Модифицированный трансформатор

Полезная модель относится к радиотехнике и предназначена для использования в антенно-фидерных трактах различного назначения.

Модифицированный трансформатор, выполненный в виде отрезка длинной линии волновое сопротивление и длина которого, находятся в определенном соотношении с активной составляющей нагрузки и волновым сопротивлением основной линии, при этом трансформатор имеет длину меньшую 0,25, а его параметры определяются из следующих соотношений:

при индуктивной нагрузке Z_H=R_H +jX_HL и линии Z₀>R_H; R _H(R_H-Z₀)>X_HL;

при емкостной нагрузке Z_H=R _H-jX_HC и линии Z₀H ;

где X_HL - индуктивная составляющая нагрузки; Х_НC - емкостная составляющая нагрузки; R _H- активная составляющая нагрузки; Z₀ - волновое сопротивление линии; _T - волновое сопротивление трансформатора; L _T - электрическая длина трансформатора; - рабочая длина волны.

Предлагаемая полезная модель позволяет при определенных соотношениях реализовать малогабаритный трансформатор с длиной меньшей 0,25 для согласования комплексных нагрузок. 1пф.

Полезная модель относится к радиотехнике и предназначена для использования в антенно-фидерных трактах различного назначения.

Из описания полезной модели к патенту RU 89768 U1 с приоритетом от 29.07.2009 известен датчик модуля коэффициента отражения, в котором используется трансформатор в виде длинной линии, которая оптимизирована по волновому сопротивлению и длине основной линии связи и сопротивлению нагрузки детекторной секции.

Недостатком этого трансформатора является то, что он имеет большую длину, увеличивающую габариты устройства.

Известен модифицированный трансформатор комплексных сопротивлений в виде отрезка линии передачи длиной L/4 (0,25) и волновым сопротивлением _T. (Семенов Н.А. Техническая электродинамика М., «Связь», 1973 г. с.367, рис.14.10 б)), который преобразует комплексное сопротивление нагрузки Z_H=R _H+jX_H в активное сопротивление линии Z₀ .

Данный трансформатор выбран в качестве прототипа.

В прототипе в приведенном примере (с.368) параметры трансформатора определяются по круговой диаграмме методом итераций. При согласовании комплексной нагрузки Z_H=20+j30 Ом с линией, имеющей волновое сопротивление Z₀=75 Ом, получены следующие характеристики трансформатора _T=17 Ом; L_T=0,064.

Однако полученные результаты по методу итераций для согласования линии являются приближенными. На практике требуются более точные данные. Кроме того, не все комплексные нагрузки можно согласовывать с помощью этого трансформатора. Дополнительные расчеты показывают, что другая нагрузка с немного измененным реактивным сопротивлением, например, Z_H1 =20+j35 Ом уже не может быть согласована таким трансформатором, поскольку его сопротивление _Т становится комплексным.

Задачей полезной модели является создание малогабаритного трансформатора с длиной меньшей 0,25, преобразующего комплексное сопротивление нагрузки в активное сопротивление основного тракта.

Поставленная задача решается путем использования модифицированного трансформатора в тракте с волновым сопротивлением ₀, с нагрузкой _H. При этом параметры трансформатора _Т и L_T определяются из соотношений, зависящих от активного и реактивного сопротивлений нагрузки Z _H=R_H+jX_H и волнового сопротивления согласуемой линии тракта Z₀:

при индуктивной нагрузке Z_H=R_H+jX_HL; линии Z ₀>R_H; ;

;

;

при емкостной нагрузке Z_H=R _H-jX_HC и линии Z₀H ;

;

,

где X_HL - индуктивная составляющая нагрузки;

Х_HC - емкостная составляющая нагрузки;

R_H - активная составляющая нагрузки;

Z₀ - волновое сопротивление линии;

_T - волновое сопротивление трансформатора;

L_T - электрическая длина трансформатора;

- рабочая длина волны.

Приведенные соотношения, в отличие от прототипа, дают точные значения параметров малогабаритного трансформатора с длиной меньшей 0,25 необходимого для согласования СВЧ линий.

При нарушении этих соотношений трансформатор в одних случаях не может быть реализован из-за комплексного значения своего волнового сопротивления, а в других случаях он может быть реализован, но имеет длину большую 0,25.

Сущность предлагаемой полезной модели поясняется на чертеже и на примерах на основе данных, приведенных в прототипе.

Пример прототипа. Согласование сопротивлений нагрузки Z_H=20+j30 Ом и линии Z₀=75 Ом, где после третьей графической итерации получают следующие приближенные параметры трансформатора:

Z_T=17 Ом, L_T=0,064.

Пример 1. При расчете этого же трансформатopa по приведенным соотношениям для индуктивной нагрузки точные значения параметров заметно отличаются от приближенных:

Z_T=16,5145 Ом, L_T=0,0611.

В результате этого трансформатор с точными параметрами будет обеспечивать лучшее согласование нагрузки с линией, чем трансформатор с приближенными параметрами.

Пример 2. В исходных данных примера 1 увеличим индуктивную составляющую нагрузки с 30 Ом до 35 Ом. Условие , при этом нарушается и в результате сопротивление трансформатора становится комплексным Z_T=j13,88 Ом, т.е. физически нереализуемым.

Пример 3. Рассмотрим согласование других сопротивлений нагрузки Z_H=100+j35 Ом и линии с Z₀=75 Ом. Здесь в соотношениях для индуктивной нагрузки нарушается другое условие Z₀>R_H. Волновое сопротивление трансформатора при этом реализуемо и равно _T=105,7 Ом, однако здесь длина трансформатора определяется из другого соотношения

,

где полученное значение L_T =0,375 превышает длину четвертьволнового трансформатора 0,25.

Пример 4. Рассмотрим согласование емкостной нагрузки Z_H=20-j8,75 Ом с линией Z₀=75 Ом. Условие Z₀H в данном случае нарушается. Волновое сопротивление трансформатора при этом реализуемо и равно _T=37,36 Ом.

Однако, как и в предыдущем примере, здесь длина трансформатора определяется из нового соотношения

,

где полученное значение L_T=0,3 превышает длину четвертьволнового трансформатора 0,25.

Таким образом, любое нарушение приведенных соотношений не позволяет реализовать малогабаритный трансформатор с длиной меньшей 0,25.

Техническим результатом предлагаемой полезной модели является то, что она позволяет при определенных соотношениях реализовать малогабаритный трансформатор с длиной меньшей 0,25, который согласует активное сопротивление линии с комплексными нагрузками.

Модифицированный трансформатор, выполненный в виде отрезка длинной линии, волновое сопротивление и длина которого находятся в определенном соотношении с активной составляющей нагрузки и волновым сопротивлением основной линии, отличающийся тем, что трансформатор имеет длину меньшую 0,25, а его параметры определяются из следующих соотношений:

при индуктивной нагрузке Z_Н=R_Н+jX _HL и линии Z₀>R_H; ;

;

;

при емкостной нагрузке Z_H=R_H -jX_HC и линии Z₀H;

;

,

где X_HL - индуктивная составляющая нагрузки;

Х_HC - емкостная составляющая нагрузки;

R _H - активная составляющая нагрузки;

Z₀ - волновое сопротивление линии;

Z_T - волновое сопротивление трансформатора;

L_T - электрическая длина трансформатора;

- рабочая длина волны.