Высокочастотный широкополосный согласующий автотрансформатор

Устройство относится к электрическим преобразователям, а точнее к автотрансформаторам, предназначенным для преобразования переменного тока одного напряжения в переменный ток другого напряжения той же частоты, например, для питания электроприборов различного назначения.

Основной задачей, на решение которой направлено устройство, является расширение функциональных возможностей автотрансформатора, в частности, использование его в качестве согласующего устройства.

ВЧ широкополосный согласующий автотрансформатор содержит магнитопровод, выполненный тороидальной формы в виде в виде ферритовых колец, равномерно расположенных по окружности, сквозь которые пропущена токопроводящая обмотка из медной ленты, навитая в виде спирали с зазорами между витками, причем минимум два витка вторичной обмотки связаны между собой с изменением порядка соединения витков.

Полезная модель относится к электрическим преобразователям, а точнее к автотрансформаторам, предназначенным для преобразования переменного тока одного напряжения в переменный ток другого напряжения той же частоты, например, для питания электроприборов различного назначения.

В литературе [1, 2] рассмотрены различные варианты построения автотрансформаторов - статических преобразователей напряжения, в которых первичная и вторичная обмотки соединены между собой электрически, т.е. одна обмотка является частью другой.

Наиболее близким к заявленному техническому решению является устройство, описанное в заявке на изобретение Кореи "Toroidal autotransformer" 20110067739 А (публ. 22.06.2011 г.), которое и принято за прототип. Устройство содержит магнитопровод тороидальной формы, а также первичную и вторичную обмотки с регулируемым количеством витков и выводными концами для подключения и снятия высокочастотного (ВЧ) напряжения. При этом полярность вторичной обмотки противоположна полярности первичной обмотки. Контроллер осуществляет подстройку количества витков в обмотках для регулирования выходного напряжения.

Основной задачей, на решение которой направлено предлагаемое устройство, является расширение функциональных возможностей автотрансформатора, в частности, использование его в качестве согласующего устройства.

Решение поставленной задачи достигается тем, что в широкополосном согласующем автотрансформаторе, содержащем ферритовый магнитопровод и токопроводящую обмотку, имеющую выводные концы для подключения и снятия ВЧ напряжения, ферритовый магнитопровод выполнен тороидальной формы в виде ферритовых колец, равномерно расположенных по окружности, сквозь которые пропущена токопроводящая обмотка из медной ленты, навитая в виде спирали с зазорами между витками, причем минимум два витка вторичной обмотки связаны между собой с изменением порядка соединения витков, при этом число витков первичной и вторичной обмоток и порядок соединения витков определяется в зависимости от заданного коэффициента трансформации и коэффициента бегущей волны (КБВ), а ширина медной ленты и величина зазоров между витками определяется в зависимости от заданной номинальной мощности и КБВ.

Конструкция предлагаемого устройства (вид сверху схематично) для исполнений с общим числом витков равным трем и пяти, представлена соответственно на фиг.1 и фиг.2а и 2б.

Высокочастотный широкополосный согласующий автотрансформатор содержит ферритовый магнитопровод и токопроводящую обмотку, имеющую выводные концы для подключения и снятия ВЧ напряжения. Ферритовый магнитопровод выполнен тороидальной формы в виде ферритовых колец 1, равномерно расположенных по окружности, сквозь которые пропущена токопроводящая обмотка 2, которая сформирована из отрезков (полувитков) медной ленты, ориентированных в вертикальной плоскости. Концы отрезков поочередно соединены друг с другом с помощью пайки, образуя спираль с зазорами между витками. При этом минимум два витка вторичной обмотки спаяны между собой с изменением порядка соединения витков. Ширина медной ленты и величина зазоров между витками выбирается в зависимости от заданной номинальной мощности согласуемых устройств и КБВ. Количество витков в обмотке, а также порядок соединения витков подбирается экспериментальным путем при начальной настройке трансформатора таким образом, чтобы для заданного значения коэффициента трансформации обеспечить требуемое значение КБВ. При этом используется прибор (например, Обзор-103), позволяющий отслеживать изменения КБВ в полосе частот.

Рассмотрим конструкцию устройства с общим количеством витков в обмотке, равным трем. Для такого исполнения существует единственно возможный вариант соединения витков (см. фиг.1). При этом первый виток (внутренний) первым концом соединен со вторым концом третьего витка, а вторым концом - с первым концом второго витка, свободный конец второго витка заземлен, а на концах третьего витка (внешнего) организованы выводные концы для подключения и снятия ВЧ напряжения.

Рассмотрим конструкцию устройства с общим количеством витков в обмотке, равным пяти. В этом случае возможны различные варианты изменения порядка следования витков (см. фиг.2а и 2б). На фиг.2а показано исполнение, при котором первый виток (внутренний) первым концом соединен со вторым концом третьего витка, а вторым концом - с первым концом второго витка, свободный конец второго витка заземлен, первый конец третьего витка соединен со вторым концом четвертого витка, первый конец которого соединен со вторым концом пятого витка, а на концах пятого витка (внешнего) организованы выводные концы для подключения и снятия ВЧ напряжения. На фиг.2б показан другой возможный вариант исполнения, когда первый виток (внутренний) первым концом соединен со вторым концом четвертого витка, а вторым - с первым концом третьего витка, второй виток первым концом соединен со вторым концом третьего витка, свободный конец второго витка заземлен, четвертый виток первым концом соединен со вторым концом пятого витка, а на концах пятого витка (внешнего) организованы выводные концы для подключения и снятия ВЧ напряжения.

Устройство работает по принципу классического автотрансформатора. Для понижающего включения автотрансформатора ВЧ напряжение подводится к концам всей обмотки, а пониженное напряжение снимается с ее части. Для повышающего включения автотрансформатора ВЧ напряжение подводится к части обмотки, а повышенное напряжение снимается с ее концов. Предлагаемое устройство в исполнении с пятью витками в обмотке может быть использовано, например, для согласования выхода усилителя мощности (50 Ом) с входом антенно-фидерного тракта (75 Ом).

Предлагаемое устройство по сравнению с устройством-прототипом обладает следующими преимуществами:

- расширены функциональные возможности устройства;

- расширена полоса согласования на ВЧ.

Список литературы.

1. Лондон С.Е., Томашевич С.В. Справочник по высокочастотным трансформаторам, М., Радио и связь, 1984

2. Казанский Н.В. Автотрансформатор, М., Госэнергоиздат, 1950

Высокочастотный широкополосный согласующий автотрансформатор, содержащий ферритовый магнитопровод и токопроводящую обмотку, имеющую выводные концы для подключения и снятия ВЧ напряжения, отличающийся тем, что ферритовый магнитопровод выполнен тороидальной формы в виде ферритовых колец, равномерно расположенных по окружности, сквозь которые пропущена токопроводящая обмотка из медной ленты, навитая в виде спирали с зазорами между витками, причем минимум два витка вторичной обмотки связаны между собой с изменением порядка соединения витков, при этом число витков первичной и вторичной обмоток и порядок соединения витков определяется в зависимости от заданного коэффициента трансформации и коэффициента бегущей волны, а ширина медной ленты и величина зазоров между витками определяется в зависимости от заданной номинальной мощности и коэффициента бегущей волны.