книги / Трансформаторы в цепях согласования и сложение мощностей радиочастотных генераторов

сопротивления таких отрезков могут носить как индуктивный, так и емкостный характер. Если длина отрезка линии выбрана из условия С< Хй/4, то сопротивления отрезков в рабочем диапазоне частот будут индуктивными. Если же длина отрезка линии выбрана из ус­ ловия I = Хср /4, то с понижением частоты сопротивления отрезков будут индуктивными, а с повышением частоты - емкостными.

Чтобы короткозамкнутые отрезки не сказывались практически на амплитудно-частотной характеристике устройства, их сопротив­ ления должны удовлетворять условиям*:

где р„ = со„ N = 27с/Х„; со,, - нижняя рабочая частота устройства, ко­ торой соответствует наибольшая длина рабочей волны Лн.

Так как р,,^ > 0 независимо от I - А,ср /4 или I < Ха/4, вход­ ные сопротивления короткозамкнутых отрезков на частоте со,, все­ гда будут иметь индуктивный характер и соответственно молено считать:

тивности. Чем больше продольные индуктивности, тем слабее их шунтирующее влияние.

Продольные индуктивности проводов линий ТЛ являются од­ ними из исходных параметров для разработки конструкции ТЛ [4, 5, 7, 9].

Условия (1.16) позволяют уточнить геометрическую длину от­ резка линии ТЛ I при требуемых значениях характеристических

сопротивлений, которые однозначно связаны с заданными значе­ ниями Кни Явх:

откуда

ж12 = лГк7 я^.

Так как

0Ъ = 2с20У(2с2+*Г12),

то

2 _ ЯнЛ/Ян7?вх ^ К»Щ2

02 Д л Г - - ^

Из (1.166)

Так как в связанных линиях всегда 1Уп > 1Г22, то согласно (1.16) должно быть 2 С, > 2 с2, причем не менее, чем в Лвх //?„ раз, т. е.

Явх ЯдХл/я„/?вх

^с1 >^с2

Ян 7 я „ я вх Ян

Чем сильнее неравенство (**), тем лучше. В случае использо­ вания отрезка коаксиальной линии (см. рис. 1.9) 2 С1 = ад и условие

(1.16а) выполняется автоматически.

Если фазоинвертирующий ТЛ реализуется на основе отрезка идентичных линий: 2 С1 = 2 с2 = 2 С, то геометрическая длина отрезка

линии должна уточняться из условия (1 Лба), согласно которому

Получаемое из (1.20) значение I примерно в Явх /Я„ раз боль­ ше, чем следует из (1.19).

Очевидно, коаксиальная линия предпочтительнее для изготов­ ления фазоинвертирующего ТЛ. При этом, если источник сигнала Е и нагрузка Я„ присоединены, как показано на схеме (рис. 1.9), то эквивалентная схема ТЛ (рис. 1.5) приводится к схеме рис. 1.11, так как 2 С| = ад.

Другие характеристические сопротивления при использовании отрезка коаксиальной линии по схеме рис. 1 .9 :

Ж\2= 2о - волновое сопротивление коаксиальной линии;

/?вх * 2 0, уХвх *у2с 2 $1 Использование ферритового магнитопровода с относительной

дает возможность реализовать фазоинвертирующий ТЛ с 7?вх -> 7?,, (в этом случае, согласно (*), требуемое 2 с2 - » оо).

Если в схеме фазоинвертирующего ТЛ (см. рис. 1.9) источник сигнала Е и нагрузку поменять местами, т. е. выполнить соедине­ ния, как на рис. 1.12, то характеристики фазоинвертирующего ТЛ существенно изменятся в лучшую сторону.

В схеме рис. 1.12 следует брать 7?„ = Жц. Так как Жи - = 2 С| Ж]2/(2С1+ Ж12), а в случае коаксиальной линии Ж,2= 20, 2С| = оо,

щая входного сопротивления ]Хт = у‘2 022 РД где 2 022 = 2 с2 (2с) + + РГ12)/(2 С| +2 с2 + ^ |2) = 2 с2, следовательно,уХвх = у'2 с2 р^ .

*

Волновое сопротивление линии в среде, отличной от воздуха (вакуума), из­ меняется в у1\1г/гг раз-

Очевидно, условие (1.16'а) может использоваться для оп­

имеет место в области нижних рабочих частот ТЛ, то токи в прово­ дах 1, 2 линии ТЛ остаются практически неизменными по длине, что в принципе свойственно электрическим цепям на сосредото­ ченных элем ентах.

На рис. 1.14 представлены эпюры распределения величин (моду­ лей) токов вдоль проводов эквивалентной схемы фазоинвертирую­ щего ТЛ. Для схемы рис. 1.14,а, с учетом ( 1 .7), а также К„ = Шп,

0-т .

14

Цг

ЕЕ

^-/(рГ+тс/2)

(2с2+ ^12) 51Пр^ = -| 1„г\е-№ М г)-

*

Как известно, в короткозамкнутом на одном конце отрезке линии токи на концах связаны соотношением: /9- /га соз (3^, где /ю - ток в короткозамыкателе;

1Р- ток на противоположном короткозамкнутому конце. В отрезке линии с волно­ вым сопротивлением 20, нагруженном на сопротивление 2Н,токи на концах связа­ ны уравнением длинной линии (см., например, [3, кн. I, п. 4.15, ф-ла (4.149а)]),

= /„ соз (3^ +у (1/„ 110) 31Пр^, где = ((Уи/2„) - ток через нагрузку 2Н; С/н - напря­

жение на нагрузке. При малых значениях р^ соз Р^ » 1, зт р^ » 0 и токи на концах отрезка оказываются практически одинаковыми. Такой же ток, очевидно, будет в любом сечении линии. Эта особенность отрезков малой электрической длины принципиально присутствует у любого ТЛ в области нижних рабочих частот.

На эпюрах (рис. 1.14,а,б) в отрезке линии с волновым сопро­ тивлением УУ\2 распределение тока вдоль проводов на основании уравнения длинной линии (см., например, [3, кн. 1, п. 4.15, ф-ла (4.149а)]) описывается следующим выражением:

где I - комплексная амплитуда тока на входе короткозамкнутого отрезка линии с волновым сопротивлением 2с2:

При выполнении условия (1.166) 2с 2 р^ > ЗЛИ= 31У22

3

и можно считать (/«и + Г) « /Д[1.

Если принять последнее соотношение, то, согласно (1.23),

1Х * -/» созрХ - у —^-зш рх = -1о созрХ + у-^-зш рх .

тока 1Х можно считать неизменной и примерно равной величине тока в нагрузке 1цп. Более того, так как в фазоинвертирующем ТЛ

(рис. 1.4, 1.9)

Лн=0Ъ = 2с2Ж12/(2С + Ж12),

а в сильно связанных линиях 2с2 > \У\2, поэтому Щ2-» 1У\2и выпол­ няется соотношение

КЛУп = Щ2ПУп = 2с2/(2с2 + Щ2) * 1,

то в рассматриваемом отрезке, независимо от его электрической длины, можно считать 1Х| « 1/Л[| |.

В случае фазоинвертирующего ТЛ на отрезке коаксиальной ли­ нии по схеме рис. 1.12 (эпюры распределения токов на рис. 1Л4,в) ве­ личина тока в отрезке линии с волновым сопротивлением Щ2= 20 неизменна по длине: |/д 1 = |//<и |.

Объединяя токи соответствующих проводов эквивалентной схемы ТЛ, определяемые выражениями (1.22), (1,23), можно найти токи в проводах реального ТЛ (см. приложение 2).

Постоянство величины тока в проводах любого ТЛ при малых значениях электрической длины служит основанием для многих отечественных авторов рассматривать ТЛ при работе на нижних частотах как обычный радиочастотный или высокочастотный трансформатор с магнитными связями между обмотками [5, 7, 9]: при наличии ферритового магнитопровода - как трансформатор обмоточного типа, при отсутствии ферритового магнитопровода - как линейный высокочастотный трансформатор (две катушки или два провода с магнитными потоками рассеяния и взаимоиндукции). В то же время следует отметить, что ТЛ принципиально может быть реализован без ферритового магнитопровода, а если и есть в конст­ рукции ТЛ магнитопровод, то назначение его принципиально дру­ гое, чем в трансформаторе обмоточного типа. В трансформаторе обмоточного типа в магнитопроводе концентрируется общий для обмоток магнитный поток, определяющий связь между обмотками и соответственно передачу энергии от источника в нагрузку. У ТЛ 1:1 магнитопровод принципиально не нужен. У фазоинвертирую­ щего ТЛ, особенно при использовании отрезка коаксиальной линии, магнитопровод не влияет на связь между проводами линии. Его на­ значение - предотвратить замыкание наружного провода (оплетки коаксиального кабеля) с корпусом (общим проводом, землею) уст­ ройства.

Отмеченное электрическое сходство ТЛ с трансформатором обмоточного типа в отношении постоянства тока в проводах, а так­ же их конструктивное сходство обусловили широкое распростране­ ние в технической литературе изображения ТЛ в виде двухобмо­ точного трансформатора с сердечником, обмотки которого заме­ щают отрезки проводов ТЛ с маркировкой точек их начала [10], как показано для фазоинвертирующего ТЛ на рис. 1.15, а для ТЛ 1:1 (согласованный отрезок линии) - на рис. 1.16.