книги / Трансформаторы в цепях согласования и сложение мощностей радиочастотных генераторов

Так как при принятых обозначениях на рис. 1.39 для рассмат­ риваемого устройства (1и + 1^)1Е = - 12(1Е = Увч, то на основании последних соотношений получаем для входной проводимости

Нетрудно убедиться, что последнему выражению можно поста­ вить в соответствие эквивалентную схему (рис. 1.40).

Рис 1.40

Как видим, входное сопротивление устройства по схеме рис. 1.34,6 равно параллельному соединению короткозамкнутого отрезка линии с волновым (характеристическим) сопротивлением 22с2и отрезка линии с волновым сопротивлением 2о, нагруженному на сопротивление Е„. Если Ки = 20, то резистивная составляющая входного сопротивления Ках = 2о, а реактивная составляющая ]Хах =у-22с2 Р^. Реактивная составляющая входного сопротивле­ ния формируется последовательным соединением короткозамкну­ тых отрезков двух линий, образованных проводами 2, 3 относитель­ но корпуса устройства, каждая из которых обладает волновым (ха­ рактеристическим) сопротивлением 2с2.

Обратим внимание, что в устройстве по схеме рис. 1.34,6 при = 2о резистивная составляющая входного сопротивления У?вх=2о независимо от величины 2с2, тогда как в устройстве по схеме рис. 1.31, отличающемся только местами подключения Е и К,„ для

обеспечения Яах~ 2о следует иметь 22с2» 2о1 при этом К„ « 20. Реализуется устройство по схеме рис. 1.34,6 точно так, как по­

казано на рис. 1.32. Необходимо только поменять места подключе­ ния нагрузки К„ и источника сигнала Е. Используя символику обозначения двухобмоточного трансформатора, рассматриваемому

устройству можно поставить в соответствие схему рис. 1.33, поме­ няв местами включение К„ и Е.

Отождествляя понятия коэффициента передачи по напряжению ТЛ Ки = 11кн 1Е и коэффициента трансформации по напряжению в рабочем режиме у трансформатора обмоточного типа пи(см. п. 1.1), можно считать I Ки I = I пи I (в общем случае может быть п„ > О и /7„ < 0 в зависимости от полярностей входного и выходного на­ пряжений относительно земли (корпуса) устройства)

Соответственно коэффициент трансформации сопротивлений ТЛ п,(= К„/Квх =п2и = \Ки\2

Из всех рассмотренных выше устройств по существу только симметрирующие устройства по схеме рис. 1.17 и 1.34,6 обладают трансформирующими свойствами, когда уровень сигнала на нагруз­ ке Я№по напряжению значительно отличается от уровня источника сигнала Е. В устройстве по схеме рис. 1.17 напряжение на нагрузке 11/Ки\ в два раза превышает Е (соответственно |Х'„| = |л„| = 2; пц = 4), а в устройстве по схеме рис. 1.34,6 напряжение на нагрузке |С/ди| в два раза меньше Е (соответственно |Х,(| = |и„| = 1/2; пк = 1/4). У ТЛ 1:1 |АГ„| = |л„| = 1; у фазоинвертирующего ТЛ |Л*| = |я„| « 1 или |^и|= |»н|= 1 в зависимости от схемы (см., например, рис. 1.9 и 1.12).

Если взять несколько ТЛ 1:1 и соединить их со стороны источ­ ника сигнала Е параллельно, а со стороны нагрузки Кн последова­ тельно, то можно реализовать ТЛ, имеющий |7Г„| существенно больше 1, и, наоборот, если со стороны источника Е несколько ТЛ 1:1 включить последовательно, а со стороны К„ параллельно, то молено реализовать ТЛ, имеющий |^„| существенно меньше 1.

1.2.3. ПОВЫШАЮЩИЕ ТРАНСФОРМАТОРЫ

Рассмотрим устройство на основе двух ТЛ 1:1, включенных по отношению к источнику сигнала Е параллельно, а по отношению к нагрузке К„ последовательно. Схема устройства представлена на рис. 1.41.

Провода 1, 2 образуют один отрезок связанных линий, а прово­ да 3,4 - другой. Наличие электромагнитной связи между провода-

♦

Если при определении коэффициента передачи ТЛ по напряжению не учи­ тывать у напряжения 11Нн фазовый сдвиг за счет длины проводов (сомножитель

е ), то Ки = п„ и также возможно К„ > 0 и К„ < 0. Последнее присуще, в част­ ности, фазоинвертирующему ТЛ.

При 2с2 » 20

* 220;

Как следует из (1.77), (1.79), у рассматриваемого устройства максимально достижимая величина коэффициента передачи по на­ пряжению стремится к двум. Необходимое сопротивление нагрузки К„ при этом оказывается примерно равным удвоенному значению волнового сопротивления линии, из отрезков которой изготовлено устройство.

Напряжение на выходе отрезка связанных линий, образованных проводами 3,4, согласно (1.71) с учетом (1.75а)

С/30 —&20 - Е Г-^011^022(^22 + ^Зз)~-^012^3з(^012 + ^022 + ^3з) (

Как видим, напряжение на выходе отрезка линии из проводов 3,4 может быть представлено в виде двух составляющих, величина одной из которых зависит, а величина другой - не зависит от часто­ ты сигнала.

Напряжение между проводами 1, 2 на выходе образованного ими отрезка

11\2 ~ I/[о~ 11го

С учетом (1.756), (1.80):

со$Р^

Как видим, напряжение 11\2 имеет частотно-зависимую по ве­ личине составляющую, которая в точности совпадает с соответст­

вующей составляющей напряжения ^/30 = но находится в про­ тивофазе по отношению к ней. С учетом обозначений (1.80), (1.81) для выходного напряжения можно записать:

С/.о = Щ = Е ( С + В ) е ® \

где

С +В - (2о12 + 2о22 + ^Зз)/(2о22 + ^Зз)-

При реализации устройства на отрезках двухпроводной линии:

л (гс+гп)3-гс(2с-г„хг.+зг„) ,:1.

(2с+ 2п)[(2с+ 2„)2+42с2г]

При реализации устройства на отрезках коаксиальной линии с подключением источника сигнала Е к центральным проводникам

У отрезка, образованного проводами 1, 2, оба провода должны быть изолированы от земли (корпуса) устройства по всей длине проводов, исключая одну точку у провода 2 вблизи присоединения источника сигнала Е. У отрезка, образованного проводами 3, 4, провод 4 соединяется с землею (корпусом) устройства практически

по всей длине, что позволяет изготовить отрезок из одного прово­ да 3, образующего вместе с корпусом устройства однопроводную линию. При этом волновое сопротивление реализуемой однопро­ водной линии 2оз должно быть в точности равно Щ}. Действитель­ но, при замене отрезка линии из проводов 3, 4 одной линией из провода 3 вместо четырех уравнений, включая (1.67) - (1.69), для пары проводов 3,4 следует записать уравнения:

Из последнего уравнения

Если принять 2оз = И'зз, то (1-84) совпадает с (1.70) и остаются в силе все полученные выше соотношения.

Очевидно, чисто по конструктивным соображениям проще реа­ лизовать устройство с использованием отрезков из одной и той же линии, причем коаксиальная линия предпочтительнее. При исполь­ зовании коаксиальной линии немного легче реализовать отрезок, соответствующий проводам 3, 4, с нужными характеристиками: ес­ ли при использовании двухпроводной линии оба отрезка должны размещаться на жестких каркасах (ферритовое кольцо или фторо­ пластовая катушка), чтобы обеспечить конструктивную стабиль­ ность параметров устройства и связанных с ними его электрических характеристик, то при использовании коаксиальной линии отрезок, соответствующий проводам 3, 4, может быть размещен без какоголибо каркаса, как показано, например, на рис. 1.42.

Входной ток для источника сигнала Е: /вх= 1\, + Н,.

Входная проводимость устройства Гвх = 1ВХ/Е = 1/ Квх + 1/уХвх, где Явх, Хвх - резистивная и реактивная составляющие входного со­ противления устройства: 2ВХ = МУвхъ параллельной схеме пред­ ставления (рис. 1.8).

При работе устройства на нагрузку Я„, удовлетворяющую (1.74), резистивная составляющая входного сопротивления /?вх не зависит от частоты сигнала и легко может быть найдена из условия сохранения энергии

Е2/Квх = | С/,о 12/Лн,

где С/|о определяется (1.756).

Рис. 1.42

На основании последнего соотношения с учетом (1.756)

ЛВх * 7?н /4 ж 2^ ~ 2о/2.

При реализации устройства из отрезков коаксиальной линии