Высокочастотное симметрирующее устройство

Полезная модель относится к радиотехническим устройствам, работающим в диапазонах коротких и ультракоротких волн, и обеспечивает переход от несимметричного относительно общей шины ("земли") входа, например, от коаксиального кабеля, к симметричной (балансной) нагрузке, например, к антенне.

В основу полезной модели положена задача создания высокочастотного симметрирующего устройства, в котором за счет увеличения числа проводников и изменения их формы и схемы их подключения осуществлено устройство для коротковолнового диапазона, для мощности 5 кВт и более.

1 н.п.ф., 2 з.п.ф., 1 илл.

Полезная модель относится к радиотехническим устройствам, работающим в диапазонах коротких и ультракоротких волн, и обеспечивает переход от несимметричного относительно общей шины ("земли") входа, например, от коаксиального кабеля, к симметричной (балансной) нагрузке, например, к антенне.

Полезная модель может также использоваться в усилителях мощности для перехода от однотактного каскада усиления к двухтактному, а также в других подобных случаях.

Известен широкополосный симметрирующий трансформатор с коэффициентом трансформации 1 1 и гальванической развязкой между входом и симметричным выходом со средним зажимом нулевого потенциала, содержащий магнитопровод обмотки из коаксиальных кабелей, из который начало внутреннего проводника первого кабеля образует зажим несимметричного относительно общей шины входа, начало наружного проводника и конец внутреннего проводника соединены с общей шиной, в котором обмотки из коаксиальных кабелей намотаны на магнитопроводе в одном направлении, количество витков первого кабеля и двух других соотносятся как 2 к 1, начало внешних проводников второго и третьего коаксиального кабелей и конец внутреннего проводника третьего коаксиального кабеля подключены к общей шине, а концы наружных проводников второго и третьего и наружный проводник первого кабеля после половины его числа витков соединены между собой, конец наружного проводника первого кабеля соединен с концом внутреннего проводника второго кабеля, а начала внутренних проводников второго и третьего кабелей образуют зажимы симметричного выхода (патент РФ 2076365, H01F 19/04, опубл. 27.03.1997).

Недостатком известного устройства являются:

- максимальная допустимая мощность (ассортимент) выпускаемых радиочастотных кабелей ограничивает максимальную мощность устройства;

- необходимость использования хрупкого и боящегося влаги ферритового магнитопровода затрудняет применение на открытых площадках (под антенной), усложняет конструкцию устройства, а так же снижает его КПД и повышает тепловыделение.

Известно высокочастотное симметрирующее устройство, содержащее три проводника, начало первого из которых образует несимметричный относительно общей шины вход, начало второго проводника соединено с общей шиной, а их концы образуют симметричный выход, в котором первый и второй проводники идентичны по выполнению и расположены симметрично относительно оси третьего проводника, который экранирует их от общей шины и конец которого соединен с общей шиной, при этом между началами первого и третьего проводников включен введенный индуктивный элемент.

Третий проводник образован соединенными по всей длине внешними проводниками двух коаксиальных линий, внутренние проводники которых являются первым и вторым проводниками.

Индуктивный элемент образован короткозамкнутой на конце коаксиальной линией, наружный проводник которой является первым проводником, а начало внутреннего проводника подключено к началу третьего проводника (патент РФ 2072594, H01P 5/10, опубл. 27.01.1997).

Недостатком прототипа является невозможность реализации в KB диапазоне из-за требуемого увеличения геометрических размеров (преимущественно длин) проводников.

Известно решение по построению широкополосных УСС (для KB диапазона), выбранное за прототип и выполненное на связанных цилиндрических катушках, коаксиально расположенных и образующих обмоточный трансформатор; для расширения вверх диапазона рабочих частот содержат дополнительные «фазокомпенсирующие» обмотки, используемые в режиме согласованных двухпроводных «длинных» линий и дополнительные элементы (конденсаторы и катушки индуктивности) частотной коррекции (Кузнецов В.Д., Парамонов В.К., Широкополосное устройство для согласования и симметрирования, Электросвязь, 1968, 11). Главные недостатки данного решения заключаются в ограничении диапазона рабочих частот и максимально допустимого уровня мощности и сложности настройки. С ростом допустимой максимальной мощности из-за увеличения токов и напряжении в элементах УСС необходимо пропорционально увеличивать сечения проводников и зазоры между ними, и как следствие, габариты обмоток и устройства в целом. Проявляющиеся при этом «распределенные» эффекты (когда геометрические размеры элементов схемы становятся сравнимы с длиной волны сигнала) ограничивают сверху диапазон рабочих частот УСС. При номинальной мощности УСС более 1 кВт катушки трансформатора выполняются медной трубкой диаметром более 6-8 мм, причем элементы каркаса и крепежа катушек располагаются между обмотками в рабочих зазорах (образованных обмотками) «длинных» линий, что приводит к снижению электрической прочности (дополнительному ограничению мощности) и рассогласованию на входе УСС.

В основу полезной модели положена задача создания высокочастотного симметрирующего устройства, в котором за счет увеличения числа проводников и изменения их формы и схемы их подключения осуществлено устройство для коротковолнового диапазона, для мощности 5 кВт и более.

Решение поставленной технической задачи обеспечивается тем, что в высокочастотном симметрирующем устройстве, содержащем корпус, внутри которого размещены неэкранированные линии передачи из спиральных проводников, использовано шесть проводников, выполненных в форме плоских спиралей, расположенных в параллельных плоскостях, при этом расстояние между первым и вторым, вторым и третьим, третьим и четвертым, пятым и шестым проводниками равны, а проводники размещены таким образом, чтобы проекции с первого по четвертый и проекции пятого и шестого проводников совпадали; начало второго проводника соединено с общей шиной; второй, третий и четвертый проводники образуют несимметричную линию относительно общей шины; первый и второй, а также пятый и шестой проводники образуют в каждой паре симметричную линию; конец третьего проводника соединен с концом первого проводника и началом пятого проводника; концы второго и четвертого проводников соединены с началом шестого проводника; начало первого и шестого проводника выполнены как симметричный выход к нагрузке.

Форма витков спирали может быть круглой, прямоугольной или многоугольной при постоянной ширине проводника и постоянной величине шага витков, причем спирали расположены в параллельных плоскостях, а первые четыре спирали и последние две спирали закручены в разные стороны.

Проводники могут быть изготовлены печатным способом, а толщина проводников не менее 50 мк.

Предлагаемая схема подключения проводников приводит к уменьшению числа паразитных индуктивностей, и по сравнению с прототипом их шунтирующее влияние меньше примерно в два раза. Закрутка первых четырех спиралей в одну сторону, а последних двух - в другую позволяет дополнительно скомпенсировать влияние паразитных индуктивностей, что в конечном счете приводит к улучшению согласования (уменьшению коэффициента стоячей волны - КСВ на входе) на нижних частотах диапазона рабочих частот.

Полезная модель поясняется фиг.1

Высокочастотное симметрирующее устройство содержит соединенный с общей шиной корпус (не показан), в котором размещены шесть проводников 1-6. Проводники выполнены в форме плоской спирали, причем первые четыре спирали закручены по часовой стрелке, а последние две спирали - против часовой стрелки. Спирали расположены в параллельных плоскостях. Расстояние между первым и вторым, вторым и третьим, третьим и четвертым, пятым и шестым проводниками равны, а проводники размещены таким образом, чтобы проекции с первого по четвертый и проекции пятого и шестого проводников совпадали. Начало второго проводника (отмечено звездочкой) соединено с общей шиной. Второй, третий и четвертый проводники образуют несимметричную линию относительно общей шины 7. Первый и второй, а также пятый и шестой проводники образуют в каждой паре симметричную линию. Конец третьего проводника соединен с концом первого проводника и началом пятого проводника. Концы второго и четвертого проводников соединены с началом шестого проводника. Начало первого и конец шестого проводника выполнены как симметричный выход к нагрузке.

Проводники могут быть изготовлены печатным способом, а толщина проводников не менее 50 мк.

Устройство работает следующим образом. В нижней части диапазона рабочих частот (длина проводников линий много меньше длины волны) устройство работает как многосекционный обмоточный трансформатор с коэффициентом трансформации по напряжению 1:2, причем снизу диапазон рабочих частот ограничен шунтирующим влиянием индуктивностей заземленных обмоток, вторые концы которых подключены к точкам схемы с 0,5 напряжением относительно «земли». В верхней части диапазона, на частотах, для которых длина проводников, образующих линию, сравнима с длиной волны, устройство представляет собой двухступенчатый трансформатор на согласованный длинных линиях, выполненный с объединением проводников с одинаковыми потенциалами на своих концах. Сверху рабочий диапазон практически ограничен частотами, для которых длина волны превышает 4 длины проводников линий.

Так как шунтирующие обмотки подключены в точках схемы с наиболее низким высокочастотным потенциалом и включены между собой согласно, их требуемая собственная индуктивность, а следовательно, длина проводников может быть уменьшена, что позволяет расширить верхнюю границу диапазона рабочих частот.

1. Высокочастотное симметрирующее устройство, содержащее соединенный с общей шиной корпус, неэкранированные линии передачи из отрезков спиральных проводников, отличающееся тем, что использовано шесть проводников, выполненных в форме плоских спиралей, расположенных в параллельных плоскостях, при этом расстояния между первым и вторым, вторым и третьим, третьим и четвертым, пятым и шестым проводниками равны, а проводники размещены таким образом, чтобы проекции с первого по четвертый и проекции пятого и шестого проводников совпадали; начало второго проводника соединено с общей шиной; второй, третий и четвертый проводники образуют несимметричную линию относительно общей шины; первый и второй, а также пятый и шестой проводники образуют в каждой паре симметричную линию; конец третьего проводника соединен с концом первого проводника и началом пятого проводника; концы второго и четвертого проводников соединены с началом шестого проводника; начало первого и конец шестого проводника выполнены как симметричный выход к нагрузке.

2. Высокочастотное симметрирующее устройство по п.1, отличающееся тем, что форма витков спирали круглая, прямоугольная или многоугольная при постоянной ширине проводника и постоянной величине шага витков, спирали расположены в параллельных плоскостях, причем первые четыре спирали и последние две спирали закручены в разные стороны.

3. Высокочастотное симметрирующее устройство по п.1, отличающееся тем, что проводники изготовлены печатным способом, а толщина проводников не менее 50 мк.