Дегтярь Г.А. Устройства генерирования и формирования сигналов (2003) (1095864), страница 61

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

Текст из файла (страница 61)

По этой причине при реализации Т-мостов предпочтение отдаётсясхемам с Х1, Х2 ёмкостного характера. Сопротивление потерь в катушке индуктивности,образующей реактивное сопротивление Хб, может быть отнесено в состав балластного резистора Rб.Выше мы отмечали, что с помощью трансформаторов можно осуществить переходот несимметричного элемента схемы моста к симметричному и наоборот. Подключениегенераторов, 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 трансформаторыс коэффициентом трансформации напряжения 1:1 без инвертирования фазы или с инвертированием, то есть поворотом фазы на 180°. Трансформатор может включаться вместореактивных сопротивлений в ветвях моста, образуя так называемое трансформаторное мостовое устройство. На рис.16.8 показаны варианты трансформаторных мостовыхустройств, реализуемых на основе Т-образного моста с использованием трансформаторовобмоточного типа. Устройства предназначены для сложения одинаковых мощностей синфазно включаемых генераторов.RбТрRбГ1Г1Г2Г2RНRНТрабРис.16.8Подобные 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 работусхемы. По этой причине, начиная с метрового диапазона волн, широкое применение261нашли мостовые схемы сложения мощностей, построенные на отрезках длинных линий.7В 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 основедвухпроводных линий.Одним из первых мостов на основе отрезков линий следует считать Y-мост илиU-мост. У такого моста два плеча образуются отрезками коаксиальной линии. Длина отрезков ℓ принимается равной λ/4 на средней рабочей частоте fСР = (fМИН + fМАКС)/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 коаксиальнойлинии не показаны).RбRбГ1ℓℓГ1Г2ℓℓГ2RНRНбаРис.16.9На 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.Выполнение моста в форме части кольца позволяет обеспечить присоединение балластного реRбзистора Rб без дополнительных проводов, создающих индуктивное сопротивление и соответственнонарушающих работу моста.

Балластный резисторℓℓГ1Г2может 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 полностьюидентичными. Если напряжения генераторов окаRНжутся в противофазе, то мощность будет выделяться в балластном резисторе Rб, а в нагрузке RН токбудет отсутствовать.Рис.16.10Отсутствие соединения балластного резистораRб с землёю (корпусом) устройства является недостатком рассматриваемых мостов, таккак в таких конструкциях затруднён отвод тепла от балластных резисторов в аварийномрежиме.В рассматриваемых мостах (рис.16.9 и рис.16.10) принято волновое сопротивлениилинии выбирать из условия Z 0  2 RН , а длину отрезков, как уже отмечалось, приниматьравной λ/4 на средней рабочей частоте. Сопротивление балластного резистора Rб = 2RН.7Упомянутые выше трансформаторы-линии (ТЛ) также реализуются на отрезках линий.

Однако рассматриваемые ниже мостовые схемы на отрезках линий начали применяться задолго до появления ТЛ, как самостоятельных элементов цепей согласования генераторов.262При этих условиях на средней рабочей частоте при любых режимах генераторов входноесопротивление моста для каждого из генераторовZ2Z ВХ  0  RН .2 RНПоследнее соотношение может быть непосредственно получено из рассмотрениянормальной 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 изних соединяется через отрезок линии длиной λ/4 с сопротивлением 2RН. Сопротивлениенагрузки RН удваивается, так как результирующий ток через это сопротивление в два разабольше тока через него одного генератора.

Следовательно, ощущаемое сопротивление одним генератором возрастает в два раза. На рис.16.11,а представлена эквивалентная схемарассматриваемого моста для каждого из генераторов в номинальном режиме моста, тоесть при совместной работе двух идентичных генераторов. Входное сопротивление четвертьволнового отрезка линии с волновым сопротивлением Z0, нагруженного на сопротивление 2RН, как известно, равно:Z2Z ВХ  0 .2 RНЕсли Z 0  2 RН , то оказывается ZВХ = RН.

На рис.16.11,б представлена эквивалентнаясхема рассматриваемого моста для работающего генератора при коротком замыканиидругого. Нетрудно убедиться, что при указанных параметрах входное сопротивление моста для работающего генератора и в этом случае оказывается равным RН, что предлагаетсясделать читателю. Напомним, что обеспечение ZВХ = RН удобно при использовании системы обхода моста в аварийном режиме, когда работающий генератор может быть непосредственно подключен к нагрузке RН без какой-либо регулировки режима генератора.ℓ=λ/4ГZ0 = √ 2RНℓ=λ/4ℓ=λ/42RНRб = 2RНаГZ0 = √ 2RНRНZ0 = √ 2RНКЗбРис.16.11Так как ℓ = λ/4 обеспечивается только на одной частоте, то рассматриваемые мосты(рис.16.9 и рис.16.10) в обычно принимаемом исполнении: Z 0  2 RН 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, обеспечивающаясложение мощностей двух генераторов в нагрузке RН и позволяющая соединить балластный резистор Rб с землёю (корпусом) устройства, что упрощает отвод тепла от балластного резистора в аварийном режиме.

В данной схеме синфазные генераторы соединяются снагрузкой RН отрезками линии длиной ℓ = λ/4, соответствующей средней частоте, а с балластным резистором Rб один из генераторов соединяется через отрезок длиной ℓ = λ/4, адругой – 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 токигенераторов оказываются в противофазе, так как ток одного генератора проходит путь наполволны больше, и соответственно вычитаются. Баланс моста обеспечивается на частоте,длина волны колебаний которой соответствует указанным длинам отрезков.263Подобный мост реализуется также на отрезках МПЛ (рис.16.13) и известен подназванием: «гибридное кольцо».Очевидно, отрезок линии длиной ℓ = (3/4)λ может присоединяться со стороны любого генератора.Г2λ/4Г1RНRбλ/4λ/4λ/4(3/4)λλ/4RбРис.16.12Г2λ/4RН(3/4)λГ1Рис.16.13Волновое сопротивление линий для мостов рис.16.12 и рис.16.13 принимается равным: Z 0  2 RН .

В этом случае на средней частоте в номинальном режиме каждый генератор ощущает резистивное сопротивление, равное по величине RН. Если Rб = RН, то входное сопротивление моста на средней частоте сохраняется равным RН 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 будетсимметричной относительно каждого генератора. При этом, чтобы входное сопротивлениемоста на средней частоте было равно RН, необходимо использовать балластные резисторыс сопротивлением Rб = 2RН.Для 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 перекрещиваниюпроводов у одного из отрезков, соединяющих балластный резистор с одним из генераторов, обеспечивается развязка генераторов и токи, создаваемые имиλ/4λ/4RНв Rб, взаимно компенсируются. Отрезок длиной λ/4 сперекрещенными проводами заменяет отрезок длиZ0Z0ной 3λ/4.Так как длина всех отрезков одинакова, то мостпо схеме рис.16.14 сохраняет симметрию на любойГ1Г2частоте.

Более того, при идентичных генераторах, вλ/4λ/4отличие от мостов рис.16.12 и рис.16.13, ток в балZ0ластном резисторе рассматриваемого моста отсутZ0ствует на любой частоте благодаря перевороту фазысигнала одного из генераторов за счёт перекрещиваRбния проводов у одного из отрезков. Следовательно,мост по схеме рис.16.4 является более широкополосным, чем все ранее рассмотренные мосты на отрезках264Рис.16.14линий.

Характеристики

Список файлов книги