Широкополосный датчик высокочастотного тока

Полезная модель относится к радиоэлектронике и может быть использована, например, в системах защиты широкополосных усилителей мощности от рассогласования с нагрузкой, в системах автоматической регулировки потребляемого тока таких усилителей и в широкополосных измерителях коэффициента стоячей волны.
Известен широкополосный датчик высокочастотного тока, содержащий резистор, отрезок двухпроводной линии передачи, первый проводник которой является частью общего для всего устройства проводника, а в разрыв второго проводника включен названный резистор, трансформатор, первичная обмотка которого подключена к выводам резистора, а первый конец вторичной обмотки соединен с общим для всего устройства проводником, и детектор, вход которого соединен со вторым концом вторичной обмотки трансформатора, а его выход является выходом устройства 1, стр. 273, рис. 13.1. Недостатком устройства являются большие потери передаваемой по двухпроводной линии передачи (в которую включен резистор) мощности и трудоемкость настройки устройства.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому решению является широкополосный датчик высокочастотного тока, содержащий кольцевой магнитопроводящий сердечник, отрезок двухпроводной линии передачи, первый проводник которой проходит вне отверстия сердечника и является частью общего для всего устройства проводника, а второй проводник проходит через отверстие в сердечнике, однослойную обмотку, выполненную из провода, навитого на сердечник, один конец которой соединен с общим проводником, и детектор, вход которого соединен с другим концом однослойной обмотки, а его выход является выходом устройства 2, стр. 107, рис.3.
Лг-..
Недостатком устройства-прототипа являются большие частотнозависимые потери мощности, передаваемой по двухпроводной линии передачи, которые обусловлены возрастающими с частотой потерями в магнитопроводящем сердечнике. При мощности сигнала более 10 Вт и частоте сигнала выше 30 МГц использование рассматриваемого устройства становится затруднительным из-за перегрева сердечника и больших потерь мощности в нем.
Технический результат, на достижение которого направлено предлагаемое решение, - создание широкополосного датчика высокочастотного тока большой амплитуды.
Это достигается тем, что в широкополосный датчик высокочастотного тока, содержащий кольцевой магнитопроводящий сердечник, отрезок двухпроводной линии передачи, первый проводник которой проходит вне отверстия сердечника и является частью общего для всего устройства проводника, а второй проводник проходит через отверстие в сердечнике, однослойную обмотку, выполненную из провода, навитого на сердечник, один конец которой соединен с общим проводником, и детектор, вход которого соединен с другим концом однослойной обмотки, а его выход является выходом устройства, введен резистор, который размещен в отверстии сердечника, а его выводы охватывают сердечник с обеих торцевых сторон и соединены с общим проводником.
На фиг. 1 и 2 представлены функциональная схема предложенного широкополосного датчика высокочастотного тока и принципиальная электрическая схема такого устройства, входящего в состав широкополосного усилителя мощности.
На фиг. 3 и 4 приведены экспериментальные зависимости, снятые для предлагаемого датчика тока и широкополосного усилителя мощности, принципиальная электрическая схема которого приведена на фиг. 2.
Широкополосный датчик высокочастотного тока (фиг. 1), содержит кольцевой магнитопроводящий сердечник 1, отрезок двухпроводной линии передачи, первый проводник 2 которой проходит вне отверстия сердечника 1 и является частью общего для всего устройства проводника, а второй проводник 3 проходит через отверстие в сердечнике 1, однослойную обмотку 4, выполненную из провода, навитого на сердечник 1, один конеп которой соединен с общим проводником, детектор 5, вход которого соединен с другим концом однослойной обмотки 4, а его выход является выходом устройства, и резистор 6, который размещен в отверстии сердечника 1, а его выводы охватывают сердечник 1 с обеих торцевых сторон и соединены с общим проводником.
Широкополосный датчик высокочастотного тока (фиг. 1) работает следующим образом. При протекании через проводники 3 и 2 противофазных высокочастотных токов в сердечнике 1 образуется высокочастотное магнитное поле, в результате чего на концах однослойной обмотки 4 наводится высокочастотная ЭДС, пропорциональная протекающему по проводнику 3 высокочастотному току. Напряжение, снимаемое с обмотки 4, детектируется детектором 5 и поступает на выход устройства.
Резистор 6, его выводы и первый проводник 2 линии передачи образуют замкнутый вокруг сердечника 1 контур с сопротивлением равным сопротивлению резистора 6. Использование резистора 6 позволяет улучщить амплитудно-частотную характеристику заявляемого устройства и уменьщить нагревание магнитопроводящего сердечника. Изменяя сопротивление резистора 6, можно изменять уровень магнитного поля в сердечнике 2 и потери мощности в нем.
Принципиальная электрическая схема предложенного устройства, в котором использован магнитопроводящий сердечник марки М2000ПМ 20x10x5, совместно со схемой щирокополосного усилителя мощности, приведена на фиг. 2. Широкополосный датчик высокочастотного тока в данном
широкополосном усилителе мощности является частью схемы автоматической регулировки потребляемого усилителем постоянного тока, состоящей из датчика тока, датчика напряжения, блока управления током потребления и предназначенной для повышения коэффициента полезного действия усилителя и обеспечения его работоспособности при работе на несогласованную нагрузку 2, 3.
Широкополосный усилитель мощности имел следующие характеристики: полоса пропускания 0,1-240 МГц; неравномерность амплитудночастотной характеристики ± 1,5 дБ; коэффициент усиления 40 дБ; номинальный уровень выходной мощности 20 Вт; потребляемый ток в режиме молчания 2,2 А, в режиме максимальной выходной мощности 6,8 А; сопротивление генератора и нагрузки 50 Ом. Магнитопроводящий сердечник 1 на фиг. 1 соответствует магнитопроводящему сердечнику Ml на фиг. 2. Резистор 6 на фиг. 1 соответствует резистору R2 на фиг. 2. Детектор 5 на фиг. 1 соответствует детектору, состоящему из диода Д2 и конденсаторов С2 и СЗ на фиг. 2.
На фиг. 3 представлена экспериментальная зависимость напряжения, снимаемого с выхода детектора  дет состоящего из диода Д2 и конденсаторов С2 и СЗ (фиг. 2), от частоты усиливаемого сигнала при работе усилителя на согласованную нагрузку 50 Ом, амплитуде выходного напряжения Ugbix равной 35 В, и при отключенном датчике напряжения, состоящем из ослабителя сигналов на резисторе R1 и детекторе на диоде Д1 и конденсаторах С1 и С2.
На фиг. 4 представлены две экспериментальные зависимости тока потр потребляемого щирокополосным усилителем мощности (фиг. 2), от
уровня выходного напряжения, при частоте входного воздействия 10 МГц (кривая 1) и 240 МГц (кривая 2), и при отключенном датчике напряжения. Отключение датчика напряжения соответствует работе схемы автоматичеtoc:- -
ской регулировки потребляемого усилителем постоянного тока от широкополосного датчика высокочастотного тока.
При выходной мощности усилителя (фиг. 2), равной 20 Вт, и частоте усиливаемого сигнала 240 МГц, отключение резистора R2 приводит к падению выходной мощности до 14,7 Вт, что объясняется увеличением потерь мощности в магнитопроводящем сердечнике Ml. При закорачивании резистора R2 (фиг. 2) выходная мощность усилителя увеличивается до величины 20,5 Вт, что соответствует условию полного отсутствия потерь мощности в сердечнике Ml.
Положительный эффект от использования предложенной полезной модели (по отношению к модели-прототипу) заключается:
-в снижении потерь мощности, передаваемой по двухпроводной линии передачи;
-в устранении перегревания магнитопроводящего сердечника.
Источники информации, использованные при составлении описания
1.Широкополосные радиопередающие устройства. / Под ред. О.В. Алексеева. - М.: Связь, 1978. - 304 с.
2.Титов А.А., Мелихов С.В. Широкополосный усилитель мощности с системой защиты // Приборы и техника эксперимента. - 1993. - № 2. С. 105-107-нрототип.
3.Титов А.А. Пелинейные искажения в мощной широкополосной усилительной ступени с автоматической регулировкой потребляемого тока // Известия вузов. Сер. Радиоэлектроника. - 2001. - № 11. - С. 71-77.
,
. ъ
полезной модели