МОЩНЫЙ СОГЛАСУЮЩИЙ ВЫСОКОЧАСТОТНЫЙ ТРАНСФОРМАТОР 37,5:75 ОМ

Настоящая полезная модель относится к электрическим преобразователям, а точнее к трансформаторам, предназначенным для преобразования переменного тока одного напряжения в переменный ток другого напряжения той же частоты.
В литературе [1] рассмотрены различные аспекты построения согласующих трансформаторов.
Наиболее близким к заявленному техническому решению является высокочастотный широкополосный согласующий трансформатор 12,5:75 Ом (патент РФ на полезную модель № 157375), принятый за ближайший аналог (прототип).
Прототип содержит ферритовый магнитопровод и токопроводящую обмотку, имеющую входной и выходной зажимы. Магнитопровод выполнен в виде двух полых цилиндров, каждый из которых образован ферритовыми кольцами с воздушными зазорами между ними. Токопроводящая обмотка состоит из первого и второго отрезков передающей линии и отрезка медной ленты. Между двумя цилиндрами магнитопровода навиты три витка первого отрезка передающей линии, а над ними на высоте, подбираемой при регулировании, навит один виток второго отрезка передающей линии и два витка отрезка медной ленты. Начала первых проводников первого и второго отрезков передающих линий соединены с входным зажимом, а конец отрезка медной ленты - с выходным зажимом. При этом начало отрезка медной ленты соединено с концом первого проводника первого отрезка передающей линии, а концы второго проводника первого отрезка передающей линии и первого проводника второго отрезка передающей линии соединены друг с другом. Начало и конец второго проводника второй передающей линии и начало второго проводника первой передающей линии заземлены.
Прототип позволяет в коротковолновом диапазоне частот (3…30 МГц) обеспечивать согласование с коэффициентом трансформации по сопротивлению k=6 (Wвх:Wвых=12,5:75 Ом, где Wвх, Wвых - соответственно входное и выходное сопротивление устройства, Ом). При этом на практике востребованной является также задача обеспечения согласования в коротковолновом диапазоне частот с другими коэффициентами трансформации, в частности k=2 (Wвх:Wвых=37,5:75 Ом).
Задачей, на решение которой направлено предлагаемое устройство, является обеспечение в коротковолновом диапазоне частот согласования по сопротивлению Wвх:Wвых=37,5:75 Ом (k=2).
Решение поставленной задачи достигается тем, что в широкополосный согласующий трансформатор 12,5:75, выходной зажим которого выполнен с волновым сопротивлением 75 Ом, содержащий ферритовый магнитопровод типа "бинокль", выполненный в виде двух полых цилиндров, каждый из которых образован N ферритовыми кольцами, и токопроводящую обмотку, состоящую из первого и второго отрезков передающих линий, навитых между цилиндрами магнитопровода, при этом конец первого проводника первого отрезка передающей линии соединен с началом первого проводника второго отрезка передающей линии, конец второго проводника второго отрезка передающей линии соединен с входным зажимом, а начала вторых проводников первого и второго отрезков передающих линий соединены, введен третий отрезок передающей линии, также навитый между двумя цилиндрами магнитопровода, при этом количество витков каждого из отрезков передающих линий равно двум. Между ферритовыми кольцами, составляющими цилиндры магнитопровода, вплотную, параллельно плоской поверхности колец и соосно с ней установлены плоские прямоугольные пластины из токопроводящего материала, имеющие два отверстия круглой формы для размещения токопроводящей обмотки с диаметром, равным внутреннему диаметру ферритовых колец. Входной зажим выполнен с волновым сопротивлением 37,5 Ом. Начало второго проводника первого отрезка передающей линии соединено с выходным зажимом, а конец второго проводника первого отрезка передающей линии и начало первого проводника первого отрезка передающей линии - с входным зажимом. При этом начало первого проводника третьего отрезка передающей линии соединено с концом первого проводника первого отрезка передающей линии, а концы первых проводников второго и третьего отрезков передающих линий соединены друг с другом и с началом второго проводника третьего отрезка передающей линии, конец которого заземлен.
Схема предлагаемого устройства представлена на фиг. 1, при этом начала и концы отрезков передающих линий обозначены буквами «н» и «к» соответственно.
Мощный согласующий высокочастотный трансформатор 37,5:75 Ом содержит ферритовый магнитопровод типа "бинокль" 1, выполненный в виде двух полых цилиндров, каждый из которых образован N ферритовыми кольцами, между которыми вплотную, параллельно плоской поверхности колец и соосно с ней установлены плоские прямоугольные пластины из токопроводящего материала, имеющие два отверстия круглой формы для размещения токопроводящей обмотки с диаметром, равным внутреннему диаметру ферритовых колец, и токопроводящую обмотку с входным и выходным зажимами, состоящую из первого 2, второго 3 и третьего 4 отрезков передающих линий, навитых между цилиндрами магнитопровода. Количество витков каждого из отрезков передающих линий равно двум. Начала вторых проводников первого 2(2) и второго 3(2) отрезков передающих линии соединены с выходным зажимом, имеющим волновое сопротивление 75 Ом. При этом концы вторых проводников первого 2(2) и второго 3(2) отрезков передающей линии и начало первого проводника первого 2(1) отрезка передающей линии соединены с входным зажимом, имеющим волновое сопротивление 37,5 Ом. Начала первых проводников второго 3(1) и третьего 4(1) отрезков передающей линии соединены с концом первого проводника первого 2(1) отрезка передающей линии, при этом концы первых проводников второго 3(1) и третьего 4(1) отрезков передающих линий соединены друг с другом и с началом второго проводника третьего 4(2) отрезка передающей линии, конец которого заземлен.
Отрезки передающих линий могут быть выполнены в виде отрезков коаксиальных кабелей. Для реализации третьего 4 отрезка передающей линии используется коаксиальный кабель с меньшим диаметром сечения по сравнению с кабелями, примененными для первого 2 и второго 3 отрезков передающих линий. В устройстве предлагаемой конструкции межвитковая емкость увеличивается и становится распределенной. Соединения проводников передающих линий выполнены с использованием отрезков медных шин. Плоские прямоугольные пластины с соответствующими отверстиями, установленные между ферритовыми кольцами, могут быть выполнены из меди или латуни, и служат для выравнивания по периметру кольцевого сердечника высокочастотного магнитного поля, создаваемого токами в размещенных на нем обмотках. Кроме того такие пластины, частично выходящие за пределы сердечника, дополнительно выполняют функции отвода тепла от сердечника.
Устройство работает следующим образом. На входной зажим устройства с волновым сопротивлением Wвх=37,5 Ом подается сигнал, который, распространяясь по токопроводящей обмотке, с минимальными потерями передается на выходной зажим с волновым сопротивлением Wвых=75 Ом.
Предлагаемое устройство по сравнению с прототипом:
обеспечивает в диапазоне частот 1,5…30 МГц согласование по сопротивлению Wвх:W вых=75:37,5 Ом;
позволяет увеличить трансформируемую мощность до 10 кВт;
обеспечивает высокий уровень коэффициента бегущей волны в диапазоне рабочих частот.
Список литературы
1. Лондон С.Е., Томашевич СВ. Справочник по высокочастотным трансформаторам, М., Радио и связь, 1984.