книги / Трансформаторы в цепях согласования и сложение мощностей радиочастотных генераторов
..pdfКак видим, при Я$ = Ян = 2т = Щ2 входные токи моста со сто роны каждого генератора Г|, Г2, определяемые (П.6.4), (П.6.6), зави сят только от напряжения соответствующего генератора и сопро тивления нагрузки Ян и не зависят от частоты, длины отрезков ли нии и напряжения другого генератора. Соответственно входные со противления моста со стороны каждого генератора оказываются одинаковыми, неизменными и равными сопротивлению нагрузки Лн. Короткое замыкание одного генератора или обрыв его не сказы ваются на входном сопротивлении моста для работающего генера тора. Равенство входных сопротивлений моста является отражени ем полной симметрии схемы относительно каждого из генераторов.
Напряжение на нагрузке на основании (2.128) с учетом (П.6.4), (П.6.5):
Е2+ ]ЕХзт (3^
(П.6.7)
созр^ + } зтр^
К
где кл=^0^5 «0,70710.
Выражение (П.6.7) подобно (П.6.5), что также является отра жением полной симметрии схемы.
Если принять Е2= Е\Ае где Ае - комплексный коэффици ент пропорциональности между амплитудами выходных напряже ний генераторов, то согласно (П.6.5), (П.6.7) величины амплитуд напряжений на соответствующих резисторах:
| = Ехл/1 - 2А зт р1?зт ф+ А2з т 2 р^/>/1 + з т 2 Р^ ;
111кн| = Ех |
А2 +2А зт Р^зт ф+ з т 2 р^/ 1/1+ з т 2 |
$0.. |
||||||
Выделяемые на резисторах мощности: |
|
|
|
|||||
|
|
2 |
72/, |
Л /_• |
п л - . . , /2 „• |
2 |
р1) |
|
Р |
- К |
_ |
Е| (1-2/4зтР1зтф + /4 зт |
|
|
|||
|
2ЯН (1 + зт 2р^) |
|
|
|
||||
4 |
|
|
|
|
|
|
||
р |
_ К 1 |
д , у |
+ 2А 31п р1зт ф+ з т 2 РО |
|
||||
н |
2ЯН |
|
2Яа (1 + з т 2РО |
|
|
|
||
Результирующая мощность: |
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
_ |
Щ (1 +А2). |
|
|
|
|
|
р*~ ркп+ р «б “ |
2Я» |
|
|
|
||
Рис. П.6.1
В дальнейшем считаем коэффициент связи линий кп =7^5 «
» 0,70710, а сопротивление балластного резистора Кб = %оч = На основании (П.6.10), (П.6.11) получаем после выполнения
преобразований с учетом последнего соотношения для Кб и харак теристических сопротивлений 2оп, Щг-
у |
у |
(^н1^н2 |
6 |
|
(П.6.12) |
° 2й (2в1+ ^)(1 + У1гР</*,) |
||
Согласно (П.6.12) напряжение на балластном резисторе отсут ствует, если (2 „}2 Н2 - Кб2) = 0, что возможно при резистивных на грузках: 2И\ = Кн\, 2ц2 = Т?н2, удовлетворяющих условию: КИ\Кн2 ~ = Кб, либо при реактивных нагрузках: 2Н\ -]Х Н\, 2и2 =]Хн2 разного характера, удовлетворяющих условию: (-ХщХм) =Кб2.
Подставляя (П.6.12) в (П.6.8), находим:
Е =1/0со&^С 1 |
( У н 2 - Д б ) ^ |
. (П.6.13) |
|
||
■'И2 |
|
|
Согласно (П.6.10) с учетом (П.6.12) получаем: |
|
|
&1 - |
51*пР^ ^н!(^н2 + 'йб) |
(П.6.14) |
|
•^нгС^н! +^б) |
|
Если сопротивления нагрузок одинаковы: 2Н\ = 2н2 = 2„, то не
зависимо от их характера, |
|
Ц\ =уЦ> зшр* = Щ 51ПР^е ,-90° |
(П.6.15) |
т. е. выходные напряжения оказываются сдвинутыми по фазе на 90°, причем напряжение 11\ опережает напряжение /Уо на 90° неза висимо от частоты и длины отрезков линий.
Согласно (П.6.13): |
|
|
|
|
|
созр^ + у ^ - з ш р ^ -----. (П.6.16) |
+ |
|
|||
*н2 |
2уа{2\\\ |
|
|
||
Если 2Н) = 2и2 —Кб, то: |
|
|
|
|
|
С/0 =5/(сОЗР^ + У51П Р^/ Аг„ ) = —7 = —^ |
--------- |
||||
4 |
’ |
4оЗсо5№ +^$^п№ |
|||
Су = у^зтР^/(созР^+узтр^/Ал) = у |
л/оД^зтР^ |
||||
>/6^5созР^+у з т Р^ |
|||||
|
|
|
|||
При Р^ = я/2 = Х/4): |
|
|
|
|
|
11ъ =-}клЕ = клЕечж = ^ 5 Е е ч ж; |
17х=кяЕ= ^ 5 Е . (П.6.17) |
||||
Напряжения на нагрузках на центральной частоте, соответствуют щей длине отрезков линий I = А./4, оказываются одинаковыми по величине, но сдвинутыми по фазе на 90°.
При 2„, = 7н2 = 2Н согласно (П.6.16): |
|
^Уо = Е< созР^ + у^^^-зшР!?- |
(П.6.18) |
2н(1 + У^Р^/^л) |
|
Если Р^ = я/2 (^ = ЯУ4), то при комплексных нагрузках, как сле дует из (П.6.18),
И - - У я,
При 2Н~Кб =2о12 знаменатель последнего выражения преобразует ся в 1/Агл и получаем (П.6.17).
Напряжение СУ связано с С/о соотношением (П.6.15).
Как отмечалось, напряжение на балластном резисторе Кб будет отсутствовать и при условии чисто реактивных нагрузок: 2Н\ =уХи1, 2н2 =]Хнг, если они удовлетворяют соотношению: (-Хн) Хп2) ~ Кб2.
Рассмотрим случай: | ЛТ„|| = \Хн2\= Не согласно (П.6.16):
[/0= Е/(созрг±зшР^/Ал). (П.6.19а)
Согласно (П.6.14):
= ±С/031П(ЭД,
с учетом (П.6.19а)
и х= ± Н 31П р/? / (сОЗ р/? ± з т (М / Ал ) . |
(П .6 .19 6 ) |
Знак плюс в (П.6.19) соответствует индуктивному характеру Хн2 (емкостный характер ^ 0 , а знак минус соответствует емкост
ному характеру ЛТН2(индуктивный характер ^,0- Выходные напряжения П\, Цв (П.6.19) могут быть как в фазе,
так и в противофазе между собой, а также относительно напряже ния генератора Е.
Если Р^ = я/2 (I = Х/4), то 1/й=±кпЕ =±л]0^5 Е, IIх = ±110 =
=клЕ =л/о^5 Е . Выходные напряжения оказываются равными по величине, как и в случае одинаковых резистивных нагрузок (П.6.17). Напряжение 11Хоказывается в фазе с напряжением генера тора Е, а напряжение 110 оказывается в фазе с напряжением Е и 11\ при Хуа индуктивного характера и в противофазе с ними при Хи2 емкостного характера.
Определим входное сопротивление ответвителя (делителя) мощности: 2вх = Е/1, где входной ток I определяется (П.6.9).
С учетом (П.6.12), (П.6.16) получаем для входного тока:
|
Е_ ^ |
кя |
(2я1+Ц )(1 + Л8Р*/*л) |
(П.6.20) |
|
I |
|
(2„|2 * -Л,2) ^ |
|
|
|
|
|
|
|
%п2 + У^011^ёР^~ (2 .1 + ^ ) (1 + у1еР</*л) |
|
||
|
При одинаковых и резистивных нагрузках, равных |
2нХ=ЯнХ; |
||
2н2 = Ян2; Кц\ = Км = ЯН= Яб, поскольку при кп =л/о^5 |
Я6 = 2Ш = |
|||
= |
соответственно 2^2/кл = 20и, входной ток оказывается незави |
|||
симым от частоты и длины отрезков. Входное сопротивление ответ вителя (делителя) мощности при этом получается неизменным, резистивным и равным сопротивлению нагрузки:
2вх —Е/1 —Двх = Яб ~ Яц.
При одинаковых, но в общем случае комплексных нагрузках: 2н| =2н2 = 2н входной ток согласно (П.6.20)
Е_ |
- (2„ + Д») |
+ ]{2 т1+ 2„ / кя) 1Е|М |
|
[г* -(2„ +/%)182Р«+у(20„ +2„ /*„)<8|М]' |
|
где /:п = ./0^5 ~ 0,70710,
Входное сопротивление оказывается комплексным и соответ ственно зависящим от частоты и длины отрезков:
2» -(2„ +7%)1В2рг+7(2оп + 2 „ / ^ ) «Р«
^ВХ
7%-(2н+/%)182рг+7(201, + 2„/^05) ЧР<!
На средней частоте, соответствующей ^ = Х/4, р^ = п/2, 2вх —/?б-
Как видим, на средней частоте входное сопротивление трехдецибельного ответвителя (делителя) мощности оказывается резис тивным и равным сопротивлению балластного резистора Я§ при любых, даже реактивных, но обязательно одинаковых сопротивле ниях нагрузок. Такое же значение на средней частоте входное со противление ответвителя (делителя) мощности имеет и при корот ком замыкании нагрузок плеч.
Согласно (П.6.21) при 2Н= 0:
' -1ё2№ + № е /к л '
Гвх —Яб
^1- 1§2р^+уЧере/кл>
=Кб |
(П.6.22) |
|
<1-1д2р^ + уЧ§р/?/7^5у |
При коротком замыкании нагрузок плеч ответвитель (делитель) мощности превращается в устройство со встречным расположением двух короткозамкнутых отрезков связанных линий (рис. П.6.2). Для подобных устройств справедлива эквивалентная схема [3, кн. 2], показанная на рис. П.6.3, входное сопротивление которой относи тельно точек подключения генератора может быть найдено путем пересчета через отрезок линии с волновым (характеристическим) сопротивлением Щ2 параллельного соединения Я§ и короткозамк-
нутого отрезка линии с волновым (характеристическим) сопротив лением 2Сс дальнейшим присоединением параллельно пересчитан ному сопротивлению второго коротокозамкнутого отрезка линии с волновым (характеристическим) сопротивлением 2С. Получаемое выражение приводится к (П.6.22), в чем предлагается убедиться читателю*
При реактивных нагрузках разного характера, удовлетворяю щих условию {-ХН] ХН2) = при | Хц\ | = | Хн2 | = согласно (П.6.20):
1 _ е |
р т *е Р г/*л) |
соответственно: |
|
^ _ . п |
Е (±1 + ^ / ^ ) |
|
(1Т * |И /* Л) ’ |
где кя =>/о^5
Если = п/2 {I = У А), то 2ВХ= +у'Яб •
В последних выражениях верхние знаки соответствуют индук тивному характеру сопротивления Хп2 (емкостный характер сопро тивления Хщ), а нижние знаки - емкостному характеру Х>[2(индук тивный характер ХН|).
Как видим, в рассматриваемом случае реактивных нагрузок входное сопротивление ответвителя (делителя) мощности оказыва ется также реактивным, равным на средней частоте по величине К§.
*
Перекрещивание проводов на схеме рис. П.6.3 не отражается на пересчете
сопротивлений. При кп= Щ2= 2т ~ 2„ (1 + •&.), 2ГС= (3 + 2^2 )2„,.
В заключение обратим внимание, что приводимые в [5, с. 199] высказывания относительно особенностей квадратурных мостов при использовании их в устройстве по схеме рис. 2.80:
«1. Входное сопротивление квадратурного моста деления постоян ное и резистивное при любых, даже реактивных, но обязательно одина ковых нагрузочных сопротивлениях - входных сопротивлениях гене раторов Г] и Г2 (см. рис. 3.49): 2 вх(со) = К при 2 вхГ1(оо) = 2 вх г2 (со).
2. Аналогично выходное сопротивление квадратурного моста сложения постоянное и резистивное при любых, даже реактивных, но обязательно одинаковых выходных сопротивлениях генераторов П и Г2: 2 Вых(<в) = Л при 2 ВЬ1ХГ|(а>) = 2 вых г2 (со).» - являются кор ректными только для средней частоты, соответствующей длине от резков линий I = АУ4.
При отклонении от средней частоты, если нагрузки не являют ся резистивными и равными К§, входное сопротивление квадратур ного моста деления (трехдецибельного ответвителя мощности) не является постоянным и резистивным (П. 6.21).
В силу обратимости мостов деления и сложения выходное со противление квадратурного моста сложения при комплексных^ в том числе и реактивных, выходных сопротивлениях генераторов не может считаться постоянным и резистивным, кроме как только на средней частоте. В то же время равенство выходных сопротивле ний генераторов, мощности которых складываются, является необ ходимым условием для полного исключения переизлучения отра женного от полезной нагрузки сигнала, что теоретически возможно только на средней частоте.
Читателю предлагается, используя приведенные выше соотно шения, рассмотреть энергетические характеристики устройства, представляющего каскадное соединение трехдецибельного дели теля мощности (ответвителя) и трехдецибельного квадратурного моста.
Ф
Обратим также внимание, что у генератора - источника мощности, потреб ляемой другим элементом или электрической цепью, выходное сопротивление не может быть чисто реактивным: в составе выходного тока генератора в этом случае обязательно имеется активная составляющая, определяющая резистивную состав ляющую выходного сопротивления.
ЛИТЕРАТУРА
1. Дегтярь Г А. Устройства генерирования и формирования радиосигналов: Учеб, пособие / Новосиб. гос. техн. ун-т. - Новосибирск, 1992. - 4.1. - 172 с.
2.Дегтярь Г А. Устройства генерирования и формирования радиосигналов: Учеб, пособие / Новосиб. гос. техн. ун-т. - Новосибирск, 1995. - 4.2. - 238 с.
3.Дегтярь Г А. Устройства генерирования и формирования радиосигналов: Учеб, пособие / Новосиб. гос. техн. ун-т. - Новосибирск, 1996. - 4.3. Кн.1. - 192 с. [1-192]. Кн.2. - 164 с. [193-356].
4.Проектирование радиопередающих устройств с применением ЭВМ: Учеб, пособие для вузов / О.В.Алексеев, А.А. Головков, А.Я. Дмитриев и др.; Под ред. О.В. Алексеева. - М.: Радио и связь, 1987. - 392 с.
5.Радиопередающие устройства: Учебник для вузов / В.В. Шахгильдян,
В.Б. Козырев, А.А. Ляховкин и др; Под ред. В.В. Шахгильдяна. - 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Радио и связь, 1996. - 560 с.
6 . Устройства сложения и распределения мощностей высокочастотных
колебаний / В.В. Заенцев, В.М. Катушкина, С.Е. Лондон, З.И. Модель; Под ред. З.И.Моделя. - М.: Сов. радио, 1980. - 296 с.
7. Шумилин МС,, Козырев В.Б., Власов В.А. Проектирование транзисторных каскадов передатчиков: Учеб, пособие для техникумов. - М.: Радио и связь, 1987.-320 с.
8 . Нейман Л.Р., Демирчян КС. Теоретические основы электротехники. Т.1. -
М.; Л.: Энергия, 1966. - 522 с.
9.Проектирование радиопередающих устройств: Учеб, пособие для вузов /
В.В.Шахгильдян, В.А. Власов, В.Б. Козырев и др.; Под ред. В.В. Шахгильдяна. - 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Радио и связь, 1993. - 512 с.
10.Муравьев О.Л. Радиопередающие устройства связи и вещания: Учебник
для техникумов связи. - М.: Радио и связь, 1983.-352 с.
11.Ред Э. Справочное пособие по высокочастотной схемотехнике: Схемы, блоки, 50-омиая техника: Пер. с нем. - М.: Мир, 1990. - 256 с.
12.Проектирование радиопередающих устройств: Учеб, пособие для вузов /
В.Н.Аксенов, А.М.Захаров, Э.С.Забалканский и др.; Под ред. В.В. Шахгильдяна. - М.: Связь, 1976. -4 3 2 с.
13.Широкополосные радиопередающие устройства (Радиочастотные тракты на полупроводниковых приборах) / О.В. Алексеев, А.А. Головков, В.В. Полевой, A. А. Соловьев; Под ред. О.В. Алексеева. - М.: Связь, 1978. - 304 с.
14.Дегтярь Г.А., Маишрский ЕМ. К теории линий с электромагнитной связью // Исследования в области радиотехники и радиотехнических устройств: Труды. Вып.1. Кн.1 / Новосиб. электротехн. ин-т. - Новосибирск, 1968. - С. 49-59.
15.Дегтярь Г.А., Маишрский ЕМ. «Медленные» и «быстрые», четные и
нечетные волны в связанных линиях и их характеристики // Исследования в об ласти радиотехники и радиотехнических устройств: Труды. Вып.1. Кн.1 / Новосиб. электротехн. ин-т. - Новосибирск, 1968. - С. 39-48.
16.Фельдштейн А.Л., ЯвичЛ.Р. Синтез четырехполюсников и восьмиполюс ников на СВЧ. - 2-е изд., перераб. и доп. -М .: Связь, 1971.-388 с.
17.Проектирование радиопередающих устройств: Учеб.пособие для вузов / B. В. Шахгильдян, М. С. Шумилин, И. А. Попов и др.; Под ред. В. В. Шахгильдяна. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Радио и связь, 1984. - 424 с.
18.Лондон С.Е, Томашевич С.В. Справочник по высокочастотным транс форматорным устройствам. - М.: Радио и связь, 1984. - 216 с.
19.Устройства генерирования и формирования радиосигналов: Практикум для студентов / Сост. Г.А. Дегтярь; Новосиб. электротехн. ин-т. - Новосибирск, 1992.-92 с.
20.Линде ДП. Основы расчета ламповых генераторов СВЧ. - М.; Л.: Гос-
энергоиздат, 1959.-432 с.
21.Радиопередающие устройства / Б.П. Терентьев, Н.И. Калашников, Л.Е. Клягин, Б.Б. Штейн; Под ред. Б.П. Терентьева. - М.: Связь, 1972. - 456 с.
22.Радиоперадающие устройства / Под общ. ред. Б.П. Терентьева. - М.: Связьиздат, 1963. - 712 с.
23.Г>е§фаг' С.А. ТЬе 31ер-Оо\уп Тгапзйгтег оп Ыпез Наут§ ап АгЬйгагу Кабо
оГ Тгапзйгтабоп. Ргос. оГ *Не 1ЕЕЕ-Кизз1а СопТ 1999 НщЬ Ро\уег М1сго\уауе Е1ес!:готс5: Меа$игетеп1з, Шепбйсабоп, АррНсабопз. М1А-МЕ*99. 5ер1. 21-23,
1999-Коуоз1Ыгзк, Кизз!а.-Р. 1У.15-1У.18.
24. Патент на изобретение № 2175810 (Россия). Трансформирующее уст ройство. Авт. изобр.: Дегтярь Г.А., Разинкин В.П.
25. йе§1уаг' О А. АЬои1 Ле 51ер-Ио\Уп ТгапзГогшег оп Ыпез. Ргоз. оГ Ше МЕМ1А'2001 Сопй 2001. Мюгодуауе Е1ес1гошсз: Меазигешеп1з, МепйЯсабоп, АррНсабопз. Зер1. 18-20,2001.->1оуо51Ь!Гск,.Киз51а.-Р. 58-60.
26.А.с. № 409320 (СССР). Устройство для симметирирования и согла сования. Авт. изобр.: Г.А. Дегтярь, Э.М. Новикова. - Опубл. в БИ., 1973, № 48.
27.Дегтярь Г.А. Широкополосное устройство для симметрирования и согла сования // Исследования по радиотехнике. Вып, 4. Вопросы широкополосного уси ления и умножения сверхвысоких частот. Сб. науч. трудов / Новосиб. электротехн. ин-т. - Новосибирск, 1971. - С. 4-12.