Изобретение относится к трансформаторам высокочастотных устройств используемых при построении радиопередатчиков и усилителей КВ-УКВ диапазона.The invention relates to transformers of high-frequency devices used in the construction of radio transmitters and amplifiers KV-VHF range.
Известен высокочастотный трансформатор типа длинной линии (Алексеев О.В., Головков А.А., Полевой В.В., Соловьев А.А. «Широкополосные радиопередающие устройства. Л., Связь, 1978 г., стр. 155, рис. 8.14б), состоящий из ферритовой трубки или набора ферритовой колец, внутри которых помещен ВЧ кабель.Known high-frequency transformer of the long line type (Alekseev O.V., Golovkov A.A., Polevoy V.V., Soloviev A.A. “Broadband radio transmitting devices. L., Communication, 1978, p. 155, fig. 8.14b), consisting of a ferrite tube or a set of ferrite rings inside which an RF cable is placed.
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является высокочастотный трансформатор (В.В. Шахгильдян. «Проектирование радиопередающих устройств». Л., Радио и связь, 1984 г., стр. 176, рис. 4-20б), выбранный в качестве прототипа «одновитковой» конструкции трансформатора, в котором ВЧ кабель, образующий виток трансформатора, пропущен через два цилиндрических ферритовых сердечника.Closest to the proposed technical solution is a high-frequency transformer (VV Shakhgildyan. “Designing radio transmitting devices.” L., Radio and Communications, 1984, p. 176, Fig. 4-20b), selected as a prototype “single-turn »The design of the transformer, in which the RF cable forming the coil of the transformer is passed through two cylindrical ferrite cores.
Недостатком прототипа при повышенной ВЧ мощности в кабеле являются значительные изменения магнитной индукции вдоль радиуса ферритового сердечника, а следовательно, и мощность потерь, определяющих температуру всего устройства.The disadvantage of the prototype with increased RF power in the cable are significant changes in magnetic induction along the radius of the ferrite core, and therefore the power of losses that determine the temperature of the entire device.
Техническая задача, решаемая изобретением, заключается в принудительном выравнивании в сечении сердечника высокочастотных магнитных полей даже при возможном отклонении кабеля от оси сердечника.The technical problem solved by the invention is the forced alignment in the cross section of the core of high-frequency magnetic fields even with a possible deviation of the cable from the axis of the core.
В мощных ВЧ трансформаторах внутренний диаметр сердечника должен выбираться существенно больше, чем радиальный размер кабеля, находящегося внутри этого сердечника. Делается это для того, чтобы уменьшить изменение магнитной индукции вдоль радиуса сердечника, которая изменяется обратно пропорционально расстоянию от оси проводника с током, находящегося внутри сердечника. Поэтому при увеличении радиальных размеров сердечника различие магнитной индукции на его внутренней и внешней поверхностях снижается, а следовательно, уменьшается и мощность потерь, выделяемая в этих областях, и температура ферритового сердечника. Поскольку к крайним зажимам наружного проводника коаксиального кабеля прикладывается высокочастотное напряжение, по наружной поверхности оплетки этого кабеля будет проходить ток. Магнитное поле тока имеет центральную, относительно оси кабеля, симметрию. Именно поэтому ось симметрии коаксиального кабеля внутри цилиндрического сердечника и ось самого сердечника должны совпадать. При отклонении кабеля от продольной оси сердечника, магнитное поле в различных частях сердечника по периметру кольца будет различным, и различие это будет тем сильнее, чем больше кабель отклоняется от оси сердечника. При этом различие магнитных полей в частях сердечника может быть существенным, поэтому и напряженности магнитного поля в этих частях сердечника могут отличаться в несколько раз. Следствием захода в область насыщения магнитного материала даже в небольшой части сердечника будет не только появление искажений в передаваемом сигнале, но и возникновение градиента температуры по периметру сердечника. Последнее обстоятельство может служить причиной механического разрушения сердечника. Поэтому, чтобы избежать насыщения даже в небольшой части сердечника, приходится при расчете делать запас по величине допустимой магнитной индукции по всему объему сердечника, что ведет, в итоге, к существенному росту габаритов и массы трансформатора.In high-power high-frequency transformers, the inner diameter of the core should be chosen significantly larger than the radial size of the cable inside this core. This is done in order to reduce the change in magnetic induction along the radius of the core, which varies inversely with the distance from the axis of the conductor with the current inside the core. Therefore, with an increase in the radial dimensions of the core, the difference in magnetic induction on its inner and outer surfaces decreases, and therefore, the loss power released in these areas and the temperature of the ferrite core also decrease. Since high frequency voltage is applied to the extreme terminals of the outer conductor of the coaxial cable, a current will pass along the outer surface of the braid of this cable. The magnetic field of the current has a central symmetry relative to the axis of the cable. That is why the axis of symmetry of the coaxial cable inside the cylindrical core and the axis of the core itself must match. When the cable deviates from the longitudinal axis of the core, the magnetic field in different parts of the core around the perimeter of the ring will be different, and the difference will be the greater, the more the cable deviates from the axis of the core. In this case, the difference in magnetic fields in the parts of the core can be significant, therefore, the magnetic field strengths in these parts of the core can differ several times. The result of entering the saturation region of the magnetic material even in a small part of the core will be not only the appearance of distortions in the transmitted signal, but also the appearance of a temperature gradient around the perimeter of the core. The latter circumstance can cause mechanical destruction of the core. Therefore, in order to avoid saturation even in a small part of the core, it is necessary to make a margin in the calculation according to the value of permissible magnetic induction over the entire volume of the core, which leads, as a result, to a significant increase in the dimensions and mass of the transformer.
Поставленная задача решается за счет того, что в ферритовом сердечнике устанавливается электропроводящая трубка, внутри которой проходит отрезок ВЧ кабеля, концы оплетки которого присоединены к соответствующим концам трубки.The problem is solved due to the fact that an electrically conductive tube is installed in the ferrite core, inside of which there is a segment of the RF cable, the ends of the braid of which are connected to the corresponding ends of the tube.
Изобретение (высокочастотный трансформатор) поясняется рисунками, где на фиг. 1 изображен трансформатор, используемый для инвертирования или симметрирования ВЧ сигнала коаксиального кабеля, на фиг. 2 - «одновитковый» трансформатор, на фиг. 3 - вариант исполнения «одновиткового» трансформатора.The invention (high-frequency transformer) is illustrated by drawings, where in FIG. 1 shows a transformer used to invert or balance the RF signal of a coaxial cable; FIG. 2 - “single-turn” transformer, in FIG. 3 - embodiment of the "single-turn" transformer.
Внутри ферритового сердечника 1 (фиг. 1), составленного из отдельных колец, вдоль его внутренней поверхности устанавливается цилиндрическая трубка 2 из электропроводящего материала. Края этой трубки перемычками 3 и 4 (изготовленными из того же материала, что трубка) соединяются с помощью проводников 5, 6 с оплеткой коаксиального кабеля 7, расположенного внутри трубки. В итоге ток, определяемый разностью потенциалов на границах оплетки кабеля, пойдет не по наружной поверхности оплетки кабеля, а по поверхности установленной цилиндрической трубки 2 по перемычкам 3, 4 и проводникам 5, 6. При этом местоположение кабеля внутри цилиндрической трубки не влияет ни на токи внутри кабеля, ни на ток по внешней поверхности цилиндрической трубки. Внутри объема, определяемого цилиндрической поверхностью и замыкающими его перемычками, кабель может располагаться произвольно, например так, как показано на рисунке фиг. 1. При разбиении сердечника на две части (аналогично тому, как это выполнено на фиг. 2) электропроводящие конструкции устанавливаются в обеих частях сердечника с соответствующими соединениями в каждой из них. Длина кабеля трансформатора может быть сокращена за счет спрямления кабеля внутри проводящих цилиндров и эксцентричного его расположения внутри них (фиг. 3). Для уменьшения влияния участков ферритового сердечника на магнитное поле оплетки отрезка коаксиального кабеля, соединяющего две части конструкции, целесообразно эту часть кабеля отдалить от плоской поверхности сердечников с одновременным увеличением длины электропроводящей конструкции.Inside the ferrite core 1 (Fig. 1), composed of individual rings, a cylindrical tube 2 of an electrically conductive material is installed along its inner surface. The edges of this tube with jumpers 3 and 4 (made of the same material as the tube) are connected using conductors 5, 6 to the braid of the coaxial cable 7 located inside the tube. As a result, the current determined by the potential difference at the borders of the cable sheath will not go along the outer surface of the cable sheath, but along the surface of the installed cylindrical tube 2 through jumpers 3, 4 and conductors 5, 6. Moreover, the location of the cable inside the cylindrical tube does not affect currents inside the cable, no current on the outer surface of the cylindrical tube. Inside the volume defined by the cylindrical surface and the jumpers closing it, the cable can be arranged arbitrarily, for example, as shown in the figure of FIG. 1. When the core is divided into two parts (similar to how it is done in Fig. 2), the electrically conductive structures are installed in both parts of the core with the corresponding connections in each of them. The cable length of the transformer can be reduced by straightening the cable inside the conductive cylinders and its eccentric location inside them (Fig. 3). To reduce the effect of ferrite core sections on the magnetic field of the braid of a segment of a coaxial cable connecting two parts of the structure, it is advisable to move this part of the cable away from the flat surface of the cores while increasing the length of the electrically conductive structure.
