專利名稱:動(dòng)態(tài)天線調(diào)諧的系統(tǒng)和方法
本發(fā)明涉及天線調(diào)諧系統(tǒng)，尤其，但不唯一，涉及甚低頻(VLF)天線的自動(dòng)同步調(diào)諧，使用固態(tài)的或其相類似的產(chǎn)生移頻鍵控調(diào)制信號或相類似的信號的發(fā)射機(jī)避免了因失諧引起的負(fù)載失配嚴(yán)重后果的敏感性，于是失配負(fù)載也可以高效、有效和動(dòng)態(tài)地得到饋電。
VLF波段(即3-30千赫)為世界范圍的可靠通信提供了獨(dú)特的特性。其傳播主要靠垂直極化的地波方式，這種波在大地-電離層的波導(dǎo)中傳播時(shí)衰減很小，并且?guī)缀醪皇芡袛噍^高頻率的傳播的電離層干擾的影響，然而遺憾的是VLF波難于從那些以大地為基礎(chǔ)的天線輻射出去，這是由于在實(shí)際使用中，天線尺寸被限制為波長很小一部分的緣故。一付電氣上的短天線的激勵(lì)需要發(fā)射機(jī)提供大量的、局部非輻射方式的無功功率，這種無功功率可能是所供給的有功功率的幾百倍，由于天線附近的土壤產(chǎn)生的電阻損耗，只有一部分有功功率輻射出去。
VLF發(fā)射天線通常由多個(gè)鐵塔在最高實(shí)際高度處支撐的被絕緣的導(dǎo)線網(wǎng)構(gòu)成，通過絕緣了的鐵塔或引下線從地面饋電。天線的有效高度實(shí)際上就是這個(gè)實(shí)際的高度。本地的靜電狀態(tài)表現(xiàn)為與輻射電阻和地電阻串聯(lián)的電容，但該容抗在單一工作頻率上可用一個(gè)適當(dāng)?shù)拇?lián)電感予以抵消。最終形成的串聯(lián)諧振電路的Q值通常是幾百，所產(chǎn)生的一3分貝帶寬對于移頻鍵控(FSK)數(shù)據(jù)發(fā)射來說太窄了，尤其是在低頻工作的情況下。在具有動(dòng)態(tài)調(diào)諧的本發(fā)明出現(xiàn)之前，通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)師們被迫接受VLF/LF天線系統(tǒng)的帶寬作為對移頻鍵控發(fā)信速率的基本限制。地面?zhèn)鬏斠恢毕拗茷閹装俨ㄌ?，而且有較寬天線帶寬的中機(jī)載發(fā)射臺(tái)則以大于1千波特的速率工作。
展寬天線系統(tǒng)帶寬的最簡單方法是加一個(gè)串聯(lián)電阻，這種方法會(huì)降低效率，僅在需要略微改進(jìn)帶寬時(shí)采用這種方法才是經(jīng)濟(jì)的。用于增加帶寬的另一種唯一的實(shí)際方法是用電子學(xué)的方法變化調(diào)諧電感以使天線的調(diào)諧跟蹤于發(fā)射機(jī)提供的激勵(lì)頻率。為了實(shí)現(xiàn)這種功能，已嘗試了各種技術(shù)，包括使用非常大的鐵氧體鐵芯來調(diào)諧導(dǎo)磁率(雅各布M.I(Jacob，M.I)和布勞徹H.N(Brauch，H.N.)寫的“高速鍵控VLF發(fā)射機(jī)”(“Keying VLF transmitters at high speed”)發(fā)表在“電子學(xué)”1954年第27卷第12號第148～151頁)和具有矩形回路磁鐵芯來控制可控硅整流器(SCR)(由本發(fā)明的受讓人寫的“用以增加帶寬(CARBE)的控制天線電抗器”(“Controlled Antenna Reactor for Bandwidth Enhancement(CARBE)”)RADC TR-74-161)(1974年7月)。在這種現(xiàn)有的動(dòng)態(tài)調(diào)諧中，像在上述電子學(xué)論文中所描述的那樣，在二個(gè)螺旋線圈殼的每個(gè)之中都采用鐵氧體電抗器，把天線帶寬增加到72赫茲，結(jié)果在17.8千赫上頻移100赫茲的輻射功率約為沒有動(dòng)態(tài)調(diào)諧時(shí)的二倍。每個(gè)電抗器被放置在23噸重的大油槽內(nèi)，其中3.75噸為鐵氧體材料。雖然激勵(lì)電路的限制妨礙了電抗器達(dá)到其性能設(shè)計(jì)的水平，但至少證明了動(dòng)態(tài)調(diào)諧的實(shí)用性。
根據(jù)使用SCR和諧振充電電路，業(yè)已研制多種較高效率的激勵(lì)器，并且已經(jīng)發(fā)現(xiàn)矩形回路磁性材料可以在大信號條件下作為二態(tài)開關(guān)工作。如果用磁芯作為二態(tài)開關(guān)工作，則所需芯體的重量和體積小得多，例如，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了用100千瓦發(fā)射機(jī)在37.2千赫上的1600波特速率的最小移位鍵控(MSK)的發(fā)射。天線帶寬小于1/4頻移-這確實(shí)是在沒有本發(fā)明的動(dòng)態(tài)調(diào)諧情況下的另一種不可能發(fā)信例子。并且已經(jīng)得到了適用于電臺(tái)特殊需要的帶有動(dòng)態(tài)調(diào)諧的VLF電臺(tái)的組件動(dòng)態(tài)調(diào)諧系統(tǒng)，這樣，在每個(gè)指定頻率上可以有效地發(fā)射200波特信號，而且具有100赫茲頻移和160赫茲系統(tǒng)帶寬，其結(jié)果是，實(shí)現(xiàn)了減小真空管發(fā)射機(jī)的壓力并大大改進(jìn)了直流對射頻的轉(zhuǎn)換效率。
在那些對失諧引起負(fù)載失配特別敏感的固態(tài)VLF發(fā)射機(jī)的研制中，這些益處具有特殊意義，它們具有比它們所希望還高的工作效率和可靠性，否則，如果不同步調(diào)諧，就會(huì)有損耗。
因此，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種新的和改進(jìn)的動(dòng)態(tài)調(diào)諧裝置和方法，特別適用于頻移鍵控的VLF發(fā)射機(jī)，它們不受現(xiàn)有的系統(tǒng)的上述缺點(diǎn)的影響，但是它們提供具有高效率和窄頻譜的同步動(dòng)態(tài)調(diào)諧。
另一個(gè)目的是提供一種具有普遍的應(yīng)用性的新穎的動(dòng)態(tài)天線調(diào)諧裝置。
其它的目的將在下文進(jìn)行解釋。
總之，從更大的角度來看，本發(fā)明包括用于與鍵控發(fā)射機(jī)一起工作的VLF天線及其類似物的自動(dòng)同步調(diào)諧的動(dòng)態(tài)天線調(diào)諧系統(tǒng)，在組成上包括含有將該發(fā)射機(jī)與天線連接的可變調(diào)諧電感的交感器裝置;含有連接到變感器裝置的可變電感的耦合網(wǎng)絡(luò)裝置;含有連接到耦合網(wǎng)絡(luò)裝置的飽和鐵芯平衡磁開關(guān)裝置;含有用于產(chǎn)生控制脈沖以使磁開關(guān)裝置飽和及復(fù)位的由充放電電路裝置組成的控制電流發(fā)生器裝置;含有響應(yīng)于發(fā)射機(jī)頻率的自動(dòng)電路調(diào)諧裝置，以使耦合網(wǎng)絡(luò)裝置的變感器裝置和可變電感的可變調(diào)諧電感產(chǎn)生連續(xù)逐漸的變化，以得到使天線系統(tǒng)調(diào)諧到所希望的輻射頻率的效果。優(yōu)選的和最佳型實(shí)施例及其詳細(xì)說明在下文說明。
現(xiàn)在參考附圖對本發(fā)明進(jìn)行描述，圖1是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的方塊圖;
圖2是圖1中平衡飽和電感磁開關(guān)的電路圖;
圖3A和B是說明在圖2的開關(guān)中發(fā)生的矩形回路磁性材料開關(guān)切換的磁滯特性的曲線圖;
圖4是圖1的天線耦合網(wǎng)絡(luò)的詳細(xì)電路圖;
圖5是圖1的控制電流發(fā)生器的電路圖;
圖6A、B和C分別是圖5的控制電流發(fā)生器的電容器電壓、控制電流和可控硅門輸出對時(shí)間的函數(shù)關(guān)系的波形。
圖7是射頻開關(guān)電流(上軌跡)和該電路在工作時(shí)的控制電流(下軌跡)的示波圖;
圖8示出放大了的上述射頻開關(guān)電流(上軌跡)和控制電流(下軌跡)的低頻到高頻階躍變化區(qū)的示波圖;
圖9是開關(guān)電流(前景)和天線電流(背景)的示波圖;
圖10是天線電流階躍變化區(qū)的示波圖;
參閱圖1，說明加到前述鍵控調(diào)制器3激勵(lì)的VLF發(fā)射機(jī)(如
用型AN/FRT87)的動(dòng)態(tài)天線調(diào)諧系統(tǒng)。
發(fā)射機(jī)射頻輸出通過主變感器＃1和＃2(微調(diào))加到天線2上，該圖示出在自動(dòng)調(diào)諧電路5的控制下它們的變化的可能性。輸入到自動(dòng)調(diào)諧電路5的輸入信號是來自調(diào)制器3的目標(biāo)/空間基準(zhǔn)10，來自發(fā)射機(jī)1的相位基準(zhǔn)8，來自電流變壓器7的天線取樣電流4和來自操作控制和指示器9的狀態(tài)及命令信號6?？刂齐娏靼l(fā)生器11的輸入信號是來自調(diào)制器3的目標(biāo)/空間基準(zhǔn)10和來自操作控制和指示器9的命令信號12。控制電流發(fā)生器11控制磁開關(guān)組件13，磁開關(guān)組件13連接到包括一個(gè)串聯(lián)電感器L0和一個(gè)加到變感器元件＃1的分流可變電感器δL的耦合網(wǎng)絡(luò)15。如下所述，自動(dòng)調(diào)諧電路改變主要感器(由同軸聯(lián)接G′圖示)的微調(diào)調(diào)諧電感器＃2和合網(wǎng)絡(luò)15的可變分流電感δL(由同軸聯(lián)接G示出)。
因此，借助于磁開關(guān)13，切換可變電感δL進(jìn)出耦合網(wǎng)絡(luò)15，就可提供動(dòng)態(tài)調(diào)諧。借助于與可變電感δL和微調(diào)調(diào)諧可變電感＃2，連在一起的自動(dòng)調(diào)諧電路5實(shí)現(xiàn)把天線調(diào)諧到表示目標(biāo)和空間的二個(gè)頻率。如上所述，磁開關(guān)組件13在電路中表現(xiàn)為飽和電感(在圖2中已被放大)，二個(gè)相同的條磁鐵芯繞有相同射頻圈數(shù)(N高頻)。次級控制繞組(N偏置)放置在已繞有串聯(lián)反向的射頻線圈的鐵芯上。以便當(dāng)二個(gè)鐵芯處于相同的磁性狀態(tài)時(shí)，射頻和控制繞組是去耦的。如圖3A和3B所示，對于優(yōu)選的磁性材料(如80%鎳，20%鐵的坡莫合金磁條)的B-H回線有二個(gè)由銳變化分開的線性區(qū)域，當(dāng)磁性材料是“關(guān)斷”或非飽和時(shí)(見圖3A)，繞組鐵芯呈現(xiàn)出一個(gè)很大的電感，并只流出很小的射頻激勵(lì)電流，此電流足以驅(qū)動(dòng)鐵芯工作點(diǎn)環(huán)繞高而窄的磁滯回線HL運(yùn)動(dòng)。圖3A下部給出的B射頻表達(dá)式法拉第感應(yīng)定律。
B射頻＝V射頻2WA鐵芯N射頻≤7800高斯(坡莫合金)]]>當(dāng)被一個(gè)外界直流磁通勢(MMF)飽和時(shí)，條磁鐵芯的磁導(dǎo)率下降到1，并且只剩下繞組電感。只要該偏置磁通勢超過射頻峰值磁通勢鐵芯將處于飽和狀態(tài)、或“閉合”狀態(tài)。如圖3B所示安培電流定律表示為H射頻＝N射頻I射頻2l鐵芯≤H偏置＝N偏置I偏置l鐵芯]]>
“關(guān)斷”和“閉合”二種狀態(tài)的特征在于優(yōu)良的射頻線性和低的射頻損耗。僅僅在二種狀態(tài)間的階躍變化期間，在磁開關(guān)兩端出現(xiàn)諧波電壓。
磁性材料的開關(guān)能力是這樣的，即用一個(gè)體積很小的鐵芯就能做成為一個(gè)能力很強(qiáng)的VLF開關(guān)，最好是在變壓器油里真空浸泡以得到絕緣和自然對流冷卻。
磁開關(guān)13可被設(shè)計(jì)成當(dāng)非飽和時(shí)，關(guān)斷高達(dá)有效值10千伏的射頻電壓，當(dāng)用70安培直流通過控制繞組而被飽和時(shí)，載流高達(dá)有效值為100安培的射頻電流。通常把這種磁開關(guān)的“開關(guān)伏特-安培額定值”規(guī)定為關(guān)斷狀態(tài)電壓有效值乘以閉合狀態(tài)電流有效值的積，并以兆伏安(MVA)來表示，這是很有用的。例如，該磁開關(guān)13可在15-30千赫波段上標(biāo)定為1.0MVA。在15千赫時(shí)初始的鐵芯飽和定于10千伏極限值。雖然在更高頻率時(shí)能關(guān)斷更高的電壓，但鐵芯磁滯損耗就越大。飽和狀態(tài)的電流容量由有關(guān)的發(fā)生器電路的控制電流容量、和由射頻及控制繞組的綜合損耗來確定。
結(jié)合圖1如前所述該磁開關(guān)13對于本發(fā)明的動(dòng)態(tài)調(diào)諧系統(tǒng)的電氣設(shè)計(jì)是重要的;在最低工作頻率f時(shí)，首先確定天線調(diào)諧改變△f時(shí)該磁開關(guān)所需的MVA值。該調(diào)諧好的天線可模擬成為一個(gè)具有集中在天線2的頂端部位的大電容C的等效串聯(lián)RLC電路?？傠姼蠰包括來自鐵塔和/或引下線以及調(diào)諧線圈的電感?？傠娮鑂包括接地系統(tǒng)和線圈電阻以及輻射電阻。
電感改變△L產(chǎn)生的諧振頻率頻移△f可用下式表示△f＝2f( (△L)/(L) )＝8π2f3C△L
可以看出，在工作頻率f(赫茲)和天線電流有效值I天線(安培)時(shí)，為改變天線的調(diào)諧電感△L(亨利)所需的總開關(guān)伏-安值與調(diào)諧網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)無關(guān)，它由下式給出VA＝I2天線(2πf)△L＝I2天線(4πL)△f＝I天線V天線(2 (△f)/(t) )＝4π△fC天線V2天線電壓V天線約為天線頂端到地的電壓。通常，在低頻時(shí)要限制VLF電臺(tái)的天線電壓，而在高頻時(shí)要限制發(fā)射機(jī)功率。在所限電壓的波段內(nèi)，對于固定的△f，開關(guān)伏安值是常數(shù)。超過劃界處的頻率，開關(guān)伏安值迅速下降。由于給定的磁開關(guān)的伏安容量是頻率的慢增函數(shù)，因此它是處于對于本設(shè)計(jì)目的所極需的工作頻段的低端。
在確定了一個(gè)給定電臺(tái)所需的1.0MVA開關(guān)組件13的個(gè)數(shù)后，下一步是設(shè)計(jì)一個(gè)適當(dāng)?shù)碾姼芯W(wǎng)絡(luò)15以使開關(guān)組件13耦合到天線電路2上，典型地是，該耦合網(wǎng)絡(luò)15被并聯(lián)在緊挨著發(fā)射機(jī)輸出變壓器上方的調(diào)諧電感＃1的兩端，在所限電壓的波段內(nèi)，在某些電臺(tái)用一個(gè)耦合變感器，使發(fā)射機(jī)網(wǎng)絡(luò)耦合到天線網(wǎng)絡(luò)上，這是總調(diào)諧電感的一小段。當(dāng)所需的開關(guān)容量為其最大常數(shù)值時(shí)，發(fā)射機(jī)內(nèi)可使用一個(gè)固定輸出的變壓器來耦合;耦合網(wǎng)絡(luò)15的電壓和電流傳輸比與磁開關(guān)13的電壓和電流容量必須嚴(yán)格匹配。超過劃界處的頻率時(shí)，因?yàn)樵诳捎玫拈_關(guān)容量范圍內(nèi)降低天線開關(guān)伏安的要求可滿足關(guān)斷狀態(tài)電壓和閉合狀態(tài)電流的許多組合，所以設(shè)計(jì)余量很大。
圖4的電路和公式說明對有效的基本耦合網(wǎng)絡(luò)所需的計(jì)算。串聯(lián)電感L0的值取決于流過“閉合”狀態(tài)的開關(guān)13的天線電流的大小。當(dāng)開關(guān)13處于“關(guān)斷”狀態(tài)時(shí)，δL和L0的組合在主電感＃1的抽頭a和b與開關(guān)13之間形成了一個(gè)分壓器。如果該抽頭的開路電壓超出磁開關(guān)13的10千伏容量的某一實(shí)際范圍，則圖4的網(wǎng)絡(luò)是很有用的。
開關(guān)的容量(VA)＝W△LI2天線＝V開路(o.c.)·I閉合(ON)I閉合(ON)＝( (Lab+M)/(Lab+L0) )I天線≤100A／組件V開路(O.C.)＝( (LabM)/(Lab+L0＋δL) )δLI天線≤10KV對耦合網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的挑戰(zhàn)是在不對現(xiàn)有的線圈進(jìn)行大的修改或不增設(shè)新而昂貴的大KVA線圈的條件下，在指定頻率的每個(gè)電臺(tái)里實(shí)現(xiàn)開關(guān)匹配功能，以得到所希望的△f的設(shè)定。對于高低音調(diào)的微調(diào)調(diào)諧也應(yīng)做出規(guī)定。
為了使圖2的平衡飽和電感電路當(dāng)作高功率VLF開關(guān)使用，需要采用一種技術(shù)，以來回迅速地與被發(fā)射信號的頻率變化同步地改變控制繞組的電流。在這階躍變化期間，主要的電感能量必須被轉(zhuǎn)入和轉(zhuǎn)出控制繞組，而且必須在這種高頻比特變化的持續(xù)時(shí)間內(nèi)必須保持穩(wěn)定的飽和磁通勢。本發(fā)明利用可控硅整流器(SCR)和IC諧振充電電路來提供一種有效的可靠的控制電流發(fā)生器11(見圖1和圖5)。
對于低頻發(fā)射而言，輸入到磁開關(guān)13的控制電流等于零，這是由于反向串聯(lián)繞組結(jié)構(gòu)，所以在控制繞組N偏置上不出現(xiàn)射頻電壓(見圖1和圖5)。當(dāng)存在的控制繞組電流足以在整個(gè)射頻周期內(nèi)維持兩鐵芯飽和時(shí)，類似的抵消作用就會(huì)發(fā)生，在控制電路里流著很小的射頻電流。在階躍變化期間，射頻電壓驅(qū)動(dòng)著鐵芯工作點(diǎn)來回圍繞磁帶回線的拐點(diǎn)(見圖3A)，于是在控制電路內(nèi)產(chǎn)生整流了的射頻電流的電脈沖串。
圖5是一個(gè)優(yōu)選的控制電流發(fā)生器11的簡化電路，而圖6A、6B、6C示出其有關(guān)波形的示意圖。為了便于解釋，假定沒有存在射頻。當(dāng)圖6A中的時(shí)間t＝0時(shí)，儲(chǔ)能電容器C被充電到正電壓，所有的可控硅整流器(SCR)都不導(dǎo)通，磁開關(guān)13是處于“關(guān)斷”狀態(tài)，即非飽和狀態(tài)。在圖6B的t1時(shí)刻當(dāng)主SCR被觸發(fā)時(shí)，全部電容器電壓ec(t)都加到開關(guān)7的控制繞組N偏置上，使很小的磁化電流流過而電壓對時(shí)間積分集聚在磁芯材料內(nèi)，在t2時(shí)刻當(dāng)兩個(gè)鐵芯達(dá)到飽和時(shí)，只剩下繞組的自電感，并保證儲(chǔ)能電容器C的迅速諧振放電。在t3時(shí)刻，略過1/4周期之后，該“偏置”SCR觸發(fā)，“主”SCR關(guān)斷將直流低電壓源E偏置接到控制繞組N偏置以維持繞組電流在圖6B的穩(wěn)定值Ib上，直到下一個(gè)階躍變化來臨時(shí)為止。為了給下一個(gè)階躍變化準(zhǔn)備電路，儲(chǔ)能電容器C經(jīng)過“再充電”SCR、第二直流電源E直流和電壓調(diào)節(jié)扼流圈CH再充電到一個(gè)適當(dāng)?shù)恼妷?。在t4時(shí)刻，由于“主”SCR(圖6C)的觸發(fā)，關(guān)斷“偏置”SCR在階躍變化開始回到低電流、低頻率狀態(tài)并將控制繞組電流流回儲(chǔ)能電容器C中，電容器C諧振地再充電到負(fù)高壓。在開關(guān)鐵芯內(nèi)集聚負(fù)的電壓對時(shí)間的積分，直到“主”SCR最后關(guān)斷為止，此刻，磁開關(guān)13已被復(fù)位到其打開(open)，即非飽和狀態(tài)。第二次諧振再充電把儲(chǔ)能電容器電壓恢復(fù)到其初始的正值以為下一個(gè)開關(guān)的階躍變化作準(zhǔn)備。
根據(jù)本發(fā)明，與現(xiàn)有的SCR天線開關(guān)提案不同，現(xiàn)有SCR天線開關(guān)是以寬頻譜的后果為條件，需要高速SCR和非常大的千伏安。圖5的SCR電容器諧振充電電路包括圖1中的驅(qū)動(dòng)磁開關(guān)13的控制電流發(fā)生器11，該充電電路在階躍變化區(qū)內(nèi)引入極其重要的延遲，或漸變的開關(guān)切換現(xiàn)象(目標(biāo)到空間)。這作為一種工作的結(jié)果會(huì)在控制電壓較低時(shí)發(fā)生，不是突然地推動(dòng)磁性材料開啟和關(guān)斷，因此在頻率階躍變化期間，圍繞著圖3的磁滯回線拐角運(yùn)動(dòng)，射頻經(jīng)歷許多個(gè)周期。這樣，由于很多個(gè)周期發(fā)生在磁放大器內(nèi)在從開啟到關(guān)斷的變化期間，因此從開啟到關(guān)斷，該系統(tǒng)花費(fèi)許多個(gè)射頻周期圍繞著磁滯上回線拐角運(yùn)動(dòng)。例如1毫秒漸變的開關(guān)切換階躍變化可以發(fā)生在20千赫頻率上約20個(gè)射頻周期內(nèi)。
本發(fā)明應(yīng)用這種現(xiàn)象的結(jié)果是得到連續(xù)頻率的開關(guān)變化，其中磁芯工作在飽和非飽和狀態(tài)的每個(gè)周期不是隨著天線在線性區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生的新反應(yīng)而變化，而是隨著條磁鐵芯上的控制電壓所引起的斜率的變化而變化。本發(fā)明可達(dá)到的調(diào)諧信號的窄頻譜不同于現(xiàn)有技術(shù)所描述的突變的SCR天線開關(guān)中固有的寬頻譜，它包含一個(gè)采用半比特率的頻移，例如用200比特/秒說明最小移位鍵控(MSK)可包含100赫茲頻移。只是載頻和靠近的邊帶(即±200赫)將包括由接收機(jī)重復(fù)的頻譜的殘余部分。另外，上述現(xiàn)有技術(shù)的突變的開關(guān)切換導(dǎo)致豐富的邊帶，例如，對于1600比特而言，在這樣的系統(tǒng)中30千赫的中心頻率將包含充滿整個(gè)頻帶的頻譜，這種高速的開關(guān)切換與寬頻譜相關(guān)。另外，具體地說，本發(fā)明的特征在于開關(guān)切換的逐漸操作，這就產(chǎn)生了一種希望的、非常窄的頻譜，僅在階躍變化期間產(chǎn)生諧波，而在開啟與關(guān)斷期間不產(chǎn)生諧波。
實(shí)際上，四個(gè)控制電流發(fā)生器11一直用于在鍵控速度達(dá)200波特時(shí)給圖1中的開關(guān)13提供達(dá)80A的偏置電流脈沖。發(fā)射機(jī)1的鍵控信號(“KEY”)和來自中心控制計(jì)算機(jī)的數(shù)字通信通過光纖電纜送到控制邏輯電路?？刂齐娏靼l(fā)生器11所產(chǎn)生的任何電路故障經(jīng)過相同的連接線路向中心計(jì)算機(jī)報(bào)告，這樣，一個(gè)備分的、在線的控制電流發(fā)生器11及其磁開關(guān)13就可自動(dòng)地啟動(dòng)。
圖7-10示出在上述磁開關(guān)/控制電流發(fā)器對13-11測試期間取得的一些波形。圖7和圖8示出當(dāng)施加滿額定值的射頻電壓和電流和發(fā)送200波特的重復(fù)信號(reversals)時(shí)在磁開關(guān)13的射頻和控制繞組內(nèi)的電流。應(yīng)該注意的是，在頻率階躍變化期間，在控制電流的上面是如何出現(xiàn)射頻電流的全波整流分量的，射頻繞組電流是如何在大于1毫秒的一個(gè)周期內(nèi)上下起伏變化的。射頻的諧波有效地由高Q的諧振在基波頻率的天線電路濾掉。
圖9示出射頻開關(guān)電流和(假負(fù)載)天線電流。為了供給具有高千伏安負(fù)載能力的開關(guān)，頻移被置得很大(Fi＝19.880千赫到Fz＝23.975千赫)，不需要一個(gè)不現(xiàn)實(shí)的大的(假負(fù)載)天線電流。在這種情況下一個(gè)大的振幅調(diào)制必定發(fā)生在模擬的天線電流中。圖10示出了天線電流波隨著正比于發(fā)射機(jī)驅(qū)動(dòng)信號和天線電流的瞬時(shí)頻率的電壓波動(dòng)的放大圖。動(dòng)態(tài)調(diào)諧的階躍變化滿足于匹配和跟蹤調(diào)制器3(見圖1)的頻率階躍變化。在圖10的背景上示出了同步波天線電流;直線一斜線蹤跡表示發(fā)射機(jī)驅(qū)動(dòng)頻率(從19.880千赫到23.975千赫);以及曲線一斜線(左邊)蹤跡說明天線電流的頻率，其右邊的曲線-斜線說明發(fā)射機(jī)電流的頻率。
通過使用電流發(fā)生器11控制的矩形回路平衡磁開關(guān)13的技術(shù)，它包括電容放電給由天線電流樣值4開關(guān)的電感，樣值4是借助于耦合網(wǎng)絡(luò)的分流電感δL，和主變感器微調(diào)電感＃2的自動(dòng)變量取得的，以本發(fā)明為基礎(chǔ)的射頻漸變的開關(guān)切換實(shí)現(xiàn)了，以使窄的VLF頻譜成為可能。本發(fā)明中所有開關(guān)是在恒定電壓情況下的，并且所有開關(guān)都是并聯(lián)的這種結(jié)構(gòu)，由于采用能夠產(chǎn)生所需的大切換電流的有諧振可控硅開關(guān)能力的技術(shù)，能夠采用制有標(biāo)準(zhǔn)組件的部件。
本文描述了優(yōu)選的變感器和耦合網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)，很清楚，其它的網(wǎng)絡(luò)也可應(yīng)用，并且對于本領(lǐng)域內(nèi)那些技術(shù)熟煉的人來說還可以做出進(jìn)一步的修改，這些都認(rèn)為是已經(jīng)落入由所附權(quán)利要求
規(guī)定的本發(fā)明精神和范圍之內(nèi)的。
權(quán)利要求
1.一種用于和鍵控發(fā)射機(jī)一起工作的VLF天線或類似物的同步自動(dòng)調(diào)諧的動(dòng)態(tài)調(diào)諧系統(tǒng)，其組成為，含有將發(fā)射機(jī)與天線連接的可變調(diào)諧電感的變感器裝置，含有連接到變感器裝置的可變電感的耦合網(wǎng)絡(luò)裝置，含有由連接到耦合網(wǎng)絡(luò)裝置的飽和鐵芯平衡的磁開關(guān)裝置，含有用于產(chǎn)生控制脈沖以使磁開關(guān)裝置飽合和復(fù)位的由充放電電路裝置組成的控制電路發(fā)生器裝置，含有響應(yīng)于發(fā)射機(jī)頻率的自動(dòng)電路調(diào)諧裝置，以使耦合網(wǎng)絡(luò)裝置的變感器裝置和可變電感的可變調(diào)諧電感產(chǎn)生連續(xù)逐漸的變化，以得到使天線系統(tǒng)調(diào)諧到所希望的輻射頻率的效果。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1的天線調(diào)諧系統(tǒng)，其中所說的磁開關(guān)裝置包括控制繞組裝置，在控制電流發(fā)生器裝置的控制下，由于在這種階躍變化時(shí)該裝置將電感能量轉(zhuǎn)入或轉(zhuǎn)出的控制繞組裝置，控制繞組中的電流與發(fā)射機(jī)中的頻率變化同步地、迅速地來回變化。
3.一種將發(fā)射天線與其FM發(fā)射機(jī)的射頻能量的調(diào)諧同步地調(diào)諧的方法，它包括通過一個(gè)含有可變調(diào)諧電感的磁放大器開關(guān)，將天線連接到發(fā)射機(jī)上;在一個(gè)根據(jù)射頻周期調(diào)整的開關(guān)切換的間隔內(nèi)，控制磁放大器從開啟到關(guān)斷的激勵(lì)。以便在閉合到關(guān)斷的階躍變化期間獲得很多個(gè)相同的周期，借助于在所說的很多個(gè)射頻周期期間發(fā)生的由于開關(guān)階躍變化而產(chǎn)生的電感的明顯的逐漸變化，使天線的調(diào)諧跟蹤于發(fā)射機(jī)頻率的變化。
4.根據(jù)權(quán)利要求
3所說的方法，其中所說的開關(guān)切換包括由電容器有效地放電給電感所產(chǎn)生的矩形平衡磁性開關(guān)切換。
專利摘要
一種特別適合于VLF移頻(與開-關(guān)相反)鍵控發(fā)射機(jī)的動(dòng)態(tài)天線調(diào)諧系統(tǒng)，采用飽和磁開關(guān)放大器，在天線與發(fā)射機(jī)之間提供可變調(diào)諧電感，控制該放大器以在開-關(guān)階躍變化期間，產(chǎn)生漸變而不突變的射頻切換，以使窄的VLF頻譜工作成為可能。
文檔編號H04B1/02GK87103908SQ87103908
公開日1988年12月21日 申請日期1987年5月30日
發(fā)明者保爾·R·約翰尼森, 彼德·維爾普朗克 申請人:邁格普爾斯公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan