МОДИФИЦИРОВАННЫЙ ТРАНСФОРМАТОР

Полезная модель относится к радиотехнике и предназначена для использования в антенно-фидерных трактах различного назначения.
Из описания полезной модели к патенту RU 89768 U1 с приоритетом от 29.07.2009 известен датчик модуля коэффициента отражения, в котором используется трансформатор в виде длинной линии, которая оптимизирована по волновому сопротивлению и длине основной линии связи и сопротивлению нагрузки детекторной секции.
Недостатком этого трансформатора является то, что он имеет большую длину, увеличивающую габариты устройства.
T
H
H
H
0
Известен модифицированный трансформатор комплексных сопротивлений в виде отрезка линии передачи длиной L≤λ/4 (0,25λ) и волновым сопротивлением Ζ. (Семенов Н.А. Техническая электродинамика М., «Связь», 1973 г. с.367, рис.14.10 б)), который преобразует комплексное сопротивление нагрузки Z=R+jX в активное сопротивление линии Z.
Данный трансформатор выбран в качестве прототипа.
H
0
T
T
В прототипе в приведенном примере (с.368) параметры трансформатора определяются по круговой диаграмме методом итераций. При согласовании комплексной нагрузки Z=20+j30 Ом с линией, имеющей волновое сопротивление Z=75 Ом, получены следующие характеристики трансформатора Ζ=17 Ом; L=0,064λ.
H1
Т
Однако полученные результаты по методу итераций для согласования линии являются приближенными. На практике требуются более точные данные. Кроме того, не все комплексные нагрузки можно согласовывать с помощью этого трансформатора. Дополнительные расчеты показывают, что другая нагрузка с немного измененным реактивным сопротивлением, например, Z=20+j35 Ом уже не может быть согласована таким трансформатором, поскольку его сопротивление Ζ становится комплексным.
Задачей полезной модели является создание малогабаритного трансформатора с длиной меньшей 0,25λ, преобразующего комплексное сопротивление нагрузки в активное сопротивление основного тракта.
0
H
Т
T
H
H
H
0
Поставленная задача решается путем использования модифицированного трансформатора в тракте с волновым сопротивлением Ζ, с нагрузкой Ζ. При этом параметры трансформатора Ζ и L определяются из соотношений, зависящих от активного и реактивного сопротивлений нагрузки Z=R+jX и волнового сопротивления согласуемой линии тракта Z:
H
H
HL
0
H
при индуктивной нагрузке Z=R+jX; линии Z>R; ;
;
;
H
H
HC
0
H
при емкостной нагрузке Z=R-jX и линии Z<R;
;
,
HL
где X - индуктивная составляющая нагрузки;
HC
Х - емкостная составляющая нагрузки;
H
R -  активная составляющая нагрузки;
0
Z - волновое сопротивление линии;
T
Ζ - волновое сопротивление трансформатора;
T
L - электрическая длина трансформатора;
λ - рабочая длина волны.
Приведенные соотношения, в отличие от прототипа, дают точные значения параметров малогабаритного трансформатора с длиной меньшей 0,25λ необходимого для согласования СВЧ линий.
При нарушении этих соотношений трансформатор в одних случаях не может быть реализован из-за комплексного значения своего волнового сопротивления, а в других случаях он может быть реализован, но имеет длину большую 0,25λ.
Сущность предлагаемой полезной модели поясняется на чертеже и на примерах на основе данных, приведенных в прототипе.
H
0
Пример прототипа. Согласование сопротивлений нагрузки Z=20+j30 Ом и линии Z=75 Ом, где после третьей графической итерации получают следующие приближенные параметры трансформатора:
T
T
Z=17 Ом, L=0,064λ.
Пример 1. При расчете этого же трансформатopa по приведенным соотношениям для индуктивной нагрузки точные значения параметров заметно отличаются от приближенных:
T
T
Z=16,5145 Ом, L=0,0611λ.
В результате этого трансформатор с точными параметрами будет обеспечивать лучшее согласование нагрузки с линией, чем трансформатор с приближенными параметрами.
T
Пример 2. В исходных данных примера 1 увеличим индуктивную составляющую нагрузки с 30 Ом до 35 Ом. Условие , при этом нарушается и в результате сопротивление трансформатора становится комплексным Z=j13,88 Ом, т.е. физически нереализуемым.
H
0
0
H
T
Пример 3. Рассмотрим согласование других сопротивлений нагрузки Z=100+j35 Ом и линии с Z=75 Ом. Здесь в соотношениях для индуктивной нагрузки нарушается другое условие Z>R. Волновое сопротивление трансформатора при этом реализуемо и равно Ζ=105,7 Ом, однако здесь длина трансформатора определяется из другого соотношения
,
T
где полученное значение L=0,375λ превышает длину четвертьволнового трансформатора 0,25λ.
H
0
0
H
T
Пример 4. Рассмотрим согласование емкостной нагрузки Z=20-j8,75 Ом с линией Z=75 Ом. Условие Z<R в данном случае нарушается. Волновое сопротивление трансформатора при этом реализуемо и равно Ζ=37,36 Ом.
Однако, как и в предыдущем примере, здесь длина трансформатора определяется из нового соотношения
,
T
где полученное значение L=0,3λ превышает длину четвертьволнового трансформатора 0,25λ.
Таким образом, любое нарушение приведенных соотношений не позволяет реализовать малогабаритный трансформатор с длиной меньшей 0,25λ.
Техническим результатом предлагаемой полезной модели является то, что она позволяет при определенных соотношениях реализовать малогабаритный трансформатор с длиной меньшей 0,25λ, который согласует активное сопротивление линии с комплексными нагрузками.