книги / Трансформаторы в цепях согласования и сложение мощностей радиочастотных генераторов

ние балластных резисторов при включении их по схеме много­ угольника (У -угольника):

приУ^З.

Более подробно вопрос о входном сопротивлении МУ на осно­ ве ТЛ со сложением напряжений в нагрузке рассмотрен в приложе­ нии 5.

При У > 4 балластные резисторы могут быть включены как по схеме соответствующего У-угольника либо У-лучевой звезды, так и по схеме полного //-угольника, когда все генераторы соединяются между собой балластными резисторами по принципу «каждый с каждым» [9]. Необходимое сопротивление балластных резисторов в схеме полного У-угольника (полного многоугольника)

Соотношение (2.94) удовлетворяет, в частности, условию, что при коротком замыкании (У - 1) генератора балластные резисторы при любой схеме их соединения формируют одинаковую нагрузку /?бдля работающего генератора.

Из равенства сопротивлений Я§ (2.95) -(2.97) вытекает (2.94). В МУ на ТЛ при коротком замыкании (У - 1) генератора со­

противление нагрузки Ян непосредственно пересчитывается к рабо­ тающему генератору (см. приложение 5), вследствие чего резуль­ тирующее значение резистивной составляющей входного сопротив­ ления для этого генератора определяется параллельным соединени­ ем Ян и /?б':

» _ З Д Лпу —— — .

ЯИ+Я'б

Если потребовать, чтобы Явх = Я1{/У (напомним, что в рассматри­ ваемых МУ Яц= У20, Лпх = Ян/У = 2о, где 2о - волновое сопротивле­ ние линии), то из равенства:

используя (2.95) - (2.97), находим соответственно:

Последние соотношения согласуются с (2.92) - (2.94). Как видим,

7?б.ПМН ■> 7?б.мн ^ 7?б.ЗВ-

Число балластных резисторов при включении их по схеме со­ ответствующего У-угольника или У-лучевой звезды при У > 3 равно числу генераторов У. Необходимое число балластных резисторов при включении их по схеме полного У-угольника связано с числом включаемых генераторов соотношением

(У - 1)У

(2.98)

определяющим число сочетаний из У по два, и оказывается больше, чем при других схемах включения*. Увеличение числа балластных резисторов позволяет снизить требования к величине их допусти­ мой мощности рассеяния. При аварийном режиме, т. е. при выходе из строя одного или нескольких генераторов, мощности других ге­

*

Данное утверждение справедливо при N > 3. Хотя соотношение (2.98) при­ меняется при N>4, формально оно справедливо для любых N > 1. При N й 3 схемы /У-угольника и полного /У-угольника совпадают.

нераторов распределяются между полезной нагрузкой Лн и балла­ стными резисторами. Чем больше число балластных резисторов, тем меньше доля рассеиваемой мощности, приходящаяся на каж­ дый из них. Подробно вопрос о максимальной рассеиваемой мощ­ ности на одном балластном резисторе при разных схемах их соединения рассматривается в п. 2.3.2. В нормальном режиме рабо­ ты МУ мощность в балластных резисторах отсутствует.

Как уже отмечалось, практически в МУ на ТЛ со сложением напряжений в нагрузке в одной схеме суммируют мощности не бо­ лее трех-четырех генераторов. Дело в том, что с увеличением чис­ ла генераторов возрастают в номинальном режиме работы про­ дольные напряжения на проводах отрезка линии I по сравнению

спродольными напряжениями на проводах отрезков линии II, III

ит.д. Продольные напряжения на проводах отрезка I в номиналь­ ном режиме при одинаковых амплитудах напряжений генераторов равны \1/ця - Е\ = (У - 1) Е, где Е - амплитуда напряжения одного

генератора, и тем больше, чем больше число генераторов N. Именно эти напряжения определяют требования к ферритовому материалу и размерам сердечника при размещении отрезка линии на кольцевом магнитопроводе. Отрезок линии, к которому подключается послед­ ний генератор Гдг, имеет нулевые продольные напряжения на про­ водах и, как уже отмечалось, при использовании коаксиальной линии в случае подключения генератора к центральному проводни­ ку может быть размещен без какого-либо сердечника или каркаса.

Для уменьшения продольных напряжений на линиях ТЛ МУ переходят к схемам с дополнительной линией [9], позволяющей из­ менять точку «заземления» на выходе основной схемы. Волновое сопротивление дополнительной линии 20дОп = 7?„.

Схема МУ на ТЛ с дополнительной линией для сложения в на­ грузке напряжений трех генераторов показана на рис. 2.49. Балла­ стные резисторы могут быть включены как по схеме звезды, так и по схеме многоугольника.

Если в схеме рис. 2.47 при одинаковых генераторах максимальное продольное напряжение на проводах отрезка I равно 2Е, где Е - ам­ плитуда напряжения одного генератора, то в схеме (рис. 2.49) про­ дольное напряжение на проводах отрезка I равно Е. Такое же напряжение на проводах отрезка III и дополнительной линии. На проводах отрезка II продольные напряжения отсутствуют. В схеме рис. 2.47 продольные напряжения отсутствуют на проводах отрезка III, а на проводах отрезка II они равны Е.

Граничные условия на концах проводов в схеме (рис. 2.50): /ю = /*„ = С/ян/Лн; &20 = 0; 17и = = Цъ где 1/и /У2 - амплитуды напряжений на входах проводов 1,2.

На основании (1.8) для рассматриваемой схемы (рис. 2.50) можно записать, в частности, уравнения:

= (1/}-1/22012/2022) Полученное соотношение свойственно ТЛ. При использовании для отрезка ТЛ (рис. 2.50) коаксиальной линии с волновым сопротивлением 20 = 2одоп и использовании в качестве провода 1 центрального проводника линии имеем: 1Гц = 20 доп, 20|2 = = 2о22 = 2с2) где 2С - характеристическое сопротивление линии, об­ разуемой проводом 2 (оплеткой) дополнительной линии относи­ тельно общей проводящей поверхности. В этом случае

(2.101)

Согласно (2.101), если напряжения 11\, \]2будут в противофазе,

жения на выходах отрезков I, III оказываются в противофазе и соот­ ветственно суммируются на нагрузке Кн.

Действительно, полагая все генераторы идентичными, создаю­ щими синфазные напряжения с амплитудой Е, на выходе отрезка I получаем напряжение от генераторов Г1, Г2, равное 2Е. На выходе отрезка 1П получаем напряжение от генератора Гз противоположной полярности: -Е . В соответствии с обозначениями на схеме рис. 2.50 к отрезку дополнительной линии на схеме рис. 2.49 прикладывают­ ся напряжения: 11\ = 2Е, 112 = - Е. Напряжение на нагрузке Ян>под­ ключаемой к дополнительной линии, по величине согласно (2.101) будет равно ЪЕ. Очевидно, результирующий фазовый сдвиг напря­ жения на нагрузке относительно напряжения одиночного генерато-

ра оказывается равным - 2$1, так как сигнал от генератора проходит до нагрузки К„ через два отрезка, один из которых образуется до­ полнительной линией. При малой электрической длине отрезков фС —» 0) продольные напряжения на проводах отрезка III и отрезка дополнительной линии оказываются практически одинаковыми по величине и имеющими одинаковую полярность относительно кон­ цов, помеченных точками на схеме рис. 2.49. В номинальном режи­ ме эти напряжения можно считать равными по величине Е. Соот­ ветственно отрезок III и отрезок дополнительной линии могут быть размещены на общем магнитопроводе [9] с соблюдением направле­ ний намотки и полярностей продольных напряжений (см. п. 1.2.6). Размещение на общем магнитопроводе отрезка III и отрезка допол­ нительной линии при коротком замыкании генератора Г3может за­ метно отразиться на режиме остальных генераторов, особенно гене­ ратора Г|, из-за влияния образующейся короткозамкнутой обмотки провода отрезка III на обмотку из провода дополнительной линии, к которому подключается выход отрезка I. Влияние обусловливается магнитной связью между обмотками и будет тем сильнее, чем больше на рабочей частоте магнитная проницаемость ц,. материала магнитопровода .

При использовании МУ с дополнительной линией для сложе­ ния в нагрузке напряжений четырех и более генераторов по анало­ гичной схеме рис. 2.49 включается отрезок ТЛ У-го генератора и дополнительной линии, которые могут размещаться на общем магнитопроводе.*

*

В МУ для сложения напряжений трех генераторов, выполненного по схеме рис. 2.49, на проводах отрезка I продольные напряжения в номинальном режиме при 3 ^ 0 по величине практически равны Е, но имеют полярность, противопо­

ложную продольным напряжениям на проводах отрезка III относительно подобных концов, например, относительно концов со стороны генераторов, что позволяет принципиально отрезок I разместить на общем магнитопроводе с отрезком III (а также с отрезком дополнительной линии либо только с ним, если позволяет раз­ мер магнитопровода), соблюдая направления намотки и полярности напряжений. Однако в этом случае между генераторами Г|, Г3 появится непосредственная маг­

нитная связь, что ухудшит мостовые свойства устройства. Читателю предлагается рассмотреть характеристики МУ по схеме рис. 2.49 при подключении Яи и выхода отрезка I к наружному проводу (оплетке) дополнительной коаксиальной линии. В приложении 5 рассмотрен вопрос о входном сопротивлении ТЛ на отрез­ ке дополнительной линии.

На рис. 2.51 показана схема МУ на основе ТЛ для сложения в нагрузке токов двух генераторов. Для изготовления ТЛ требуются два отрезка линии I, II с волновым сопротивлением 20= 2Кн. Сопро­ тивление балластного резистора Я&= 22Г0= 4ЙН

Со стороны нагрузки Ян отрезки линии I, II включаются, как в понижающем ТЛ с коэффициентом трансформации напряжения 1/2 (см. рис. 1.56; п. 1.2.4). Если для изготовления устройства использу­ ется коаксиальная линия, то при подключении генераторов Г1, Гг к центральным проводникам отрезки I, II могут размещаться без каких-либо каркасов или сердечников. При совместной работе двух идентичных генераторов (Е\ = Е2) каждый из отрезков оказывается нагруженным на сопротивление 2КН= 20. Соответственно в отрез­ ках I, II в номинальном режиме существуют бегущие волны.

По аналогичному принципу осуществляется сложение в на­ грузке токов трех и более генераторов (Л/ > 3). Волновое сопротив­ ление линии выбирается из условия 20 = Л//?н- При совместной работе идентичных генераторов (Е\ =Е2= =Еы) каждый ощу­ щает в качестве нагрузки чисто резистивное сопротивление, равное М?н = 2оСопротивление балластных резисторов при включении по схеме многоугольника при N>3:

2Ш 0 2У2ЛН

6МН У - 1 У -1

Связь между сопротивлениями балластных резисторов при включении их по схеме А'-лучевой звезды, У-угольника и полного У-угольника определяется (2.94).