ной нагрузке R, выбранной с таким расчетом, чтобы генератор отдавал максимальную мощность; тогда Rj. = 1 и Гр = Г„ = 0. Кривая 2 соответствует номинальной нагрузке Р <Рг, тогда Т^.-у-О.

На рис. 3.4 построены по формуле (3.2) графики зависимости с = (ао/ау - 1 = / (Гг) при разных значениях (ф + ф„) и Гг. Сопоставляя экспериментально снятые характеристики СВЧ генератора с этими графиками, можно судить о его нелинейности и величине Г^.

При аварийном состоянии генератора (обрыв, короткое замыкание) его коэффициент отражения достигает соответственно Г = = ±1. падающая волна = 0.

3.2. ОСНОВНЫЕ СООТНОШЕНИЯ В МУ ПРИ НЕСОГЛАСОВАННЫХ НАГРУЗКАХ

Оценим условия работы мостового восьмиполюсника, матрица рассеяния которого [S]. Частотные свойства МУ учитывать не будем, полагая, что устройство обладает достаточной для поставленных задач полосой пропускания.

На рис. 3.5 ко входу / МУ подключен генератор с коэффициентом отражения = [согласно (3.1) падающая волна fli = + + feiFi]. Ко входам 2 - 4 подключены нагрузки с коэффициентами отражения Гг, Гд и Г4. Учитывая, что S = Sз^ = О и S = = = S33 = 544 = О, имеем

bi = 5i3 аз + 5i4 04 = 5i3 Г3+ 5 64 Г4 62 = 53 аз +54 a4 = 63 Гз-f 524 64 Г4 Ьз = 5i3 fli + 53 a = 5i3 (oio-f b Г^) + 53 b Г2 bi = 5i4 oi + 54 02 = 5i4 (aio + b Г^) + 524 b

Решая уравнения, получаем

bi = aio (5!з Гз+ 5?4 Г4- Г2ГзГ,)Ш

b2 = aio (51з52зГз + 54524 Г,)/М

(3.4)

= flio [5i3 - 524Г4Гг (5i4523 - Si3S,)]/M

(3.5)

t*5 Ц

bi - [5i4 + 523Г2Г3 (5i3524 - 5i4 52з)] / M

где M = 1 - (5?3 Г1 + 5!зГг)Гз --(5,%Г1+514Г2)Г4±Г1Г2ГзГ4.

В формуле для М знак -f -для синфазных и квадратурных мостов и знак - - для синфазно-квадратурных (согласно § 2.2). В дальнейшем будем учитывать только знак + , так как он отно- сится к более распространенным мостам. Коэффициент отражения входа /

Г^ , - - Гз+ Sf, Г4-Г, Гз Г4

aio+ftiTi 1-Г2(52зГз+54Г4)

(3.6)

Рис. 3.5. Входящие и выходящие волны на входах МУ

естественно, не зависит от внутреннего сопротивления генератора т. е. Г1. Приняв в (3.5) = О, определим условие развязки между входами / и 2:

51з52зГз +514524Г4= 0. (3.7)

Следовательно, генераторы, подключенные ко входам 1 н 2, оказываются развязанными между собой при несогласованных, в частности комплексных, нагрузках при условии, что Г3 = ± Г^Ф Ф 0. Здесь и далее верхний знак относится к синфазным, нижний - к квадратурным мостам.

Составляя аналогичные (3.5) соотношения для других входов (а^) и складывая их по закону суперпозиции, можно рассмотреть различные режимы работы МУ.

3.3. РЕЖИМ ДЕЛЕНИЯ МОЩНОСТИ

Рисунок 3.5 может рассматриваться как упрощенная схема мостового делениямощности между нагрузками на входах 3 и 4 (нагрузка, подключенная ко входу 2, выполняет функции балластной). Покажем, что при определенном соотношении между коэффициентами отражения Га = Г^ и Ti = Гр входы 5 и 4 не связаны между собой, т. е. изменение сопротивления на одном из нагруженных входов не вызывает изменений амплитуды и фазы выходящей волны на другом входе. Из (3.5), учитывая, что для синфазных и квадратурных мостов 5i4 52 3 - 51з524 = - 1, получаем

63=010 (513-524Г2Г4)/М, b4=fllo (5l4 + 52 3 Г2Гз)/М.

Для синфазных мостов при Г^ = Г2 и квадратурных при = - Га

М=(1+Г2Гз) (1-Г2Г4) Ьз= 1о51з/(1+Г2Гз) -Г2Г4)

(3.8) Г1 =

(3.9)

- £i ~ о/

biai.Su/il

Из (3.9) следует, что при балансе моста (I Fi = Га ) входы 5 и 4 развязаны, т. е. Ьз не зависит от Г4, а 64 - от Г 3. Как видно из графиков рис. 3.6, построенных для т = \ и т = 4, изменение сопротивления нагрузки от О до оо на одном входе не вызывает изменений выходящей волны, т. е. напряжения на другом входе.

При неполном балансе, например вследствие изменения Г1 или Гг на А Г, появляется связь между входами 3 и 4. Тогда согласно (3.4)

Ь.= а, , 5L . (3.10)

1 Т Га Гз ± ДГ (Гз Sf 3 Г4 S?4 + Гз Г3 Г4)/( 1 Т Г^ Г4)

При Га = О и Г1 = 0,3 (А Г = 0,3), т. е. при изменении Г1 в два раза, величина Ьз у МУ с m = 1 изменяется в случае коротко-

го замыкания на входе 4 менее чем на 15%. Аналогичные изменения получаются при неточном подборе балластного резистора.

Другой характерной особенностью мостовой системы распределения мощности является гораздо меньшее изменение входного сопротивления ( Tbjji) при изменении нагрузок на входах 3 м4, чем при непосредственном (параллельном или последовательном) их соединении. Согласно (3.6) при согласовании одной из нагрузок, например Гз = О, Гв = SUJ{\ - TTSl). При наиболее трудных условиях, когда вход 4 закорочен или разомкнут, вход моста не будет закорочен или разомкнут, как это произошло бы при непосредственном соединении нагрузок.

21 *) могут быть

Потери в развязывающем резисторе (Pg = -а. /

определены из (3.5). Они отсутствуют, когда Fg = ± Fj и Fj = = ± F4. На практике нагрузочные сопротивления иногда меняются одинаково, например при модуляции возбуждаемых усилителей, при работе их в полосе частот, при изменении параметров излучателей и т. д. В этом случае к системе деления мощности могут предъявляться следующие требования:

а) входное сопротивление устройства должно оставаться неизменным и согласованным, т. е. Fgi = 0. Согласно (3.6) при Г^ =0 и m = 1 коэффициент отражения Гв = (Fj ± Г4)/(2 + Г4). В квадратурных мостах Fbxi = (Г3 - F4)/(2+F4), условие Fbxi = О выполняется, когда соединительные линии между идентичными нагрузками и мостом имеют одинаковую длину. В синфазных мостах это условие выполняется, если длины линий отличаются на Я/4. При этом вследствие отражений от нагрузок появляются потери в развязывающем резисторе. Это свойство МУ (особенно квадратурных) широко используется для выравнивания коэффицие^г та отражения входа.

Если в полосе частот входные сопротивления усилителей изменяются одинаково (F3= F4), то возбудитель, подключенный к мостовому делителю, продолжает работать на согласованную нагрузку. Таким образом, ценой сравнительно небольших потерь в балластной нагрузке можно обеспечить широкую полосу пропускания у возбудителя;

bii/a-io 1,0-

/Гг=0,5

-1,0-0,5 О 0,5 1,а

-1,0 -0,5 о 0,5 1,0 Гз

Рис. 3.6. Зависимость выходящих волн на нагрузочных входах мостового

делителя мощности от коэффициента отражения Гз(--iWaiol;----

I63/010I) 48

б) потери в балластном сопротивлении должны отсутствовать (Ьа = 0). Это будет, когда F3 = ± F4. Следовательно, идентичные нагрузки должны подключаться к квадратурному мосту линиями,; отличающимися на Я/4, а к синфазному-равными подлине.

Таким образом, условие отсутствия потерь в развязывающем резисторе 2 = О выполняется при^з = rt F4, а условие минимума отражений на входе - при F3 = + F4.

3.4. РЕЖИМ СЛОЖЕНИЯ МОЩНОСТИ

Сигналы, создаваемые первым генератором в развязывающем резисторе (63) и в полезной нагрузке (64), определены (3.8). Аналогично сигналы, создаваемые вторым генератором: Ьз = = аао(5аз + 514Г1Г4)/Л1, Ь\ = Оао (24 - SisFiFs)/. Суммарные сигналы на входах 3-й4 [27]

Ьг-z = Ьз -\- Ьз - {o-ioSis -{-Ozozs - О10524Т2Г'4 + a2oSi4FiF4)/Al,

bis = bi + bl = (OioSu + aoSu + ОюЗ^з^Тз - а^оЗг-.г^зУМ.

(3.11)

Отсюда может быть найден к. п. д. МУ: г\ = \ bts] У{ I &з£ I + + I б4£ I 2). При F3 = F4 = О Ьз2 = (5i3 + S23 aao/flio). biz = flio (5i4 + aao/oio). Обозначая no аналогии, с § 1.6 аао/ою = 6ei= Vmbelf, можно получить выражения для к. п. д. того же вида, что (1.4).

Вследствие взаимосвязи между генераторами кажущееся сопротивление нагрузки одного генератора, определяемое Fbx, зависит от режима работы другого генератора. На входе /, помимо отраженной волны Ь{, возникающей при работе одного генератора, появляется волна b i, пришедшая от второго генератора. В результате кажущийся, или эффективный, коэффициент отражения на входе / будет Fвxэф = (1 + 6I)/ai; 61 можно найти, поменяв местами в (3.5) индексы 1 я 2, а также 3 я 4. Соответственно

bl = 020 (SisasFs + SuS2iT)/M = aBIM.

Падающая (входящая) волна на первый вход

аг = + (b[ + bl) = [1 + F (С/М + а^оВ/а^М)],

где В = S13S23T3 + Si45a4 F4 и С = 5?з TU F4 - FFj F4. Отсюда эффективный коэффициент отражения на первом входе

5!з Гз+SU Г -Г2ГзГ4+б' е/Р(51з52зГз+514 52 Г )

~1-(5з Гз+54 Г4)Г2 + б' е'>(51з52зГз + 514524Г4)Г1

Как и следовало ожидать, при согласовании нагрузок F3 = = F4 = О, Гвх эф = О и генераторы работают независимо друг от друга.

Формула (3.12) справедлива при условии, что^коэффициент отражения I Гвх эф I < 0,2-0,3, и поэтому генераторы работают в заданном режиме, которому соответствуют значения их коэффициентов отражения и Гг. В противном случае расчет следует уточнить, выбрав другие значения и Г^, соответствующие измененному режиму генераторов.

В реальной мостовой схеме можно обеспечить согласование балластной цепи, т. е. Гз = 0. Однако величина полезной нагрузки может несколько отличаться от номинальной, например в диапазоне частот, при смене антенн и т. д. Поэтому рассмотрим работу мостовой системы сложения в этих условиях. При подключении к мосту (вход /) одного генератора и ко входу 2 согласованной нагрузки развязка согласно (3.5) и (3.6)

I = bloi = (5524rj/(l - 5!4АГ4),

Гвх! = 514Г4. Аналогично при подключении только второго генератора и Г^ = О Гвха=54Г4. У синфазного моста, построенного для m = 1, т. е. S13 = 524 = w% Г^и = ъ^г = Г4/2. При тех же условиях у квадратурного моста входное сопротивление у одного генератора при Г4 О возрастает, у другого уменьшается. При одинаковых длинах питающих фидеров изменение величины полезной нагрузки должно вызывать у синфазного моста одинаковое изменение режимов генераторов. Различное изменение режимов генераторов, подключенных к квадратурному мосту, может быть устранено путем удлинения одного из фидеров на V4. Эта мера одновременно обеспечит требуемый для квадратурного моста сдвиг фаз на 90° между входными напряжениями.

При включении обоих генераторов и Г3 = О из (3.12) получим

Sf4+6e/S.4S.4 Г4. (3.13)

1-54Г2Г4 + eVPSi.Sairi Г4

Для синфазного моста и /л = 1

(1+беР) Г4

Г'вх эф

(3.14)

Эти формулы позволяют оценить работу генераторов в реальных условиях. Рассмотрим на примерах влияние рассогласования нагрузочного фидера =7 1. т. е. YФ О, на условия работы генераторов. В табл. 3.1 приведена зависимость \ и КСВ питающего фидера вх1 и Гви = Гвх эф от КСВ нагрузочного фидера при подключении к мосту одного генератора при Г^ = 0. Как видно из таблицы,

Определим входное сопротивление работающего генератора (ГвхэФ = Tbxi) при аварийном отключении второго генератора, т. е. Га = ± 1 и б = 0. Подставив эти значения в (3.14), получим предельные величины Гвх! = Г4/(2 ± Г4) и соответственно йви-В табл. 3.2они даны для разных значений k. (верхние-для Г2= + 1,

Таблица 3.1

нижние - для Гг = - 1). Даже при аварийном отключении одного из генераторов bxi < н- На рис. 3.7 показаны предельные изменения /Jbx при аварийном отключении одного из генераторов.

Оценим влияние расфазировки генераторов при б' = 1. У синфазного моста при Г4 7 О Ti = Га = 0; согласно (3.15) эффективный коэффициент отражения входа

= [(1 +е/ч')Г4]/2 =

(3-15) ,4

= Г4е/(1/2) со5(ф/2)

зависит от соотношения фаз входных 1,5 сигналов (у квадратурного моста на-чальный сдвиг фаз отличается на 90°).

Если при изменении Г4 режим обоих генераторов изменяется одинаковым образом, т. е. Г1 = Г2, то у обоих входов при ф = О Гвх эф = Г4. Это имеет место при равных длинах питаю-

Рис. 3.7. Пределы изменения къл при аварийном отключении одного из генераторов