книги / Трансформаторы в цепях согласования и сложение мощностей радиочастотных генераторов

* III

Рис. 3.11

Реактивная составляющая входного сопротивления СУ относи­ тельно источника сигнала (генератора) Е формируется последова­ тельным соединением двух короткозамкнутых отрезков линии с волновым (характеристическим) сопротивлением 2с2 (один отре­ зок соответствует III, а другой - эквивалентному отрезку II) и соот­ ветственно будет:

./ * « = У • 2 ^ 8 № ■

Напряжение на нагрузке

Л» 2

ток через нагрузку:

/ я = ^ !± =1 - е - * с

Лн р у

Ли

СУ рис. 3.10 отличается от СУ рис. 1.34,а не только отсутстви­ ем у последнего короткозамкнутого отрезка III, но и переменой присоединения проводов отрезка II относительно источника сигна­ ла (генератора) Е, нагрузки Лн и земли (корпуса) устройства. Оче­ видно, чтобы СУ рис. 1.34,а проявляло свойства ТЛ, необходимо, чтобы цепь нагрузки каждого плеча, показанная на рис. 1.36, была эквивалентна понижающему ТЛ пб схеме рис. 3.1. Принимая соот­ ветствие волновых (характеристических) сопротивлений в схемах (рис. 3.1 и 1.36): 2о <-» 20; 20 <-» 22с2, получаем для нагрузки 2Ки плеча (рис. 1.36):

Для изготовления СУ необходима коаксиальная линия с волно­ вым сопротивлением

7 _ ^ с 2 ^н ■> 2К^

Параметр N понижающего ТЛ в этом случае:

У = 1 + ^ - = 1 -

22,

с2

Напряжение на нагрузке К„:

к н

Входное сопротивление СУ по схеме рис. 1.34,а соответствует последовательному соединению двух цепей рис. 1.36 и при выпол­ нении (**) представляет параллельное соединение резистивной со­ ставляющей:

Квх — 2Ы20 — 2 2ц и - А .

22с2, У

и реактивной составляющей:

уХвх = у • 2Л20Ч8 рг =>•4Н2с2Хё ре = ] .2 ( 2 + 2Г0)*ё •

Обратим внимание, что последние соотношения вытекают так­ же из (1.44) при учете Кн (**), которое соответствует результатам п. 1.2.2.

КИ->2о/2, соответственно2о-> 2/?н;Лвх -> 22о-» 47?н,уХвх ->■у-42й 1§р^.

Как видим, реактивная составляющая входного сопротивления СУ по схеме рис. 1.34,а оказывается в этом случае при одинаковых 2с2 почти в два раза больше, чем в СУ рис. 3.10, а остальные пара­ метры у обоих СУ практически одинаковы.

В конструкциях СУ рис. 3.8, 3.10, равно как и рис. 1.34,а, фазо­ инвертирующее звено II может быть выполнено на отрезке любых двух связанных линий, в том числе полосковых и микрополосковых, а также на отрезке двухпроводной линии. При выполнении оп­ ределенных соотношений между волновыми сопротивлениями одиночных линий, образующих отрезки I, III, и волновыми (харак­ теристическими) сопротивлениями связанных линий фазоинверти­ рующего звена II симметрирующие свойства рассмотренных уст­ ройств сохраняются.

На рис. 3.12,а показана конструкция, а на рис. 3.12,6 - эквива­ лентная схема СУ при реализации фазоинвертирующего звена II из отрезка двух связанных линий, образуемых проводами 1, 2 относи­ тельно земли (корпуса) устройства.

Устройство позволяет осуществить переход от несимметрично­ го источника сигнала (генератора) Е к симметричной нагрузке Кн. Для этого необходимо обеспечить в системе связанных линий 1, 2 отрезка II электростатическое волновое (характеристическое) со­ противление связи Ж\2, равное волновому сопротивлению 2о оди­ ночной линии отрезка I, а у одиночной линии отрезка III необ­

ходимо обеспечить волновое сопротивление , равное волновому

(характеристическому) сопротивлению 2с2 в системе связанных линий отрезка II при возбуждении синфазных (четных) волн напря­ жения.

Чтобы СУ рис. 3.12 проявляло свойства ТЛ, плечо, образуемое отрезками I, III, должно соответствовать понижающему ТЛ рис. 3.1. При этом должны выполняться следующие соотношения:

соответственно

Г***)

20 + г с2 ’

И =1+Щ- =1 + - ^ , 4 *с2

как и в случае СУ рис. 3.8.

Резистивная составляющая входного сопротивления рассмат­ риваемого СУ в параллельной схеме представления, как и у СУ рис. 3.8:

Двх

а реактивная составляющая входного сопротивления является па­ раллельным соединением реактивного сопротивления правой части рис. 3.12Д определяемого, как у СУ рис. 3.8 (см. рис. 3.9):

и реактивного сопротивления короткозамкнутого отрезка линии с волновым (характеристическим) сопротивлением 2С\ в системе

связанных линий отрезка II при возбуждении синфазных (четных) волн напряжения: у2с11§ рС. Следовательно,

+ ^с2 + ^0

Если линии, образуемые проводами 1, 2, идентичны, то 2с1 - = 2с2= 2С, соответственно

В случае 2С» 2о

Подобное СУ (рис. 3.12) может быть использовано для согла­ сования симметричного источника сигнала (генератора) Е с несим­ метричной нагрузкой Кн, как показано на рис. 3.13,а.

На рис. 3.13,6 показана эквивалентная схема СУ. Схема подоб­ на представленной на рис. 3.12,6, отличаясь только местами под­ ключения нагрузки и источника сигнала (генератора). Однако в рассматриваемом случае СУ проявляет свойства ТЛ при соотноше­

нии между и волновыми сопротивлениями линий, отличном от (***)

Действительно, как следует из схемы рис. 3.13,6, каждое плечо генератора слева нагружается на цепь рис. 3.14 (удвоение соответ­ ствующих сопротивлений обусловлено совместной работой плеч). Чтобы цепь проявляла свойства понижающего ТЛ, должно выпол­ няться соотношение

=2 ^ ,

22С] + 20

т. е.

^с!^0

"22с1+ 20 ’

что отличается от (***). Параметр „

ЛГ = 1+.2§. = 1+-2о_.

2 12л

б

Рис. 3.13

Резистивная составляющая входного сопротивления СУ:

Я,„=2И2п =22с 1+ -

22.с 1 .

реактивная составляющая входного сопротивления СУ определяет­ ся с учетом дополнительного шунтирования плеч короткозамкну­ тыми отрезками линий с волновым сопротивлением 2с2:

Как следует из эквивалентных схем рис. 3.9; 3.11; 3.12,6, 3.13,6, рассматриваемые СУ, а также СУ рис. 1.34,а сохраняют свойства симметрирования при любых соотношениях между сопротивлением нагрузки Яии волновым сопротивлением 20. Но только при опреде­ ленных соотношениях между Яи и 20 СУ проявляют свойства ТЛ и соответственно обладают наибольшей широкополосностью.

Если соотношение между 7?н и 2о отличается от требуемого для ТЛ, то целесообразно реализовать СУ на отрезках линий длиной I = УА на центральной частоте. При этом на центральной частоте входное сопротивление короткозамкнутых отрезков линий равно бесконечности, а входное сопротивление СУ оказывается резистив­ ным и соответствует известной формуле четвертьволнового транс­

форматора: Я^ =2ц /7?н, согласно которой 20 =у/ЯвхЯи

Обратим внимание, что последние соотношения имеют место и в СУ со свойствами ТЛ. Однако если в СУ со свойствами ТЛ рези­ стивная составляющая входного сопротивления Явх не зависит от частоты и длины отрезка, то при отсутствии таких свойств она за­ висит от частоты.

СУ по схемам рис. 3.12; 3.13 предложено автором [26]. Подоб­ ное СУ частично описано им в [27]. СУ по схемам рис. 3.8, 3.10 яв­ ляются частными случаями СУ по схемам рис. 3.12, 3.13.

АНАЛИЗ ФАЗОИНВЕРТИРУЮЩЕГО ТЛ С ПОМОЩЬЮ РЕЖИМОВ ВОЗБУЖДЕНИЯ СИНФАЗНЫХ (ЧЕТНЫХ)

И ПРОТИВОФАЗНЫХ (НЕЧЕТНЫХ) ВОЛН

Концепция синфазных (четных) и противофазных (нечетных) волн оказывается плодотворной при рассмотрении синхронных свя­ занных линий**и различных устройств на их основе.

В основе концепции, по существу, лежит принцип наложения, применимый к линейным электрическим цепям, позволяющий най­ ти результат некоторого воздействия на цепь путем наложения (су­ перпозиции) частных воздействий, на которые может быть раз­ ложено результирующее воздействие.

Введение понятия о синфазных и противофазных волнах по­ зволяет при любом характере распределения токов и напряжений в связанных линиях представить их как сумму синфазной (четной, симметричной) и противофазной (нечетной, несимметричной) со­ ставляющих, т. е. при любых значениях напряжений и токов в сече­ нии X проводов 1,2: II\х, Игх и 1\х, кх, определяемых общим решением телеграфных уравнений двух связанных линий , дающих две волны напряжения (падающую и отраженную) и две волны тока (падающую и отраженную), можно найти такие величины 11хс, 11хп

и 1хс, 1хп, которые удовлетворяют следующим соотношениям:

*

Линии, имеющие одинаковые скорости распространения электромагнитных волн. **

В самом общем случае решение телеграфных уравнений двух связанных линий дает четыре волны напряжения и четыре волны тока: «медленные» (падаю­ щая и отраженная) и «быстрые» (падающая и отраженная). В случае синхронных линии «медленные» и «быстрые» волны сливаются.

из которых следует

17хп, 1хп - противофазные (нечетные) напряжение и ток в сечении X. Из приведенных соотношений следует, что синфазные (четные)

волны характеризуются тем, что напряжения и токи в любом сече­ нии двух связанных линий в обоих проводах одинаковы по величи­ не и фазе; противофазные (нечетные) волны характеризуются тем, что напряжения и токи в любом сечении двух связанных линий в проводах одинаковы по величине, но находятся в противофазе.

Оказывается также, что в случае неидентичных линий , если создать в них только синфазные или только противофазные волны напряжения, то токи в любом из этих режимов возбуждения не бу­ дут равными по величине и будут представлять суперпозицию син­ фазных и противофазных волн тока; точно так же если в случае неидентичных линий создать в них только синфазные или только противофазные волны тока, то напряжения в любом из этих режи­ мов возбуждения линий не будут равными по величине и будут представлять суперпозицию синфазных и противофазных волн на­ пряжения. В силу этого в связанных линиях рассматривают режимы возбуждения синфазных и противофазных волн напряжения, когда провода линий возбуждаются от источников (генераторов) напря­ жения одинаковой величины соответственно в фазе или в противо­ фазе, и режимы возбуждения синфазных и противофазных волн тока, когда провода линий возбуждаются от источников (генерато­ ров) тока одинаковой величины соответственно в фазе или в проти­ вофазе. По отношению к каждому из режимов возбуждения каждая из выделяемых линий проявляет свое характеристическое сопро­ тивление: синфазное (четное), противофазное (нечетное) соответст­ венно по напряжению и по току. В случае идентичных линий режимы возбуждения волн напряжения и волн тока оказываются одинаковыми: в проводах существуют только синфазные волны на­ пряжения и тока (при синфазном возбуждении) либо только противо-

Провода 1, 2 разного сечения, расположенные на одинаковой высоте, или одинахового сечения, но расположенные на разной высоте, или разного сечения, расположенные на разной высоте, относительно общей проводящей поверхности, что обусловливает разные волновые сопротивления выделяемых одиночных ли­ ний: 2 о! * 20г>