щих фидеров. То же происходит у квадратурных мостов при условии, что длины фидеров отличаются на А,/4. Если генераторы работают в различных режимах, т.е. Т^фГ, то согласно (3.13) возможен режим fegxi > fe .

Пусть теперь величина сопротивления балластного резистора не соответствует своему номинальному значению, т. е. Г3 О, но Г4 = 0. Тогда из (3.12) получаем

вх эф - :-

(3.16)

Непосредственное параллельное и последовательное соединение генераторов [равно как и система блоков (§ 1.2)] может рассматриваться как частный случай мостового устройства, у которого Гз = ± 1. В этом легко убедиться на примере U или ТМ-мостов: при коротком замыкании балластного резистора генераторы соединены параллельно, размыкание цепи приводит к эквивалентному последовательному соединению. Соответственно

Гвхэф = [±5i3 (Si3 + beffSM =F 53 {ST - 6e/P5i3ri)].

(3.17)

Если m = 1, TO

Гвх1 = ± (1 - бе/ч')/[2 T (Га - Ье/Т^)].

(3.18)

При соответствующих б, ф, Г1 и Га может получиться ( Гв ! > > 1, что означает превращение одного из генераторов в потребителя мощности. Такое явление при мостовом сложении мощностей и Г4 О маловероятно: как следует из (3.14), Гвх1 > О может получиться только при большой величине Г4 и сильном расхождении режимов генераторов (Га > Г1 и б > 1).

Аварийное отключение одного из генераторов (Га = ± 1) приводит при непосредственном их соединении к изменению (Гвх эф) в пределах 0,33 - 1. При мостовом же сложении, как видно из табл. 3.2, Гвх1 существенно меньше Г4.

Пусть складываются генераторы неравной мощности (т Ф 1). При раздельной работе их при Гз= Г2 = 0 получаш из (3.6)Гв1 = = Sf4Г, = rjim + 1), Гвх2 = SI4Г, = {т.Т,)1{п1 + 1), т. е. коэффициент отражения Гвх будет меньше у генератора меньшей

о 10 20 y>,apai

0,7 0,9 ,отн.оЛ в)

Рис. 3.8. Изменение fesx в зависимости от изменения амплитуды (а) и фазы (б) параллельно включенных генераторов

Ы

мощности. При совместной работе, когда их амплитуды и фазы имеют номинальные значения и сложение мощностей происходит без потерь (б' = Ут, ф = 0), из (3.15) видно, что Гвх1= Г4. При аварийном отключении одного генератора (б' = 0, Га = ± 1)

Гвх эф = Г4 /[(/п + 1)+/пГ4] = [Г^/п + 1)] {1/[1 + +m/(/n -f 1) Г4]}.

При т Ф 1 закорачивание или размыкание генератора большей мощности сильнее отражается на работе другого генератора.

Свойство мостовых устройств при отключении балластных резисторов превращаться в устройства параллельного и последовательного соединения может быть использовано для создания простых делителей и сумматоров. Известно, что обьиные тройники (6-по-люсники) трудно согласуются и имеют не всегда высокую электрическую прочность. Мостовые устройства могут быть сделаны достаточно широкополосными и электрически прочными (особенно при использовании волноводов, см. § 6.5). Выбирая место плоскости закорачивания линии, соединяющей со входом балластную нагрузку, можно как бы менять эквивалентное расстояние между генераторами и нагрузкой. Пусть Гз = Гб = е'*б, Г* = Г„ и генераторы согласованы (Г1 = Га = 0). Тогда из (3.12) получаем

Гвх 1 5!3 е^*б +S!4 Г4 + б' е^* (5 5азe* + 54 54 Г4), 3 Гвх г 5з е'*б + 514 Г4 +б' е'* (54 S, -f 53 53 e-).

Если генераторы сфазированы (ф = О для синфазного и ф = я/2 для квадратурного моста) и б' = Ут, то коэффициент отражения входов I Гвх1 I = I Г;х2 I = I Г„ I . При изменении амплитуды б и фазы ф коэффициент отражения входа меняется (рис. 3.8). Так, при сложении равных мощностей (/п = 1) и б 1 Tbxi.z I = = (1 - б)/2, а при б = 1 и ф = О I Гвх 1.21 = sin (ф/2).

При аварийном отключении одного из генераторов (Оа = О и Га = ±1) Гвх = 0.33-1. Выбор плоскости закорачивания линии, подключающей балластный резистор, позволяет найти наиболее безопасные режимы при аварийных отключениях одного из генераторов.

3.5. УСТРАНЕНИЕ ВТОРИЧНЫХ ОТРАЖЕНИЙ ИЛИ ПОТЕРЬ В БАЛЛАСТНОЙ НАГРУЗКЕ МОСТА

Рассогласование нагрузки в МУ сложения мощностей может повлечь за собой дополнительные потери в балластной нагрузке. В телевизионных УКВ передатчиках из-за неполного согласования ан теины в питающем ее фидере отраженный сигнал, дойдя до оконечного каскада передатчика, частично возвращается в антенну. Так называемое явление фидерного эха сильно искажает телевизионную сигналь!,

Щ

Как будет показано ниже, рациональный выбор длин фидеров, связывающих генераторы с МУ, позволяет существенно ослабить и даже устранить то или другое нежелательное явление.

Суммарные сигналы в полезной и балластной нагрузках могут быть определены из (3.11). При /и = 1 и синфазных МУ

42 = 6н = 10 [1 + бе/ф Гз (бе/чТ! + Г^)]/У'2 М,

6з2 = Ьо = аю И-бе-Р + Г^ (беч>Г1 - Т^)УУ2 М;

в квадратурных МУ

bix = = 10 [/ + беф + Гз (/Гг - бе/<Р Ti)yV2 М, 6з2 = = 10 [1 + /бе/Ф + Г4 (/Г,е/ч> Гг)]/К2 М.

(3.21)

Номинальное значение фазы в синфазных мостах ф = О, в квадратурных ф = я /2. Это условие при рассогласовании нагрузки для устранения потерь (т. е. = 0) недостаточно. Действительно, при б = 1 и согласовании балластной нагрузки (Г3 = 0) Ь„ = = У2 (aJM), bo = Г4 (Ti=f Г^)У2М (верхний знак для синфазных, нижний - для квадратурных мостов). Следовательно, потерь в балластном резисторе не будет, если Гх = ± Гг. Для квадратурных мостов это означает, что генераторы должны работать в разных режимах либо при идентичном режиме они должны подключаться к МУ фидерами, отличающимися на Я/4 (при работе в недонапряженном режиме их коэффициенты отражения слабо зависят от Гвхьг и поэтому Г^ = Гг).

Если генераторы работают при согласованных нагрузках в режиме максимальной мощности (Г^ = Гг 0), то для получения Ьб = О целесообразно соединять их с мостом фидерами равной Длины. Тогда при рассогласовании нагрузки (Г4 0) входные сопротивления у синфазных мостов будут меняться идентично (Гвх1= = Гвхг). а у квадратурных -противоположным образом, т. е.

Гвх! = Гвх2-

Для решения задачи о подавлении отраженной от нагрузки волны необходимо обеспечить Гвх4 = О (рис. 3.5). Это означает, что отраженный от нагрузки сигнал должен полностью поглотиться в балластном резисторе МУ. Из (3.6), принимая Г3 = О и заменив индексы 3 я 4 на 1 я 2 я наоборот, найдем входное сопротивление моста для отраженного сигнала Гвх4 = S24 Гг + SU Ti. Здесь Fl и Гг, как и ранее,- коэффициенты отражения генераторов. При 54Гг =-5!4Г1 Гвх4=0.

Для мостов с m = 1 Гвх4 = О, т. е. отраженный сигнал не попадает вторично в нагрузку при Fj = + Т^.

Таким образом, идентичные генераторы, работающие на синфазный мост, должны подключаться линиями, отличающимися на Я/4, а при работе на квадратурный мост - линиями одинаковой длины. Отраженная от нагрузки волна выделится в балластной нагрузке, т. е. ЬзФ 0. Генераторы будут нагружены различно. Действитель-54

но, коэффициенты отражения входов 1 я 2 синфазного моста равны Гвх1 = Гвх2. но генераторы должны быть подсоединены линиями, электрическая длина которых отличается от Я/4, вследствие чего при О они работают на разные по величине нагрузки. То же

самое происходит у квадратурных мостов: Гвх1 = - Гвхг. а генераторы подключаются линиями равной длины.

Отметим, что в телевизионном передатчике вторичные отражения возникают, когда генераторы сильно рассогласованы (Г^ Ф О, Гг Ф 0); это как раз характерной для недонапряженного режима. В режиме максимальной мощности (когда Г^ Гг = 0) это явление должно проявиться в меньшей степени.

3.6. РАБОТА МНОГОПОЛЮСНЫХ МУ

Сбалансированное МУ позволяет исключить недостатки непосредственного соединения генераторов: а) неодинаковую их загрузку и изменение суммарного сигнала из-за разброса параметров, б) аварийные состояния генераторов при выходе из строя одного из них.

Рассмотрим некоторые аспекты работы многополюсных МУ при неполном балансе. Первоначально допустим, что рассогласование имеется только в цепях нагрузки - одной в режиме сложения мощностей и - в режиме деления мощности. Пусть ко входам 1 - МУ подключены генераторы (рис. 1.13). Если нагрузка согласована, т. е. Г.2 Гн = н/н = 0. то на входах 1 л? отраженных волн нет (ij = 62 = = 1: = 0) и выходящая волна на

входе нагрузки 6 о = 2 гогн- При рассогласовании нагрузки (Гн ф 0) выходящая волна

6н= 2 5i = 2 (aio+biTi)Siu. i=l 1=1

Так как bi = Гн н'гн. то

/ N \ I / N

\/=1 / / V =1

(3.22)

В МУ, предназначенных для сложения N генераторов равной мощности,

Si ...=Si =...= s =i/VJV и Ьн= Ул2 го / w-Гн

V /=1 \ <=1 /

(3.23)

Отсюда видно, что расхождение режимов генераторов (Оог, Tj) даже в разбалансированной системе усредняется и с увеличением слабее сказывается на выходном сигнале. Коэффициенты отражения входов 1 -

Гвх i=bi/ai(aaSiu)/ai = 2 г Si [(Г„Si )/а;] = 2 гГ /Л^аг-

Если генераторы идентичны, т. eOi = = ... = Яд то Гвх1 = Гд, коэффициенты отражения входов 1 - Х^ такие же, как у нагрузки. При подключении к МУ одного генератора (а^ = ... = 0) Гвх1 = Г„/Л/. Если генераторы были идентичны и согласованы, но Л^-й генератор аварийно отключился (Гд = ±1), то нетрудно получить

Гвх1 = Гвх2-=--- = Г„(Л, 1)=(Л^-1)Г„/(УУ:р Г„).

(3.24)

Как видно, с увеличением числа генераторов (N) авария в одном из них также отражается слабее на режиме работы остальных генераторов. Например, при - 8 и Г„ = 0,3 (* = 1,85) при аварии в одном генераторе КСВ на входах остальных генераторов может быть в пределах квх= 1 82 - 1 94

Обратимся к режиму деления мощности. Пусть генератор (а^ Гг) включен на 2Л?-и вход, где в режиме сложения мощностей была включена нагрузка а ко входам 1 - подключены нагрузки с коэффициентами отражения Г, . ...,Гд балластная цепь согласована. В этом случае отраженная волна на вхо-

де, где включен генератор, бр = OpSirTi и

Гвхг = 6г/аг= 2 SfrFj-1=1

(3.25)

Для того чтобы отражений на входе не было (бр = 0), нагрузки должны быть согласованы или отражения от каждой из них должны компенсироваться. В целях взаимной компенсации отражений идентичные нагрузки должны подключаться к синфазному МУ посредством линий, отличающихся на Х/4 а к квадратурному МУ - посредством линий одинаковой длины. При произвольном числе нагрузок или необходимости более широкополосной компенсации отражений на один из входов можно включить реактивное сопротивление с заданной зависимостью Г (ш) (см., например, § 7.2). ,

При большом числе нагрузок подбор величин балластных резисторов в соответствии с величиной внутреннего сопротивления источника затруднен. Поэтому на практике ограничиваются согласованием балластных цепей (Гб1 - 0). Определим возникающую при этом связь между нагрузками. Падающая волна на входе одной из нагрузок, например, 6i = apSip,

Or = Яго + брГг = flro + Г,- аг 2 SfrTj. Отсюда

где

ар = аг / ( 1-Гг SfVi

bl = flfo Sir

i-rr2s,r,- . =1 /

(3.26)

Если генератор согласован (Гр = 0), то изменение коэффициента отражения в любой из N нагрузок (Г,-) не отразится иа величине Ь^. Допустим что все нагрузки согласованы, за исключением Л^-й, и генератор имеет коэффициент отражения Гр. Тогда

&i = ap Sip/(l-rpr,S2,) = Cl/Vap )/(iV- ГрГд,). (3.27)

л 1

При N > 2 изменение несильно сказывается на Ь^, если Гр Г^, < 1. Так, например, если мощность источника с Гр як 0,3 распределяется между = 8 нагрузками, то изменение величины падающей волны в согласованных нагрузках при закорачивании или размыкании одной из них не будет превышать±5%.

Обратимся теперь к вопросу о работе системы при рассогласовании балластной цепи. Обычно балластные резисторы могут быть выполнены с хорошим согласованием. Поэтому представляет интерес вопрос специального рассогласования балластной цепи для упрощения конструкции в целом. При сложении больших мощностей развязывающие резисторы должны рассеивать значительные мощности, поэтому исключение одного или нескольких из них может упростить конструкцию. Замена мостов непосредственными соединениями позволит уменьшить габариты устройства, исключив часть соединительных линий. Это приобретает особое значение в полосковых и мик-рополосковых устройствах, где активные потери пропорциональны длине линий в МУ.

Ранее было показано, что некоторая взаимосвязь между генераторами не вызывает сильных нарушений в работе при аварийных отключениях одного ив них. Поэтому можно предположить, что некоторое уменьшение числа резисторов, которое нарушит мостовые свойства системы, мало ухудшит надежность работы всего устройства. Для примера обратимся к наиболее распространенной системе попарного суммирования, матрица рассеяния которой определяется (2.44). Коэффициенты передачи со входов, где включены генераторы (условимся считать этот ряд первым), в балластные резисторы различных рядов тем меньше, чем больше номер рядаодули значащих коэффициентов передачи в резисторы -го ряда равны \Г[/2, а число входов, связанных с одним из развязывающих резисторов -го ряда, составляет 2. По-видимому, целесообразно исключать резисторы, коэффициенты передачи к которым невелики. Тогда реакция будет распределяться на большее число входов МУ, но величина ее будет меньше.

При аварийном отключении одного из генераторов (например, первого) (аю = О, Tl = ±1) и рассогласовании сопротивлений резисторов i-ro ряда Гбг ф О эффективное входное сопротивление для работающих генераторов (считаем их согласованными) изменяется в пределах:

ГвхэФ=±[Гбг(1/2)]/[ГбИ1/2)±11 = ±Гб/(Гбг ±2). (3.28)

Пусть складываются = 2 = 8 генераторов. Очевидно, что отключать балластные резисторы первого ряда нецелесообразно, так как авария одного генератора может вызвать аварию соседнего. При отключении двух резисторов второго ряда авария в одном из генераторов согласно (3.28) вызовет изменение коэффициентов отражения на входах трех связанных с.ним генераторов в пределах 1Гвхэф1= 0,2 - 0,3. При отключении резисторов последнего ряда авария одного генератора вызовет изменение волны Гвх эф входах остальных семи генераторов в пределах Гвх эф I - f- ~ 0,15.

В многополюсных МУ с равнозначными нагрузками (рис. 1.14) отключение любого из развязывающих резисторов одинаково скажется на разбалансе мостов и взаимосвязи генераторов. С увеличением числа N роль каждого из развязывающих резисторов уменьшится.

При проектировании МУ сложения мощностей целесообразно отдельные модули из нескольких генераторов строить с полной развязкой. Последующее суммирование мощностей генераторных модулей может быть произведено с неполной развязкой.

Мост, лишенный развязывающего резистора, выполняет функции только трансформатора сопротивления или соединительных линий. Поэтому возможно также исключение его плеч, тогда должна быть предусмотрена необходимая трансформация сопротивлений в соседних рядах мостов.