книги / Трансформаторы в цепях согласования и сложение мощностей радиочастотных генераторов

Отношение напряжений на концах нагрузки

У 20 / *У.о = ( - Злг/ 2оо) [(/?„ +7 •220о Р€)/(7?„ +у- 23)22*В РО]-

При 2оо = оо приведенные выше выражения переходят в соот­ ветствующие выражения для схемы рис. 1.20.

Если линию 3 выполнить с волновым сопротивлением 3>о = Зш>

то

Уго! У\о = -3)12/ Зоо = - 2 о|2/2о22 •

Напряжения на концах нагрузки оказываются строго в проти­ вофазе независимо от частоты, хотя и отличаются в общем случае по величине.

Т о к (/|о — /зо )= 2С /)о/К„.

Используя (1.36), получаем

Если 2оо= Зо22>то 7го/(7ю-7зо)= Т/го/Т/ы ~ —Зш /Зт- Как видим, подключение линии 3 по схеме рис. 1.23 сущест­

венно улучшает симметрирующие свойства устройства рис. 1.20. Более того, если его реализовать на отрезке коаксиальной линии с подключением источника сигнала Е к центральному проводнику, как на рис. 1.26, то З022 ~ Зн2 = Зс2 и устройство при подключении дополнительной линии 3 с волновым сопротивлением Зо = 3)22 = = Зс2 по своим электрическим характеристикам становится абсо­ лютно симметричным по выходу: /У20/ У\о= Ы{1\о~ 7зо)= -1.

Рассмотрим, как зависят от частоты выходные параметры уст­ ройства по схеме рис. 1.28.

На основании уравнения (1.86), учитывая граничное условие

Ток через нагрузку /2о согласно (1.37)

то ток

/20 — \Е2ап!(2рп 2 о22 - 2?012 )] е -урс _ _ ( Е № ^ е ч*(

и не зависит по величине от частоты. Соответственно с учетом (1.38) напряжение

Ига= к М 2 = - [Е%п2 /( 2 о, 1 + 2 022) ] е

также не зависит по величине от частоты.

Напряжение на второй половине нагрузки IIю и ток через нее ( /ю - 30/ ) тоже не зависят по величине от частоты и оказываются со­ ответственно равными:

^.0 = - % Ы 2 Ш) = Е [2022/(201, + а д ] е*';

(/ю—/30) = —/20(^022/201?) = Е [2о22/(2о| |2022 —2 ^1 2 )] е ~

= (Ш и ) е 3(

Как видим, подключение линии 3 по схеме рис. 1.23 при соот­ ветствующем выборе нагрузки (1.38) обеспечивает частотную неза­ висимость величин выходных токов и напряжений рассматри­ ваемого устройства, что свойственно ТЛ. Следовательно, рассмат­ риваемое устройство, с учетом его симметрирующих свойств и час­ тотной независимости величин выходных параметров является симметрирующим ТЛ.

При реализации устройства на идентичных линиях 1,2:

2о!| —2о22 = (2С+ 2„)/2; 2(н2 = (2С—2п)/2.

Соответственно получаем

К И= 2 2 с2„/{2с + 2 п) = 1Ги;

I СЛо I =Е (2С- 2„)/2 (2С+2„) = Екп/2;

Если 2С» 2П, то Л,,» 22п = 20.

При использовании коаксиальной линии и подключении ис­ точника сигнала Е к центральному проводнику

на основании уравнения (1,8а) входной ток 1\г и взяв отношение Е11Х,~ 2ВХ (см. приложение 3). В то же время резистивная состав­ ляющая входного сопротивления рассматриваемого симметрирую­ щего ТЛ в силу независимости величин выходных параметров от частоты остается неизменной и легко может быть найдена из условия

|«7,„ |2 ЦЯ,/2)+|С/20 |2 ЦЯ, 12) =Е2/К„,

согласно которому

[ г 2/( к /|0 |2 +|с/20|2)].

Учитывая соответствующие выражения для Ян, 11Хй, 172о, полу­ чаем

Двк = С^н /2) (2о| 1+ 2о22)‘/( 2о22 + ^012 ) =

= (2оц2о22202,2 )(2о|1+ 2022)/(2 0222 + -^012 )•

В случае идентичных линий 1,2 оказывается

7?вх = 22С2П(2С+ 2п)/( 2П + 2 2 ).

то получим:

Е (^00+ ^ 012) е ■М

^20 -

^00(^011 + ^022 2^012) + (2^о| |2022 ~^0\г)

Соответственно при К,„ удовлетворяющем (1.42), напряжение на нагрузке

—1ц„Ки—[Е"(2оо+ 20|2)/(20о+ 2оц)] е

Таким образом, при выполнении (1.42) ток через нагрузку и напряжение на нагрузке 1/ци оказываются частотно-независимыми по величине, что свойственно ТЛ.

Напряжения Ию (1-39) и (1.41) на концах нагрузки оказы­ ваются частотно-зависимыми даже при выполнении (1.42). Дейст­

вительно, при выполнении (1.42)

е\к+] (гм+гт2)18 рг] е-*<

^10 - - }

Щ Р«[2оо(20| 1+ ^022 ~ 2^012) + (^01 1^022 -^ ш )]

Соответственно согласно (1.39), (1.41):

I и,о I= 1^2о I >но в общем случае не строго в противофазе. Вектор­ ная диаграмма напряжений показана на рис. 1.30. Если обеспечить 2о22 - 2012, что, как уже отмечалось, возможно при использовании отрезка коаксиальной линии в качестве проводов 1, 2 и подклю­ чении источника сигнала Е к центральному проводнику линии, то напряжения 1Ую, СЛо будут одинаковы по величине и строго в про­ тивофазе, что необходимо для симметрирующего ТЛ. В качестве провода 3 целесообразно использовать наружный провод (оплетку) отрезка такой же коаксиальной линии, расположив его в простран­ стве идентично основному отрезку, обеспечивая этим равенство 2оО = 2(012.

При реализации устройства на отрезках коаксиальной линии при 2оо = 20р = 2с2 , поскольку 20ц = 2с2 + 20; 2022 = 2с2, согласно (1.42)

Лн —22с2 2 о/ (22с2 + 2о),

что совпадает с для схемы (рис. 1.28). Напряжение на нагрузке

22с, 2

=Д-22с2+ 2(

о

При 22с2 » 20 « 20, С//ен ~ Е е Входное сопротивление устройства можно определить, найдя

из уравнения (1.8а) входной ток 1\, и взяв отношение Е/1\( = 2ВХ (см. приложение 3).

В то же время, в силу частотной независимости величины на­

(22с2 + 20)

•^пх —

42с22

Если 22с2 » 20, то Лвх« Ки» 20, где 20 - волновое сопротивле­ ние коаксиальной линии.

Итак, подключение дополнительной линии 3 по схеме (рис. 1.23) действительно улучшает симметрирующие свойства устройства, причем независимо от того, есть ли соединение средней точки у на­ грузки с землею (корпусом) или нет его. Более того, если реализо­ вать устройство с использованием коаксиальной линии, то можно обеспечить полную симметрию выходных характеристик и частот­ ную независимость величин выходных параметров, как у ТЛ, и уст­ ройство окажется симметрирующим ТЛ. Для облегчения достиже­ ния полной симметрии дополнительная линия должна изготавли-

ваться из отрезка такой же коаксиальной линии, располагаемого

впространстве относительно общей проводящей поверхности (зем­ ли, корпуса) устройства идентично основному отрезку. При этом

вкачестве проводника 3 дополнительной линии используется толь­ ко наружный провод - оплетка коаксиального кабеля. Реализация такого симметрирующего ТЛ схематично представлена на рис. 1.31.

Центральный проводник у отрезка линии 3 может отсутство­ вать. Средняя точка у нагрузки может иметь соединение с землею (корпусом), а может и не иметь. Параметры устройств в обоих случаях оказываются практически одинаковыми и при 22с2 » 20 можно считать » 20; Лвх * 20, где 20 - волновое сопротивление коаксиальной линии. Величина напряжения на нагрузке при этом примерно равна величине напряжения источника Е.

Подобная реализация (рис. 1.31) приводится в учебном посо­ бии [9, с. 206, рис. 3.19, г] для случая нагрузки со средней точкой, соединенной с землею (корпусом), о чем мы упоминали при пред­ ставлении схемы (см. рис. 1.23).

воликой обозначения двухобмо­ точного трансформатора, то симметрирующее устройство рис. 1.31

можно представить, как показано на рис. 1.33. Подобное представ­ ление можно использовать и при реализации устройства без ферри­

тового сердечника (размеры сечения, объем), а также выбрать его тип [5, 7, 9], исходя из аналогии ТЛ и двухобмоточного трансфор­ матора с использованием ферритового сердечника, которая усили­ вается с понижением рабочей частоты ТЛ и уменьшением элек­ трической длины проводов ВД когда токи в проводах практически оказываются неизменными по величине, что обсуждалось нами бо­ лее подробно при рассмотрении фазоинвертирующего ТЛ.

Рассмотренные выше симметрирующие ТЛ по схемам рис. 1.17 и 1.31 позволяют осуществить связь несимметричного источника сигнала Е с симметричной нагрузкой К„, причем как имеющей со­ единение средней точки с землею (корпусом) устройства, так и не имеющей такого соединения. В случае ТЛ по схеме рис. 1.17 рези­ стивная составляющая входного сопротивления устройства /?вх в четыре раза меньше сопротивления нагрузки Ки при изготовлении ТЛ из отрезков коаксиальной линии с волновым сопротивлением 2о - Ки/2. Реактивная составляющая входного сопротивления уст­ ройства /А'вх =/2 с2 зависит как от длины отрезка, так и от ве­ личины волнового (характеристического) сопротивления 2с2, со­ ответствующего линии, образованной наружным проводом отрезка коаксиальной линии, формирующего фазоинвертирующий ТЛ, и корпусом устройства. Чем больше величина 2а, тем больше реак­ тивная составляющая входного сопротивления устройства и тем в большей степени 2ВХ Кт= 2о/2 = Я„ /4 . У ТЛ по схеме рис. 1.31, если волновое (характеристическое) сопротивление 2а линии, об-