RU7769U1 - Устройство сложения мощностей - Google Patents

Abstract

Устройство сложения мощностей двух когерентных генераторов в общей нагрузке, содержащее две пары передающих линий, у которых выходы соединены между собой каскадно-перекрестно, начала перекрестно-соединенных проводников в каждой паре линий соединены между собой, начала каскадно-соединенных проводников в каждой паре линий являются входными полюсами устройства, причем один полюс каждого входа устройства заземлен, концы проводников, соединенных с этими полюсами, также заземлены и к каскадно-соединенным концам линий подключена несимметричная нагрузка либо несимметричный балластный резистор, а к перекрестно-соединенным концам этих линий - соответственно симметричный балластный резистор или симметричная нагрузка, отличающееся тем, что каждая передающая линия образована двумя коаксиальными кабелями, у которых соединенные между собой жилы образуют один проводник линии, а соединенные между собой оплетки - второй проводник линии, перекрестное соединение выполнено на проводниках, образованных жилами, а каскадное - на проводниках, образованных оплетками кабелей, и волновые сопротивления кабелей равны номинальным входным сопротивлениям устройства.

Description

УСТРОЙСТВО СЛОЖЕНИЯ МОЩН(Х:ТЕЙ

Полезная модель относится к области радиотехники и хгожет быть использована при создании мощных радиопередающих устройств путем сложения мощностей отдельных радиопередающих модзлей.

Известны устройства сложения мощностей двух когерентных источников высокочастотных колебаний, описанные, например, в книге Усхройства сложения и распределения мощностей. высокочастотных колебаний (авторы З.И.Заенцев, В.М,Кат т пкина, С.Е.Лондон, 3.И.Модель) под ред. З.И.Моделя, 1980г, М., Сов.радио. Из различных электри геских схем двухвходовых устройств сложения (т.е. устройств, позволяющтгх; складывать мощности двух когерентных генераторов), наиболее близкой к заявлеьшому устройству является схема, показанная на рис. 1.6в указанной книги. Это - мостовое устройство трансформаторного типа, представляющее собой в сущности дифференциальный трансформатор. Недостатком такого устройства является то обстоятельство, что оно трудно реализуется для широкой полосы частот из-за отрицательного влияния паразитных межвитковых емкостей и индуктивностей рассеяния обмоток трансформатора,

кл. МКИ Н01Р5/16

От этого недостатка свободна электрическая схема мостового устройства сложения мощностей двух генераторов, огагсаннаш в Справочнике по высокочастотным трансформаторным устройствам (авторы С.Е.Лондон. С.В.Томашевич), 1984г,, М,, Радио и связь, с. 151, табл.8.3. п.2. Эта схема является модификацией дифференциального трансформатора. В ней обмотки последнего обраэ тот согласованные двухпроводные передающие линш1, а параз1ггные элементы обмоток образуют погонные емкости и 1шдуктивности этих линий.

Полоса рабочих частот такого устройства получается существенно более широкой. -Зто устройство выбрано в качестве ближайшего аналога

Указанное устройство содерж1гг две пары передающих линий, у которых выходы (концы) соединены между собой каскадно-перекрестно. начала перекрестно-соединенных проводников в каждой паре линий соединены между собой, начала каскадно-соединенных проводников в каждой паре .шший являются входными полюсами устройства, причем один полюс каждого входа устройства заземлен, концы проводников, соед1шенных с .этими полюсами, также заземлены и к каскадно-соединенным концам линий подключена нес1,« 1етричная нагрузка либо несимметричный балластный резистор, а к перекрестно-соединенным концам этих линий - соответственно симметрргчный балластный резистор или симметричная нахрузка.

Для работы в широкой полосе частот целесообразно передающие линии вьшолнять в виде катутпек индуктивностей, в том числе с размещением этих катушек на ферритовом магнитопроводе. Это позволяет увеличить ш ктирующие инд гктивности входов устройства сложения и обеспешггь высокие развязки входов и высокие собственные коэффициенты бегущей волны (КБВ) устройства в нижней части рабочего диапазона частот. Однако в этом случае из-за сближения соседних участков передающей линий происход1гг изменение во.тнового

сопротивлешм этих лищш, и это, в свою очередь, вносит рассогласование и понижает собственный КБВ устройства в его средней и верхней частях рабочето диапазона частот. Кроме того, констр тстивное исполнение двухпроводных передающих линрот в В1ще является достаточно сложным.

В основу настоящей полезной модели положена задача создания устройства сложения мощностей двух когерентных генераторов в общей нагрузке, в котором реализуется простая конструкщи с высоким значением развязок входов и собственного КБВ в широкой полосе частот,

Достигается это за счет того , что в устройстве сложения мощностей двух когерентных генераторов в общей нагрузке, содержащем две пары передающих линий, у которых выходы соединены между собой каскадно-перекреетно, начала перекрестно-соед1шеннььх проводников в каждой паре линий соединены между собой, начала каскадно-соединеннььх проводников в каждой паре линий являются входными полюсами устройства, причем один полюс каждого входа устройства заземлен, концы проводников, соединенных с этими полюсами также заземлены и к каскадно-соединенным концам линий подключена несимметричная нагрузка . .лгибо несимметричньп1 бал.ластный резистор, а к перекрестно-соединенным концам этих линий - соответственно симметричньп балластный резистор шт симметричная нагрузка, каждая передающяя линия образована коаксиальными кабелями, у которых соед1П1е1шые между собой жилы образ тот один проводник линии, а соединенные между собой оплетки - второй проводник линии перекрестное соедхгаение вьшолнено на проводниках, образованных жилами, а каскадное - на проводниках, образованных оп-летками кабелей, и волновые сопротивления кабелей равны номинальным входным сопротивлениям устройства.

Указанное техническое решение позволяет упростить констрзтсцию устройства сложения мощностей, особенно в том случае, когда для обеспечения широкой полосы рабочих час1от передающие лишш выполняются в виде катушек индуктивностей, в том числе размещаемых на ферритовых сердечниках. Кроме того, из-за экранирующего действия оплггок коаксиальных кабелей, исключается электромагнитная связь жил соседшгх участков (витков) передающих линий, и это не приводт: к значительным изменениям волнового сопротивлеш1я казанных лрший . В результате повышаются собственньш КБВ и развязки входов устройства в средней и верхней частях рабочего диапазона частот.

Полезная модель поясняется чертежами, представленными на фиг. 1 и 2.

На фиг. 1 представлена электрическая схема заявленного устройства, на фиг. 2 - иллюстрация перехода от дифференциального трансформатора к ближайшему аналогу.

В устройство сложения мощностей входят; две пары передающих линий 1,2 и 3,4, у которых выходы (5,6), (7,8), (9,10) и (11,12) соедхшены между собой каскадно-перекрестно, начала 13,14 и 15,16 перекрестно-соединенных проводников в каждой паре линий соединены между собой, начала 17,18 и 19,20 каскадно-соединенных проводников в каждой паре линш являются входными полюсами устройс-тва, причем один полюс 18 и 20 каждого входа устройства заземлен, концы 8 и 12 проводников, соединенных с этими полюсами, также заземлены. К каскадно-соед шенным концам 5 и9, 8 и 12 указанных передающих линий 1,2,3 и 4 подключена несимметричная нагрузка 21, либо несимметричный балластный резистор, а к перекрестно-соед гаенным концам 6 и 11, 7 и 10 этих ЛИНШ1 - симметричный балластньы резистор 22 или симметричная нагрузка. Каждая передающая линия 1,2,3 и 4 образована двумя коаксиальными кабелями, у которых соед1шенные между собой жилы ( в точках 6 и 13 для Л1шии 1, 7 и 14 для

лиьши 2, 10 и 15 дтш линии 3, 11 и 16 для линщ 4) образуют од1Ш проводник соответсхвующей , а соединенные между собой оплетки (металлические оболочки кабелей) - второй проводник. Перекрестное соединение (точки 6 линии 1 с точкой 11 Л1ШШ1 4, точки 7 .пинии 2 с точкой 10 линии 3) выполнено на проводниках, образованных жилами кабелей, каскадное (точки 5 линии 1 с точкой 9 линии 3, точки 8 линии 2 с точкой 12 линия 4) - на проводниках, образованных оплетками кабелей.

Работа устройства поясняется с помощью фиг. 2

Исходным устройством является дифференциальньш трансформатор (), содержащий ферритовый магнитопровод 23 и две обмотки 24 и 25, нагруженный на идентичные резисторы 26 и 27. Полюсы 28 и 29 образуют симметричный (первый) вход, а полюсы 30 и 31 - несимметричный (второй) вход устройства, причем полюс 30 соединен со средней точкой обмотки 25. При подаче на первый вход устройства трансформируются равноамшнгпдные и прот юофаэные сигналы на нагрузках 26 и 27, а потенциал средней точки 30 равен нулю, т.е. второй вход устройства развязан от первого входа. При подаче сигнала на второй вход устройства токи растекаются по обмотке 25 в противоположных направлениях и не создают в магнитопроводе 23 колебашш электромагнитной индукции. Соответсвенно потенциалы на нагрузках 26 и 27 будут равны, а в точках 28 и 29 равны нулю. Последнее означает, что первьш вход устройства также развязан от второго входа.

Известно (см.,например, книгу Устройства сложения и распределения мощностей высокочастотных колебаштй под ред. З.И.Моделя, 1980г. Сов.радио, с. 10 , 2.2) что, если входы и нагрузки рассматриваемого устройства поменять местами, то в полученном таким образом устройстве входы также развязаны. Такое устройство (фиг. 26) имеет также ферритовьш магшп-опровод

23, обмотки 24 и 25. Первый вход устройства образован полюсами 17 и 18. а второй - полюсами 19 и 20. Нагрузки 21 и 22 подключены соответственно к средней точке обмотки 25 и к концам обмотки 24. При подаче равноамплитудных синфазных сигнаяов на первьш и второй входы устройства TeKjiipie навстречу друг другу токи не создают в магнитопроводе 23 колебаний электромагнитной индукции, и мопщосгь в нагрузке 22 не выделяется. Соответственно потенциал средней точки, т.е. на нагрузке 21. равен потенциалу на входах устройства, и мощность подведенных ко входам сигналов складывается в нагрузке 21.Нагрузка 22 при этом выполняет функцию симметричного балласта . При подаче на входы устройства равноамплрггудных противофазных сигналов потенциал на нагрузке 21 равен нулю (т.к. она подключена к средней точке обмотки 25). и мощность в ней не вьщеляется, а выделяется в симметричной нагрузке 22. В этом нагрузка 21 выполняет функцию балласта.

Совершенно анадогично рассмотренному работает устройство, показанное на фиг.2в. Оно отличается от предьщ тдего только тем, что обмопса 24 выполнена из двух проводников.

Устройства, показанные на фиг.2а, 26 и 2в, вьшолнены на сосредоточенных элементах. Их взаимные емкости и 1шдуктивности рассеяния являются паразитными элементами, ухудщающими электр1гческие характеристики устройства (развязки, собственньп КБВ, КПД) в верхней части рабочего диапазона частот. Устройство сложения, являющееся ближайшим анапогом, представленное на фиг.2г, вьшолнено на передающих линиях 1, 2, 3, 4, проводники которых 17-5, 13-6, 19 - 9, 15 -10 вьшодшяют те же функции, что и соответствующие проводники устройства, показанного на фиг,2в, с той лишь разницей, что погонные емкости и индуктивности рассеяния э-пк проводников входят в волновые сопрот1тления передающих шший 1 и 3. Проводники 14-7, 188 и 16 - 11, 20 - 12 o6pa3 TOT фазокомпенсирующие лижш 2 и 4, назначение которых - обеспеч1пъ равные набеги фаз от входов устройства до нагрузок 21 и 22. Волновые сопротивления передающих лшний равны R/2, где R - внутреннее сопротивление каждого источника колебаний (генератора). Последнее обусловлено тем, что входы линий 1 и 2, так же как 3 и 4, соединены последовательно.

Для обеспечения достаточно высоких развязок генераторов и собственного КБВ устройства в нижней части рабочего диапазона частот необходимо обеспечить вьшолнение условия R, где f - нижняя частота рабочего диапазона частот, L - ИНДУКТИВНОСТЬ

Н

холостого хода устройства. Это приводит к необходимости размещеюм передающих линий 1 и 3 на ферритовом магнитопроводе ( на фиг.2г магнитопровод не показан ), либо исполнения этих линий в виде катушек гадуктивности. Однако при этом возникает паразитная взаимосвязь соседних В1ГГКОВ линий, и это приводит к частотно - зависящим изменениям их волновых сопротивлений. Последнее, в свою очередь, привод гг к v-MeHbrnem M развязок входов и собственного КБВ устройсгва сложения мощностей. Кроме того, конструктивное исполнение устройства с указанными передающими линиями, размещаемыми Л11бо в окне ферритового магнитопровода, .штбо выполняемЬ1ит в вцде катушек индуктивностей, достаточно сложно. Наконец, для устройств. складывающих повьппенные мощности, каждая из казанньг1{ линий должна выдерживать также повьштенную мощность Р/2, где Р - мощность каждого источника колебаний, и это приводит к дополнительным усложнениям конструкщш устройства.

в предлагаемом устройстве сложения мощностей указанные недостатки в определенной степени устраняются образования передающих линий 1, 2, 3, 4 из коаксиальных кабелей в соответствии с фиг. 1 (при работа ycTpoiiciBa идентична работе устройства, иоказаг ного на фиг. 2г.). В этом сд-учае взаимная сеязь соседних участков виутрештах проводшжов (ж1и1 коаксиа-ньньк кабелей) отсутствует, благодаря экранирующему действию оплеток кабелей. Конструкция устройства оказьгаастся при этом более простой. Мощности, передаваемые каждым кабелем, равны Р/4 (это позволяет испо.шьзовать кабели с пониженным поперечным сечением)., что также ведег к упрощеш-по конструкции устр йства. складывающего повьпиеьшые мощности.

Волновые сопротивогения коаксиальных кабелей должны равняться удаоештым во.тшовым сопротивлениям передающттх .линий на фиг.2г (т.к. кабели попарно запараллелены), т.е. должны быть равны ном1шальным входным сопротивлениям устройства. Так как последние имеют обычно стандартные значения (75 Ом ши 50 Ом), то и кабели, необходимые д.:ъч констр кци;т устройства сложения, также являются стандартными, т.е. выпускающимися промышле1шостью, и .это позволяет дополнительно упростить конструкцию устройства сложения мощностей.

Claims (1)

1. Устройство сложения мощностей двух когерентных генераторов в общей нагрузке, содержащее две пары передающих линий, у которых выходы соединены между собой каскадно-перекрестно, начала перекрестно-соединенных проводников в каждой паре линий соединены между собой, начала каскадно-соединенных проводников в каждой паре линий являются входными полюсами устройства, причем один полюс каждого входа устройства заземлен, концы проводников, соединенных с этими полюсами, также заземлены и к каскадно-соединенным концам линий подключена несимметричная нагрузка либо несимметричный балластный резистор, а к перекрестно-соединенным концам этих линий - соответственно симметричный балластный резистор или симметричная нагрузка, отличающееся тем, что каждая передающая линия образована двумя коаксиальными кабелями, у которых соединенные между собой жилы образуют один проводник линии, а соединенные между собой оплетки - второй проводник линии, перекрестное соединение выполнено на проводниках, образованных жилами, а каскадное - на проводниках, образованных оплетками кабелей, и волновые сопротивления кабелей равны номинальным входным сопротивлениям устройства.