Помощь студентам в учебе
Расчет устройства сложения радиосигналов
|
РЕФЕРАТ 2
ВВЕДЕНИЕ 5
1 Трансформаторные устройства сложения 9
1.1 Широкодиапазонные мостовые схемы 11
1.2 Устройства с одним магнитопроводом 13
1.3 Устройства с двумя магнитопроводами 15
1.4 Сложение мощностей двухтактных усилителей 16
1.5 Устройство попарного сложения мощности 18
2 Пространственное сложение мощности 19
3 Мостовые устройства на элементах 21
3.1 Резонансные мостовые схемы 24
3.2 Гибридные кольца 27
3.3 Квадратурные мосты 29
4 Расчет устройства сложения мощностей 36
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 39
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 40
ВВЕДЕНИЕ 5
1 Трансформаторные устройства сложения 9
1.1 Широкодиапазонные мостовые схемы 11
1.2 Устройства с одним магнитопроводом 13
1.3 Устройства с двумя магнитопроводами 15
1.4 Сложение мощностей двухтактных усилителей 16
1.5 Устройство попарного сложения мощности 18
2 Пространственное сложение мощности 19
3 Мостовые устройства на элементах 21
3.1 Резонансные мостовые схемы 24
3.2 Гибридные кольца 27
3.3 Квадратурные мосты 29
4 Расчет устройства сложения мощностей 36
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 39
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 40
В ряде случаев требуется строить генераторы и передатчики таких больших мощностей, которые не могут быть получены от одной или небольшого числа существующих типов ламп или транзисторов. Для этих целей иногда разрабатываются новые специальные лампы или транзисторы повышенной мощности. Однако такой путь не всегда является лучшим, потому что разработка и организация производства новых ламп и транзисторов обходятся дорого, надёжность их может быть невысокой, а потребность в них небольшой. Кроме того, существуют физические и технологические ограничения на создание более мощных приборов. Например, в настоящее время разработаны генераторные лампы на мощности до 0,5...3,0 МВт, а генераторные транзисторы - до 250... 1000 Вт на частотах до 150... 1000 МГц, и дальнейшее увеличение мощностей в несколько раз, а тем более на порядок, представляет трудную, практически невыполнимую задачу. В то же время включение большого числа ламп или транзисторов непосредственно параллельно или параллельно в каждом плече двухтактной схемы имеет целый ряд недостатков. Если же совершенствовать методы суммирования мощностей генераторных приборов, то во многих случаях это оказывается более экономичным и обеспечивает более надежную работу устройства, например, при выходе из строя одного из приборов у остальных работа не прерывается.
Весьма значителен разброс параметров у транзисторов. Выравнивание (симметрирование) их нагрузки обычно осуществляется путем включения резисторов в цепи эмиттеров, что приводит к ухудшению энергетических показателей устройства. На повышенных частотах эта мера неприемлема из-за наличия индуктивности у соединительных проводов, поэтому на коротких, тем более ультракоротких волнах параллельное соединение транзисторов не применяется.
Гораздо меньше разброс параметров у электронных ламп. Поэтому параллельное соединение небольшого числа (2-3) мощных ламп практикуется и в настоящее время. При большом их числе возникают значительные трудности:
а) увеличение размеров соединительных проводов и устройства в целом усиливает его склонность к паразитному самовозбуждению и ухудшает нейтрализацию. Кроме того, из-за падения напряжений в соединительных проводах входные и выходные напряжения на лампах оказываются неидентичными по амплитуде и фазе, что приводит к понижению энергетических показателей генератора. Очевидно, с повышением рабочей частоты эти недостатки усугубляются;
Чтобы сделать аноды и сетки ламп эквипотенциальными, их иногда располагают по окружности, соединяя электроды между собой металлическими дисками. При этом однако, замена неисправной лампы сильно затрудняется;
б) в электронных приборах, работающих при высоких напряжениях, иногда возникают пробои и вспышки газа, создающие короткое замыкание для источников питания и колебательных цепей. Лампы с сеточным управлением могут, кроме того, выйти из строя из-за касания сетки с катодом, создающего короткое замыкание для сеточных цепей. Защита от упомянутых коротких замыканий должна быть весьма быстродействующей, так как в отличие от электрических машин электронные приборы (особенно полупроводниковые) не терпят кратковременной перегрузки.
Для уменьшения трудностей параллельного соединения генераторных приборов и повышения надежности работы устройства его стали строить, начиная с 30-х годов, в виде нескольких блоков меньшей мощности, каждый из которых содержит приемлемое число генераторных приборов, входную и выходную колебательные согласующие цепи, связанные, в свою очередь, с общими ВЧ возбудителем и нагрузкой. На практике получили применение три метода суммирования мощностей блоков.
Основными параметрами МУ являются:
а) Количество N развязанных генераторов (источников) или нагрузок;
б) Коэффициент деления мощности k. При N > 2, как правило, m = 1;
в) Мощность (Р) источников суммируемых мощностей или источника в режиме деления. Она определяет габариты элементов МУ и балластных нагрузок, а также в некоторой степени предопределяет выбор типа МУ;
г) Номинальные сопротивления входов. Обычно МУ связывается с источниками и нагрузками посредством фидеров (кабелей, линий) и с волновыми сопротивлениями W последних согласуются номинальные входные сопротивления (Р). Нередко реальное входное сопротивление отличается от номинального R и на выходе возникает отражение, о котором судят по коэффициенту отражения.
д) Степень развязки или просто развязка между входами МУ. Ее определяют следующим образом: к одному из развязываемых входов подключается источник с внутренним сопротивлением, равным номинальному для данного входа, к остальным (N - I) входам - резисторы с номинальными для входов сопротивлениями.
е) Диапазонные (полосовые) свойства. Они определяются в соответствии с допустимыми изменениями коэффициента отражения, величины развязки и коэффициента деления мощности. У разных типов МУ частотные свойства проявляются неодинаково. Так, например, у МУ, построенном из отрезков двухпроводных линий одинаковой длины l, развязка в принципе частотно-независима, однако входные сопротивления сильно изменяются с частотой. МУ на отрезках связанных линий отличаются широкополосными развязкой и согласованием, но у них частотно-зависимым является коэффициент деления мощности.
Наиболее широкополосными являются трансформаторные мосты, однако они ограничены по частоте и мощности. Полосовые свойства МУ на отрезках линий и элементах с сосредоточенными постоянными удается улучшить, сделав их многосекционными. Два реактивных плеча выполняются из нескольких секций. Эти секции соединяются между собой резисторами, выполняющими в совокупности функции балластной нагрузки.
ж) Надежность работы МУ, являющегося необслуживаемым устройством, естественно, должна быть весьма высокой. При проектировании мощных устройств возникает вопрос о выборе номинальной мощности балластных нагрузок. Если исключить из рассмотрения возможность противофазного подключения одного из генераторов, но потребовать, чтобы при любых отключениях генераторов ни один из балластных резисторов не оказался перегруженным, то в случае многополюсного моста суммарная номинальная мощность балластной системы может превысить суммарную мощность (NP) генераторов. Учитывая неодинаковую вероятность отключений разных сочетаний генераторов, способность резисторов выдерживать некоторую перегрузку и возможности их защиты, можно сделать балластную систему менее громоздкой.
Весьма значителен разброс параметров у транзисторов. Выравнивание (симметрирование) их нагрузки обычно осуществляется путем включения резисторов в цепи эмиттеров, что приводит к ухудшению энергетических показателей устройства. На повышенных частотах эта мера неприемлема из-за наличия индуктивности у соединительных проводов, поэтому на коротких, тем более ультракоротких волнах параллельное соединение транзисторов не применяется.
Гораздо меньше разброс параметров у электронных ламп. Поэтому параллельное соединение небольшого числа (2-3) мощных ламп практикуется и в настоящее время. При большом их числе возникают значительные трудности:
а) увеличение размеров соединительных проводов и устройства в целом усиливает его склонность к паразитному самовозбуждению и ухудшает нейтрализацию. Кроме того, из-за падения напряжений в соединительных проводах входные и выходные напряжения на лампах оказываются неидентичными по амплитуде и фазе, что приводит к понижению энергетических показателей генератора. Очевидно, с повышением рабочей частоты эти недостатки усугубляются;
Чтобы сделать аноды и сетки ламп эквипотенциальными, их иногда располагают по окружности, соединяя электроды между собой металлическими дисками. При этом однако, замена неисправной лампы сильно затрудняется;
б) в электронных приборах, работающих при высоких напряжениях, иногда возникают пробои и вспышки газа, создающие короткое замыкание для источников питания и колебательных цепей. Лампы с сеточным управлением могут, кроме того, выйти из строя из-за касания сетки с катодом, создающего короткое замыкание для сеточных цепей. Защита от упомянутых коротких замыканий должна быть весьма быстродействующей, так как в отличие от электрических машин электронные приборы (особенно полупроводниковые) не терпят кратковременной перегрузки.
Для уменьшения трудностей параллельного соединения генераторных приборов и повышения надежности работы устройства его стали строить, начиная с 30-х годов, в виде нескольких блоков меньшей мощности, каждый из которых содержит приемлемое число генераторных приборов, входную и выходную колебательные согласующие цепи, связанные, в свою очередь, с общими ВЧ возбудителем и нагрузкой. На практике получили применение три метода суммирования мощностей блоков.
Основными параметрами МУ являются:
а) Количество N развязанных генераторов (источников) или нагрузок;
б) Коэффициент деления мощности k. При N > 2, как правило, m = 1;
в) Мощность (Р) источников суммируемых мощностей или источника в режиме деления. Она определяет габариты элементов МУ и балластных нагрузок, а также в некоторой степени предопределяет выбор типа МУ;
г) Номинальные сопротивления входов. Обычно МУ связывается с источниками и нагрузками посредством фидеров (кабелей, линий) и с волновыми сопротивлениями W последних согласуются номинальные входные сопротивления (Р). Нередко реальное входное сопротивление отличается от номинального R и на выходе возникает отражение, о котором судят по коэффициенту отражения.
д) Степень развязки или просто развязка между входами МУ. Ее определяют следующим образом: к одному из развязываемых входов подключается источник с внутренним сопротивлением, равным номинальному для данного входа, к остальным (N - I) входам - резисторы с номинальными для входов сопротивлениями.
е) Диапазонные (полосовые) свойства. Они определяются в соответствии с допустимыми изменениями коэффициента отражения, величины развязки и коэффициента деления мощности. У разных типов МУ частотные свойства проявляются неодинаково. Так, например, у МУ, построенном из отрезков двухпроводных линий одинаковой длины l, развязка в принципе частотно-независима, однако входные сопротивления сильно изменяются с частотой. МУ на отрезках связанных линий отличаются широкополосными развязкой и согласованием, но у них частотно-зависимым является коэффициент деления мощности.
Наиболее широкополосными являются трансформаторные мосты, однако они ограничены по частоте и мощности. Полосовые свойства МУ на отрезках линий и элементах с сосредоточенными постоянными удается улучшить, сделав их многосекционными. Два реактивных плеча выполняются из нескольких секций. Эти секции соединяются между собой резисторами, выполняющими в совокупности функции балластной нагрузки.
ж) Надежность работы МУ, являющегося необслуживаемым устройством, естественно, должна быть весьма высокой. При проектировании мощных устройств возникает вопрос о выборе номинальной мощности балластных нагрузок. Если исключить из рассмотрения возможность противофазного подключения одного из генераторов, но потребовать, чтобы при любых отключениях генераторов ни один из балластных резисторов не оказался перегруженным, то в случае многополюсного моста суммарная номинальная мощность балластной системы может превысить суммарную мощность (NP) генераторов. Учитывая неодинаковую вероятность отключений разных сочетаний генераторов, способность резисторов выдерживать некоторую перегрузку и возможности их защиты, можно сделать балластную систему менее громоздкой.
Мостовой метод суммирования мощностей часто используется для эффективного повышения надежности работы радиопередающего устройства: оно строится в виде двух или ряда комплектов мощностью Р, возбуждаемых от общего ВЧ возбудителя и управляемых общим модулирующим сигналом. Выходные ВЧ каскады связаны посредством питающих фидеров и МУ с нагрузочным фидером. Необходимые фазовые соотношения на входах МУ обеспечиваются фазовращателями. Чтобы избежать большого понижения мощности в нагрузке при длительном выходе из строя одного комплекта, можно предусмотреть возможность переключения питающего фидера работающего комплекта непосредственно на нагрузочный-фидер в обход МУ. Для этого входные сопротивления МУ делаются равными волновому сопротивлению нагрузочного фидера.
