увеличивается длительность радиоимпульсов _u. Время задержки _з при этом уменьшается, следовательно, снижается чувствительность сверхрегенеративного приемопередатчика, наоборот, увеличение сопротивления резистора приводит к уменьшению пускового тока I_п, увеличению _з и чувствительности. При этом наблюдается существенная зависимость чувствительности, средней мощности автогенератора от изменения напряжения источника питания, проводимости антенны и температуры окружающей среды, поскольку, например, изменение проводимости антенны приводит к изменению условий самовозбуждения, то есть к изменению значения граничного тока I_гр, амплитуды стационарных колебаний. Кроме того, изменение сопротивления резистора цепи автоматического смещения вызывает необходимость подбора величины активной и реактивной составляющих проводимости антенны для настройки частоты и мощности автогенератора сверхрегенеративного приемопередатчика. Использование блока 7 стабилизации в предложенном сверхрегенеративном приемопередатчике вместо резистора цепи автоматического смещения устраняет перечисленные выше недостатки. Блок 7 стабилизации представляет собой усилитель постоянного тока, реагирующий на средний коллекторный ток транзистора 3 автогенератора 1 и стабилизирующий его. Ток базы транзистора 3 автогенератора 1 задается током коллектора транзистора 9 блока 7 стабилизации. Входным сигналом усилителя постоянного тока, отпирающим второй транзистор 10, является падение напряжения, создаваемое током коллектора транзистора 3 автогенератора на резисторе 12 и превышающее напряжение отпирания транзистора 3 /см. фиг.2г/. Блок 7 стабилизации автоматически регулирует ток базы транзистора 3 таким образом, что напряжение на резисторе 12 всегда одинаковое. Поэтому величина среднего тока транзистора 8 автогенератора 1 может регулироваться резистором, а конденсатор 11 обеспечивает фильтрацию возможных пульсаций входного сигнала усилителя постоянного тока. В момент включения сверхрегенеративного приемопередатчика коллекторный ток транзистора 3 равен нулю, поэтому транзистор10 блока 7 стабилизации закрыт, соответственно первый транзистор 9 блока 7 стабилизации полностью открыт током, протекающим через резистор 15. При этом ток базы автогенератора 1 будет максимальным и определяться резистором 13. По мере нарастания среднего тока коллектора транзистора 3 автогенератора 1 будет увеличиваться падение напряжения на резисторе 12 и как только оно достигнет напряжения отпирания транзистора 10, этот транзистор откроется, что, в свою очередь прикроет транзистор 9 таким образом, чтобы коллекторный ток транзистора 3 создал падение напряжения на резисторе 12, значительно превышающее напряжение отпирания транзистора 10. Например, если под действием температуры окружающей среды средний ток транзистора 3 автогенератора 1 возрос по сравнению с его номинальным значением, на резисторе 12 возрастает падение напряжения. Транзистор 10 открывает и закрывает транзистор 9. Ток коллектора транзистора 9 уменьшается, что приводит к уменьшению тока базы и среднего тока коллектора транзистора 3 автогенератора 1. При уменьшении температуры процесс управления током коллектора транзистора 3 идет в обратном направлении. Аналогично происходит автоматическая регулировка среднего тока транзистора 3 автогенератора 1 при изменении проводимости нагрузки антенны 4.
Таким образом, в отличие от прототипа величина среднего тока коллектора транзистора 3 автогенератора 1 в предложенном сверхрегенеративном приемопередатчике задается блоком 7 стабилизации, который автоматически регулирует величину среднего тока базы транзистора 3 так, чтобы средний ток его коллектора имел постоянное значение и не изменялся при вариациях проводимости антенны 4 и температуры окружающей среды. При этом, как уже отмечалось ранее, длительность радиоимпульсов t_u и время задержки _з будут поддерживаться автоматически постоянным соответствии с постоянством величины I_{к ср}. Поскольку уровни первичной и вторичной реакций пропорциональны величине _з, то и чувствительность сверхрегенеративного приемопередатчика также будет стабилизирована. Выходная мощность сверхрегенеративного приемопередатчика стабилизируются за счет стабилизации длительности радиоимпульсов. С точки зрения обеспечения инерционности цепи автоматического смещения выходная цепь блока 7 стабилизации выполняет роль некоторого эквивалентного сопротивления и обеспечивает необходимую скорость разряда конденсатора 6. В предложенном сверхрегенеративном приемопередатчике средний ток коллектора транзистора 3 автогенератора 1 устанавливается автоматически заданной величиной, поэтому в процессе настройки отпадает необходимость итерационного подбора величины сопротивления резистора цепи автоматического смещения, что существенно улучшает условия настройки устройства.
Технико-экономический эффект предложенного сверхрегенеративного приемопередатчика заключается в повышении стабильности выходных параметров ответного сигнала за счет ослабления влияния изменения температуры окружающей среды и проводимости нагрузки передатчика, то есть антенны, так, например, если у прототипа чувствительность изменяется при изменении температуры окружающей среды в пределах 30 дБ, то в предложенном устройстве только в пределах 5 дБ.
1. Сверхрегенеративный приемопередатчик, содержащий соединенные последовательно генератор суперирующих импульсов, конденсатор, автогенератор и антенну, источник питания, первый выход которого соединен с вторыми выходами автогенератора и генератора суперирующих импульсов, причем автогенератор включает в себя транзистор и резонатор, входы и выходы которого являются одноименными входами и выходами автогенератора, а база, коллектор и эмиттер транзистора соединены соответственно с первым, вторым входами и вторым выходом резонатора, отличающийся тем, что, с целью повышения стабильности параметров, в него введен блок стабилизации среднего тока, первый и второй входы которого соединены соответственно с вторым и первым выходами источника питания, а первый и второй выходы - с вторым и первым входами автогенератора.
2. Приемопередатчик по п. 1, отличающийся тем, что блок стабилизации среднего тока содержит два транзистора, соединенные последовательно первый и второй резисторы, третий, четвертый резисторы, конденсаторы, первые выводы первого и третьего резисторов соединены между собой и являются первым входом блока стабилизации среднего тока, вторым входом которого является первый вывод четвертого резистора, второй вывод которого соединен с первым выводом конденсатора, базой первого транзистора и коллектором второго транзистора, эмиттер которого соединен с вторым выводом третьего резистора, база второго транзистора является первым выходом блока стабилизации среднего тока и соединена с вторыми выводами первого резистора и конденсатора, второй вывод второго резистора соединен с эмиттером первого транзистора, коллектор которого является вторым выходом блока стабилизации среднего тока.