Широкополосный трансформатор Советский патент 1981 года по МПК H01F19/04 

(54) ШИРОКОПОЛОСНЫЙ TPAHCOOF VUTOP

1

Изобретение относится к радиотехнике, в частности к конструированию и изготовлению широкополосных высокочастотных трансформаторов.

Известен широкополосный трансформатор, содержащий две многопроводные линии . и выполняющий функции собственно трансформации напряжений, а также симметриро-, ванне (переход от несимметричного выхода к симметричному входу, или наоборот) Ij.

Недостатком такого трансформатора является невозможность реализации дробного JQ коэффициента трансформации. Для его реализации необходимо включать дополнительный трансформатор с дробным коэффициентом трансформации, что приводит к усложнению устройства и снижению его коэффициента полезного действия.15

Наиболее близким к предлагаемому является щирокополосный трансформатор, который содержит проводник и коаксиальную линию, состоящие из 2п последовательно соединенных участков, причем участки проводника- „ с нечетными порядковыми номерами и участками коаксиальной линии с четными порядковыми номерами объединены в первой многогфоводной линии, а участки проводника с четными порядковыми номерами и участки коаксиальной линии с нечетными порядковыми номерами объединены во второй многопроводной линии. Кроме того, в каждой многопроводной линии имеются дополнительные проводники. 2.

Недостатком его является сложность нзза больщого числа проводников и невысокий коэффициент полезного действия из-за суммирования потерь мощности в проводнике и коаксиальной линии.

Цель изобретения - упрощение устройства и повыщение коэффициента полезного действия при сохранении расширенной рабочей полосы частоты.

Указанная цель достигается тем, что в широкополосном трансформаторе, содержащем проводник из 2п последовательно соединенных участков, объединенных в две многопроводные линии, в первой из которых расположены участки проводника.с нечетными порядковыми номерами, а во второй - с четными, 2 п-ный участок проводника от начала до его конца расположен параллельно (2п-1)-му участку проводника от его начала до конца, при этом начало 2п-го участка проводника и конец (2п-1)-го участка проводника соединен с общей шиной, начало (2п-J)-ro проводника и конец 2п-го проводника образуют симметричный относительно о0щей шины вход, а начало первого проводника является несимметричным относительно общей шины входом.

При п 2 волновое сопротивление между первым и третьим участками проводника раза больше волнового сопротивления между вторым и четвертым участками проводника.

На фиг. 1 представлена электрическая схема предлагаемого трансформатора; на фиг. 2 - вариант выполнения предлагаемого устройства при п 2 и использовании в качестве участков проводника внешнего, и внутреннего проводников отрезков коаксиальных линий (при этом .нумерация элементов та же, что и на фиг. 1).

Как видно из фиг. 1, трансформатор содержит проводник, выполненный из 2п последовательно соединенных участков 1 - 1, 1-2, 1--3,..., 1 -(2п -4), 1 -(2п -3), 1 - - (2п-2), 1 -(2п-I), 1- 2п . Эти участки объединены в две многопроводные линии 2 и 3, в первой из которых расположены участки с нечетными порядковыми номерами 1 - 1, 1-3, 1 -(), 1 -(2n-I)v а во второй с четными порядковыми номерами 1-2, 1 -(2п-4), 1 -(2п-2), 1-.2п. Участок 1-2 от начала (начала обозначены точкой) до конца расположен параллельно участку 1 - (2п-1) от начала его конца. Начало участка I-2п и конец участка I - (2п-1) соединены с общей шиной 4. Начало участка 1 - 1 образует несимметричный относительно общей шины 4 выход 5. Конец участка 1-2п и начало участка I - (2п-1) образуют симметричный вход 6 и 7.

Рассматриваем работу устройства на примере фиг. 2.

Согласно общепринятой методике анализа, рассматриваем сначала работу трансформатора в области нижних частот, когда можно пренебречь временем распростране-ния Колебаний по линии, а соответственно емкостями, между проводниками 1 - 1 Ч- 1 - -4. В этом случае проводники t - 1, 1-1 и 1-3 образуют повышенную сторону трансформатора, несимметричную относительно общей шины 4. При этом два сильно связанных проводника 1-3 и 1-4 образуют симметричную относительно общей шины 4 понижающую сторону трансформатора.

В результате получаем симметрирующий на пониженную сторону однообмоточный трансформатор (автотрансформатор) с коэффициентом трансформации равным 3/2 и шунтирующую индуктивность на повышающей стороне, обусловленную проводникаМИ I - 1) 1 и 1 о.

Рассматриваем область верхних частот, пренебрегая шунтирующей индуктивностью

и анализируя процесс прохождения колеба- , НИИ по участкам, образующим линии. Будем считать, что к зажимам 6 и 7 приложено симметричное относительно общей шины 4 напряжение U с положительным пЪтенциалом на зажиме 7 и отрицательным на зажиме 6. Ввиду сильной связи между проводниками 1-3 и 1-4, а точнее по причине низкого волнового сопротивления линии, образованной внешними поверхностями проводников 1-3

0 и 1-4, между зажимами 7 и 4 действует напряжение, равное и/2, а между зажимами 6 и 4 - напряжение 1//2. Поданное на зажимы 6 и 7 напряжение U поступает в коаксиальную линию, образованную проводниками I-2 и 1-4, и начинает распространяться по ней, дойдя до конца, и далее по линии из проводников 1 - I и 1-3. На выходе этой линии из проводников I - 1 и I-3 напряжение суммируется с половиной входного напряжения (имеющегося между зажимами 7

и 4) ив результате между зажимами 5 и 4 (т. е. на выходе трансформатора) образуется несимметричное относительно земли выходное напряжение, которое может быть подано в нагрузку. Если длина линий от входа (зажимов б и 7) до выхода (зажим 5) .несравнимо мала по отношению к длине волны передаваемого колебания, то напряжение на выходе линии из проводников 1 - I и 1-3 равно и и синфазно суммируясь с и/2дает $Ди, как и при анализе в области нижних

частот.

Для того, чтобы выходное напряжениемежду зажимами 5 и 4 оставалось равным , по абсолютной величине необходимо и достаточно выполнить линию из проводников 1 - 1 и 1-3с волновым сопротивлением, в два раза большим по сравнению с волновым сопротивлением линии из проводников 1-2 и 1-4. Проверить справедливость этого можно просто при электрической длине каждой из упомянутых линий, равной 90°. При этом на выходе линии из провод НИКОВ 1 - 1 и 1-3 напряжение в два раза больше входного и обратно ему по знаку. Это выходное напряжение, суммируясь с половиной входного напряжения и/2, дает на зажиме 5 потенциал S/2 U относительно об5 щей шины 4, т. е. абсолютное величине выходного напряжения не изменяется.

В общем случае предлагаемого устройства по фиг. 1 при коэффициенте трансформации, равном (2п-1):2, работа по своему принципу аналогична рассматриваемому выше, но ее описание громоздко и неоднозначно ввиду многовариантности связей между участками проводника в многопроводных линиях.

Предлагаемый трансформатор позволяет решить задачу перехода от симметричной нагрузки к несимметричной, странсформированной в дробное число раз с более высоким КПД, используя меньшее количество элементов, входящих в конструкцию.

Формула usottpereHUH Широкополосный трансформатор, содержащий проводник из 2п последовательно соединенных участков, объединенных в две многопроводные ;1инии, в первой из которых, расположены участки проводника с нечетными порядковыми номерами,а во второй - с четными, отличающийся тем, что, с целью упрощения устройства и повышения КПД, 2п-ый участок проводника от начала до его конца расположен параллельно (2п-1)-му участку проводника от его начала до конца, при этом начало 2п-го участка проводника и конец (2п-1)-го участка проводника соединены с общей щиной, начало (2п-1)-го проводника и конец 2n-i:o проводника обра/-Г 7-J 1-(2п-3) )

/ / /./

7 / I

1-2 H n-f/l 1(2п-2 -2n

зуют симметричный относительно общей шипы вход, а начало первого проводника является несимметричным относительно общей шины входом.

Источники информации, . принятые во внимание при экспертизе

7 оZ

/ . /

/ / Т