МОЩНЫЙ ШИРОКОПОЛОСНЫЙ СИММЕТРИРУЮЩИЙ ТРАНСФОРМАТОР

Настоящая полезная модель относится к радиотехнике и может быть использована в радиосвязи для согласования симметричной антенны или фидерной линии с радиопередатчиком KB диапазона.
Известен симметрирующий трансформатор по патенту США №7.319.435. «Balun for an antenna» с обмоткой, размещенной на двухотверстном магнитопроводе, который выполнен в виде двух параллельно расположенных полых ферритовых цилиндров (сердечник типа "бинокль").
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому решению является мощный широкополосный симметрирующий трансформатор по патенту РФ на полезную модель №132608 «Мощный широкополосный симметрирующий трансформатор». Устройство представляет собой симметрирующий трансформатор, который имеет в качестве двухотверстного магнитопровода сердечник, выполненный в виде двух столбиков из наборов ферритовых колец. Обмотка устройства-прототипа, выполненная коаксиальным кабелем, имеет несимметричный и симметричный выводы, которые являются несимметричным входом и симметричным выходом трансформатора.
Общим недостатком описанных симметрирующих трансформаторов является невозможность оперативного изменения коэффициента трансформации. Такая необходимость может возникнуть при смене используемой антенны или при значительном изменении рабочей частоты, т.к. в подобных случаях рассогласование трансформатора, вызванное изменением параметров антенны, может оказаться настолько большим, что при работе вызовет его перегрев или недопустимое снижение мощности передатчика, или то и другое вместе.
Полезная модель позволяет дискретно изменять номинальное волновое сопротивление нагрузки, то есть оперативно изменять основную характеристику симметрирующего трансформатора с помощью изменения коэффициента трансформации на один и более шагов.
Поставленная задача решена путем введения в трансформатор между его входом и выходом индуктивной связи. На магнитопроводе размещены две обмотки: несимметричная (первичная), концы которой образуют несимметричный вход, и симметричная (вторичная), концы которой образуют симметричный выход. При этом симметричная обмотка выполнена хотя бы с одним отводом, а симметричная антенна или симметричная фидерная линия может быть подключена к любым двум ее выводам, т.е. симметричный выход организован использованием для подключения нагрузки любых двух выводов симметричной обмотки. В этом случае разные отношения числа витков обмоток позволяют реализовать разные коэффициенты трансформации, т.е. согласовывать радиопередатчик с антеннами, имеющие разные волновые сопротивления. При этом число возможных шагов изменения коэффициента трансформации будет не менее числа отводов.
Кроме того предлагаемая полезная модель позволяет исключить резонансные явления во всем рабочем диапазоне частот.
На фиг. 1 схематично представлен общий вид предлагаемого устройства, на фиг. 2 - электрическая схема устройства, где С - паразитная емкость между обмотками.
Мощный широкополосный симметрирующий трансформатор содержит трансформаторную секцию, выполненную в виде двухотверстного ферритового магнитопровода, состоящего из двух столбиков ферритовых колец 1.1 и 1.2, и обмотку 2, витки которой пропущены одновременно через оба отверстия магнитопровода. В устройство введена дополнительная обмотка 3, размещенная аналогичным образом. Обе обмотки выполнены однопроводными с неодинаковым числом витков. При этом концы 2.1 и 2.2 обмотки с меньшим числом витков образуют несимметричный вход трансформатора, а обмотка 3 с большим числом витков выполнена хотя бы с одним отводом (3.3 и/или 3.4). Любые два вывода вторичной обмотки образуют симметричный выход трансформатора. Каждый вывод вторичной (симметрирующей) обмотки трансформатора (кроме вывода 3.1) должен иметь информацию о коэффициенте трансформации, соответствующем этому выводу, например, 4, 9 или иной.
На практике хорошие результаты получены для трансформаторов, первичные обмотки которых имеют два витка, а вторичные обмотки выполнены с двумя отводами. При этом для согласования передатчиков с наиболее распространенными симметричными антеннами KB диапазона достаточно будет двух типов симметрирующих трансформаторов, имеющих следующие коэффициенты трансформации сопротивлений:
1) 2,2; 4; 6,2;
2) 6,2; 9; 12,2.
Наличие паразитной емкости между обмотками трансформатора вызовет некоторое нарушение симметрии выходного напряжения, заметное в высокочастотной части рабочего диапазона, которое может быть частично скомпенсировано включением внешних добавочных реактивных элементов (на фигурах не показаны). Небольшая асимметрия не влияет на распространение радиоволн в дальней зоне, когда гораздо большее значение имеет рельеф местности и состояние атмосферы.
Устройство работает следующим образом.
Выводы 2.1 и 2.2 первичной (несимметричной) обмотки с помощью коаксиального кабеля подключают к радиопередатчику (на фиг. 1 не показан). Вторичную (симметричную) обмотку подключают к симметричной фидерной линии или антенне. Выводы вторичной обмотки для подключения симметричной нагрузки определяют, исходя из отношения волнового сопротивления фидера (антенны) и выходного сопротивления передатчика. Используют вывод 3.1 и вывод, наиболее соответствующий требуемому в каждом конкретном случае отношению сопротивлений.
На практике трансформатор может применяться для диапазона мощности до двух киловатт. При подаче напряжения сигнала на первичную обмотку трансформатора со вторичной обмотки ВЧ мощность будет передаваться в фидерную линию (антенну). Причем наибольшая мощность может быть передана и излучена антенной в случае равенства входного сопротивления фидера (антенны) оптимальному сопротивлению нагрузки трансформатора, которое определяется как
опт
R=ρ·К,
где ρ - выходное сопротивление передатчика,
К - коэффициент трансформации сопротивления.