устройство резервирования радиопередатчика

Формула изобретения

Устройство резервирования радиопередатчика, содержащее возбудитель, основной и резервный радиопередающие тракты, антенну, блоки анализа состояния передающих трактов, блоки питания передающих трактов, переключатели блоков питания основного и резервного радиопередающих трактов, отличающееся тем, что в него дополнительно введены по два делителя мощности, датчика контроля тока, линии задержки, а также три коммутирующих устройства, каждое из которых содержит делитель мощности, управляемый фазовращатель и сумматор мощности, четыре балластные нагрузки и эквивалента антенны, блок управления, содержащий по два элемента ИЛИ и инвертора, элемент И, триггер, зарядный резистор и конденсатор, при этом один вход первого делителя мощности соединен с выходом возбудителя, а другой с балластной нагрузкой, два выхода первого делителя мощности соединены с входами основного и резервного радиопередающего тракта, выходы каждого из которых соединены с первыми входами делителей мощности соответствующих коммутирующих устройств через линии задержки, первый выход каждого из которых соединен с первым входом сумматора мощности этого же коммутирующего устройства непосредственно, а другие выходы делителей мощности каждого коммутирующего устройства с вторыми входами сумматора мощности в каждом коммутирующем устройстве через управляемые фазовращатели, первый выход сумматора мощности коммутирующего устройства основного радиопередающего тракта и второй выход сумматора мощности резервного радиопередающего тракта соединены с первым и вторым входом второго делителя мощности соответственно, два выхода которого соединены с эквивалентами нагрузки, второй выход сумматора мощности коммутирующего устройства основного радиопередающего тракта и первый выход сумматора мощности коммутирующего устройства резервного радиопередающего тракта соединены соответственно с вторым и первым входами делителя мощности третьего коммутирующего устройства, первый выход этого делителя мощности подключен к первому входу сумматора мощности непосредственно, а второй выход делителя мощности третьего коммутирующего устройства подключен к второму входу сумматора через управляемый фазовращатель, первый выход сумматора мощности коммутирующего устройства соединен с антенной, а другой его выход с балластной нагрузкой, входы питания основного и резервного радиопередающих трактов соединены с блоками питания этих трактов через датчики контроля тока и переключатели блоков питания, входы блоков анализа состояния передающих трактов соединены с выходами основного и резервного радиопередающих трактов, а их выходы подключены к первым входам соответственно первой и второй схем ИЛИ блока управления, вторые входы первой и второй схем ИЛИ подключены к информационным выходам датчиков контроля тока входов питания соответственно основного и резервного радиопередающих трактов, выходы первой и второй схем ИЛИ соединены через инверторы с управляющими входами переключателей блоков питания соответственно основного и резервного радиопередающих трактов, первый и третий входы триггера соединены с выходами первой и второй схем ИЛИ, а третий вход его подключен через зарядный резистор к источнику питания и через конденсатор к корпусу, третий выход триггера соединен с управляющими входами управляемых фазовращателей всех трех коммутирующих устройств, первый и второй входы элемента И подключены к выходам первой и второй схем ИЛИ соответственно, а выход элемента И является выходом блока управления "Авария".

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к технике электрической связи и предназначено для использования в радиопередающих устройствах повышенной надежности.

Известно устройство для включения резервного радиопередающего тракта, содержащее задающий генератор и два радиопередающих тракта, из которых один основной, другой резервный, высокочастотные выходы которых через антенный переключатель соединены с антенной. В устройство сигнал подается на оба тракта. Если спустя короткое время после поступления входного сигнала сигнал на выходе основного тракта не появляется, включается резервный тракт, а основной выключается [1] Основными недостатками этого устройства является наличие высокочастотного переключателя, предназначенного для коммутации выходов передатчиков с большой выходной мощностью, что приводит к снижению надежности устройства. Для повышения надежности переключателя можно при переходе с основного радиотракта на резервный выключать высокое напряжение, однако это приводит к увеличению времени перехода, что в ходе работы трактов приводит к потере информации при переключении с основного на резервное передающее устройство. Аналогичными недостатками обладает известный резервированный радиопередатчик [2]

Наиболее близким по числу сходных признаков к заявляемому техническому решению является устройство резервирования радиопередатчика, содержащее возбудитель, основной и резервный приемопередатчики, блоки анализа состояния передающих трактов, блоки питания основного и резервного радиопередающих трактов, переключатели блоков питания основного и резервного радиопередающих трактов, антенный переключатель, антенну [3]

Так как при коммутации больших мощностей происходит быстрый износ контактных групп и, следовательно, ускоряется выход из строя переключателей. Однако устройство прототип имеет недостатки. Наличие высокочастотного переключателя, предназначенного для коммутации выходов передатчиков с большой выходной мощностью, приводит к снижению надежности устройства, при этом потеря информации при переходе с основного на резервный передатчик все равно присутствует.

Целью изобретения является разработка устройства, обеспечивающего переход с основного на резервный передатчик без потери информации при повышении надежности.

Поставленная цель достигается тем, что в передающее устройство, содержащее возбудитель, основной и резервный радиопередающие тракты, антенну, блоки анализа состояния передающих трактов, блоки питания передающих трактов, переключатели блоков питания основного и резервного радиопередающих трактов, дополнительно введены по два: делителя мощности, датчика контроля тока, линии задержки. Три коммутирующих устройства, содержащие один делитель мощности, управляемый фазовращатель, сумматор мощности, четыре баластные нагрузки, два эквивалента антенны, блок управления, содержащий два элемента ИЛИ, два инвертора, один элемент И, один триггер, зарядный резистор, конденсатор. При этом один вход первого делителя мощности соединен с выходом возбудителя, а другой с баластной нагрузкой, два выхода первого делителя мощности соединены со входами основного и резервного радиопередающего тракта.

Выходы каждого радиопередающего тракта соединены с первыми входами делителей мощности соответствующих коммутирующих устройств через линии задержки. Первый выход делителя мощности каждого коммутирующего устройства соединен с первым входом сумматора мощности непосредственно, а другие выходы делителей мощности со вторыми входами сумматоров мощности через управляемые фазовращатели. Первый выход сумматора мощности коммутирующего устройства основного радиопередающего тракта и второй выход сумматора мощности коммутирующего устройства резервного радиопередающего тракта соединены с первым и вторым входом второго делителя мощности соответственно, два выхода которого соединены с эквивалентами нагрузки. Второй выход сумматора мощности основного радиопередающего тракта и первый выход сумматора мощности резервного радиопередающего тракта соединены соответственно со вторым и первым входами делителя мощности третьего коммутирующего устройства. Первый выход этого делителя мощности подключен к первому входу сумматора мощности непосредственно, а второй выход делителя мощности третьего коммутирующего устройства подключен ко второму входу сумматора через управляемый фазовращатель. Первый выход сумматора мощности третьего коммутирующего устройства соединен с антенной, а другой его выход с баластной нагрузкой. Входы питания основного и резервного радиопередающих трактов соединены с блоками питания передающих трактов через датчики контроля тока и переключатели блоков питания. Входы блоков анализа состояния передающих трактов соединены с выходами основного и резервного радиопередающих трактов, а их выходы подключены к первым входам соответственно первой и второй схем ИЛИ блока управления. Вторые входы первой и второй схем ИЛИ подключены к информационным выходам датчиков контроля тока входов питания соответственно основного и резервного радиопередающих трактов. Выходы первой и второй схем ИЛИ соединены через инверторы с управляющими входами переключателей блоков питания. Первый и третий входы триггера соединены с выходами первой и второй схем ИЛИ, а второй вход его подключен через зарядный резистор к источнику питания и через конденсатор к корпусу. Прямой выход триггера соединен с управляющими входами управляемых фазовращателей всех трех коммутирующих устройств. Первый и второй входы элемента И подключены к выходам первой и второй схем ИЛИ соответственно, а выход элемента И является выходом блока управления "авария".

Таким образом, при отказе основного передающего тракта, осуществляется переключение на резервный передающий тракт за счет использования новых коммутирующих устройств без переключений входов антенны. При этом применение линий задержки на время отработки управляющих воздействий блоком управления обеспечивает данные переключения без потери информации.

Заявленное устройство поясняется чертежами, где на фиг. 1, 2

возбудитель 1;

основной передающий тракт 2 (ОПТ2);

резервный передающий тракт 3 (РПТ3);

блоки анализа состояния радиопередающих трактов 4 и 5 (БА 4 и 5);

антенна 6;

блоки питания 7 и 8 (БП 7 и 8);

переключатели питания 9 и 10 (П 9 и 10);

делители мощности 11 и 12 (ДМ 11 и 12);

датчики контроля тока 13 и 14 (ДКТ 13 и 14);

линии задержки 15 и 16 (ЛЗ 15 и 16):

делители мощности 17, 18, 19 (ДМ 17, 18, 19);

управляемые фазовращатели 20, 21, 22 (УФ 20, 21, 22);

сумматоры мощности 23, 24, 25 (СМ 23, 24, 25);

баластные нагрузки 26 (БН 26);

эквиваленты антенны 27 (ЭА 27);

блок управления 28 (БУ 28);

элементы ИЛИ 29 и 30;

JK триггер 31;

инверторы 32, 33;

элемент И 34;

зарядный резистор 35;

конденсатор 36.

Перечисленные элементы устройства резервированного радиопередатчика соединяются между собой следующим образом.

Выход возбудителя 1 подключен к первому входу ДМ 11, ко второму входу которого подсоединена БН 26. Первый выход ДМ 11 соединен с ОПТ2, а второй его выход с РПТЗ. На управляющий вход ОПТ2 подключен выход ДКТ 13, вход которого соединен с выходом П 9, а второй выход ДКТ 13 подключен к первому входу элемента ИЛИ 30. Первый вход П 9 соединен с выходом БП 7, второй вход П 9 является выходом инвертора 32. На управляющий вход РПТ3 подключен выход ДКТ 14, вход которого соединен с выходом П 10, а второй выход ДКТ 14 подключен к первому входу элемента ИЛИ 29. Первый вход П 10 соединен с выходом БП 8, второй вход П 10 является выходом инвертора 33. Выход ОПТ2 соединен со входами ЛЗ 15 и БА 4, а РПТЗ со входами ЛЗ 16 и БА 5. Выходы БА 4 и БА 5 подключены на вторые входы элементов ИЛИ 30 и 29 соответственно. Выход ЛЗ 15 и 16 соединены с первыми входами ДМ 17 и 18 соответственно. На вторые входы ДМ 17 и ДМ 18 подключены БН 26. Первые выходы ДМ 17 и 18 соединяются с первыми входами СМ 23 и 24 соответственно непосредственно, а вторые выходы ДМ 17 и 18 подключены ко входу УФ 20 и 21 соответственно, выходы которых подключены на соответствующие вторые входы СМ 23 и 24. Управляющие входы УФ 20 и 21 соединены с выходом триггера 31 БУ 28. Первый выход СМ 23 соединен с первым входом ДМ 12, два выхода которого соединены с ЭА 27, а второй выход СМ 23 со вторым входом ДМ 19. Первый выход СМ 24 соединен с первым входом ДМ 19, а второй выход СМ 24 подключен ко второму входу ДМ 12. Первый выход ДМ 19 подключен к первому входу СМ 25 непосредственно, а второй выход ДМ 19 подключен ко входу УФ 22, выход последнего соединен со вторым входом СМ 25. Управляющий вход УФ 22 соединен с выходом триггера 31 БУ 28. Первый выход СМ 25 подключен к антенне 6, а второй выход к БН 26. Выходы элементов ИЛИ 29 и 30 подключены к J и K входам триггера 31 соответственно и входам инверторов 33 и 32 соответственно. Первый и второй входы элемента И 34 соединены с выходами элементов ИЛИ 30 и 29 соответственно. Вход С триггера 31 подключен через зарядный резистор 35 к источнику питания и через конденсатор к корпусу. Инвертированный выход триггера 31 не используется. Выход элемента И 34 является выходом БУ 28 "авария".

В качестве делителей мощности и сумматоров мощности могут быть использованы 3-дБ мосты деления (см. Заенцев В.В. Катушкин В.М. Лондон С.Е. Модель З.И. Устройства сложения и распределения мощностей высокочастотных колебаний М. Сов. радио. 1980, с. 296).

В качестве управляемых фазовращателей могут использоваться управляемые фазовращатели на две градации 0-180^o, (см. Справочник по радиолокации. Под ред. М. Сколника, Нью-Йорк, 1970. Пер. с англ. (в четырех томах), под общей ред. К. Н. Трофимова; Т2 и Т3 М. Сов. радио, 1978 или Сканирующие антенные системы СВЧ. Пер. с англ. под ред. Г.Т. Маркова и А.Ф. Чаплина, ТЗ М. Сов. радио, 1971).

Функции блоков анализа состояния радиопередающих трактов в частном случае могут быть реализованы на магнитно -электрическом датчике (см. Розенблат М. А. Магнитные элементы автоматики и вычислительной техники М. Наука, 1974 Магнитополупроводниковые датчики допускового контроля повышенной чувствительности в сборнике "Магнитно -полупроводниковые элементы для переработки информации" М. Наука, 1978, с. 45-55) или интегральных микросхемах серии 521 (см. Полупроводниковые датчики компараторы ИМС серии 521).

В качестве линий задержки могут быть использованы двоично-дискретные линии задержки для широкополосных электрически управляемых антенн (см. Антенны. Сборник статей, вып. 26. Под ред. А.А. Пистолькорса. М. Связь, 1978, с. 170-120).

Блок управления БУ 28 может быть реализован на известных элементах, то есть элемент 31 на JK триггерах, элементы 29 и 30 на схемах ИЛИ, элементы 32 и 33 на схемах И-НЕ, элемент 34 на схеме И. В свою очередь, указанные элементы и их характеристики содержатся в книге "Справочник по цифровой вычислительной технике". Под ред. Малиновского Б.Н. Киев: Техника, 1979, с. 148-152.

В качестве датчиков контроля тока могут быть применены полупроводниковые датчики допускового контроля повышенной чувствительности (см. Сборник "Магнитно -полупроводниковые элементы для переработки информации". М. Наука, 1978, с. 45-55).

Назначение вводимых элементов:

первый делитель мощности 11 для распределения выходного высокочастотного колебания возбудителя на основной и резервный передающий тракт, в зависимости от того, какой из них используется;

делители мощности 17, 18, 19, управляемые фазовращатели 20, 21 и 22 и сумматоры мощности 23, 24 и 25 для коммутации выходной мощности основного или резервного передающего тракта на антенну 6 или эквивалент нагрузки 27;

второй делитель мощности 12 для подключения неработающего радиопередающего тракта к эквиваленту нагрузки 27;

блок управления 28 для управления переключениями с основного на резервный передающие тракты и обратно и выявления аварийных ситуаций всего устройства;

датчики контроля тока 13 и 14 для проверки функционирования ОПТ2 и РПТ3 по короткому замыканию;

блоки анализа состояния радиопередающих трактов 4 и 5 для проверки функционирования ОПТ2 и РПТ3 по обрывам.

Устройство работает следующим образом.

В рабочем режиме, после подачи питания на БУ 28 JK триггер 31 сохранит свое начальное состояние, так как на его управляющий вход С кратковременно поступит сигнал низкого уровня с обкладки конденсатора 36 схемы включения БУ 28. По мере заряда конденсатора 36 через зарядный резистор 35 триггер подготавливается к управлению по J и K входам. Пусть на прямом выходе JK триггера появился сигнал логической "I", что соответствует подаче высокого потенциала на управляющие входы фазовращателей УФ 20, 21 и 22, обеспечивающих подключение ОПТ2 на антенну 6 и РПТ3 на эквивалент антенны 27. Тогда в рабочем режиме устройство резервирования радиопередатчика работает следующим образом: высокочастотный сигнал с выхода возбудителя 1 подается на 1-й вход ДМ 11, который делит мощность ВЧ колебаний пополам. С 1-го выхода ДМ 11 сигнал подается на высокочастотный вход ОПТ2, а со второго выхода на высокочастотный вход РПТ3, которые обеспечивают усиление ВЧ сигнала до требуемого уровня и подают сигнал на вход линий задержки ЛЗ 15 и 16 и БА 4 и 5. В случае работоспособности ОПТ2 и РПТ3 с выхода блоков БА 4, БА 5, ДКТ 13 и ДКТ 14 на вход БУ 28 поступят сигналы логического "0". Поэтому на выходах элементов ИЛИ 29 и 30, а следовательно и на J и K входах триггера 31, будет логический "0" и триггер 31 будет сохранять свое первоначальное состояние. На выходах инверторов 32 и 33 сохранится логическая "I", обеспечивающая подключение БП 7 и 8 через П 9 и 10 к питающим входам ОПТ2 и РПТ3. ЛЗ 15 и 16 обеспечивают задержку в передаче ВЧ сигнала на время t анализа состояния ОПТ2 и РПТ3 с помощью блоков БА 4 и 5, ДКТ 13 и 14. С выхода ЛЗ 15 и 16 высокочастотные колебания поступают соответственно на первые входы ДЬ 17 и 18 коммутирующих устройств. С 1-х выходов ДМ 17 и ДМ 18 сигналы подаются на первые входы соответственно СМ 23 и СМ 24 непосредственно, а со вторых выходов через УФ 20 и УФ 21 на вторые входы соответственно СМ 23 и СМ 24. В случае использования в качестве ДМ 17 и 18 и СМ 24 и 24 квадратурных 3-х дБ направленных ответвителей для обеспечения сложения сигналов, поступивших на входы СМ 23 и 24 на их первых выходах фазовращатели должны реализовывать фазовый сдвиг на 180^o при этом на 1-х выходах СМ 23 и 24 будет сигнал с мощностью равной сумме мощностей сигналов на их входах. Если же УФ 20 и 21 обеспечивают 0^o фазовый сдвиг, то выходные ВЧ сигналы будут поступать на вторые выходы СМ 23 и 24. При подключении ОПТ2 к антенне 6, а РПТ3 к ЭА 27 с БУ 28 на входы УФ 20 и 21 подается сигнал логической "I", который удерживает фазовращатели в состоянии 0^o фазового сдвига. Поэтому ВЧ сигнал со второго выхода СМ 23 поступит на второй вход ДМ 19 коммутирующего устройства антенны, а со второго выхода СМ 24 через ДМ 12 на ЭА 27. Коммутирующее устройство антенны, содержащее ДМ 19, УФ 22 и СМ 25 работает таким же образом, как и коммутирующие устройства, состоящие из ДМ 17, УФ 20 и СМ 23 или ДМ 18, УФ 21 и СМ 24. Если УФ 22 обеспечивает "0" фазовый сдвиг, то сигнал со второго входа, пройдя через ДМ 19, делится пополам и с его первого выхода поступит на первый вход СМ 25 сдвинутым относительно сигнала на втором входе СМ 25 на 90^o, что обеспечит их сложение на первом выходе СМ 25 и подачу выходного колебания в антенну 6. УФ 22 поддерживается в состоянии с 0^o фазовым сдвигом подачей на его управляющий вход логической "I" с выхода триггера 31 БУ 28.

При отказе ОПТ2 по причине "коротких замыканий" или "обрывов" на выходе соответственно блоков ДКТ 13 или БА 4 появится сигнал логической "1", который через элемент ИЛИ 30 поступит на K вход триггера 31 и на вход инвертора 32. Сигнал логического "0" на выходе инвертора 32 отключит с помощью П 9 питающий вход ОПТ2 от БП 7. На K входе триггера 31 будет логическая "1", а на J входе логический "0", поэтому на прямом выходе триггера 31 появится сигнал логического "0", который поступит на управляющие входы УФ 20, 21 и 22 и обеспечит их перевод в состояние фазового сдвига 180^o. В результате тракт ОПТ2 через первый вход ДМ 17, первый выход СМ 23, первый вход ДМ 12 окажется подключен к ЭА 27. ВЧ сигнал с выхода ЛЗ 16 (формируемый РТП3) поступит на первый выход СМ 24 коммутирующего устройства РПТ3 и следовательно на первый вход ДМ 19 коммутирующего устройства антенны, который разделит его пополам. ВЧ сигнал с первого выхода ДМ 19 поступит на первый вход СМ 25 без сдвига фазы, а со второго выхода ДМ 19 через УФ 22 (обеспечивающий фазовый сдвиг 180^o) на второй вход СМ 25 со сдвигом 270^o, а следовательно коогерентно сложатся на первом выходе СМ 25 и поступят в антенну 6. Таким образом, произойдет подключение РПТ3 к антенне 6. После восстановления ОПТ2 с помощью переключателя П 9 производится его включение и проверки ДКТ 13 и БА 4 ВЧ колебания с его выхода через ЛЗ 15, ДМ 17, УФ 20 (сдвиг равен 180^o) СМ 23, ДМ 12 поступят в ЭА 27 и устройство будет продолжать работать в данном состоянии до момента отказа одного из трактов.

Если к антенне 6 подключен ОПТ2 и в ходе работы устройства резервирования радиопередатчика произойдет отказ РПТ3 по причине "короткого замыкания" или "обрыва", то на выходе ДКТ 14 или БА 5 появится сигнал логической "1", который через элемент ИЛИ 29 поступит на J вход триггера 31 и на вход инвертора 33. Последний выключит из работы РПТ3. На J входе триггера 31 будет сигнал логической "1", а на K входе логического "0". Поэтому на прямом выходе триггера 31, являющемся управляющим выходом БУ 28, сохранится сигнал логической "1", что обеспечит сохранение соединения ОПТ с антенной 6. После восстановления РПТ3 и принудительного включения П 10 данный тракт вновь будет соединен с ЭА 27. В случае отказа обоих трактов, инверторы 32 и 33 обеспечат их отключение, а на выходе элемента И 34 (сигнальном выходе БУ 28) появится сигнал "авария" устройства резервирования радиопередатчика. В ходе работы устройства с помощью ЛЗ 15 и 16 обеспечиваются переходы с ОПТ2 и обратно при их отказах без потери информации и использования высокочастотных переключателей, что позволяет исключить недостатки прототипа.

Таким образом, введение дополнительных элементов обеспечивает переход с основного на резервный передатчик без потери информации при повышении надежности.

Оценку эффективности предлагаемого решения устройства резервирования радиопередатчика проведем в сравнении с прототипом. Его время перехода с основного на резервный радиопередатчик составляет:

t_пер=t_выкл1+t_вкл2+t_перекл

где, t_пер время перехода с основного на резервный радиотракт;

t_выкл1 время выключения высокого напряжения основного тракта;

t_выкл2 время включения высокого напряжения резервного тракта;

t_перекл время переключения высокочастотного переключателя.

При этом t_вкл2 составляет в современных устройствах 1.2 мин, а t_перекл + 3.5 с, а следовательно ведет к существенным потерям информации.

И даже при применении аварийного режима с одновременным выключением мощности резервного передающего тракта с переключением входов антенного устройства, что ведет к снижению надежности высокочастотных переключателей (следовательно и в целом устройства) t_пер=t_перекл. Это приведет к потере информации. Так при передаче низкоскоростных цифровых потоков со скоростью 1200 бит/с также потери могут составлять 3600.6000 бит/с, что существенно сказывается на качестве связи. В заявляемом устройстве таких потерь информации при одиночных отказах ОПТ и РПТ не происходит.

Оценим среднее время восстановления работоспособности устройств. У прототипа

T_в= 2t_пер(1-exp₁t)+t_в(1-exp2t₁) (2)

где, t_в время восстановления работоспособности одного из передатчиков при одновременном отказе ОПТ и РПТ;

интенсивность отказов ОПТ и РПТ.

Для заявляемого устройства:

T_в= t_в(1-exp2t₁) (3).

Тогда выигрыш в снижении T_в составит:

.

Так как = 10^-6, t_пер= 5 мин, t_в=15 мин, t₁=24 ч, выигрыш составит в снижении среднего времени восстановления в 8,33 раза.

Таким образом, новая совокупность существенных признаков заявленного устройства резервирования радиопередатчика обеспечивает переход с основного на резервный передатчик без потери информации при повышении надежности.