книги / Трансформаторы в цепях согласования и сложение мощностей радиочастотных генераторов
..pdf2.3. Сложение мощностей генераторов...
грузки* Ян. Конденсаторы емкостью С могут обеспечивать допол нительную фильтрацию высших гармоник на выходах генераторов.
При реализации квадратурных мостов на сосредоточенных ХС-элементах вместо цепочек ФНЧ могут использоваться цепочки
ФВЧ. На рис. 2.70 показана |
|
|
п |
|
схема П-цепочки, соответст- |
|
|
||
вующей звену ФВЧ. Нетрудно |
Яп |
|
|
|
убедиться, что у такой цепоч |
|
1 |
||
ки при соЬ = |
]/ооС на частоте |
|
ив1 < |
Я А |
со = \/л[Тс |
входное сопро |
|
|
|
тивление имеет резистивный |
|
Рис. 2.70 |
||
характер и равно: |
т2 |
|||
|
,,2 |
1 |
|
|
|
СО |
Ь |
|
|
|
ся ~я~ |
со2С2Я |
9 |
|
а |
|
|
е;*>° |
|
Как видим, входное сопротивление Явх определяется, как и в случае П-цепочки ФНЧ (2.118), а напряжение на резисторе Я, нагружающем цепочку, опережает по фазе входное напряжение на 90°, тогда как в случае П-цепочки ФНЧ (рис. 2.66) оно отстает
Читателю предлагается рассмотреть примеры моста с заменой других от резков линий.
на 90°. Соотношения между сопротивлениями реактивных элемен тов П-цепочек ФВЧ и сопротивлениями Лвх, Л„, 2оь %02, %оз, как и в П-цепочках ФНЧ соответствующих ветвей моста (**).
Схема квадратурного моста на П-цепочках, соответствующих звеньям ФВЧ, будет отличаться от представленной на рис. 2.65 за меной элементов Ь на С и С на Ь. В отношении фильтрации высших гармоник выходных токов генераторов схема квадратурного моста на звеньях ФВЧ хуже, чем на звеньях ФНЧ, так как параллельно генераторам подключаются индуктивности, сопротивления которых возрастают с номером гармоники. Очевидно, сопротивления ре зультирующих индуктивностей на центральной частоте моста опре деляются аналогичными (***) соотношениями:
где Ь\~2>1>2-г ~ результирующая индуктивность, включаемая, соот ветственно, параллельно генераторам Гь Гг и резисторам Л&
Возможен комбинированный вариант квадратурного моста на П-цепочках из ХС-элементов, когда два противоположных плеча реализуются на основе П-звеньев ФНЧ, а два других - на основе П-звеньев ФВЧ. При этом поперечные реактивности соединяемых звеньев, имея разный характер, образуют параллельные колебатель ные контуры, резонансные частоты которых в общем случае не сов падают с центральной частотой моста. Результирующие реактивные сопротивления этих контуров на центральной частоте моста могут быть найдены с использованием соотношений (**).
На рис. 2.71 показаны схемы квадратурных мостов на основе двух П-звеньев ФНЧ и двух П-звеньев ФВЧ.
Реактивные сопротивления в схемах:
где знак «минус» перед правой частью относится к схеме рис. 2.71,а, а знак «плюс» - к схеме рис. 2.71,6.
а |
б |
|
Рис. 2.71 |
Сопротивления продольных реактивностей определяются соот ветствующими соотношениями (**).
Обратим внимание, что если накладывается требование Лвх = = К„/ 2, то оказывается Х\.2= Еслитребуется 7?вх = 2КИ,тоХ2-2= оо. В этих случаях резонансные частоты соответствующих контуров совпадают с центральной частотой моста и мост реализуется на ос нове шести реактивных элементов. Если Явх = Кк, то для реализа ции моста требуется восемь реактивных элементов.
В то же время, если учесть, что в схеме моста (рис. 2.71,а) при 7?вх = Я„ сопротивления поперечных индуктивностей П-цепочек ФВЧ согласно (**) одинаковы и равны Кп: со!| =ЛВХ= Кн; а>13 = Кк, а при реализации П-цепочек ФНЧ на основе отрезков линии длиной 2 = Х/В = 45°) на центральной частоте моста сопротивления по перечных емкостей цепочек ФНЧ также равны Кп (см. пример рис. 2.69), то оба сопротивления Х\.2 иХ2.2 в схеме моста оказыва ются равными бесконечности на центральной частоте. Соответст венно мост реализуется из двух отрезков линии с волновым сопротивлением 20 = Кн и двух емкостных элементов С, сопротив ление которых 1/юС = /?н. Схема моста показана на рис. 2.72. По добная схема приводится в [9].
Рассмотренные квадратурные мосты являются относительно узкополосными устройствами, обеспечивающими рабочую полосу
для чего должно быть
(2.132)
Кн К
т. е. выходное напряжение генератора Ггдолжно опережать по фазе выходное напряжение генератора Г| на 90° и отличаться по ампли туде в УЕп /Кн раз.
При выполнении (2.132) мощность в балластном резисторе Кв не выделяется.
Если = 0, то согласно (2.130) /2 = -Ег ——— , а согласно
^ 0 1 \Щ1
(2.127') с учетом (2.132): /, = Е{/К„.
Входные сопротивления моста состороны генераторов*: ^011^11 _ ^012^12 ~ 7?вх2>
Кк
2ВХГ, Е\И\ —/?н —-^вх1•
Как видим, входные сопротивления моста со стороны генера торов имеют резистивный характер, но в общем случае разные. Ес ли потребовать, чтобы Лвх2 =ЛВХ|= КИ, то необходимо обеспечить:
^2оиЖп =^2ш Щ2=Кн. |
(2.133) |
Если амплитуды выходных напряжений генераторов Г1, Г2 одинаковы по величине: \Ег\ - \Е\\, то, как следует из (2.132), должно быть Ян = 1Г|2. При этом согласно (2.133) должно таюке иметь ме сто соотношение:
2о,2 = ^2. |
(2.134) |
Соотношению (2.134) соответствует коэффициентсвязи линий:
д. _ |
^ 0 1 2 |
_ |
■^012 |
Л |
2<Ш |
**12 |
^ 0 1 1 + ^ 1 2 |
* Напомним (см., например, [3, кн. 2, п. 4.16.1]), что для идентичных связан ных линий справедливо соотношение: 2ъ\\№\\ = 2ъ\2№\2 - 20и2 - 2о\22, из которого
также следует: 2 0| 1 = ^2 0|2 ( г т + Ж12)
На рис. 2.75 показаны поперечные сечения связанных линий, используемых для изготовления квадратурных мостов.
< 7 7 7 7 7
в
е
При использовании линий с воздушным пространством между проводами (рис. 2.15,а,б,в) необходимый коэффициент связи линий кл обеспечивается сравнительно легко. При использовании линий
сдиэлектрическим заполнением пространства между проводами (рис. 2.15,г,д,е) возникают технологические трудности в обеспече нии необходимого зазора между проводами и точности его выполне ния. В силу малости зазора между проводами также резко снижается электрическая прочность моста. Поэтому при использовании линий
сдиэлектриком между проводами, особенно в случае микрополосковых линий с боковой связью между проводами (рис. 2.75,д,е), пе реходят к специальным конструкциям мостов, позволяющим использовать линии с большими зазорами между проводами.
Вконструкции «тандем» используют два моста из четверть волновых отрезков двух связанных линий, соединенных по схеме рис. 2.76. Входные сопротивления плеч моста из отрезка II являют ся сопротивлениями нагрузки для плеч моста из отрезка I и должны
быть равны: 7?Вх! = 7?вхг= К-н = 7?б Выходные напряжения генераторов Г), Гг связаны соотношением
Ег=]Еи |
(2.135) |
т. е. напряжения одинаковы по амплитуде, но одно из них (Е2) опе режает другое (ЯО на 90°.
V.,
\
Учитывая (2.135), из (2.131) получаем:
= - Е 2 ^011-^н(^12 ~^н) __ ~-^2 4 ,( У и - < . )
2 о п ( » в + я 2 ) |
*« К + я 2 ) |
|
|
Д |
К У Г ч - К ) |
(2.136) |
|
|
|
|
|
К
С учетом (2.136) на основании (2.129') получаем:
Г Г _ _ р |
^011-^н(^12 + -^н) _ Е \ |
^н(^12 + -^н) |
(2.137) |
|
' |
2о12(»Й+3[) *л |
(^12+^н) |
||
|
В данном случае I I (2.136) и 1/К)1(2.137) - напряжения на выходах
моста, образованного отрезком I, и соответственно напряжения на входах моста, образованного отрезком И. Эти напряжения отлича ются по величине и сдвинуты по фазе на 90°: напряжение I I опе
режает напряжение С/«б на 90°. Если обозначить