повысить с помощью дополнительных линий, не связанных с магнитопроводами. В этом случае справедливы выражения (12.9) и (12.10), а также зависимости = / (х) на рис. 12.10, а, смещаемые вверх на величину 20 Ig - 6. При сосредоточенной коррекции по типу рассмотренной для схемы рис. 12.9, а можно пользоваться зависимостями на рис. 12.10, б, в и соотношением = 20 Ig Л/ + Q.

На рис. 14.10 развязывающие резисторы подключены несимметрично относительно земли через дополнительные линии, связанные с магнитопроводами. В этом случае характеристики в области верхних частот теоретически те же, что и при соединении звездой развязывающих резисторов. Вместе с тем при N > 3 нельзя ограничиться магнитопроводами собственно устройства сложения и, кроме того, резко возрастает количество дополнительных линий; оно становится равным N {N - 1)/2, т. е. числу резисторов полного Л^-угольника.

14.3. УСТРОЙСТВА ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОГО ТИПА С МИНИМАЛЬНЫМ ВНУТРЕННИМ НАПРЯЖЕНИЕМ

Наименьшие продольные напряжения и соответственно U min достигаются в устройствах при использовании схем типа рис. 14.11, построенных по принципу ТЛ с Uraln (СМ- § 11.1) [67, 96].

В области нижних частот схема замещения соответствует рис. 14.2 с шунтирующими индуктивностями L на N - 1 ее входах. Все эти входы полностью развязаны, а коэффициенты отражения на них идентичны. Их можно сделать равными для всех входов, шунтировав первый вход дополнительной индуктивностью L. Это значительно проще, чем выравнивание коэффициентов отражения на входах схемы рис. 14.7, а и, тем более, схемы рис. 14.5.

Рис. 14.10. Схема с несимметричными относительно земли развязывающими )езисторами

Рис. 14.11. Схема устройства с Una min 874

При построении суммирующей цепи по принципу ТЛ 1 : -

вносится Д^-й магнитопровод и устраняется гальвани-

ческая связь с общей нагрузкой. С целью уменьшения рассогласования можно дополнительно подключить на входах и (или) на общем выходе последовательно конденсаторы, образующие вместе с шунтирующими индуктивностями идентичные фильтры верхних частот.

В области верхних частот все входы полностью согласованы в рабочем режиме, а величины развязок между некоторыми из них различны; они не хуже, чем для схемы рис. 14.5. Прежде чем перейти к их расчету, поясним процесс прохождения колебаний между входами схемы рис. 14.11, нагруженными на согласованные сопротивления R = W.

Пусть единственный источник подключен ко входу 4. В этом случае волна, распространяющаяся от него по линии {W; Зх), частично отразившись от общей нагрузки и линии {3W; х), поступит в последнюю. При этом коэффициент отражения такой же, как и для схемы рис. 14.5, поскольку в сравниваемых случаях падающая волна встречает одно и то же резистивное сопротивление (2Л^ - 1) R, образованное для схемы рис. 14.11 сопротивлением общей нагрузки и волновым сопротивлением линии {3W; х). Очевидно также, что коэффициент отражения на входе линии {W; Зх) равен таковому для всех входов схем рис. 14.5 и 14.7, а.

Поступившая в линию (3W; х) волна делится по напряжению на три равные составляющие, которые синфазно достигают согласованных нагрузок на входах 1, 2 и 3. Это деление, происходит не сразу у нагрузки, (как в схеме рис. 14.5), а на стыках линий, что приводит к одним и тем же результатам.

Таким образом, процесс распространения колебаний в схеме рис. 14.11, определяющий развязку .между входом и любым из входов 1, 2иЗ, тот же, что и в схеме рис. 14.5. Развязка между входами 1, 2 и 3 оказывается большей, поскольку длина пути между ними меньше. При этом развязка между входами 3 и 2га же, что и между входами 3 и 1, поскольку входы / и 2 находятся в равных условиях.

Рассматривая в общем случае процесс передачи колебаний от источника на Л^-входе к согласованным нагрузкам, подключенным на остальных (Л^ - 1)-входах, а затем от источника на (Л^ - 1)-входе ко всем предшествующим и т. д., вплоть до третьего, нетрудно видеть, что Ifti = 1йа = 13 = ... = Ьг, h-i (k = 3, 4, Л^) и соответственно Sfti = Sft2 = Sft3 = ... = Sft, h-i- Величины n. < (t = 1, 2, 3, Л'- 1) находятся из (14.7), где x - суммарная электрическая длина N - 1 линий на магнитопроводах. Поскольку суммарное продольное напряжение на них равно t/np max. для линий схемы рис. 14.5 величины х в (14.7) для сравниваемых схем одинаковы. Все другие величины меньшие. В целом по степени развязки между входами устройство рис. 14.11 является промежуточным между устройствами рис. 14.5 и 14.7, а.

Для численного расчета величин определим матрицу*

- +/ N

у, tg и

/ = 2

v21 +/ tg л;

tg ix

l=N-l

(/+1) N-1

tg(N-2)jc

--/- tg(JV-l)x

T. e.

tglx

-tg {i-\)x

A. / = 1. 2, 3,..., N;k<t

Далее рассчитывается развязка с помощью выражений (2.7) и (2.5), что иллюстрируется рис. 14.12.

Завершая анализ схемы типа рис. 14.11, сравним ее по к. п. д. со схемой рис. 14.5, полагая, что обе они выполнены на линиях, охваченных магнитопроводами (рис. 10.2), и содержат одинаковое общее число идентичных ферритовых колец суммарного поперечного сечения S2.

В устройстве рис. 14.5 ферритовые кольца распределены неравномерно между ЭТЛ, а именно: пропорционально продольным напряжениям на них, т. е.

S = s/\ = S,ti{n-\)/2,

15 х,град

Рис. 14.12. Расчетные зависимости \ = -\(х) для схемы рис. 14.11

где So-сечение колец, приходящееся на t/np = (Ущ = и.

* в этом виде она была получена В. Г. Раутиаиом.

В устройстве по типу рис. 14.11 то же сечение S2 = = SoA/ (Л^ - 1)/2 распределено равномерно между {N - 1) ЭТЛ, поскольку на каждом из них (Уцр == U. Поэтому на напряжение И приходится поперечное сечение S = SoN/2. Удельные потери в магнитопроводе прямо пропорциональны напряжению U и обратно пропорциональны квадрату поперечного сечения.

Поскольку в устройстве (рис. 14.11) на напряжение U приходится в N/2 раз большее сечение (S = NSo/2), то удельные потери в нем в {NI2f раз меньше, чем в устройстве рис. 14.5. Полные потери также меньше в {M/2f раз, так как были приняты равными суммарные сечения и объемы магнитопроводов. Например, если при N = 4 в устройстве рис. 14.11 потери малы и составляют всего 5%, т. е. к. п. д. = 95%, то во втором 20%, т. е. к. п. д. всего 80%. Более того, учитывая, что добротность падает с ростом индукции [68], эффект оказывается еще большим. Аналогичные результаты имеют место и при намотке линий на ферритовых кольцах.

Еще одно достоинство рассматриваемого устройства состоит в том, что только один проводник каждой линии имеет все возрастающий потенциал относительно земли. Его удобно выполнить в виде внутреннего проводника коаксиального кабеля и тем самым свести к минимуму влияние емкости на землю.

Введением дополнительных линий, связанных с имеющимися магнитопроводами (рис. 14.13), развязывающие резисторы можно включить несимметрично относительно земли. Наконец, по аналогии со схемой рис. 12.9, в, развязывающие резисторы можно подключить через линии, не связанные с магнитопроводами.

Неидентичность величин развязок между входами в схеме рис. 14.11 можно устранить. Для этого воспользуемся в качестве исходной схемой рис. 14.3, а. Если ввести дополнительные линии, расположенные вне магнитопроводов, и представить полученную в результате этого схему в симметричном виде (рис. 14.14, а)*, то станет ясным (см. § 11.2), что для рабочего режима достижимо согласование (рис. 14.14, б). Идентичная между всеми входами развязка рассчитывается с помощью собственных векторов, составляющих столбцы матрицы (2.31) при N = 3.

В заключение отметим, что подобного типа схемы осуществимы и для больших N, но при jV > 4 конструкции будут весьма громоздкими.

Допустимо дальнейшее! совершенствование - устройства типа рис. 14.14, а, основанное на том, что схема на рис. 14.14, б представляет собой ТЛ 1 : 3, а согласно изложенному в § 11.7 в этом ТЛ можно исключить фазокомпенсирующие линии, выполнив основные двухступенчатые с целью сохранения согласования. В этом

* На рис. 14.14, а не показаны развязывающие резисторы, которые могут быть дополнительно (или'как основные) включены звездой или эквивалентным треугольником между эквипотенциальными в рабочем режиме зажимами li, 2i и 3i.

Рис. 14.13. Устройство с Um min И неснммбтричными относительно земли развязывающими резисторами

Рис. 14.14. Симметричное устройство с Ubk min (а) и цепь, определяющая рабочий коэффициент отражения (б)

Рис. 14.15. Симметричное согласованное устройство с £/внт1п ДЛЯ Л' = 3

(а) и расчетные зависимости от л при включении звездой развязывающих резисторов:

1) R между зажимами / 2, и 3,; 2) R между зажимами /, 2 и J; 3) 2.55/? между /, 2 и 3, а также 1,64Л между / 2, и .3,

случае устройство (рис. 14.15, а) будет более простое, чем по схеме рис. 14.14, а, и с большей величиной развязки между входами (рис. 14.15, б). Как отмечалось в § 11.7, осуществимы различные варианты ТЛ 1 : 3, если допустить связи между проводниками линий. Это означает, что осуществимы и соответствующие варианты устройств сложения мощности. Кроме конструктивных отличий, упомянутые варианты будут различаться величиной фазового сдвига в рабочем режиме между напряжениями на входах устройства и на общей нагрузке. Различие будет и в развязке между входами, причем большая развязка отвечает варианту с меньшим фазовым сдвигом. В целом по условиям конкретных задач можно выбрать наиболее подходящий вариант.

Общий случай устройства типа рис. 14.15, а с /V входами отвечает в конечном счете схеме рис. 14.3, б с поворотной симметрией, где каждая группа проводников образует двухступенчатую многопроводную линию.

Подводя итог рассмотрению различных устройств суммирования (деления) мощности последовательного типа, можно сделать тот же вывод, что и для трансформаторов, а именно: начав с простых по замыслу устройств, но мало эффективных, мы постепенно усложняли их принцип построения, но получали более простые конструкции с лучшими характеристиками в расширенной полосе частот, приближаясь по структуре к схемам § 14.1.

14.4. устройства параллельного типа

Рассмотрим схему рис. 14.16, являющуюся обобщением схемы рис. 12.8 на случай произвольного N [54, 69, 71]. Осуществима также разновидность схемы рис. 14.16, в которой Л' развязывающих резисторов включены звездой между Л' входами. В этом случае* получаем обобщение схемы рис. 12.7 для произвольного числа Л'.

При равноамплитудных синфазных источниках на всех N входах (рабочий режим) токи в проводниках каждой из идентичных линий равны по амплитуде и протекают в противоположных направлениях на всех частотах. Это означает равенство нулю всех продольных напряжений, а следовательно, и отсутствие потерь в магнитопроводах.

* Ниже будет показано, что при включении развязывающих резисторов звездой характеристики устройства оказываются худшими в области верхних частот.

Рис. 14.16. Устройство иа основе схемы рис. 14.4