CN1051827A

CN1051827A - 平衡环

Info

Publication number: CN1051827A
Application number: CN90109007.7A
Authority: CN
Inventors: 费利克斯·加斯曼; 奥勒·斯内克鲁德
Original assignee: Asea Brown Boveri AG Switzerland
Current assignee: ABB Asea Brown Boveri Ltd
Priority date: 1989-11-09
Filing date: 1990-11-09
Publication date: 1991-05-29
Also published as: JPH03172001A; RU1836757C; CA2026846A1; CN1018494B; US5115214A; CS9005442A2; PL287629A1; EP0426988A1; CS276882B6; BR9005598A

Abstract

根据H.Meinke和F.W.Cundlach， Taschenbuch der Hochfrequenzlechnik的第三片《射频工程手册》，Springer-Verlag(1968)第394页图 18、11的平衡环，本发明是通过特殊选择的第一分段 (11)以及在对称输出端(2)设置的可变电容器(C1)的简单调谐性能而得到的这种小型、牢固的平衡环(图 3)。

Description

本发明属于射频工程领域。特别涉及一种平衡环，包括：

（a）一个具有内心的壳体;

（b）在壳体内，具有第一和第二分段的第一导体部分，其第一导体部分用同轴内导体以同轴线的形式在第一分段上构成，它还作为同轴线通过壳体的一侧并在那里形成同轴输入，而在壳体内的另一侧则自由地终止;

（c）在壳体的内部，第二导体部分具有第一和第二分段，第二导体部分与第一导体部分之间有一间隔，且两者平行，在同轴输入端的一侧与壳体相连，而在壳体内部的另一端为自由端;

（d）在第一导体部分内，在第一分段的末端有一开口，通过开口同轴内导体以与第一导体部分垂直从第一导体部件中露出并联接到第二导体部分，以及

（e）在任何情况下，在第二分段上连接在其中一个导体部分的两条对称输出线从壳体引出，并且在那里形成对称输出端。

这种平衡环是公知的，见H.Meinke和F.W.Gundlach Taschenbuch der Hochftequeztechnik《射频工程手册》第三版，Springer-Verlag（1968）第394页（附图18.11）。

在广播发射机的技术中，使用通常所说的具有同轴输入和对称输出的平衡环或平衡-不平衡转换器（平衡单元），例如，经同轴馈线加到对地平衡的天线上。

这种平衡-不平衡转换器（图1）是由两个互联的平行同轴线18和19组成的。在输入端提供一个可变电容C及在第二线19的输出侧末端提供一个短路线20，以便在所要求的频率范围（约为4～26兆周）内进行不同频率调谐。

这种类型的平衡-不平衡转换器的不利因素是由于只有几个微微法拉的不对称负载，使高电压不对称（谐振）。这种不对称敏感性，不能通过简单的改进而消除。

通常，变换阻抗与平衡-不平衡转换器相互平衡有关：如图1所示，50欧姆的不平衡输入阻抗以1∶4的转换率增加到对称的200欧姆。

为了获得高转换率（例如1∶6，50欧姆～300欧姆），那么就必须在末端用长度约为12米的线式附加互感器连接，但其制作是很困难的（尤其是在低频率下），且相对地有较大的阻抗波动。

现在，将要进行改进的是开始时提到的能使用于较大的频率范围、但不能与不同频率相匹配的这种形式的平衡-不平衡转换器。如图2所示，这种改进包括输入侧短路棒21和输出侧可变电容C1。

这种平衡-不平衡转换器所存在的缺点是必须调整所给定的两个频率变化参量。而且这个短路棒还引起接点问题，例如，接点的损坏、接点弯曲及烧毁。

本发明的目的就是提供一个频率范围至少是4～26兆周的、所允许的转换比大于1∶4的新型平衡环，这种平衡环能很容易地调谐频率，而且其结构牢固。

在开始所说明的这种类型平衡环的情况下，本发明的目的是这样实现的：在

（f）第一和第二导体部分之间在第二分段上，至少设置有一个电容器，以及

（g）这种平衡环所选择的第一分段至少要用一个电容器才能进行不同频率的调谐。

本发明是用图2所示的这种类型的平衡-不平衡转换器来实现的。可选择参量（线阻抗和线长度）以便使在对称输出端的可变电容器足以进行不同频率的调谐。

用这种形式的转换器，不仅小型而且牢固，同时能够很容易地进行频率调谐。

对本发明更全面的评价及其附带的许多优点将很容易得到如同通过参照以下详细说明并结合附图时一样变得更易了解了，其中

图1表示的是现有技术调谐平衡-不平衡转换器的基本电路图;

图2表示的另一个调谐平衡-不平衡转换器的可能结构图;

图3-8表示根据本发明的一个平衡环的各种不同的实施例，由于它们具有不同形式的中心抽头，因而它们彼此不同;

图9-9B表示根据本发明的转换器的另一实施例，在转换器中电容的连接点是移动的;及

图10A-C表示根据本发明的一个转换器的实施例。在实施例中使用多个电容器或一个附加电感器。

如图所示，参照附图的标记号可以看出，图1所示的是公知的平衡环（平衡-不平衡转换器）。例如，使用在短波发射机中，以及类似的形式也出现在Brown Boveri Mitt1972年3月2日出版发行的书中第97～103页上。

公知的平衡-不平衡转换器具有同轴输入1和对称输出2，在它们之间两个同轴线18和19并联连接。这种转换器是用位于输入端的可变电容C及用于改变第二线19上的有效长度的短路线20进行调谐的。

这种转换器的缺点是：一方面转换器的这种形式限定转换率为1∶4;另一方面改变频率还需要改变两个参量（电容C的容量和第二线19的有效长度）。

附图2是在Meinke及Gundlach书中所示的高转换率的平衡-不平衡转换器的解决方案。两个同样长度的导体部分4和17在壳体5的内心6中平行设置，在任何情况下，都是以它们的一端连接在壳体5，而自由地终止在内心6的另一侧。

第一导体部分4的第一分段11是用一个具有同轴内导体3构成同轴线。这个同轴线终止在同轴输入1的一侧。而同轴线的另一侧通过开口9露出内部导体3，从第一导体部分4中垂直连接到对面的第二导体部分17，而且都是导电连接。两个导体部分4和17都具有同样的第二分段12。

在任何情况下，对称输出线8和7分别连接到导体部分4和17的自由端，两对称输出线7、8形成对称输出端2。

可根据图2中所提供的两个部件来进行转换器的调谐：第一，可以用短路棒21来改变第一分段11。第二，导体部分4、17的自由端通过可变电容C1互连。

尽管这种转换器所允许的转换率高于1∶4，但由于仅用两部件C1和21进行调谐是困难的，而且因为机械的短路棒21易被损坏。

现在，可根据图2所示的转换器的不同参数的计算作为频率的函数选定这些合适的参量，（线阻抗Zo，第一、第二分段11或12），转换器可调谐的频率范围是4～26兆周，基本上不需要改变或完全不要改变第一分段11。因此，就不需要短路棒21;仅用可变电容C1就可进行转换器的频率调谐。

因此，在整个频率范围内至少有一个11的值可以保持恒定。如果电压驻波比偏离允许时，甚至11的多数平衡值也能保持恒定。

在下面实例中假设输入阻抗为50欧姆。但是，通常输入端可任意选择阻抗。

实例：

输入阻抗：50欧姆

输出阻抗：300欧姆

11+12：2704米

11：1104米

线阻抗：111欧姆

如果参数的选择在实例中确定，假设电容C1的容量是从4兆周的1571微微法拉到26兆周的25.1微微法拉变化的，则实际上可以获得理想的平衡-不平衡转换器的调谐。

附图3是这种转换器的最简化结构图。这种小型转换器适用于（1∶6）转换而不需要附加的线型变压器（200～300欧姆），而只用相当小的电容器就可以调谐。

但是，按照图3的简单实例可以进行进一步改进有如下理由：

1.在任何情况下，假定一个理想负载为300欧姆，在50欧姆的输入时，最低和最高的工作频率的驻波比高于1.35。因此，这种形式的转换器只能适用于功率高于50千瓦的调节。

2.即使在低频时（低于最高工作频率的35%）且由于负载不对称，电压对称性实际上还是比根据图1的转换器（1∶4）情况要好;在靠近最高工作频率时，对称性按指数规律变坏。那么，取决于负载的电压不对称性在平衡-不平衡转换器的输出端可能等于1∶10。

所存在的末端效应问题的原因在于所规定设计的结构：

1.首先，第一个干扰因素是由于在转换器的中心抽头中产生的漏电感Ls造成的（如图3所示）。这个漏电感Ls主要使驻波比变坏，也对对称灵敏度有影响。

2.实质上，平衡-不平衡转换器对不对称负载的灵敏度取决于最小调节电容量的选择以及相关的最高的工作频率。

图4所示的是图3经过改进后的能消除第一干扰（漏电感）的转换器：中心抽头通过两个管段10和11对称地从两侧加以“覆盖”，且在中间设置一开口缝12。这个工艺取决于所要求的介电强度。管段10和11与中心抽头的同轴内导体3互联，在任何情况下，都形成50欧姆的同轴线（根据实例）或不同的线阻抗。

更进一步说，在任何情况下，也可能仅从一侧设置管段13，用缝14将管段与另一侧分开（图5和图6）。设置缝的开口是依所需介电强度而确定的。

由图7和图8示出减少漏电感的另外一些方案。抽头（在导体部分4和17之间有一间隔，同轴内导体3的）的外径随着隆起部15或16的形成而增加，以此来减少了漏电感。必须考虑的一点是隆起部15、16在50欧姆同轴线内不能提供给第一导体部分4。这就是选择单锥体（图8）或双锥体（图7）的原因。

朝着中心抽头方向（图9），通过一个分段13（大约每20厘米为100毫微亨漏电感）移动电容C1，以便使漏电感Ls得到进一步的补偿。通过对称输出线7、8的对称输出2的抽头，也可直接经过电容器C1完成。这种抽头的两个实施例如图9A及图9B所示。它是用简单机械方式进行的。第二影响（不对称负载灵敏度）是当下述条件即电容器C1的最小调节电容量Cmin得到满足时才可能减小。

Cmin/Casvm＞4

其中Casym表示的是在输出端存在的最大不对称的电容量。

图10A～C是另外的实施例，它是用多个电容C1……C8来代替单个电容C1。

除了可变电容C1之外分别连接在导体部分与壳体5之间的另外两个电容器C2，C3（可变的或不变的）被提供在图10A中导体部分4和17之间。

图10B所示，两个可变电容器C4，C5串接在导体部分4、17之间，且在其中间点处接地。这种解决方式带来各种好处，例如，更有利于在传输线上克服不对称性。

图10B中的中间点接地，也可经过另一电容器C8接地（如图10C所示）。

如图10A所示，在任何情况下，把附加电感L插入到对称输出端，就能扩展转换器的频率范围。在此方法中，补偿可以扩展到更高的频率范围，为此就需要使电容器C1的电容量C小于Cmin。

显然，本发明所进行的众多的改进及改变按照以上所说是可能的。所以，必须了解到，在附属的权利要求的范围内，本发明也可以按不同于在这里所专述的那样进行实践。

标识表

1 同轴输入

2 对称输出

3 同轴内导体

4，17 导体部分

5 壳体

6 内心

7，8 对称输出线

9 开口

10，11，13 管段

12，14 缝

15，16 隆起部

18，19 线

20 短路线

21 短路棒

C1，C1……C8 电容器

L 电感器

Ls 漏电感

11……13 分段

Claims

1、一种平衡环，包括

(a)一个具有内心(6)的壳体(5)；

(b)在壳体(5)内，具有第一和第二分段(11或12)的第一导体部分(4)，其第一导体部分用同轴内导体以同轴线的形式在第一分段上构成，它还作为同轴线通过壳体(5)的一侧并在那里形成同轴输入(1)，而在壳体(5)内的另一侧则自由地终止；

(c)在壳体(5)的内部，第二导体部分(17)具有第一和第二分段(11或12)，第二导体部分(17)与第一导体部分(4)之间有一间隔，且两者平行，经过壳体(5)与在同轴输入端(1)的一侧与壳体(5)连接，在壳体(5)内部的另一侧为自由端；

(d)在第一导体部分(4)中，在第一分段(11)的末端有一开口(9)，通过开口(9)同轴内导体(3)以与第一导体部分(4)垂直从第一导体部件中露出并联接到第二导体部分(17)；以及

(e)在任何情况下，在第二分段(12)上连接在其中一个导体部分(4，17)的两条对称输出线(7，8)从壳体(5)引出，且在那里形成对称输出端(2)；

其中

(f)在第二分段(12)上在第一和第二导体部分(4或17)之间至少设置有一可变电容器(C1……C8)；以及

(g)这种平衡环所选择的第一分段(11)至少要单独用一个电容器(C1……C8)才能进行不同频率的调谐。

2、根据权利要求1所述的平衡环，其中，为了减小漏电感，在第一和第二导体部分（4或17）之间至少用一管段（10，11，13）围绕着同轴内导体（3），并将导体部分（4，17）中的一个与同轴内导体（3）连接在一起，以形成同轴线。

3、根据权利要求2所述的平衡环，其中，所提供的两个管段（10，11）每个都分别与导体部分（4，17）相连，且用缝（12）将两者分开。

4、根据权利要求2所述的平衡环，其中，仅提供一个管段（13）分别与导体部分（4，17）相连，且用缝（14）从另一导体部分中分开。

5、根据权利要求1所述的平衡环，其中，为了减小漏电感，在两导体部分（4，17）之间同轴内导体（3）有一隆起部（15，16）。

6、根据权利要求5所述的平衡环，其中，隆起部（15，16）为单一的或双锥体形状。

7、根据权利要求1所述的平衡环，其中，为了减小漏电感，至少有一电容器（C1……C8）与两导体部分（4，17）连接在一个点上，用第三分段（13）消除导体部分（4，17）自由端的漏电感。

8、根据权利要求1所述的平衡环，其中，两电容器（C4，C5）是串接在第一和第二导体部分（4，17）之间的，且在两电容器的中间点接地。

9、根据权利要求8所述的平衡环，其中，通过另一电容器（C8）接地。

10、根据权利要求1所述的平衡环，其中，在任何情况下，导体部分（4，17）的自由端都是通过另一电容器（分别为C2或C3）与壳体（5）连接。

11、根据权利要求1所述的平衡环，其中，为了扩展频率范围，在对称输出线（7，8）之间用附加电感器（L）连接。

12、根据权利要求1所述的平衡环，其中，选择

Cmin/Casym＞4

Cmin为至少一个电容（C1……C8）的可调谐的最小电容值;Casym为输出端存在的最大不对称的电容值。