книги / Трансформаторы в цепях согласования и сложение мощностей радиочастотных генераторов

ЗАКЛЮ ЧЕНИ Е

Представленные в настоящей работе исследования трансфор­ маторов на линиях (ТЛ) и мостовых устройств (МУ) для сложения мощностей генераторов помогут заинтересованному читателю не только лучше понять результаты других работ, но и найти новые технические решения.

Для иллюстрации сказанного приведем, основываясь на ре­ зультатах настоящей работы, примеры неизвестных ранее конст­ рукций ТЛ, МУ и согласующих устройств (СУ).

3.1.ПОНИЖАЮЩИЙ ТРАНСФОРМАТОР НА ЛИНИЯХ

СПРОИЗВОЛЬНЫМ КОЭФФИЦИЕНТОМ ТРАНСФОРМАЦИИ

Вп. 1.2.4 показано, что в конструкции понижающего ТЛ на У отрезках линии один из проводов каждого отрезка может быть за­ землен с обоих концов и соответственно по всей длине. В этом слу­ чае понижающий ТЛ представляет У отрезков линии, из которых (У - 1) закорочены на одном конце, а другими концами параллельно

присоединены к нагрузке Кн, совместно нагружая одиночный отре­ зок линии, к другому концу которого присоединяется источник сиг­ нала (генератор) Е (см. рис. 1.57 и 1.61). Указанные (У - 1) отрезков линии с волновым сопротивлением 2о могут быть заменены одним отрезком линии с волновым сопротивлением 2У(У - 1). Последнее обстоятельство позволяет реализовать понижающий ТЛ на двух от­ резках линий длиной I (рис. 3.1) соответственно с волновым сопро­

либо дробным числом, в общем не связанным с числом отрезков линии. Только при У целом отрезок линии с волновым сопротивле-

нием 2$ может рассматриваться как параллельное соединение (У - 1) отрезков линии с волновым сопротивлением 2о.

ТЛ по схеме (рис. 3.1) может быть реализован на основе любых линий, включая коаксиальные, микрополосковые, а также двухпро­ водные (при использовании двухтактного генератора и симметрич­ ной нагрузки). Конструкция ТЛ при использовании коаксиальных или микрополосковых линий не требует применения какого-либо ферритового кольца или сердечника.

Рассмотренный трансформатор используется в качестве основ­ ного элемента предложенного автором трансформирующего уст­ ройства [24]. Представляющая интерес реализация трансформатора на трех отрезках линий рассмотрена в работе [25].

3.2.СИНФАЗНЫЙ МОСТ НА ОСНОВЕ ЧЕТВЕРТЬВОЛНОВЫХ ОТРЕЗКОВ ЛИНИЙ

Используя результаты пп. 1.2.1 и 2.3.1, можно предложить по­ казанную на рис. 3.2 конструкцию моста на основе четвертьволно­ вых отрезков коаксиальной линии для сложения мощностей двух идентичных генераторов Между генератором Гг и балластным ре­ зистором Я5 включается отрезок линии А по схеме фазоинверти­ рующего звена, подобного фазоинвертирующему ТЛ по схеме рис. 1.12. Фазоинвертирующее звено заменяет отрезок линии дли­ ной ЗА./4 в конструкции моста рис. 2.57. Для обеспечения полной электрической симметрии моста параллельно генератору Г| под­ ключается отрезок такой же линии В, у которого используется толь­ ко наружный проводник (оплетка) коаксиальной линии, разме­ щаемый относительно земли (корпуса) устройства абсолютно ана­ логично отрезку линии А. На рис. 3.3 с использованием двухпро­ водных линий показана эквивалентная схема предложенного моста. На схеме: 2С- волновое (характеристическое) сопротивление ли­ нии, образованной наружным проводником (оплеткой) коаксиаль­ ной линии отрезков А, В относительно земли (корпуса) устройства при возбуждении синфазных (четных) волн напряжения; \У[2- электростатистическое волновое (характеристическое) сопротивление связи в системе связанных линий при возбуждении синфазных (четных) волн напряжения (в случае коаксиальной линии 1У\2= 2о).*

*

Конструкция рассматриваемого моста вытекает также из результатов работы [6 ],

где указаны возможность замены отрезка линии длиной ЗХ/4 у моста по схеме рис. 2,57 четвертьволновой секцией связанных линий и необходимость подключения одной дополнительной линии у генератора Г1 (см. [6 , с. 94-96]). Обратим внимание, что мост по схеме рис. 2.57 в [6 ] носит название «гибридное кольцо», хотя более часто это название относится к конструкции на микрополосковых линиях (см. п. 2 .3 .1).

Из-за отсутствия шунтирования генераторов короткозамкну­ тыми отрезками линии с волновым (характеристическим) сопротив­ лением 2ГС в конструкции моста рис. 3.4 обеспечивается лучшее согласование в полосе частот, чем в конструкции рис. 3.2. Однако развязка генераторов у моста рис. 3.4 в полосе частот несколько хуже, чем у моста рис. 3.2, так как уровни сигналов, поступающих от одного генератора в ветвь включения другого через плечо с Кн и

Волновые сопротивления линий: 20 -л/2Кн, 2$ - 2 с1, где 2С\ -

волновое (характеристическое) сопротивление линии, образуемой проводом 1 в системе связанных линий 1, 2 при возбуждении в них синфазных (четных) волн напряжения. При этом необходимо обес­ печить в системе связанных линий 1, 2 электростатическое волно­ вое (характеристическое) сопротивление связи №\г =2ъ. Линии 1, 2 могут быть идентичными. В этом случае 2С\ - 2С =2С, = = 22С2П/(2С- 2„), где 2П= 2п\ = 2п2- волновое (характеристическое) сопротивление линий 1, 2 при возбуждении в них противофазных (нечетных) волн напряжения. В общем случае неидентичных линий (например, разная ширина полосок) [3]:

^12 = 2 2 с |2 П|/(2 с | — 2т) —2 2 С22ц2/(2С2 —2т),

где 2С|, 2с2, 2пх, 2„2 - волновые (характеристические) сопротивле­ ния связанных линий 1, 2 соответственно при возбуждении в них синфазных (четных) и противофазных (нечетных) волн напряжения.

Резистивная составляющая входного сопротивления моста на центральной частоте при указанных волновых (характеристиче­ ских) сопротивлениях линий: Лвх = Лн.

В конструкции моста (рис. 3.6) общая длина шести отрезков линий, включая два связанных, как и у моста с отрезком ЗХ/А, из­ вестным как «гибридное кольцо» при реализации на микрополосковых линиях (см. рис. 2.58). В отличие от «гибридного кольца» предлагаемый мост является электрически симметричным относи­ тельно каждого из генераторов Г)} Гг независимо от частоты. Мост

по схеме «гибридное кольцо» может быть также сделан электриче­ ски симметричным относительно каждого из генераторов при включении вместо одного двух балластных резисторов соответст­ вующей величины (см. рис. 2.58). Однако при этом при отклонении частоты от центральной, соответствующей длине отрезков моста Х/4, на балластных резисторах «гибридного кольца» будет выде­ ляться мощность, тогда как в предлагаемой конструкции моста при идентичных генераторах и их совместной работе мощность в балла­ стном резисторе будет отсутствовать на любой частоте сигнала.

Обратим внимание, что мост рис. 3.6 отличается от моста - «гибридного кольца», рассматриваемого в [6, с. 94—95]. Согласно эквивалентной схеме рис. 3.7 у моста рис. 3.6 только три входа шун­ тируются короткозамкнутыми отрезками линий, тогда как у описы­ ваемого в [6] моста все четыре входа шунтируются короткозамкну­ тыми отрезками линий (см. [6, с. 94-95]). Шунтирование четырех входов соответствующими отрезками линий улучшает развязку в полосе частот, но ухудшает согласование.

3.3.СИММЕТРИРУЮЩИЕ УСТРОЙСТВА НА ОСНОВЕ ПОНИЖАЮЩЕГО

ИФАЗОИНВЕРТИРУЮЩЕГО ТРАНСФОРМАТОРОВ НА ЛИНИЯХ

Вп. 1.2.2 рассмотрено симметрирующее устройство (СУ), про­ являющее свойства ТЛ и позволяющее осуществить переход от не­ симметричного источника сигнала (генератора) Е к симметричной

нагрузке Кн (см. рис. 1.17). Устройство включает два отрезка коак­ сиальной линии с волновым сопротивлением 20 = Кн/2, один из ко­ торых выполняет функцию фазоинвертирующего звена, включае­ мого по схеме фазоинвертирующего ТЛ (см. рис. 1.12).

Если фазоинвертирующее звено выполнить на основе отрезка коаксиальной линии с волновым сопротивлением 2о с включением по схеме фазоинвертирующего ТЛ, как на рис. 1.9, то в месте при­ соединения симметричной нагрузки Кн к центральному проводнику другого отрезка необходимо параллельно подключить короткозамкнутый отрезок линии, обладающий волновым сопротивлением, равным волновому (характеристическому) сопротивлению линии, образуемой наружным проводником (оплеткой) коаксиальной ли­ нии фазоинвертирующего звена относительно земли (корпуса) уст­ ройства. Конструкция такого СУ представлена на рис. 3.8.

Для облегчения реализации СУ отрезок III образуется из такой же линии, как отрезки I, II, и располагается относительно земли (корпуса) устройства аналогично отрезку II, образующему фазоин­ вертирующий ТЛ.

Чтобы фазоинвертирующее звено, образуемое отрезком II, про­ являло свойства ТЛ, оно, как показано в п. 1.2.1 (см. рис. 1.9), долж­ но нагружаться на сопротивление, определяемое соотношением

2с2+20 ’

где 2о - волновое сопротивление коаксиальной линии; 2с2 - волно­ вое (характеристическое) сопротивление линии, образуемой наруж­ ным проводником (оплеткой) коаксиальной линии отрезка II относительно земли (корпуса) устройства.

Так как плечо СУ, образуемое отрезком I, в месте присоединения отрезка III должно нагружаться на такое же сопротивление, то резуль­ тирующее сопротивление симметричной нагрузки Лн должно быть

Я» = 2 ^с2^0 ^с2 + 20

Соответственно волновое сопротивление коаксиальной линии, из отрезков которой изготавливается СУ,

Нетрудно убедиться, что отрезки I, III формируют понижаю­ щий ТЛ, рассмотренный в п. 3.1 (понижающий ТЛ с произвольным коэффициентом трансформации). В частности, сопоставляя включе­ ние отрезков I, III, нагрузки ЯИи источника сигнала (генератора) Е