На частотах до 10 мГц и Р до десятков |
|
|
R1 |
|
|
Вт в таких ГВВ используют ферритовые |
СР |
VT1 |
|
|
|
iA VT1 |
|
Тр2 |
|||
|
|
||||
трансформаторы на входе и выходе. |
Тр1 |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
Применение симметричного |
СБЛ1 |
R2 |
+ЕК |
СБЛ2 |
|
трансформатора обеспечивает полное |
|
|
RН |
||
|
|
|
|
||
подавление четных гармоник IК1 и IК1" в RП, |
СР |
R2 |
iA VT2 |
|
|
т.к. токи IК2 и IК2" создают в общем |
VT2 |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
магнитопроводе взаимно |
|
|
R1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
компенсирующиеся магнитные потоки. |
|
|
|
|
|
Если к тому же и =90 , то в токах IК и IК" не будет и высших нечетных |
|
||||
гармоник, т.к. при =90 3= 5= 7=…=0. |
|
|
|
|
|
На f >10 мГц проявляются емкостные связи между обмотками, нарушающие симметрию. В этом случае применяют трансформаторы на линиях (ТЛ).
С ними ГВВ по двухтактной схеме обеспечивают работу до 100 мГц. На более высоких частотах (до 1000 мГц) двухтактные ГВВ выполняют на «балансных транзисторах» .
Балансный транзистор представляет собой два транзистора одной проводимости в одном корпусе, включенных по схеме с ОЭ (или с ОБ) и содержащий входные и выходные LC–цепи согласования и коррекции АЧХ для заданного диапазона частот
(обычно полоса 100-200 мГц). |
12 |
Емкости СК и индуктивность LКК образуют контур на ср
Преимуществом балансных транзисторов является значительное уменьшение индуктивности общего вывода (эмиттера). Из-за конструктивной близости транзисторов индуктивности выводов транзисторов L(1)Э и L(2)Э на порядок меньше, чем у обычного транзистора, а общая индуктивность LЭОБЩ не вызывает снижения КР
за счет ООС, так как эмиттерные токи обоих транзисторов противофазны и |
|
компенсируются. |
13 |
Преимущества двухтактной схемы
•Главное достоинство–хорошая фильтрация четных гармоник. Это определяет основную область их применения – многооктавные ШПУ.
•Линейность нагрузки для источника возбуждения (RВХ+=RВХ-).
•Двухкратное уменьшение емкости АЭ, вносимых в LC контур (облегчается реализация L контура на ВЧ).
•Возможны меньшие требования к величинам Lбл (Подключение к точке с ВЧ
напряжением ~0 В).
• Не требуется симметрирующее устройство при работе на симметричную нагрузку (или 2 проводный фидер), что упрощает связь ГВВ с антенной.
Недостатки
•Вероятность возникновения паразитных колебаний.
•Удваивается число элементов (уменьшается надежность) и нужен симметричный монтаж.
•Сложность согласованной перестройки (необходимы специальные конденсаторы переменной емкости, например «бабочка»).
•Выход одного АЭ (КЗ, обрыв) приводит к выходу из строя оставшегося АЭ.
14
Сложение ВЧ мощности в пространстве
Сложение мощностей можно осуществить в пространстве, если использовать два или более передатчиков (УМ), работающих на одной частоте f (от общего возбудителя), нагруженных на свои индивидуальные антенны. Для ослабления связи между выходными каскадами передатчиков антенны располагают на расстоянии не менее 3 /4 и питают их синфазно. Если изменять разность фаз токов, питающих антенны, то можно управлять направлением и шириной суммарной диаграммы излучения.
Сложение электромагнитных полей в пространстве эквивалентно увеличению мощности в N 2 раз, где N- число передатчиков, так как напряжённость результирующего электромагнитного поля в зоне приёма увеличивается в N раз.
Способ часто используется на КВ диапазонах. Например, использование 4-х передатчиков мощностью 1 кВт с штыре- выми антеннами, при соответствующей их расстановке и фазировании, эквивалентны одному передатчику с Р=16 кВт.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ГВВ1 |
|
ГВВ2 |
|
|
ГВВ |
|||
|
|
|
||||||
|
|
|
||||||
|
|
|
||||||
|
|
|
||||||
|
|
|
||||||
|
|
|
||||||
|
|
|
||||||
|
|
|
||||||
|
|
|
||||||
|
|
|
||||||
|
|
|
||||||
|
|
|
||||||
|
|
|
||||||
|
|
|
||||||
|
|
|
||||||
|
|
|
||||||
|
|
|
||||||
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
n |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
n
Возбудитель
Схема сложения мощностей в пространстве
15
В СВЧ диапазонах, малые размеры полуволновых вибраторов, расстояний между ними и малогабаритные ГВВ на ПП приборах с Р=10 Вт и более, позволяют в одной конструкции объединить до 100…1000 таких ГВВ с антеннами. Такие устройства называют фазированными антенными решетками (ФАР).
Преимуществом таких систем является многократное увеличение колебательной мощности и их высокая надежность, т.к. отказ даже десятков ВЧ генераторов мало сказывается на работоспособности передатчика в целом.
Применение ФАР – радиолокаторы дальнего обнаружения, радиотелескопы. Другим способом сложения мощности ГВВ без их взаимного электрического влияния друг на друга является применение мостовых схем.
РЛС Воронеж-М
МОСТОВОЕ ВКЛЮЧЕНИЕ АКТИВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ
Параллельное и двухтактное включение АЭ имеет ряд недостатков, вызванных взаимной связью АЭ через сопротивление нагрузки и внутреннее сопротивление источника возбуждения. Важнейшие их них.
•Отказ одного АЭ, может привести к перегрузке и отказу оставшихся АЭ, если запас по предельно допустимым параметрам мал. Пробой (короткое замыкание) во входной или выходной цепях одного АЭ выведет из строя весь усилитель при исправных остальных АЭ.
•Неравномерность распределения токов АЭ из-за разброса параметров усугубляется связью через общую нагрузку. При некотором сочетании параметров отдельные АЭ переходят из режима генерации мощности в режим её потребления.
•В усилителях с параллельным и двухтактным включением АЭ из-за усложнения схемы и увеличения числа паразитных реактивностей более вероятно возникновение паразитных колебаний.
Устранить недостатки можно, ослабив взаимосвязь между АЭ. Для этого применяются усилители, построенные по мостовой схеме (рис. 4).
RВН |
|
|
|
RП |
Рис. 4. Структурная схема |
|
|
|
|
|
мостового усилителя: МД –мост- |
|
|
|
|
|
делитель, МС – мост сумматор |
17
В номинальном режиме мост-делитель (МД) распределяет мощности поровну между АЭ, мост-сумматор (МС) складывает одинаковые мощности АЭ в общем RП.
Деление и сложение мощностей мостами происходит без потерь (предполагаем, что реактивные элементы мостов идеальны).
МД поддерживает постоянным напряжение возбуждения, а МС – сопротивление
нагрузки AЭ1 при любых изменениях режима АЭ2, и наоборот.
Простейшая мостовая схема для сложения мощностей двух генераторов
гармонических сигналов Г и Г показана на рис.5.
1 2Мост образован реактивными сопротивлениями Х1,
|
Г1 |
|
|
I ’’ |
I1 |
|
1 |
|
|
|
|
jX2 |
I2 |
jX1 |
I2’’ |
Г2 |
I2’ |
Rб |
|
RН |
|
I ’ |
|
|
1 |
|
Рис.5. Мостовая схема сложения мощностей
Х2 (ёмкостного или индуктивного характера) и актив- ными сопротивлениями: RН - нагрузки, Rб - балластным
сопротивлением.
Без Rб нельзя сбалансировать мост и этим развязать генераторы. Rб называют сопротивлением развязки.
При балансе моста: Х1Rб = Х2RН , ток генератора Г1 не попадает в ветвь включения Г2 (и наоборот), поэтому режимы работы Г1 и Г2 не влияют друг на друга.
Пути протекания составляющих комплексных токов Г1 и Г2 показаны стрелками на рис.5. Комплексный ток
генератора Г1 |
I1 = I1/ + |
I1// , а комплексный ток |
генератора Г2 |
I2 = I2/ + I2//. |
18 |
Мощности - выделяемая в нагрузке |
|
|
PRн |
1 |
|
|
I1/ |
|
I2/ |
|
2 RН ; |
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
в балластном сопротивлении: |
|
|
|
P |
|
1 |
|
I |
|
/ |
I |
// |
|
2 |
R . |
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
1 |
2 |
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
Rб |
|
2 |
|
|
|
|
|
|
б |
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
Если обеспечить I1’ = I2’’, то IRб = 0, |
PRб = 0 и PRН=PГ1+PГ2 |
|
|
j X1 |
|
RН Rб |
|
|||||||||||||||||
Входное сопротивление моста, для генератора Г1: |
|
ZВХ Г 1 |
|
X2 |
; |
|||||||||||||||||||
|
RН Rб j X1 X2 |
|||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
RН |
jX1 Rб jX 2 |
|
|
|
||||||||||||||||
для генератора Г2: |
ZВХ Г 2 |
|
. |
|
|
|
|
|||||||||||||||||
RН Rб j X1 X 2 |
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
Целесообразно для удобства реализации моста принять Х1 = Х2 = Х, тогда Rб = RН. При этом I2’ = I2’’.
Активная составляющая I1’ тока I1 генератора Г1, протекающая через ветвь из
|
|
|
|
* |
|
|
|
|
|
I |
|
’ |
(или I |
|
’’ |
) соотношением |
|||||
сопротивлений R , R , в общем случае связана с током |
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
|
Н б |
/ |
|
/ |
/ |
j |
/ |
|
|
2 |
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
I2 |
AI1 |
AI1 e |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
* |
|
|
AI1 cos j sin , |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
A Ae j |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
где |
- коэффициент, учитывающий различие токов генераторов по амплитуде и |
||||||||||||||||||||
фазе, протекающих через ветви с сопротивлениями R |
|
, R |
. |
IRн |
|
|
/ |
|
* |
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Н |
|
|
|
б |
|
I1 |
1 A . |
|
||||
Результирующий ток через сопротивление нагрузки RН: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
/ |
* |
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
IRб |
|
I1 |
1 |
A . |
19 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Амплитуды токов через нагрузку RН и балластное сопротивление Rб, соответственно,
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 Acos 2 |
Asin 2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
IRн |
|
|
|
|
|
I1/ |
|
|
|
|
|
I1/ |
|
1 2Acos A2 . |
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 Acos 2 |
Asin 2 |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
IRб |
|
|
|
|
I1/ |
|
|
|
|
I1/ |
|
1 2Acos A2 . |
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||
Мощности, выделяющиеся на сопротивлениях нагрузки RН и балластном |
|||||||||||||||||||||||||||||||||
сопротивлении Rб, соответственно, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
РRн 1 |
|
|
IRн |
|
|
2 RН 1 |
|
I1/ |
|
2 RН 1 2Acos A2 . |
||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
РRб 1 |
|
|
IRб |
|
|
2 Rб 1 |
|
I1/ |
|
2 Rб 1 2Acos A2 . |
||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
КПД моста ηМ |
|
РRн |
1 2Acos |
A2 |
. |
||
М |
|
|
|
|
|
||
РRн РRб |
|
2 1 A2 |
|
||||
|
|
|
|
|
|||
Из последнего выражения следует, что при I1/ = I2/ (А = 1) и их синфазности ( = 0) КПД моста ηМ = 1 (100%). При различии токов I1/ и I2/ <20%, а угла не более (5-10)0, потери мощности в Rб не превышают 2%, при <400 потери <13%.
При выключении (выходе из строя) одного из генераторов (А = 0 или А = ∞) КПД моста ηМ = 0,5 (50%), т.е. половина мощности работающего генератора теряется на
Rб, что невыгодно.
Поэтому при выключении одного из генераторов целесообразно работающий
20
генератор переключить с моста сложения непосредственно на полезную нагрузку.
Обычно это делается автоматически.
Переключение работающего генератора на нагрузку, минуя мост, просто осуществить, если входное сопротивление моста равно RВХ= RН.
Рассмотренная схема моста не обладает таким свойством. Другой ее недостаток - ни одна из точек моста не имеет соединения с землёй.
Если в схеме моста (рис.5) вместо генераторов Г1, Г2 включить сопротивления, комплексно-сопряжённые с ZВХ Г1, ZВХ Г2, а вместо RН, Rб включить генераторы Г1, Г2, то
генераторы также будут работать независимо друг от друга, то есть преобразованная |
|||||||||||||||||||||
схема (рис.6)(имеетR ) свойства электрического моста. |
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
б |
|
|
|
Z* |
, |
Z* |
–комплексно-сопряжённые |
с Z |
|
, |
Z |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
Z*ВХ Г1 |
|
|
|
|
ВХГ1 |
|
ВХГ2 |
|
ВХГ1 |
|
ВХГ2 |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
сопротивления. |
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
При |
|
соответствующих амплитудных |
и |
фазовых |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
jX1 |
|
|
|
|
jX2 |
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
соотношениях между токами Г1, Г2 суммарная мощность |
||||||||||||
Г1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Г2 |
|||||||||||
|
|
|
* |
ВХ Г2 |
|
|
|
|
* |
(RН). |
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
Z |
|
|
|
выделяется на активной составляющей Z ВХГ2 |
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
(RН) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
* |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Преимущество схемы в том, что оба генератора и Z ВХГ2 |
|||||||
имеют соединение с землёй.
Рис.6. Преобразованная Если в схеме классического моста (рис.5),
схема моста
Х =Х = Х, R = R = |X|, то и преобразованная схема (рис.6.) оказывается симметричной по1 отношению2 Н бк каждому из генераторов, обеспечивает
суммирование равных мощностей идентичных генераторов.
При этом активная и реактивная составляющие входного сопротивления Z*ВХГ2 равны
по величине RН, но характер реактивности противоположен характеру Х. |
21 |
При |
Х1=Х2= Х, |
RН = Rб= |X| |
ZвхГ1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
Г1 |
|
Z* |
|
|
I ’’ |
|
|
|
|
I1 |
вхГ1 |
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
jX2 |
I2 |
jX1 |
ZвхГ2 |
|
|
|||
|
’’ |
Г2 |
I2’ |
Z* |
|
I2 |
вхГ2 |
||
|
Rб |
|
RН |
|
|
|
I ’ |
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
Z*ВХ Г1 |
|
|
jX1 jX2
Г1 |
Z*ВХ Г2 |
Г2 |
(RН)
j X1 X 2 Rн Rб
Rн Rб j X1 X 2R jR
Rн jX1 Rб jX 2
Rн Rб j X1 X 2R2 j R2
Z*ВХГ1 2RН=RБ
– j2RН
jR |
jRН |
|
|
Н |
|
|
|
Г1 |
Z*ВХ Г2 |
Г2 |
|
RН |
|||
– jR |
|
||
Н |
|
|
X1 = X2 = X > 0 Рис. 7. Т-образный мост
R jR
R2 j R2
22