Лекция 16 (1084996), страница 3

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 3)

Если в схеме классического моста (рис.16.3) условие баланса моста (16.1) при выборе Х₁ = Х₂, соответственно R_б = R_Н, будучи выполненным на одной частоте, выполняется в неограниченной полосе частот, то в Т-мостах условие баланса моста выполняется только на одной частоте. При отклонении от этой частоты условие баланса моста⁶ нарушается и развязка генераторов ухудшается. В схемах рис.16.5 реактивные сопротивления продольных ветвей, включая реактивную составляющую балластного сопротивления, образуют параллельный колебательный контур, резонансная частота которого совпадает с рабочей частотой генераторов. Условие резонанса контура из L,C – элементов выполняется только на одной частоте. Следовательно, полосовые свойства Т-мостов ограничены. При перестройке генераторов по частоте условие баланса Т-моста и его свойства могут быть восс
тановлены соответствующей перестройкой реактивных элементов схемы.

Известны и другие реализации Т-мостов, в том числе и для сложения генераторов неравных мощностей без потерь в балластном сопротивлении. В последнем случае реактивные сопротивления плеч моста Х₁ ≠ Х₂.

Д
ля сложения мощностей симметричных (двухтактных) генераторов можно использовать два Т-моста, включенных по схеме рис.16.6. Недостаток схемы – узкополосность развязки генераторов. Вследствие этого при перестройке генераторов необходимо производить настройку мостов, что представляет определённые неудобства. Если складываемые мощности одинаковы и генераторы идентичны, то целесообразно использование моста по схеме рис.16.7. На схеме показаны пути протекания токов генераторов через нагрузку R_Н и балластный резистор R_б = R_Н. Преимуществами моста по схеме (рис.16.7) являются его простота и полная симметричность. Баланс моста выполняется в неограниченной полосе (диапазоне) частот.

Недостатком моста по схеме рис.16.7 является комплексный характер входного сопротивления и неравенство его активной (резистивной) составляющей сопротивлению нагрузки R_Н. Рассматриваемый мост может быть выполнен на индуктивностях – катушках. Однако реализация моста на ёмкостях – конденсаторах предпочтительнее, во-первых, из-за простоты в обеспечении симметрии устройства и, во-вторых, из-за уменьшения потерь мощности в реактивных элементах моста: собственные потери в конденсаторах существенно меньше, чем в катушках индуктивности.

Наличие потерь в реактивных элементах моста, выполненного по любой схеме, отражается как на балансе моста, так и на потерях складываемых мощностей, соответственно и на КПД моста. По этой причине при реализации Т-мостов предпочтение отдаётся схемам с Х₁, Х₂ ёмкостного характера. Сопротивление потерь в катушке индуктивности, образующей реактивное сопротивление Х_б, может быть отнесено в состав балластного резистора R_б.

В
ыше мы отмечали, что с помощью трансформаторов можно осуществить переход от несимметричного элемента схемы моста к симметричному и наоборот. Подключение генераторов, резистивных (активных) и реактивных сопротивлений ветвей моста с помощью трансформаторов позволяет во многих случаях сделать схемы мостов более пригодными и удобными для практического применения. Обычно применяются трансформаторы с коэффициентом трансформации напряжения 1:1 без инвертирования фазы или с инвертированием, то есть поворотом фазы на 180°. Трансформатор может включаться вместо реактивных сопротивлений в ветвях моста, образуя так называемое трансформаторное мостовое устройство. На рис.16.8 показаны варианты трансформаторных мостовых устройств, реализуемых на основе Т-образного моста с использованием трансформаторов обмоточного типа. Устройства предназначены для сложения одинаковых мощностей синфазно включаемых генераторов.

Подобные мостовые устройства реализуются также на основе трансформаторов –линий. В настоящей лекции такие устройства не рассматриваются.

В диапазоне СВЧ применение элементов с сосредоточенными параметрами затруднено, так как требуемые величины индуктивностей и ёмкостей становятся малыми и существенное значение приобретают паразитные параметры: индуктивности соединительных проводов, ёмкости элементов между собою и корпусом и др., нарушающие работу схемы. По этой причине, начиная с метрового диапазона волн, широкое применение нашли мостовые схемы сложения мощностей, построенные на отрезках длинных линий.⁷ В диапазонах метровых и особенно дециметровых волн обычно используются коаксиальные и связанные полосковые линии; на более коротких волнах используют микрополосковые линии и волноводы. В метровом диапазоне волн используются также мосты на основе двухпроводных линий.

Одним из первых мостов на основе отрезков линий следует считать Y-мост или
U-мост. У такого моста два плеча образуются отрезками коаксиальной линии. Длина отрезков ℓ принимается равной λ/4 на средней рабочей частоте f_СР = (f_МИН + f_МАКС)/2. Конструкция моста при сложении мощностей двух генераторов напоминает символ Y или U, как показано на рис.16.9 (на рис.16.9 наружные провода – оплётки отрезков коаксиальной линии не показаны).

Н
а микрополосковых линиях (МПЛ) конструкция рассматриваемого моста реализуется в форме кольца, образуемого полоской линии (рис.16.10, общая проводящая поверхность МПЛ не показана), что послужило основанием для названия такого моста: укороченное кольцо.

В ыполнение моста в форме части кольца позволяет обеспечить присоединение балластного резистора R_б без дополнительных проводов, создающих индуктивное сопротивление и соответственно нарушающих работу моста. Балластный резистор может быть изготовлен вместе с МПЛ путём напыления высокоомного материала.

В мостах по схемам (рис.16.9 и рис.16.10) генераторы должны быть синфазными и полностью идентичными. Если напряжения генераторов окажутся в противофазе, то мощность будет выделяться в балластном резисторе R_б, а в нагрузке R_Н ток будет отсутствовать.

Отсутствие соединения балластного резистора R_б с землёю (корпусом) устройства является недостатком рассматриваемых мостов, так как в таких конструкциях затруднён отвод тепла от балластных резисторов в аварийном режиме.

В рассматриваемых мостах (рис.16.9 и рис.16.10) принято волновое сопротивлении линии выбирать из условия , а длину отрезков, как уже отмечалось, принимать равной λ/4 на средней рабочей частоте. Сопротивление балластного резистора R_б = 2R_Н. При этих условиях на средней рабочей частоте при любых режимах генераторов входное сопротивление моста для каждого из генераторов

.

Последнее соотношение может быть непосредственно получено из рассмотрения нормальной работы моста и проверено при рассмотрении режима работы моста при коротком замыкании одного из генераторов.

Действительно, если оба генератора одинаковы, то можно считать, что каждый из них соединяется через отрезок линии длиной λ/4 с сопротивлением 2R_Н. Сопротивление нагрузки R_Н удваивается, так как результирующий ток через это сопротивление в два раза больше тока через него одного генератора. Следовательно, ощущаемое сопротивление одним генератором возрастает в два раза. На рис.16.11,а представлена эквивалентная схема рассматриваемого моста для каждого из генераторов в номинальном режиме моста, то есть при совместной работе двух идентичных генераторов. Входное сопротивление четвертьволнового отрезка линии с волновым сопротивлением Z₀, нагруженного на сопротивление 2R_Н, как известно, равно:

.

Если , то оказывается Z_ВХ = R_Н. На рис.16.11,б представлена эквивалентная схема рассматриваемого моста для работающего генератора при коротком замыкании другого. Нетрудно убедиться, что при указанных параметрах входное сопротивление моста для работающего генератора и в этом случае оказывается равным R_Н, что предлагается сделать читателю. Напомним, что обеспечение Z_ВХ = R_Н удобно при использовании системы обхода моста в аварийном режиме, когда работающий генератор может быть непосредственно подключен к нагрузке R_Н без какой-либо регулировки режима генератора.

Так как ℓ = λ/4 обеспечивается только на одной частоте, то рассматриваемые мосты (рис.16.9 и рис.16.10) в обычно принимаемом исполнении: оказываются относительно узкополосными и используются в полосах частот до 5% от средней частоты. Узкополосность рассматриваемых мостов также является их недостатком.

Известна схема моста (рис.16.12) на отрезках коаксиальной линии, обеспечивающая сложение мощностей двух генераторов в нагрузке R_Н и позволяющая соединить балластный резистор R_б с землёю (корпусом) устройства, что упрощает отвод тепла от балластного резистора в аварийном режиме. В данной схеме синфазные генераторы соединяются с нагрузкой R_Н отрезками линии длиной ℓ = λ/4, соответствующей средней частоте, а с балластным резистором R_б один из генераторов соединяется через отрезок длиной ℓ = λ/4, а другой – через отрезок длиной ℓ = (3/4)λ. При этом токи генераторов в нагрузке оказываются в фазе, так как проходят равные пути, и суммируются, а в балластном резисторе токи генераторов оказываются в противофазе, так как ток одного генератора проходит путь на полволны больше, и соответственно вычитаются. Баланс моста обеспечивается на частоте, длина волны колебаний которой соответствует указанным длинам отрезков.

Подобный мост реализуется также на отрезках МПЛ (рис.16.13) и известен под названием: «гибридное кольцо».

Очевидно, отрезок линии длиной ℓ = (3/4)λ может присоединяться со стороны любого генератора.

Волновое сопротивление линий для мостов рис.16.12 и рис.16.13 принимается равным: . В этом случае на средней частоте в номинальном режиме каждый генератор ощущает резистивное сопротивление, равное по величине R_Н. Если R_б = R_Н, то входное сопротивление моста на средней частоте сохраняется равным R_Н и в аварийном режиме, в том числе при выходе из строя одного из генераторов. При отклонении рабочей частоты от средней баланс моста нарушается, ощущаемые генераторами сопротивления оказываются комплексными и разными в силу различия геометрических длин отрезков, соединяющих генераторы с балластным резистором. Если у гибридного кольца (рис.16.13) на расстоянии λ/4 правее Г₁ включить второй балластный резистор, то схема моста будет симметричной относительно каждого генератора. При этом, чтобы входное сопротивление моста на средней частоте было равно R_Н, необходимо использовать балластные резисторы с сопротивлением R_б = 2R_Н.

Д ля суммирования мощностей двух симметричных (двухтактных) генераторов можно применить мост на отрезках двухпроводной линии, показанный на рис.16.14. Все отрезки имеют одинаковую длину ℓ = λ/4 на средней частоте. Благодаря перекрещиванию проводов у одного из отрезков, соединяющих балластный резистор с одним из генераторов, обеспечивается развязка генераторов и токи, создаваемые ими в R_б, взаимно компенсируются. Отрезок длиной λ/4 с перекрещенными проводами заменяет отрезок длиной 3λ/4.

Характеристики

Список файлов лекций