Шахгильдян В.В. Радиопередающие устройства (3-е издание, 2003) (1095866), страница 37
Текст из файла (страница 37)
Однако при таком суммировании сохраняется недостатки параллельного и двухтактного включений ламп и транзисторов: требуются идентичность н синфазность работы отдельных генераторов и симметрия схемы, сохраняется взаимное влияние и, значит, резко снижается надежность работы всего устройства. В частности, авария в одном из генераторов или модулей (короткое замьпсание или разрыв на его выходных клеммах) может привести к аварийному рсжнму работы всех остальных, поскольку нагрузка для них может стать близкой к нулю или холостому ходу. Поэтому такой способ сложения используется сравнительно редко, например при построении сверхмощных относи- тельно низкочастотных транзисторных генераторов, в которых при работе транзисторов в ключевом режиме с высоким КПД обеспечивается высокая надежность, а разброс параметров транзисторов сводится к минимуму.
Сложение мощностей можно осуществлять в пространстве при работедвуя илиболее автономных передатчиков на одной частоте от одного возбудителя на разные антенны. В этом случае происходит сложение электромагнитных полей, создаваемых антеннами. Для ослабления связи между передатчиками, точнее между их выходными каскадами через антенны, последние располагают на расстоянии не менееЗИ4 одна от другой.
При этом антенны должны питаться синфазными токами. Если вводить некоторую разность фаз в токи, питающие антенны, то моипю изменять(поворачивать) диаграмму излучения антенн. Введением специальных фазовращателей (рис. 3.36) можно поворачивать днаграиму направленности излучения.. В диапазонах ДВ и СВ из-за больших геометрических размеров антенн ограничиваются сложением мощностей, как правило, не более двух передатчиков. В диапазоне КВ такой способ повышения излучаемой мощности н изменения диаграммы направленности используется широко. Например, четыре передатчика мощностью по 1 кВт при расстановке штыревых антенн на 5 м н соответствующем фазнровании эквивалентны одному передатчику мощностью 16 кВт. На раднопередающих центрах внедрено в эксплуатацию пространственное сложение четырех передатчиков мощностью 2Я кВт каждый. В диапазоне сантиметровых волн, где геометрическая длина отдельных элементарных полуволновых вибраторов и расстояния между ними получаются небольшими, а ВЧ генераторы на полупроводниковых приборах при уровне мощности 1...10 Вт имеют малые габаритные размеры, удается в небольшом объеме на малой пло!цади установить до 100...1000 отдельных ВЧ генераторов и антенн.
Тем самым колебательная мощность повышается на два-три порядка при высокой надежности, поскольку выход из строя единиц и даже десятков отдельных ВЧ генераторов незначительно сказывается иа работе такого передатчика и снижении его мощности. Введением соответствующей фазировкн отдельных ВЧ генераторов формируется узкая, поворачивающая в широких пределах диаграмма направленности. Такие устройства принято называть фазированными антенными реяяееками. В современных раднопередающих устройспзах различных диапазонов волн широкое применение получил метод сложения мощности с помощью мостовых схем.
В этом случае при 'суммировании мощностей двух и более генераторов обеспечивается их взаимная электрическая развязка. Каждый из генераторов работает независимо от других на оптимальную для него нагрузку, в то время как у остальных генераторов режим по ВЧ может меняться вплоть до короткого замыкания или 187 б Ки Рис. 3.37. Класснчииая мостовая схема сло- маная мощщесей леул тмирисорон Рнс. 3.
36. Струатурная схема сложения ВЧ мащноеси и иространстае Р„= — Р„а не до Р„м(К-М)Р; (К вЂ” М)~ обаяснястся тем, что часть мощности оставшихся Ф- М генераторов начинает вьщеляться в балластных сопротивлениях мостовой схемы. По условиям эксплуатации обычно допускается некоторое кратковременное снижение выходной мощности передатчика. Наиболее вероятен выход из строя одного из генераторов (М = 1), поэтому уменьшение мощности передатчика будет в:Р„ал)рн „,„= (д7- 1)зуаву раз. Ксходя из этих сообрюксний можно определить необходимое число модулей 1т' и мощность каждого из них".
Р = Р„„~К. Например, если допустима работа с понижением мощности до 50%, то достаточно, чтобы перс- датчик содержал четыре модуля, поскольку(4-1)3!43 = 0,56. Часто, например, цри построении телевизионных и УКВ ЧМ передатчиков последний. строится в виде двух полукомплектов, При выходе одного нз ннх мощность передатчика, должна была бы снизиться в 4 раза 1(2 — 1)х/2~ = 0,2э1 . Однако предусматривается схема обхода моста, поэтому мощность в нагрузке снижается всего в 2 раза (см. $9.4). Одновременно обход моста позволяет устанавливать его балластное сопротивление на рассеиваемую мощное гь, существенно меньшую 0,25 Ран 188 холостого хода.
Вследствие этого достигаеМа высокая надежность передатчика. Даже в тех случаях, когда заданную мощность можно получить от одного ЗП, передатчик часто выполняют в виде нескольких менее мощных ВЧ генераторов или модулей с последующим суммированием их мощностей в мостовых схемах. Прн этом выход из строя М генераторов (аварийный режим) нс нарушает работу остальных Ф- М н толысо уменьшает мощность передатчика. Снижение мощности с Р„= ХР, до Принцип работы и свойства мостовой схемы рассмотрим на примере суммирования мощностей двух идентичных синфазных генераторов Г, и Гв Классическая мостовая схема, приведенная на рис.
Э.37, содержит чстйре резнстИвных Натрузочных сопротивления. П(зи Я Из ЯтИ4 выполняется условие баланса моста, т. е. напряжение от одного из генераторов не поступает на выход другого, н гпаераторы работают независимо друг от друга. При равенстве Я, = Ят = Я, = Яс = Я генераторы негружены на сопротивления ~~, = Я и ~~„= Я. Токи обоих генераторов 74 = У,/2Я, У = У,/2Я суммируются в двух нагрузочных сопротиаваниях Я„= Я и вычитаются в двух балластных сопротивлениях Яе и Я.
В результате мощности, выделяющиеся в нагрузочных и балластных резисторах, соответственно равны: Ри=0»5К~+Ц'Яи и Ра =0,Р44 ЦзЯ Если аз = зз, то вся мощность поступает в полезную нагрузку, В общем случае, когда 44 44 Уа, КПД моста, равный отношению мощности в нагрузке к суммарной мощности, определяется отношением 41„= Р~(Р„+ Рф = (1 + И + 2lссоир)72(! + 837, где (с = ЩЩ; Ф вЂ” фазовый сдвиг между токами двух генераторов. На основании зтого соотношения, справедливого н для других рассмотренных ниже мостовых схем, на рис. 3.38д и 6 построены графики зависимости КПД от к и ср соответственно.
Видно, что КПД мостовой схемы остается высоким даже в том скучав, когда токи неточно равны по амплитуде и неточно синфазны. Если амплитуды различаются ие более чем на 20%, а сдвиг фаз не превышает 40о, КПД снижается до 0,87, т. е. только 13% суммарной мощности теряется на сопротивлении Яе. Отметим, что при ср = 180' — противофазной работе двух генераторов — сопротивления Яи н Яе меняются «ролями». рь еу Рис. 3.38, Зависимость Ч„моста сиожсииа от соотиоииииа токов генераторов и разиости фаз 189 Наихудшим случаем является отключение одного из генераторов, что приводит к уменьшению КПД до 0,5, а мощности в нагрузке в 4рша, так как половина мощности второго работающего генератора выделится в балластном резисторе.
Поэтому при выюпоченин одного из генераторов целесообразно, особенно в мощных устройствах, переключить второй работающий генератор с моста сложения непосредственно на нагрузку, с тем чтобы избежать потери мощности в балластном резисторе. Обычно это делается автоматически с помощью системы обхода моста. Для практического применения схема на рис. 3.37 оказывается непригодной, поскольку, во-первых, содержит по два нагрузочных н балластных резистора и, во-вторых, даже при соединении с корпусом одной из точек схемы оказываются не соединенными с корпусом один из генераторов и по одному из нагрузочных н балластных резисторов. Включением дополнительных трансформаторов, осуществляющих переход от симметричной к несимметричной нагрузке, можно соединить с корпусом второй генератор и вторые нагруэочный и балластный резисторы.
Одновременно можно оойъединнть в один нагрузочный и один балластный резисторы. Прн этом возможно большое многообразие вариантов построения мостовых схем. Рассмотрим только наиболее простые из них, содержащие наименьшее число трансформаторов. На рис. 3.39 показаны мостовые схемы на трансформаторах Ы с магнитной связью и суммированием по напряжению (У = Уе, + Ц з и Я„м 2Я ) и по току Ц„=1, +1,ий„=0,5М,„). Трансформатор Щ подключает к резистору й„ последовательно или параллельно оба генератора в фазе. Наоборот, через трансформатор 71уэ оба генератора подключаются к резистору Я в противофазе, н при равенстве У„м 4'ь| м й" д й'и'угу Рис.
3.39. Шйрокодианааонные мостовые схемы своненнй двух генераторов: й — йс «айрййеййак 6 — йс тоху и по току У 1 к ~~ Х и Л М / У ! ! В первой схеме балластные сопротивления включены по схеме многолучевой звезды, а во второй — по схеме многоугольника. В схеме сложения по напряжению происходит повышение нагрузочного сопротивления (Ян кс ФЯ ), что очень важно, например, при построении низкоомных транзисторных генераторов. В то же время продольные напряжения на линиях оказываются неодинаковыми (наибольшее из них — на первой линии Цпр = (!!у- 1) У,„так же как в трансформаторе на рис.
3.12). В мостовой схеме сложения по току в.номинальном режиме продольные напряжения на линиях отсутствуют, и появляются они относительно малой величины только в аварийных режимах — при и "й'-щ гь!-г г! йй йт у,-юу„ и е!у а) рис. 3.40. Широкоииапапоннме мостовые схемы свеженин и ссисратроа: и — по папрскснпв: 6 — пп току !9! = У в нем не выделяется мощность.
При соответствующих значениях — сз Я„и Ле (см. рис.3.39) напряжение от одного из генераторов не поступает на выход другого. Тем самым обеспечивается нх взаимная независимосп в работе, т. е. условие баланса моста. На рис. 3.40 показаны мостовые схемы для У~ 2 идентичных генераторов на трансформаторах — линиях 1:1 со сложением по напряжению и У щХУ~ и В.=Уй ! ! Х = Х = ц)е(, = !Хс! = но~С, (3.2Я гь -яь Рис, 3.4Х Схемы трансформирующих и фатовращвющих цепочек Рис. 3.4Ь Структурная схема рехонансното моста словения по току 192 нендентичности генераторов и выходе из строя одного нз них. Это, в свою очередь, снихсает требованиях» ферритовым сердечникам. Глазным недостатком такой схемы суммирования является сншкение нагрузочиого сопротивления 11н и Гхех/ДУ. Мостовые схемы на трансформаторах с магнитной связью мли на трансформаторах-линиях обычно выполняют при достаточно больших нагрузочных сопротивлениях (выше 10...20 Ом) в диапазоне частот примерно от 0,1 до 1000 МГц при уровнях мощности до 10...20 кВт.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
