2.9.3. Мостові схеми для складання потужностей.

Мостовим пристроєм називають багатополюсник, з допомогою якого забезпечується сумісна і незалежна робота двох і більше джерел високочастотних коливань на одне спільне навантаження. Взаємно незалежна робота (взаємна розв'язка) дозволяє зберегти опір навантаження постійним для всіх генераторів при зміні режиму роботи одного з них (наприклад, коротке замикання чи обрив кола по якому-небудь входу мостового пристрою).

Принцип роботи мостової схеми складання потужностей двох генераторів Г1 та Г2 розглянемо на прикладі звичайного чотириплечного мосту, схема якого зображена на рис. 2.27а.

Міст складається з двох активних опорів R_н і R_бал і двох протилежних плеч. Міст буде збалансований і генератори Г1,Г2, ввімкнуті до різних його діагоналей, не будуть впливати один на другий.

Рис. 2.27. Мостові схеми складання потужностей.

Якщо напруги генераторів діють, як показано на рис. 2.27а, то струми в плечах мосту будуть протікати в напрямах, показаних на малюнку стрілками. При рівності амплітуд і синфазності напруг генераторів Г1 та Г2 струми в навантаженні R_н будуть складатися, а на баластному опорі R_бал - відніматися. Якщо в реактивних опорах Х1 та Х2 втрат немає, що при рівності амплітуд і фаз струмів в навантаженні вся сумарна потужність Р_н обох генераторів повністю виділяється в навантаженні:

При несправності одного з генераторів потужність другого ділиться порівну між опорами навантаження R_н і балансним R_бал. Тому вихід із ладу одного генератора приводить до зменшення потужності в навантаженні в 4 рази. Щоб не допустити настільки великого зменшення потужності, передбачають автоматичне перевімкнення працюючого генератора на навантаження без мосту.

В випадку, коли струми не синфазні і амплітуди їх нерівні, коефіцієнт корисної дії системи зменшується. Але, як показує математичний аналіз, мостові схеми малочутливі до зміни рівності і синфазності вхідних сигналів генераторів. Так, наприклад, при зміні амплітуди в 2 рази чи зміні фази на 40° ККД зменшується всього на 10 %.

Проста мостова схема має суттєвий недолік: навантаження на кожний генератор комплексне і не однакове по модулю; при заземленні навантаження вхід одного з генераторів повинен бути симетричним, а .другого - несиметричним, потребує не зовсім ідентичних генераторів. Тому звичайний чотириплечний міст в вигляді суматора не використовується. Таких недоліків не має триплечний Т-подібний міст (рис. 2.27б) Схема Т-подібного мосту складається з паралельного коливального контуру L, С₁, С₂, навантаження R_н і балансного резистора R_бал. Контур, настроєний на робочу частоту, має активний опір R_ер. При синфазній роботі обох генераторів струму в навантаженні І₁ і І₂ складаються, а в балансному резисторі І₁ і І₂ направлені зустрічно.

При повній симетрії схеми взаємний вплив генераторів виключається. Т-подібні мостові пристрої, побудовані на резонансних контурах, забезпечують вузьку смугу пропускання. Цей недолік усувається в схемах на широкосмугових трансформаторах. Одна з таких схем, яка використовується в короткохвильовому діапазоні, приведена на рис. 2.28а. Потужності генераторів Г1 та Г2 складаються на опорі навантаження R_н, а взаємна розв'язка генераторів забезпечується балансним резистором R_бал. При відповідному виборі елементів схеми навантаження і режим одного з генераторів не залежить від стану другого.

Квадратурні мости (рис. 2.28б) використовують в діапазоні метрових і більш коротких хвиль (часто з використанням мікросмужкової технології).

Рис. 2.28. Складання потужностей з використанням широкосмужкового трансформатора та квадратурного мосту.

В них рівні по амплітуді коливання генераторів зсунуті по фазі на ψ=90°. Цей початковий зсув створюється фазообертачем ФО. Чотири відрізки чвертьхвильових ліній λ/4 створюють міст. При цьому до навантаження R_н струми генераторів підходять синфазно і сумуються, а до балансного резистора R_бал - протифазно і віднімаються.

Коливання кожного з генераторів підходять до виходу другого в протифазі із-за різниці ходу, рівною λ/2. Тому взаємний вплив генераторів відсутній. При вимкнутому одному генераторі потужність залишеного працюючого генератора розподіляється порівну між R_н і R_бал, що приводить до зменшення потужності в чотири рази в опорі навантаження

Квадратурні мости складання потужностей використовують в тих випадках, коли необхідно усунути в навантаженні появу відбитих сигналів, викликаних кінцевим ступенем узгодження опорів навантаження з опором мостового пристрою. Дійсно, при неузгодженому навантаженні R_н в суматорі з'являється відбитий сигнал, який від R_н поступає на виходи генераторів і, відбившись повторно, попадає в навантаження і балансний резистор. При цьому різниця фаз відбитих сигналів, які повертаються в навантаження від генераторів, складає 180°, сигнали взаємно компенсують один одного. В той же час на балансному резисторі вони будуть синфазні і потужність відбитих сигналів буде виділятись на балансному резисторі.

Квадратурні мости складання потужностей використовують в телевізійних передавачах для боротьби з багатоконтурністю зображення, а також в передавачах надвисоких частот, які працюють в режимі підсилення імпульсних сигналів і використовують на виході суматори потужностей.