книги / Трансформаторы в цепях согласования и сложение мощностей радиочастотных генераторов

При реализации устройства из отрезков коаксиальной линии с использованием в качестве проводов 1, Г центральных проводни­

ков отрезков 1/Нн » 3Ее~^с Необходимое сопротивление нагрузки

2с +?п

В случае сильной связи между проводами двухпроводной ли­ нии (2С» 2„):

С/Лн * 3Е е~т ; Ки.« 42п= 220.

Как видим, при сделанных допущениях рассматриваемое уст­ ройство проявляет свойства ТЛ с коэффициентом трансформации напряжения, равным трем, как и устройство на трех отрезках линий

по схеме рис. 1.53. В отличие от ТЛ на трех отрезках рассматривае­ мый ТЛ требует сопротивления нагрузки Яи= 220(в ТЛ на трех от­ резках Яы= 32о).

Входной ток устройства (рис. 1.80): /вх — 1и - 1го + 1'ъ. ~

= 1и.—1гг—Ло- На основании (1.297), (1.299), (1.301), учитывая (1.303), (1.305),

получаем:

если устройство реализуется из отрезков симметричной двухпро­ водной линии.

Результаты согласуются с полученными (см. п. 1.2.3) для сим­ метричного повышающего ТЛ на трех отрезках линий. Отличие только в величине требуемого сопротивления нагрузки Лн. В то же время, как следует из (1.302), чем больше Я„, тем с большим осно­ ванием можно пренебречь слагаемым в левой части этого выраже­ ния с З1п Р<? в качестве сомножителя. Величина напряжения на на-

такой же, как в ТЛ (1.304). Следовательно, волновое сопротивление линии для изготовления устройства можно выбирать из соотноше­ ния 20 < Ян/2.

Используя символику обозначения двухобмоточного транс­ форматора, рассматриваемому устройству можно поставить в соот­ ветствие эквивалентную схему, показанную на рис. 1.81.

Продольные напряжения на обмотках трансформаторов в схеме

в противоположных направлениях относительно одинаково обозна­ ченных концов*.

Если обозначить индуктивность намагничивания одного транс­ форматора при размещении отрезков линии на разных магнитопроводах то результирующая индуктивность намагничивания, учи­ тывая, что продольные напряжения на обмотках по величине равны напряжению источника сигнала Е, / мр = Ь^/2, как результат парал­ лельного соединения обмоток 2, 2'. При размещении отрезков на об­ щем магнитопроводе такого же размера, как при раздельном разме­ щении, и с таким же количеством витков результирующая индуктив­ ность намагничивания будет определяться индуктивностью намаг­ ничивания одной катушки на магнитопроводе и будет равна / м, т. е. окажется в два раза больше.

Обратим внимание, что схема и реализация рассматриваемого нами устройства представлены в книге [11, с. 20, рис. 1.20]. Устрой­ ство является составной частью симметрирующего ТЛ.

При малой электрической длине отрезков понижающий сим­ метричный ТЛ по схеме рис. 1.67 также может быть реализован не на трех, а на двух отрезках линии. При малой электрической длине отрезков продольные напряжения С/3 и С/'з на проводах 3,3' в схеме рис. 1.67 стремятся к нулю, следовательно, эти провода можно ис­ ключить из схемы, которая принимает вид, показанный на рис. 1.82. Очевидно, как и симметричный повышенный ТЛ на 3, симметрич­ ный пониженный ТЛ на 3 может быть в этом случае изготовлен как из отрезков двухпроводной линии, так и из отрезков коаксиальной линии, оставаясь полностью симметричным устройством.

При конструктивной и электрической симметрии устройства граничные условия на концах проводов в схеме рис. 1.82:

11и = ЕП; \]'п = -Е12; //,„ = / / '2о = *У2, = 1/1(н/2;

о = ^ 2 0 = и 'ъ ~ —Е/«(, /2; /20 = - / '20; 1ц = - 1 ’и-

Для отрезка из проводов 1, 2 с учетом граничных условий справедлива следующая система уравнений’*:

*

Очевидно, можно намотать отрезки линии в противоположных направлени­ ях, как показано на рис. 1.77,5. Необходимо только при соединении концов отрез­ ков соблюсти полярность продольных напряжений. Так как в рассматриваемом устройстве конец одного провода отрезка соединяется с противоположным концом другого провода этого же отрезка линии, то конструкции устройства при обоих направлениях намотки будут практически одинаковыми.

Аналогичная система уравнений справедлива также для отрезка из прово­ дов Г, 2 '.

На основании последнего уравнения с учетом (1.308), (1.310), (1.311) получаем:

При реализации устройства из отрезков коаксиальной линии с волновым сопротивлением 2о и использовании в качестве прово­ дов 1, Г центральных проводников согласно (1.313), (1.315):

Если устройство реализуется из отрезков симметричной двух­ проводной линии с волновым сопротивлением 20 = 22а, то согласно (1.313), (1.315):

Как видим, рассматриваемое устройство при сделанных допу­ щениях (2с2>> 2ов случае коаксиальной линии; 2С» 2„ в случае двухпроводной линии) обладает свойствами понижающего ТЛ с коэффициентом трансформации напряжения 1/3. В отличие от по­ нижающего ТЛ на трех отрезках, выполняемого по схеме рис. 1.67, в данном случае требуется меньшее сопротивление нагрузки: Кн» 22о/9, а в схеме рис. 1.67 Ян« 320. В то же время, как следует из (1.312), чем больше величина 7?н, тем с большим основанием можно

"[4(^011 + -^012) + ^022]СО5Р^

При малой электрической длине отрезков, поскольку соз р^ « 1, напряжение на нагрузке по величине такое же, как в ТЛ (1.315).

Учитывая сказанное, волновое сопротивление линии 2о для из­ готовления рассматриваемого устройства можно выбрать из усло­ вия 2о < 9Д,/2.

Входной ток рассматриваемого устройства 1ВХ= / |( На основании (1.306), учитывая (1.311), (1.315), получаем

(■^022 +2^012)

Продольные напряжения на обмотках-проводах разных отрез­ ков одинаковы по величине, но находятся в противофазе относи­ тельно одинаково обозначенных концов. При размещении на общем магнитопроводе обмотки должны наматываться в одном направле­ нии (рис. 1.77,а) либо в противоположных (рис. 1.77,6), но с пере­ обозначением концов проводов разных отрезков. При размещении на общем магнитопроводе результирующая индуктивность намаг­ ничивания, отнесенная к источнику сигнала Е, оказывается в два раза больше, чем при размещении на раздельных магнитопроводах (см. п. 1.2.4).

В заключение отметим, что подобное устройство в качестве со­ ставной части симметрирующего ТЛ или самостоятельного устрой­ ства рассматривается в [11, с. 20, 21, рис. 1.21].

Как видим, применение отрезков линий малой электрической длины позволяет существенно упростить конструкцию ТЛ, сокра­ щая число применяемых отрезков и уменьшая габариты устройства. Кроме того, электрические характеристики ТЛ оказываются менее критичными к величине сопротивления нагрузки, что облегчает вы­ бор линии с подходящим волновым сопротивлением для изготовле­ ния устройства. Однако уменьшение длины отрезков линии приводит к уменьшению реактивной составляющей входного со­ противления ТЛ, величина которой зависит в основном от двух па­ раметров: волнового (характеристического) сопротивления выде­ ляемой линии в системе связанных проводов при возбуждении син­ фазных (четных) волн напряжения 2Си электрической длины от­ резков Р^:

где к\ - коэффициент, зависящий от схемы ТЛ; 2с0 - волновое (ха­ рактеристическое) сопротивление выделяемой линии при возбуж­ дении синфазных (четных) волн напряжения в случае воздушного заполнения пространства в системе связанных проводов.

Применение ферритового магнитопровода позволяет компен­ сировать уменьшение реактивной составляющей входного сопро­ тивления ТЛ с понижением рабочей частоты ш за счет увеличения относительной магнитной проницаемости феррита |хг (магнитная проницаемость СВЧ ферритов зависит от частоты: на верхней рабо­