Главная страница Комод Кухня Компьютерный стол Плетеная мебель Японский стиль Литература
Главная  Устройства сложения и распределения 

[ 1 ] 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49

устройства сложения-распределения

Развитие радиопередающей техники характеризуется в значительной степени ростом мощностей и расширением диапазона используемых частот.

Проблема получения возрастающих мощностей решалась двумя путями:

1) созданием генераторных приборов повышенной мощности. В настоящее время выпускаются электронные лампы с сеточным управлением мощностью в непрерывном режиме до 1000-2000 кВт, СВЧ приборы-до 500 кВт. Что касается транзисторов, то их мощности пока не превышают 200-300 Вт на частотах до сотен мегагерц, на более высоких частотах их мощности значительно уменьшаются;

2) совершенствованием методов суммирования мощностей генераторных приборов. Такой путь во многих случаях оказывается более экономичным и обеспечивает более надежную работу устройства, если при выходе из строя одного из приборов у остальных работа не прерывается.

Наиболее простой способ суммирования мощностей генераторных приборов, заключающийся в их параллельном соединении, обладает существенным недостатком: вследствие разброса параме ров нагрузка распределяется между приборами неравномерно, соответственно потери на электродах оказываются неодинаковыми.

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 повышен-

НЫХ 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.

1.2. СИСТЕМА БЛОКОВ, ВЗАИМОСВЯЗАННЫХ ЧЕРЕЗ ОБЩУЮ НАГРУЗКУ

На рис. 1.1 показаны основные варианты взаимосвязанных через нагрузку блоков (системы блоков). Их колебательные контуры LC связаны с общим нагрузочным контуром, настроенным

* ВЧ усилители, работающие в режиме ключевого генерирования , Удается построить на большом числе транзисторов, развязав их коллекторные цепи посредством индивидуальных разрядных индуктивностей. Однако рабочий диапазон таких усилителей не превышает единиц мегагерц.



в резонанс. При последовательном соединении N катушек связи (рис. 1.1, а) эквивалентное сопротивление контура блока при отсутствии потерь в нем = LlCr = LrJCxlN возрастает обратно пропорционально числу включенных блоков (если сопротивление связи = const). Если часть блоков выключается, то для сохранения нормального режима у остальных блоков нужно соответственно увеличить Хсв- Регулируя Хсл, можно в широких пределах изменять R и колебательную мощность блока. Это говорит о возможности компенсировать разброс параметров электронных приборов в разных блоках.

На рис. 1.1, б катушки связи Lcb нагрузочного контура соединены параллельно. Пусть из общего числа N с блоками связаны катушек связи. Легко убедиться, что тогда ток в нагрузочном сопротивлении Гн пропорционален отношению NJN и при добротности нагрузочного контура Qh > 5 токи в катушках связи, как в связанных, так и в не связанных с блоками, практически одинаковы [1]. В этом отношении схема рис. 1.1, б мало отличается от схемы рис. 1.1, а.

В отличие от параллельного соединения генераторных приборов короткое замыкание в приборе или в контуре блока не создает короткого замыкания в других блоках. Крупным преимуществом системы блоков является возможность отключения неисправного блока, его последующего ремонта, а также включения резервного блока без перерыва в работе всего устройства.

Система взаимосвязанных блоков, однако, обладает рядом существенных недостатков, (Обусловленных именно взаимосвязью между блоками через общий нагрузочный контур:

а) изменение величины связи х^в блока с нагрузочным контуром отражается на нагрузке Rg и режиме работы других блоков. Гораздо большие осложнения возникают в случае прекращения работы электронных приборов блока из-за отсутствия ВЧ возбуж-


Рис. 1.1. Последовательная (а) н параллельная (б) схемы включения блоков

дения, перегорания катода, выключения источника питания и т. д. При этом контур неисправного блока, будучи связанным с нагрузочным контуром, превращается в потребителя мощности последнего. Так как он имеет высокую добротность и настроен в резонанс, то в нем резко увеличивается ток (особенно в последовательной схеме) и возникают опасные перенапряжения [1] на контурных и нейтродинных конденсаторах, в катушках индуктивности и др. Во избежание серьезной аварии аппаратуры контура должна быть предусмотрена ее автоматическая быстродействующая защита;

б) по мере повышения частоты и увеличения мощности, а следовательно, и размеров блоков становится труднее обеспечить идентичные условия их работы-одинаковое и синфазное возбуждение и одинаковую связь с нагрузочным контуром. При несинфазном ВЧ возбуждении блоки работают как бы на расстроенную нагрузку, вследствие чего понижаются их энергетические показатели. Неидентичность связи с нагрузочным контуром обусловлена: у последовательной схемы емкостными связями с катушками Lcb находящимися под разными потенциалами относительно земли, у параллельной схемы - индуктивностью монтажных шин.

Система взаимосвязанных блоков была впервые реализована в 1933 г. на 5(Ю-кВт радиовещательной станции им. Коминтерна. Ее оконечный каскад состоял из шести рабочиХ| и одного резервного блока, каждый из которых содержал 12 триодов мощностью по 30 кВт. Несмотря на невысокую тогда надежность этих 72 ламп передатчик работал практически бесперебойно: неисправности в лампах приводили только к выключению отдельных блоков и соответствующему понижению мощности. Возможность удобного ремонта блока и наличие резервного позволяли быстро довести мощность до нормального значения.

Во второй половине 30-х годов мощные радиовещательные станции стали строиться с анодной модуляцией в оконечном каскаде, осуществляемой двухтактным модулятором класса В. Его мощность составляет около 70% мощности несущей частоты передатчика. Такие модуляционные устройства у сверхмощных станций целесообразно было строить также по системе блоков. На первой подобной 500-кВт СВ радиостанции в США оконечный каскад модулятора состоял из двух блоков. Вторичные обмотки их выходных трансформаторов, включенные последовательно, модулировали анодные цепи трех блоков оконечного ВЧ каскада. В СССР нашла применение предложенная А. Л. Минцем более совершенная система генера-торно-модуляторных блоков: каждый ВЧ блок имеет автономный модулятор. По этому принципу была построена во время второй мировой войны наиболее мощная по тому времени в мире СВ - ДВ радиостанция 1200 кВт.

Положительный опыт построения мощных модуляторов класса В, работающих с хорошими показателями в 20-30-кратном интервале звуковых частот, стимулировал разработки апериодических



широкополосных трансформаторных ВЧ усилителей мощности класса В. В последнее время широкое применение получили двухтактные транзисторные усилители на трансформаторах типа линий (ТЛ).

Менее успешными были попытки реализации системы взаимосвязанных блоков в диапазоне коротких волн. Помимо указанных затруднений, выявилось еще одно: в случае большой мощности линейные размеры нагрузочного контура во много раз превышают длину волны. Поэтому контур приходится выполнять в виде комплекса фидерных линий. Даже при одинаковой длине / линий, связывающих блоки с нагрузкой, характер взаимосвязи между блоками существенно изменяется по диапазону волн. Если рабочая частота такова, что в линиях укладывается нечетное число Я/4, то блоки оказываются как бы включенными последовательно с нагрузкой (выключение блока сопровождается перенапряжениями в связывающем его с нагрузкой фидере); если в фидерах укладывается четное число Я/4, то блоки оказываются как бы соединенными параллельно с нагрузкой и пробой в одном блоке создает короткое замыкание для всей системы [1].

Трудности, характерные для системы взаимосвязанных блоков, исчезают, когда блоки развязаны и работают независимо друг от друга. Независимая работа реализуется при суммировании мощности в пространстве и суммировании по принципу сбалансированного моста.

1.3. СЛОЖЕНИЕ МОЩНОСТЕЙ В ПРОСТРАНСТВЕ

Имея в виду сложную КВ антенну, состоящую из нескольких более простых антенн, слабо связанных между собой, И. X. Невяж-ский предложил в 1935 г. складывать мощности блоков оконечного каскада передатчика не в общем фидере, как обычно, а в пространстве. Для этого нужно каждую парциальную антенну питать от блока посредством отдельного фидера.

Данная идея сравнительно просто реализуется в случае[сложных антенн с горизонтальной поляризацией. На рис. 1.2 показана зависимость составляющих импеданса связи г^в = / св+Дсв между двумя полуволновыми вибраторами, расположенными на одной прямой, от относительного расстояния d/Я между ними. Из графиков видно, что по сравнению с собственным сопротивлением вибратора (оно соответствует d/Я = 0) импеданс связи мал, когда d/Я 0,7, что приемлемо с точки зрения полярной диаграммы. Причем, изменяя сдвиг фаз между токами в вибраторах, можно изменять в некоторых пределах направление излучения.При'нена-* правленном излучении для данной системы может быть использована турникетная антенна.

В СВ и ДВ диапазонах используютсявертикально поляризованные антенны, образованные параллельно расположенными вибраторами. Импеданс связи между ними оказываетсямалым^только при отношении d/Я, в несколько раз большем 1 (однако при этом

полярная диаграмма излучения получается многолепестковой). Можно осуществить антеннуюсистему подобно турникетной из двух пар переменно-фазных антенн, питая их от двух блоков со сдвигом по фазе в 90°.

Недостатками системы сложения мощностей в пространстве являются: ограничения в выборе вида антенной системы, большое количество фидеров, зависимость результирующей полярной диаграммы от числа работающих блоков, а также от соотношения амплитуд и фаз между токами в парциальных антеннах. Последний недостаток для некоторых применений (например, для антенных фазированных решеток) можно рассматривать как достоинство.

1.4. МОСТОВОЙ ПРИНЦИП СЛОЖЕНИЯ И РАСПРЕДЕЛЕНИЯ МОЩНОСТЕЙ

В 40-е годы возникла идея развязки ВЧ генераторов при сложении их мощностей по схеме мостового устройства (МУ) [2, 3].

На рис. 1.3 показан простейший вариант такой схемы: плечи моста abed образованы двумя реактивностями jxi, jx и двумя активными сопротивлениями (нагрузочным и балластным R). Нагрузочным сопротивлением обычно служит входное сопротивление фидера, питающего нагрузку (антенну). Цепи, содержащие генераторы с напряжениями t/j и U, включены в диагоналях моста. При xi = Х2 = x и Rl = Ri = R мост abed сбалансирован и генераторы развязаны. Каждый работает независимо от того, что происходит с другим генератором: включен он или выключен, замкнулся ли накоротко, изменилась ли его нагрузка и т. д. Очевидно, без балластного сопротивления Re нельзя было бы сбалансировать мост и тем самым развязать генераторы. Поэтому сопротивление R называют также развязывающим.



Рис. 1.2. Графики зависимости составляющих импеданса связи между вибраторами относительного расстояния между ними Рис. 1.3. Простейшая схема МУ сложения мощности



[ 1 ] 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49

© 2007 EPM-IBF.RU
Копирование материалов разрешено в случае наличия письменного разрешения