Научная статья на тему 'Датчики для измерения мощности на выходе передающего каскада радиопередатчика и коэффициента стоячей волны в антенно-фидерном устройстве'

Датчики для измерения мощности на выходе передающего каскада радиопередатчика и коэффициента стоячей волны в антенно-фидерном устройстве Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

CC BY
187
23
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ДАТЧИКИ / ВЫХОДНАЯ МОЩНОСТЬ / КОЭФФИЦИЕНТ СТОЯЧЕЙ ВОЛНЫ / SENSORS / OUTPUT POWER / STANDING WAVE RATIO

Аннотация научной статьи по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям, автор научной работы — Штерцер Никита Андреевич, Выборнов Николай Анатольевич

В процессе пусконаладочных и ремонтных работ приёмопередающих устройств особое внимание уделяют двум основным параметрам выходная мощность передающего каскада и коэффициент стоячей волны (КСВ) в антенно-фидерном устройстве. В данной статье рассмотрены основные требования к процедуре измерения мощности, формулы расчёта мощности и коэффициента стоячей волны для идеального синусоидального сигнала, а также представлены различные конструктивные решения датчиков для замера основных параметров в радиотехнике напряжение и ток в антенно-фидерном устройстве.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям , автор научной работы — Штерцер Никита Андреевич, Выборнов Николай Анатольевич

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

SENSORS FOR MEASURING POWER AT THE OUTPUT OF THE TRANSMITTING CASCADE OF A RADIO TRANSMITTER AND COEFFICIENT OF A STANDING WAVE IN AN ANTENNA-FIDER DEVICE

In the process of commissioning and repair work of transceiver devices, special attention is paid to two main parameters the output power of the transmitting stage and the standing wave ratio (SWR) in the antenna feeder device. This article discusses the basic requirements for the power measurement procedure, the formulas for calculating the power and the standing wave ratio for an ideal sinusoidal signal, and also presents various structural solutions of sensors for measuring the main parameters in radio engineering voltage and current in the antenna feeder device.

Текст научной работы на тему «Датчики для измерения мощности на выходе передающего каскада радиопередатчика и коэффициента стоячей волны в антенно-фидерном устройстве»

Список литературы / References

1. Покровский А.К. Логистика - механизм организации менеджмента / А.К. Покровский // Вестник Академии права и управления, 2009. № 16. С. 79-82.

2. Касмынин А.И. Покровский А.К. Маркетинг и риск-менеджмент / А.И. Касмынин, А.К. Покровский // Грузовое и пассажирское автохозяйство, 2009. № 11. С. 37-40.

ДАТЧИКИ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ МОЩНОСТИ НА ВЫХОДЕ ПЕРЕДАЮЩЕГО КАСКАДА РАДИОПЕРЕДАТЧИКА И КОЭФФИЦИЕНТА СТОЯЧЕЙ ВОЛНЫ В АНТЕННО-ФИДЕРНОМ

УСТРОЙСТВЕ

Штерцер Н.А.1, Выборнов Н.А.2 Email: Shterts662@scientifictext.ru

'Штерцер Никита Андреевич - магистрант; 2Выборнов Николай Анатольевич - кандидат физико-математических наук, доцент, кафедра электротехники, электроники и автоматики, Астраханский государственный университет, г. Астрахань

Аннотация: в процессе пусконаладочных и ремонтных работ приёмопередающих устройств особое внимание уделяют двум основным параметрам - выходная мощность передающего каскада и коэффициент стоячей волны (КСВ) в антенно-фидерном устройстве. В данной статье рассмотрены основные требования к процедуре измерения мощности, формулы расчёта мощности и коэффициента стоячей волны для идеального синусоидального сигнала, а также представлены различные конструктивные решения датчиков для замера основных параметров в радиотехнике - напряжение и ток в антенно-фидерном устройстве. Ключевые слова: датчики, выходная мощность, коэффициент стоячей волны.

SENSORS FOR MEASURING POWER AT THE OUTPUT OF THE TRANSMITTING CASCADE OF A RADIO TRANSMITTER AND COEFFICIENT OF A STANDING WAVE IN AN ANTENNA-FIDER DEVICE Shtertser N.A.1, Vybornov N.A.2

'Shtertser Nikita Andreevich - Master Student; 2Vybornov Nikolay Anatolyevich - Candidate of Physical and Mathematical Sciences, Associate Professor, DEPARTMENT OF ELECTRICAL ENGINEERING, ELECTRONICS AND AUTOMATION, ASTRAKHAN STATE UNIVERSITY, ASTRAKHAN

Abstract: in the process of commissioning and repair work of transceiver devices, special attention is paid to two main parameters - the output power of the transmitting stage and the standing wave ratio (SWR) in the antenna - feeder device. This article discusses the basic requirements for the power measurement procedure, the formulas for calculating the power and the standing wave ratio for an ideal sinusoidal signal, and also presents various structural solutions of sensors for measuring the main parameters in radio engineering - voltage and current in the antenna - feeder device. Keywords: sensors, output power, standing wave ratio.

УДК 621.3

В процессе пусконаладочных и ремонтных работ приёмопередающих устройств особое внимание уделяют на два основных параметра - выходная мощность передающего каскада и коэффициент стоячей волны (КСВ) в антенно-фидерном устройстве. Выходная мощность влияет на качество и дальность отправки полезной информации, распространяемой в эфире до корреспондента, без учёта распространения электромагнитных колебаний в слоях атмосферы Земли. Коэффициент стоячей волны определяет КПД системы «выходной каскад - антенна», т.е. насколько вся мощность, выдаваемая радиопередатчиком, передаётся антенне и в эфир соответственно. При правильной работе антенно-фидерного устройства отношение КСВ должно равняться единице, но на практике допускается предел от 1 - 1,5. В данной статье

приведены основные виды датчиков для измерения мощности выходного тракта радиопередатчика и коэффициента стоячей волны в антенно-фидерном устройстве.

При измерении мощности на выходе передающего каскада радиопередатчика необходимо соблюдать следующие правила:

1. Проводить измерения на эквивалент безиндуктивной нагрузки, чтобы исключить КСВ;

2. Пассивное сопротивление безиндуктивного эквивалента должно соответствовать выходному сопротивлению усилителя;

3. Проводить замеры мощности в заданном пределе измерения;

4. Использовать эквивалент соответствующей рассеиваемой мощности.

Выходная мощность передающего устройства является расчетной величиной и рассчитывается по следующим формулам (1), (2)

Реъ* =^и- = -НЛ!— (1)

вы1л. 9УР 7ур ^ '

^ нагр. ^ Л пнагр.

где Янагр, - сопротивление эквивалента, и разм. - размах измеряемого сигнала от нижнего до верхнего пика, - амплитудное значение измеряемого сигнала.

(ЕЕ)2 2

р _ УЛ; _ Ц действ.

*еых. р р (2)

кнагр. кнагр.

где Янар - сопротивление эквивалента, идейст., - действующее значение измеряемого сигнала, - амплитудное значение измеряемого сигнала.

Расчёт выходной мощности по формулам (1), (2) [1] возможен только для измерения идеальных синусоидальных одиночных сигналов. В реальных расчетах применяется система уравнений для каждой из гармоник, также учитываются потери мощности в антенно-фидерном устройстве.

Рис. 1. Изображение идеального синусоидального одиночного сигнала

Основными измеряемыми величинами в радиотехнике является напряжение и ток в фидере. В зависимости от конструктивных особенностей измерительного устройства, удобно перейти от одной величины в другую по закону Ома. Так как преобладает производство приёмопередающих устройств работающие на частотах порядка 1 0 3 - 1 О9 Гц, в разы превышающие бытовые 50 - 60 Гц в сети, то применение бытовых аналоговых и цифровых вольтметров, амперметров для проведения измерений на выходном каскаде невозможна, необходима доработка. Для этого применяют следующие виды датчиков:

1. Датчик с линией связи;

2. Датчик на низкоомном сопротивлении;

3. Выпрямляющий диод;

4. ВЧ - трансформатор.

Оптимальным решением является использование в качестве датчика тока - ВЧ-

трансформатор (Рисунок 2 (г)), так как конструктивно существует гальваническая развязка,

которая обеспечит защиту конечного счётного устройства, например микроконтроллера, а так

же легко произвести соотношение, например 10 Вт на выходе каскада равно 10 мА на вторичной обмотке ВЧ-трансформатора. У данной схемы есть существенный недостаток, который связан с применением диода - нелинейность ВАХ [2]. Для уменьшения явления нелинейности применяются германиевые диоды. Чтобы повысить точность вычисления

выходной мощности применяется десяток замеров и конечным счётным устройством производится вычисление среднего, либо среднеквадратичного значения [3]. Существуют более точные методы вычисления выходной мощности с применением термопары в сочетании с

чувствительным магнитоэлектрическим микроамперметром или специальные тепловые приборы. Однако такие приборы дороги и чувствительны к перегрузкам [4].

Например компания Diamond на рынок выпустила продукт SX - 200, принцип которого основан на применении в своей конструкции ВЧ-трансформатора, а компания Boonton представила в продажу оборудование Boonton 4542, который в своём составе имеет специальные тепловые приборы. В таблице 1 отображено ценовое сравнение двух измерительных приборов сконструированных на различной элементной базе.

Таблица 1. Сравнение стоимости измерительного оборудования

Наименование Элементная база Цена, руб.

Diamond SX - 200 ВЧ - трансформатор 7 400

Boonton 4542 Логариф мические микросхемы, тепловые датчики. 27 853

Рис. 2. Датчики антенного тока: а) с линией связи; б) с низкоомным сопротивлением; в) с выпрямляющим

диодом; г) ВЧ — трансформатор

Если на выходе линии передачи подключен импеданс, отличающийся от ее волнового сопротивления, часть падающей на нагрузку сигнальной волны отразится обратно. Эта отраженная волна складывается с падающей, и результативная амплитуда в любой точке является алгебраической суммой амплитуд двух волн. Узлы и пучности не движутся относительно линии передачи, т.е. стационарны. Такие волны называются стоячими. Важным параметром линии передачи, подсоединенной к антенне, является коэффициент стоячей волны. Коэффициент стоячей волны (КСВ) определяется отношением её максимальной и минимальной амплитуд. Когда сопротивление нагрузки равно волновому сопротивлению линии передачи, падающая волна полностью поглощается в нагрузке и отражённая и стоячая волны отсутствуют. В этом случае система является идеальной, ее коэффициент стоячей волны равен 1 [5].

У отраж . (3)

_ ^ прямая "" U от

Упрямая Уотраж.

Формула расчёта коэффициента стоячей волны[6].

Для измерения КСВ используют следующие виды датчиков:

1. Трансформатор тока;

2. ВЧ мост;

3. Логарифмический детектор.

Рис. 5. Измеритель КСВ использованием логарифмической микросхемы [8]

Наиболее предпочтительным является использование датчика КСВ на основе использования двух логарифмических детекторов и снятия выходного сигнала как разницы их выходных уровней, что позволяет реализовать следующие возможности:

1. Создание КСВ - метра с широким динамическим диапазоном;

2. Высокая чувствительность логарифмических детекторов позволет работать при малых мощностях;

3. Если в качестве выходного сигнала надо получить однополярный сигнал, то между выходами детекторов включается любой дифференциальный усилитель (например, на ОУ).

Список литературы / References

1. Черенкова Е.Л. Распространение радиоволн / Е.Л. Черенкова, О.В. Чернышёв; Г.П. Грудинская. 2-е изд. Москва: Радио и связь, 1984. 272с.

2. Practical Electronics for Invertors /Paul Scherz, Simon Monk. Fourth Edition. New York: Mc Graw Hill Education, 2016. 1168 с.

3. Искусство схемотехники / П. Хоровиц, У. Хилл. 7-е изд. Москва: Бином, 2016. 704 с.

4. Antennenbuch / K. Rothammel. reference. Stuttgart: Franck'sche Verlagshandlung, 1991. 656с.

5. Измерение КСВ. Простой КСВ-метр. [Электронный ресурс] / Владимир Приходько. Электрон. журн. Гомель: QRZ.RU Технический портал, 2016. Режим доступа: https://www.qrz.ru/schemes/contribute/antenns/swr.shtml, свободный/ (дата обращения: 24.04.2019).

6. Antennenbuch / K. Rothammel. reference. Stuttgart: Franck'sche Verlagshandlung, 1991. 658 с.

7. Antennenbuch / K. Rothammel. reference. Stuttgart: Franck'sche Verlagshandlung, 1991. 660 с.

8. Логарифмический КСВ-метр [Электронный ресурс] / A. Bonn. Электрон. журн. Минск: DL2KQ-EU1TT, 2014. Режим доступа: http://dl2kq.de/ant/3-105.htm, свободный/ (дата обращения: 24.04.2019).

МОНИТОРИНГ И ЕГО РАЗНОВИДНОСТИ Живов В.С.1, Выборнов Н.А.2 Email: Zhivov662@scientifictext.ru

'Живов Владимир Сергеевич — магистрант; 2Выборнов Николай Анатольевич — кандидат физико-математических наук, доцент, кафедра электротехники, электроники и автоматики, Астраханский государственный университет, г. Астрахань

Аннотация: статья посвящена обзору систем мониторинга. Приведена общая схема компьютерного мониторинга. Для большинства энергетических объектов, непрерывных производств, транспортных систем и объектов. Представлены этапы получения и предварительной обработки информации. Рассмотрены основные аспекты текущего состояния и управления объекта. Обозначено направление дальнейшего развития систем мониторинга. Рассказано в деталях о проблемах, возникающих при эксплуатации систем мониторинга и способах устранения этих проблем. Данная статья дает детальный анализ значимости систем мониторинга.

Ключевые слова: система автоматического управления, компьютерный мониторинг, офлайн мониторинг.

MONITORING AND ITS VARIETIES Zhivov V.S.1, Vybornov N.A.2

'Zhivov Vladimir Sergeevich — Master's Student; 2Vybornov Nicolai Anatolievich — Candidate of physical and mathematical Sciences, Associate Professor, DEPARTMENT OF ELECTRICAL ENGINEERING, ELECTRONICS AND AUTOMATION, ASTRAKHAN STATE UNIVERSITY, ASTRAKHAN

Abstract: the Article is devoted to the review of monitoring systems. The General scheme of computer monitoring is given. for most energy facilities, continuous production, transportation systems and

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.