ШИРОКОПОЛОСНОЕ УСТРОЙСТВО СЛОЖЕНИЯ МОЩНОСТИ ЧЕТЫРЕХ ГЕНЕРАТОРОВ

Полезная модель относится к области радиотехники и может быть использована при создании мощных радиопередающих устройств путем сложения мощности отдельных радиопередающих модулей.
Известны устройства сложения мощности (УСМ) генераторов, предназначенные для работы в коротковолновом диапазоне частот, описанные в литературе [1], а также предложенные в патентах РФ №7769, 132934. В отличите от известных УСМ, которые могут быть отнесены к устройствам последовательного и параллельного типа, предлагаемое устройство характеризуется смешенной последовательно-параллельной схемой. Наиболее близким к заявленному техническому решению является устройство по патенту РФ на полезную модель №132934, принятое за прототип.
Прототип содержит пять отрезков линии передачи, два ферритовых сердечника и один балластный резистор, при этом два генераторных входа и выход несимметричны относительно общей шины. Первый и четвертый отрезки линии передачи навиты на первый и второй ферритовые сердечники соответственно. Начало первого проводника первого отрезка линии передачи и начало второго проводника второго отрезка линии передачи объединены и соединены с первым генераторным входом сумматора, а начало первого проводника третьего отрезка линии передачи и начало второго проводника четвертого отрезка линии передачи объединены и соединены со вторым входом сумматора. Конец первого проводника первого отрезка линии передачи и конец второго проводника четвертого отрезка линии передачи объединены и соединены с выходом сумматора. Конец первого проводника третьего отрезка линии передачи соединен с концом второго проводника первого отрезка линии передачи, конец первого проводника четвертого отрезка линии передачи соединен с концом второго проводника второго отрезка линии передачи, а начало первого проводника соединено с первым выводом балластного резистора. При этом начало второго проводника пятого отрезка линии передачи соединено со вторым выводом балластного резистора, конец первого проводника пятого отрезка линии передачи соединен с концом второго проводника первого отрезка линии передачи, а конец второго проводника пятого отрезка соединен с концом второго проводника второго отрезка линии передачи. Начала вторых проводников первого и третьего, начала первых проводников второго и четвертого, конец первого проводника второго и конец второго проводника третьего отрезков линии передачи соединены с общей шиной.
Недостатком прототипа является то, что для сложения мощности четырех генераторов необходимо применять схему с последовательно-параллельным объединением трех рассматриваемых устройств, что усложняет конструкцию и снижает надежность. При этом задача сложения мощности от четырех генераторов имеет большую практическую значимость и часто встречается при использовании устройств сложения в составе мощных радиопередающих устройств.
Задачей, на решение которой направлено предлагаемое устройство, является сложение мощности четырех генераторов в одной нагрузке с обеспечением КСВ генераторных входов сумматора не хуже 1,1 в диапазоне рабочих частот 1,5…30 МГц.
Для этого в широкополосное устройство сложения мощности генераторов, содержащее пять отрезков линии передачи, первый балластный резистор, первый и второй ферритовые сердечники, первый и второй генераторные входы и выход сумматора, несимметричные относительно общей шины, с которой соединены начало второго проводника первого отрезка линии передачи и конец второго проводника третьего отрезка линии передачи, а первый отрезок линии передачи навит на первый сердечник, введены шестой, седьмой и восьмой отрезки линии передачи, второй, третий, четвертый и пятый балластные резисторы, третий и четвертый ферритовые сердечники, первый, второй и третий конденсаторы, а также третий и четвертый генераторные входы, при этом второй отрезок линии передачи навит на второй сердечник, третий и пятый отрезки - на третий сердечник, четвертый и шестой отрезки - на четвертый сердечник, причем первые выводы первого балластного резистора и второго конденсатора подключены к началу второго проводника второго отрезка и концу первого проводника третьего отрезка линии передачи, а вторые выводы - к концу второго проводника первого отрезка и началу первого проводника четвертого отрезка линии передачи, при этом первые выводы четвертого балластного резистора и первого конденсатора соединены с началами вторых проводников третьего и пятого отрезков линии передачи, а первые выводы пятого балластного резистора и третьего конденсатора - с концами вторых проводников четвертого и шестого отрезков линии передачи, первый вывод второго балластного резистора соединен с началами первых проводников первого и пятого отрезков линии передачи, а второй вывод - с началами первых проводников третьего и седьмого отрезков линии передачи, при этом первый вывод третьего балластного резистора соединен с концами первых проводников четвертого и восьмого отрезков линии передачи, а второй вывод - с концами первых проводников второго и шестого отрезков линии передачи, при этом концы первых проводников седьмого и пятого и начала первых проводников шестого и восьмого отрезков линии передачи соединены с первым, вторым, третьим и четвертым генераторными входами сумматора, а конец первого проводника первого отрезка и начало первого проводника второго отрезка линии передачи - с выходом сумматора, а начала вторых проводников четвертого, шестого, седьмого и восьмого отрезков линии передачи, концы вторых проводников второго, пятого, седьмого и восьмого отрезков линии передачи, а также свободные выводы первого и третьего конденсаторов и четвертого и пятого балластных резисторов соединены с общей шиной.
Структурная схема предлагаемого устройства изображена на фиг. 1, при этом начала и концы проводников обозначены буквами «н» и «к» соответственно.
Широкополосное устройство сложения мощности четырех генераторов содержит восемь отрезков линии передачи 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, пять балластных резисторов 9(1)…9(5), четыре ферритовых сердечника 10(1)…10(4), три конденсатора 11(1)…11(3), а также четыре генераторных входа и один выход сумматора, несимметричные относительно общей шины. Первый 1 и второй 2 отрезки линии передачи навиты на первый 10(1) и второй 10(2) сердечники соответственно, третий 3 и пятый 5 отрезки - на третий 10(3) сердечник, четвертый 4 и шестой 6 отрезки - на четвертый 10(4) сердечник. Первые выводы первого балластного резистора 9(1) и второго конденсатора 11(2) подключены к началу второго проводника второго отрезка 2(2) и концу первого проводника третьего отрезка 3(1) линии передачи, а вторые выводы - к концу второго проводника первого отрезка 1(2) и началу первого проводника четвертого отрезка 4(1) линии передачи. При этом первые выводы четвертого балластного резистора 9(4) и первого конденсатора 11(1) соединены с началами вторых проводников третьего 3(2) и пятого 5(2) отрезков линии передачи, а первые выводы пятого балластного резистора 9(5) и третьего конденсатора 11(3) - с концами вторых проводников четвертого 4(2) и шестого 6(2) отрезков линии передачи. Первый вывод второго балластного резистора 9(2) соединен с началами первых проводников первого 1(1) и пятого 5(1) отрезков линии передачи, а второй вывод - с началами первых проводников третьего 3(1) и седьмого 7(1) отрезков линии передачи, при этом первый вывод третьего балластного резистора 9(3) соединен с концами первых проводников четвертого 4(1) и восьмого 8(1) отрезков линии передачи, а второй вывод - с концами первых проводников второго 2(1) и шестого 6(1) отрезков линии передачи. При этом концы первых проводников седьмого 7(1) и пятого 5(1) и начала первых проводников шестого 6(1) и восьмого отрезков 8(1) линии передачи соединены с первым, вторым, третьим и четвертым генераторными входами сумматора, а конец первого проводника первого отрезка 1(1) и начало первого проводника второго 2(1) отрезка линии передачи - с выходом сумматора. При этом начала вторых проводников первого 1(2), четвертого 4(2), шестого 6(2), седьмого 7(2) и восьмого 8(2) отрезков линии передачи, концы вторых проводников второго 2(2), третьего 3(2), пятого 5(2), седьмого 7(2) и восьмого 8(2) отрезков линии передачи, а также свободные выводы первого 11(1) и третьего 11(3) конденсаторов и четвертого 9(4) и пятого 9(5) балластных резисторов соединены с общей шиной.
В качестве передающих линий могут быть использованы отрезки коаксиального кабеля, тип которого выбирается в соответствии с номинальным входным сопротивлением устройства, или отрезки двухпроводной линии. Ферритовые сердечники для отрезков линии передачи могут быть выполнены в виде столбиков из набора ферритовых колец с зазорами между кольцами. В данном устройстве в исполнении для мощности 2 кВт могут быть использованы ферритовые кольца М200 ВНП3 125×80×8.
Работает предлагаемое устройство следующим образом. В согласованном режиме равноамплитудные и синфазные сигналы генераторов поступают на генераторные входы устройства Вх. 1, Вх. 2, Вх. 3, Вх. 4 и распространяются по соответствующим передающим линиям к выходу УСМ, суммируясь в нагрузке сумматора без отражений, если ее сопротивление равно волновому сопротивлению каждого из отрезков линии передачи. Изменение амплитуд и фаз сигналов, поступающих на входные полюсы устройства, приводит к перераспределению сигналов между нагрузкой сумматора, подключенной к его выходу, и балластными резисторами. В наихудшем случае, при отключении одного из генераторов, при условии обеспечении синфазности входных высокочастотных сигналов не хуже ±3° и различии по мощности не хуже ±0,2 дБ, предлагаемое устройство обеспечивает работу с коэффициентом полезного действия 50%.
Предлагаемое обладает следующими преимуществами:
- количество генераторных входов увеличено до четырех, что позволяет производить сложение мощности от большего количества генераторов без усложнения конструкции;
- величина КСВ в полосе 1,5…30 МГц (коротковолновый диапазон) минимизирована до уровня не хуже 1,1 (для устройства прототипа КСВ - не хуже 1,2), что повышает эффективность устройства;
- суммарный коэффициент трансформации для предлагаемого УСМ благодаря последовательно-параллельной конструкции устройства равен единице, т.е. не требуется применения дополнительных согласующих трансформаторов.
Список литературы:
1. Лондон С.Е., Томашевич С.В. Справочник по высокочастотным трансформаторам, М., Радио и связь, 1984.