Другой способ устранения этого резонанса в ЭТЛ 1 : -1, выполненном на отрезке коаксиального кабеля, состоит в подключении высокоомного резистора между серединой внешнего проводника и землей [82, 83].

10.3. ПАРАЛЛЕЛЬНО-ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНЫЕ ТЛ

ТЛ с целочисленными коэффициентами трансформации (рис. 10.8, а) можно осуществить из п идентичных ЭТЛ, соединив их параллельно по входам и последовательно по выходам [18-20, 57, 74, 84]. У.нижней линии один проводник заземлен с обоих концов и, следовательно, для нее магнитопровод не нужен. В результате, для области нижних частот эта линия не играет роли и в простейшем случае для п = 2 схема замещения ТЛ представляет собой обычный автотрансформатор 1 : 2.

В области верхних частот все линии вносят равный фазовый сдвиг, что требуется для синфазного суммирования напряжений на выходах линий*. Поэтому линия без магнитопровода получила название фазокомпенсирующей. При W = Rjn все линии согла-сованы**.

В области нижних частот (рис. 10.8, б) все шунтирующие индуктивности Li можно привести к одной результирующей L.

Если у ТЛ 1 : /г заземлить другой f ажим на повышающей стороне и выполнить нижнюю линию на магнитопроводе (рис. 10.9), то получится ТЛ 1 : -п.

Из приведенных схем видно, что в ТЛ на двухпроводных линиях можно выделить напряжения двух видов: а) между проводниками линий, определяющие, по существу, коэффициент трансформации; б) между концами проводников линий ЭТЛ, которые называют продольными (f/np). Их будем определять без учета набега фаз в линиях, и тогда эти напряжения характеризуют величину индукции в магнитопроводах на нижних рабочих частотах. Из рис. 10.8, а следует, что /цр относятся друг к другу как числа 1 : 2 : 3 :п-1, в отличие от 1 : 1 : 1 для схемы рис. 10.10.

Для последующего сравнения различных вариантов ТЛ на двухпроводных линиях удобно ввести суммарную величину всех продольных напряжений, нормированную по отношению к напряжению на понижающей стороне. Ее будем называть внутренним напряжением ТЛ и обозначать U-b . Она предопределяет длину линий и частотные характеристики ТЛ.

* Исключение могут составить частоты, при которых длины линий близ ки к резонансным, т. е. к {2k - 1) К/А; где = 1,2, ... В этом случае, в част- , иости при п = 2, ввиду подключения индуктивности намагничивания и ее собственной емкости только к одной из линий (не связанной с магнитопрот водом), напряжения на выходах линий могут значительно различаться по фазе и лишь благодаря потерям не полностью компенсировать друг друга. Аналогичное положение имеет место и для ТЛ с большими п.

** Случай п = 2 с учетом влияния синфазной волны анализируется в [21, 22].

/ /.7

о

-к Ч J-

1:1 г 1 о ся

,

Рис. 10.6. Схема замещения коаксиальной линии относительно земли а - общая, б - для ЭТЛ I ; -I

о

т

Рис. 10.7. Схема замещения ЭТЛ 1: -1, имеющего расширенную полосу частот

Рис. 10.8. Параллельно-последовательный ТЛ 1: п {а) и его схема замещения для области нижних частот (б)

Рис. 10.9. Параллельно-последовательный ТЛ I: -/г

Рис. 10.10. Параллельно-последовательное соединение простейших Тр 1 : 1

6 Зак. 1079 16}

Перейдем к более подробному рассмотрению ТЛ. ТЛ на раздельных магнитопроводах

1) ТЛ 1 : п. Если в ТЛ 1 : 2 типа рис. 10.8 с целью упрощения конструкции заменить фазокомпенсирующую линию непосредственным соединением (х = 0), то для области верхних частот модуль коэффициента отражения

151=.-

(I -cos xf + -(2)2 sin2 X

(1 + 3 COS л-)2 + (а-1+0)2 siп2 X

a = W/2R

Если а > 1, то для снижения величины S можно включить шунтирующие конденсаторы [23] на понижающей и повышающей сторонах. При произвольном п внутреннее напряжение ТЛ 1 : п равно

Лн= 2 0-1) = (п-1)/2.

(10.2)

Характеристики ТЛ в области нижних частот определяются величиной шунтирующей индуктивности Ls, приведенной, например, к понижающей стороне ТЛ (соответствующую долю в нее вкладывает индуктивность намагничивания L, каждой линии). Из схемы 10.8, б, видно что

Li= iVLi. (10.3)

i= I

При идентичных (L = Lg = ... = L i = L) Ls = 6L/n (n - l)(2/i- 1),

(10.4)

a значения индукций в их магнитопроводах относятся друг к другу как величины продольных напряжений. Повышая прямо пропорционально величинам продольных напряжений либо поперечные сечения магнитопроводов, либо числа витков линий, наматываемых на идентичные магнитопроводы, можно получить равные величины индукции в них. В первом случае индуктивность намагничивания i-ro (г = 1, 2, n - 1) составляющего ЭТЛ равна О-о и соответственно

= 2LJn (п - 1). (10.5)

Ls = M/i - 1), (10.6)

где Lq - индуктивность составляющего ЭТЛ с t/np = С/.

Рассмотрим теперь область верхних частот. Если длины линий различны, то для обеспечения согласования необходимы дополнительные фазокомпенсирующие линии, размещенные вне магнитопроводов. Для расчета величины рассогласования, возникающего при исключении этих линий, целесообразно воспользоваться матрицами смешанных /i-параметров [24, 25]. Эти параметры суммируются 162

Во втором случае

при регулярном параллельно-последовательном соединении линий и связаны системой уравнений:

для участка однородной линии {W\ х)

Если в ТЛ длины всех линий одинаковы, но отсутствует единственная фазокомпенсирующая линия, то результирующая матрица [Я]2 схемы замещения всего ТЛ

[Я]2 = (п-1)[Я]о+ J J

Используя [Я], находим входное сопротивление ТЛ с понижающей стороны

п cosAT+j (rt-l)sin X

п (rt-2+2/rt) cosa:+2 -2/rt+/(ft-I)sinA;

И соответственно модуль коэффициента отражения с любой из сторон, что иллюстрируется рис. 10.11.

2) ТЛ 1:-п. Для схемы рис. 10.9 [/в„ = 2 i = п (п + 1)/2. В области нижних частот анализ, аналогичный проведенному для ТЛ 1 : я, дает

Li = i fIГ^ (10.7)

i= 1

50 X, град

Рис. 10.11. Зависимости IS=/(a:) для ТЛ 1 : л при равной нулю длине нижней линии

При равействе между собой всех Li {Li = I): Z.2 = Шп (п + 1) (2п + 1).

(10.8)

Если Li = iLo (i = 1, 2, 3, п), то в сравнении с (10.5) Ls = = 2Lo/n (п + 1), а в сравнении с (10.6)

Ls = LJn.

(10.9)

3) ТЛ ± (1 : п). Параллельно-последовательные ТЛ типа ± (1:п) выполнимы в двух вариантах. В первом (рис. 10.12) объединяются два идентичных ТЛ l:n и все сказанное выше о ТЛ 1 : n в равной степени относится и к ТЛ типа ± (1 : п). Отметим лишь, что линии объединяемых ТЛ с равными продольными напряжениями можно размещать на общих магнитопроводах (без введения фазо-компенсирующих линий); это приводит к увеличению вдвое шунтирующей индуктивности. Другой, более эффективный вариант построения ТЛтипа ± (1 : п) имеет меньшее число линий (рис. 10.13), но вдвое большие величины их волновых сопротивлений.

Рассмотрим для него два случая:

а) n - нечетное. При нечетных п отсутствуют зажимы нулевого потенциала с обеих сторон, а продольные напряжения составляют: нуль на средней линии, а на последующих (по обе стороны от

средней) и, 2U, 3U.....U (п - 1)/2. Суммируя их, находим, что

вн = (п^-1)/4, которое в 2п/(п + + 1) раз меньше, чем для ТЛ (рис. 10.12). Нетрудно видеть, что если каждая линия размещена на отдельном магнитопроводе, то отнесенная к понижающей стороне

7V7 ип

тл 1:п

\- пи

Рис. 10.12. Функциональная схема ТЛ типа ±(1 -.п)

Рис. 10.13. Схемы ТЛ типов ±(1 : 3) и ±(1 :4) с уменьшенным числом линий 164

ТЛ величина L вдвое меньше, чем определяемая из (10.3), т. е. . как для ТЛ типа 1 : п, при замене n на ( + 1)/2. При одинаковых всех индуктивностях Lj из (10.4) находим, что L = \2Lln {rfi - 1). Выражения (10.5), (10.6) соответственно преобразуются в Ls = = 8V(n - 1) и Ls = LJ{n - 1).

В области верхних частот при исключении единственной фазо-компенсирующей линии и идентичных всех остальных линиях возникает рассогласование (рис. 10.14). На практике часто величины волновых сопротивлений линий превышают их номинальные значения. В этом случае допустима емкостная коррекция [23].

6) п - четное (рис. 10.13, б). В отличие от нечетных п существует зажим нулевого потенциала на повышающей стороне. Продольные напряжения составляют два набора величин

{f/np} = {f 2, 3f 2, 5f 2, (n - l)f 2}.

У рассматриваемого ТЛ, по сравнению с образованным согласно схеме рис. 10.12, внутреннее напряжение U = (n/2) т. е. в 2 {п - \)1п раз меньше. Если все линии сравниваемых устройств выбраны в соответствии с условием, определяющим (10.6), то для схем типа 10.12 и 10.13, б соответственно L = 2LJ{n - 1) и Ls = = iLg/n. В обоих случаях Lq - индуктивность проводника ТЛ с f/ p = и/2.

Область верхних частот не анализируется, так как нет ллний, размещенных вне магнитопровода.

ТЛ на общем магнитопроводе. В этом случае числа витков отдельных линий должны относиться друг к другу как величины соответствующих продольных напряжений, а направления намотки линий определяются полярностями этих напряжений. Для выравнивания электрических длин всех линий добавляются фазокомпен-сирующие линии, размещаемые вне магнитопровода [18-20]. Однако использование одного магнитопровода ограничивается, в частности, невозможностью размещения на нем всех линий при сохранении слабой связи между ними.

С целью упрощения конструкции ТЛ можно заменить проводники фа-зокомпенсирующих линий непосредственными соединениями. Возникающее при этом рассогласование просто рассчитывается, как и ранее, с помощью матриц ft-параметров. Рассмотрим сначала ТЛ 1 : п.

X, град

Рис. 10.14. Зависимости S=f(x) для ТЛ типа 1 : п (непрерывные линии) и для ТЛ типа 1 : -п (штриховые)