Стабилизация фазы тока в антенне передатчика с помощью реактивной обратной связи по высокой частоте Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

ИЗВЕСТИЯ

ТОМСКОГО ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ПОЛ ТЕХНИЧЕСКОГО

ИНСТИТУТА имени С. М, КИРОВА

Том 100 1962

СТАБИЛИЗАЦИЯ ФАЗЫ ГОКА В АНТЕННЕ ПЕРЕДАТЧИКА С ПОМОЩЬЮ РЕАКТИВНОЙ ОБРАТНОЙ СВЯЗИ ПО ВЫСОКОЙ ЧАСТОТЕ

И. А. ВЕСЕЛ КОВ (Представлено научным семинаром радиотехнического факультета)

Введение

К некоторым типам фазовых радионавигационных систем, а также к системам, которые используются для исследования изменения фазы длинных волн при распространении, предъявляются жесткие требования в отношении стабильности фазы тока в антенне передатчика [1, 9|.

Основной причиной фазовой нестабильности тока в антенне передатчика длинноволнового диапазона является изменение параметров антенны, вызываемое качанием антенны ветром и изменением состояния почвы.

Для увеличения стабильности фазы применяют метод сильной связи между промежуточным и антенным контурами [5]? осуществляют питание антенны через соответствующим образом настроенный фидер [7], а также используют отрицательную обратную связь (про-тивосвязь) [6].

Предельная стабильность фазы тока при использовании первого метода ограничена выбором оптимального по мощности режима выходного каскада.

Большие глубины обратной связи, обеспечивающие высокую стабильность фазы в системе с противосвязью, вызывают трудности в обеспечении устойчивости передатчика, а также приводят к значительному уменьшению коэффициента усиления тракта, охваченного обратной связью.

Применение реактивной обратной связи позволяет получить высокую стабильность фазы при небольших глубинах.

Влияние реактивной обратной связи на стабильность фазы

тока в антенне

Будем рассматривать случай работы оконечного каскада передатчика в перенапряженном режиме.

Эквивалентную схему оконечного каскада при индуктивной связи между анодным и антенным контурами можно представить в виде рис. 1.

Здесь /?,, Lu Ci — параметры анодного, R2, ¿. — антенного контуров; R6X} Хвх — входные активное и реактивное сопротивления антенны.

Обычно антенна длинноволнового диапазона имеет большую емкостную нагрузку на конце. Реактивное входное сопротивление такой антенны является емкостным [3, 4].

©

о) £

Ci Li

Л

о о о о о

О

О

)о о

е

Нём

Рис. 1.

Тогда эквивалентная схема приобретает вид рис. 2. Здесь /? — /?2 + В дальнейшем изменением /? при расстройках антенного контура будем пренебрегать (справедливо для небольших расстроек)

М

Рис. 2.

Выражение для тока в антенном контуре на основании, эквивалентной схемы рис. 2 может быть представлено в виде

7•> = /20 —- - 7 — . , (1)

1 +/ а.)|1 + / ад) +!Т

где

20

c^.fla+V)'

Q,

\ О),., а)

i1 - ^ )•

oj ЛГ

УШ'

угловая частота, соответствующая расстройке антенного контура, 1а] - первая гармоника анодного тока.

1:81

Коэффициент передачи напряжения оконечного каскада представ ляется выражением

к- JK0i(l +V)-*

Здесь

тг 120

^01 =

% С40

у2 — <02 <° 02

Олю — емкость антенны при настройке в резонанс;

напряжение возбуждения, соответствующее перенапряженному режиму.

Напряжение обратной связи целесообразно подавать в каскады, предшествующие оконечному [2].

Рассмотрим случай, когда реактивной обратной связью охвачено два каскада.

Коэффициент передачи напряжения при этом может быть записан в виде

к _7^о(1+У)*2___

где

А0 = К 01 - Л0 2,

Коз — коэффициент передачи напряжения предоконечного каскада на частоте настройки, i — коэффициент обратной связи.

Если контур предоконечного и анодный контур оконечного каскадов сохраняют свою настройку, а расстраивается только антенный контур, то

У Ко*2

1 +У-^-2 . УКоМ2 i + V

Фазовая нестабильность, вызываемая расстройкой антенного контура, определяется из выражения

=--------- 1 ---(2)

'р У л 1 ■ V)*2

Анализ выражения (2) показывает, что с точки зрения фазостабилизи-рующих свойств оптимальным является случай, соответствующий положительному знаку в знаменатель (2). Действительно, при расстройке антенного контура увеличению значения сиА соответствует, как следует из (Г), уменьшение резонансной частоты контура у2, но при этом уменьшается модуль второго члена в знаменателе (2).

Следовательно, изменение расстройки контура компенсируется изменением фактора обратной связи.

Из выражения (2) следует, что в этом случае при а4 О

у (3)

А о Н..

т. е. величина начального угла сдвига фаз определяется значением К о р.

Условием отсутствия фазовых искажений выходного сигнала при расстройке антенного контура является постоянство аргумента выражения (2) при изменении ю2.

На основании (2) и (3; это условие запишется в.виде

1 4-V

ал + /<0ЗП 4- V]*2 Решая (4) относительно К{) в, получим

ал

1

К о ?

'о/?/

.........

(4)

15)

При заданных величинах С}., и % выражение (5) позволяет вычислить значение /С0р, для которого колебания фазы выходного сигнала при изменении собственной частоты антенного контура будут минимальными. После подстановки значения аА в (5) получим

О*

• ''/Г.

(6)

Формула (6) является расчетной. В мощных передатчиках значения обычно бывают одного порядка с Поэтому величины (Ко$)ор( получаются небольшими, что очень важно с точки зрения обеспечения устойчивости.

Рис. 3.

Выражение (2) после подстановки в него (6) может быть представлено в виде

1<г© ' =____1 г _— (7)

•*А + (Ко1)орЛ1+Ъ2)Х2

Оценим эффективность реактивной обратной связи в отношении повышения фазовой стабильности но сравнению с противосвязью.

Фазовая нестабильность в случае использования для целей стабилизации противосвязи определяется из выражения [6]

[о-ъ —--__(8)

В этом случае стабильность увеличивается с ростом глубины противо-связи, но фазовые углы при симметричных расстройках собственной частоты антенного контура относительно резонансной становятся неодинаковыми.

На рис. 3 приведен график <р0(. ~/(аА) в области расстроек = —10: -{-10, рассчитанный по формуле (8) для случая (?«, = 50 и 1 + V ^ 25.

Выбранным параметрам на основании (6) соответствует (Л\>

Из.графика видно, что нестабильность фазы в случае прогиво-связи достигает Дер >15°. Легко убедиться, используя выражение (7), что фаза сигнала при использовании реактивной обратной связи в пределах выбранных расстроек остается постоянной.

Анализ стабильности фазы проведен только для случая, когда реактивной обратной связью охвачены два каскада. Однако он остается справедливым при любом числе каскадов, если все каскады предварительного усиления настроены в резонанс.

Результаты эксперимента

Структурная схема экспериментальной установки приведена на рис. 4.

Здесь: К—двухкаскадный усилитель, выходной каскад которого работает в перенапряженном режиме и имеет нагрузку в виде индуктивно связанных контуров;

Рис. 4.

КПкатодный повторитель, который предназначен для того, чтобы избежать шунтирования второго контура оконечного каскада цепью обратной связи;

Ф — мостиковый фазовращатель.

Для получения заземленного выхода мостиковый фазовращатель подключается к сеткам дифференциального усилителя ДУ. Напряжение обратной связи снималось с катушки индуктивности второго контура и подавалось в катод первого каскада усилителя.

Фазовые сдвиги при расстройке второго контура измерялись методом, описанным в [8] на частоте 62,5 кгц (коэффициент деления исходной частоты п = 20). Параметры второго контура: С2 31)00 пф, ¿2 2,15 мгн, I +%-: 30, 30.

Уход фазы при увеличении или уменьшении емкости контура С, на 300 пф в схеме без обратной связи составлял А ? ^ 6°20'. В случае реактивной связи ухода фазы замечено не было.

Выводы

1. Реактивная обратная связь позволяет получить высокую стабильность фазы тока в антенне передатчика при небольших глубинах связи, равных оптимальным.

2. Использование небольших глубин облегчает обеспечение устойчивой работы передатчика, а также не приводит к значительному уменьшению коэффициента усиления.

ЛИТЕРАТУРА

1. Астафьев Г. П., Шебашевич B.C., Юрков Ю. А. Радионавигационные устройства и системы, изд. Сов. радио, М., 1958.

2. Модель 3. П., Персон 3. В. Компенсация искажений в передающих устройствах путем применения прогивосвязи, ИЭСТ, № 7, 1938.

3. Надененко С. И. Антенны, Связьиздат, М., 1959.

4. Нейман М. С. Передающие антенны, Энергоиздат, 1934.

5. Пестряков В. Б. Радионавигационные угломерные системы, Госэнергоиздаг М.-Л., 1955.

6. Суслов И. А. Стабилизация фазы тока в антенне с помощью противосвязи, Труды СФТИ, вып. 37, 1959.

7. Штиллерман Л. Е.. Сое кип Г. А. Стабилизация фаз и амплитуд токов в антеннах, ИЭСТ № 11, 1940.

8. Ш у л ь ж е и к о К. М., С и л о в Е. Н., С у пьян В. Я. Об измерении фазовых сдвигов и фазовой модуляции с помощью интерференционных картин. Доклады Томской городской научно-технической конференции на тему „Автоматизация производственных процессов", 1959.

9. Распространение длинных и сверхдлинных волн. Сборник статей под ред. В. Б. Пестрякова, ИЛ, М., 1960.