Трансформатор П-600 на эффекте бегущей волны

Получение эффекта «бегущая волна»

Для получения эффекта «бегущая волна» лампы трех гирлянд (секций) нужно расположить так, чтобы они чередовались Тогда при поочередном включении гирлянд создается впечатление, что свет «бежит» по гирляндам, например слева направо или снизу вверх

Переключатель гирлянд в этом случае можно собрать на тиристорах (рис 526) по схеме трехфазного мультивибратора

При включении устройства в сеть тиристоры окажутся закрытыми, а конденсаторы С1..СЗ начнут заряжаться через соответствующие резисторы Напряжение на управляющих электродах тиристоров будет возрастать Но поскольку напряжение открывания тиристоров неодинаково, то через некоторое время откроется лишь один из них, с меньшим напряжением открывания Допустим, это будет тиристор VD3 Тогда гирлянда HL2 загорится, а конденсатор СЗ разрядится через диод VD4 и открытый тиристор VD3 Конденсатор же С1 продолжает заряжаться, поэтому вскоре откроется тиристор VD1 и загорится гирлянда HL1, а тиристор VD3 закроется, поскольку конденсатор С2 разрядится через цепочку VD2..VD1 Таким образом, тиристоры будут открываться строго поочередно, включая соответствующие гирлянды

Частота переключения гирлянд зависит от номиналов резисторов Rl, R3, R5 и конденсаторов С1..СЗ

Гирлянды могут быть выполнены из ламп с последовательным или параллельным соединением с общим напряжением 180-200 В, подводимым к концам каждой гирлянды, и током потребления не более 2 А

Рис 526 Схема получения эффекта «бегущая волна» (вариант 1)Вторая схема – переключатель четырех гирлянд (вариант Сенина)

С его помощью можно переключать гирлянды плавно или получать эффект «бегущий огонь» при соответствующем расположении ламп гирлянд Переменным резистором изменяют скорость переключения гирлянд, а также скорость и направление «бегущего огня»

Схема этого автомата приведена на рис 527 На транзисторах VT1, VT2 собран задающий генератор, выполненный по схеме несимметричного мультивибратора Он питается от простого стабилизатора напряжения, составленного балластным резистором R6 и стабилитроном VD7 Импульсы, снимаемые с выходов мультивибратора, подаются на управляющие электроды тиристоров через разделительные конденсаторы С1 и С4

Рис 527 Схема получения эффекта «бегущая волна» (вариант 2)

К каждому тиристору подключены две гирлянды, но зажигаются они неодновременно К примеру, когда открыт тиристор VS1, зажигается гирлянда HL1 во время положительного полупериода напряжения на ее верхнем по схеме выводе или HL2 во время такого же полупериода напряжения на ее верхнем выводе Аналогично включаются гирлянды HL3 и HL4

Поскольку задающий генератор не синхронизирован с частотой сети, фаза управляющих тиристорами импульсов непрерывно изменяется относительно фазы сетевого напряжения, что и определяет скорость переключения гирлянд, а также скорость «бегущего огня» Направление движения «бегущего огня» зависит от частоты генератора – ее устанавливают переменным резистором R3 При среднем положении движка резистора гирлянды горят постоянно

В автомате можно использовать тиристоры КУ201 или КУ202 с буквенными индексами К..Н Вместо МП42Б подойдут транзисторы серий МП39..МП42 Диоды VD1..VD6 и VD8..VD11 – КД105, КД202 и другие с обратным напряжением не менее 300 В, стабилитрон VD7 – Д814А, Д814Б, Д808, Д809 Постоянные резисторы – МЛТ-2 (R6) и МЛТ-0,125 (остальные), переменный резистор – СП0- 0,5, СПЗ-12, СП-1

Налаживать переключатель лучше всего при пониженном (например, с помощью автотрансформатора) переменном напряжении и с низковольтными лампами в качестве гирлянд При этом резистор R6 временно заменяют резистором меньшего сопротивления (оно зависит от питающего переменного напряжения) После включения автомата сразу же должны светиться все гирлянды Если какой-то из тиристоров не включается и часть гирлянд не горит, необходимо подобрать конденсаторы С1 и С4 большей емкости

После этого подстраивают задающий генератор Установив движок переменного резистора R3 примерно в среднее положение, подбором резистора R4 (или R2) добиваются остановки «бегущего огня»

Третья схема собрана на интегральных микросхемах и тиристорах (вариант Безрукова)

Обычно электронные переключатели, позволяющие добиться подобного эффекта, управляют при каждом такте одной гирляндой В этом случае, несмотря на наличие даже четырех гирлянд, общая яркость их получается недостаточной Повысить ее можно, коммутируя при каждом такте две гирлянды Эффект «бегущего огня» при этом несколько усиливается

Схема автомата для такого переключения приведена на рис 528 Он выполнен на четырех интегральных микросхемах (ИМС) и стольких же тиристорах Причем благодаря использованию тиристоров КУ201Л, способных открываться уже при токе через управляющий электрод 8 мА, удалось обойтись без согласующих транзисторных каскадов

Автомат состоит из генератора с согласующим каскадом (элементы DD11..DD13), счетчика на триггерах (микросхема DD2), дешифратора (элементы микросхемы DD3) и инверторов (элементы микросхемы DD4)

Пока переключатель SA1 находится в показанном на схеме положении, гирлянды загораются поочередно Когда ручка переключателя установлена в другое крайнее положение, при каждом такте будут зажигаться две гирлянды

Рис 528 Схема получения эффекта «бегущая волна» (вариант 3)

Если нужно зажигать одновременно три гирлянды (в этом случае будет «бежать» не свет, а тень), микросхему DD4 следует изъять и подключить управляющие электроды тиристоров (резисторы R4..R7 остаются) непосредственно к выходам элементов DD3E.DD34 Но в этом случае в качестве DD3 нужно использовать микросхему К155ЛА8

Для питания автомата по цепи +5 В используется блок (рис 529), состоящий из понижающего трансформатора Тр1, двухполупериод- ного выпрямителя на диодах VD5..VD8 и стабилизатора напряжения на стабилитроне VD9 и транзисторе VT1 Для сигнализации включения блока питания применен светодиод HL1

Рис 529 Принципиальная схема блока питанияТрансформатор Tpl – ТС-12-1, но его нужно доработать: отмотать от вторичной обмотки 70 витков Подойдет другой готовый или самодельный трансформатор мощностью 5×10 Вт с напряжением на вторичной обмотке 8-10 В

Источник: Виноградов Ю А и др, Практическая радиоэлектроника-М: ДМК Пресс – 288 с: ил (В помощь радиолюбителю)

Трансформатор П-600 на эффекте бегущей волны

Сам принцип родился из нашумевшего на энергетических форумах «волнового резонанса», получение которого представляет определённые трудности из-за одновременного выполнения нескольких условий. Например, необходимо получить почти идеальное отражение волны от обоих концов длинной линии при том, что полученный между ними максимум тока или напряжения должен перемещаться вдоль этой линии с заданной скоростью. Кроме этого, одновременно с описываемыми процессами предполагается получение и LC-резонанса.

Предлагаемая идея сильно упрощает первую и главную задачу: получение и передвижение максимума тока или напряжения вдоль длинной линии. Фактически, мы должны перераспределить электроны вторичной обмотки трансформатора по её длине, смещая их максимум на один из концов вторичной катушки, получая там, таким образом, пучность тока (напряжения).

В этой серии заметок автор не будет затрагивать вопросы конструктивного исполнения и конкретной реализации устройства, а лишь делится со своими читателями идеями и возможными путями их воплощения. Тем не менее, некоторые ключевые моменты конструкции будут здесь описаны.

Ток и напряжение во вторичной обмотке обычного трансформатора можно описать функцией от времени:


Примечание. Изображенный на схеме способ возбуждения первичных обмоток далеко не единственный

На принципиальной схеме изображены восемь первичных катушек, но согласно расчетам, в общем случае, их может быть три или более. Общая формула для нахождения эффективности TTW, а точнее — увеличения КПД второго рода eta_ <2>, такая:

Как видно из формулы, если число первичных обмоток будет одна или две, то никакого увеличения eta_ <2>мы не получим. Эффективность установки может проявиться только начиная с N = 3 , но, учитывая привычный нам КПД, который в преобразователях подобного типа может быть достигать 75%, в реальном устройстве минимальное число первичных катушек должно быть не менее четырёх.

Автор предлагает начать с N = 8 , когда эффект от TTW будет явно проявлен. Для этого нужно будет намотать восемь независимых и расположенных рядом катушек, которые должны затем вставляться внутрь (или надеваться поверх) одной вторичной катушки. Это и будет наш TTW.

Вообще говоря, расположение и намотка катушек TTW — это ещё одна отдельная тема для разработки. Конструкция трансформатора может быть разной: от плоской, до торроидальной. Также, вторичная катушка может использовать свойства сердечника, — наматываться и располагаться, как девятая катушка, в один ряд с остальными.

Возбуждать первичные обмотки будем одиночными импульсами последовательно по-очереди: от I-ой до VIII-й (см. схему). На вторичной обмотке мы должны будем получить максимальное напряжение, которое будет зависеть от длительности импульсов в первичных обмотках, их индуктивностей, ёмкости Cр и сопротивления нагрузки Rн.

Возбуждать катушки первичных обмоток можно разными способами, ниже — приведём один из них. Эта схема состоит из трёх цифровых микросхем высокоскоростной серии 74HCXX, одного стабилизатора напряжения и восьми выходных транзисторов.

Список элементов схемы и их замены (в скобках):

  • DD1 — 74HC00 (1564ЛА3)
  • DD2 — 74HC393 (1564ИЕ19)
  • DD3 — 74HC164 (1564ИР8)
  • DA1 — LM7805 (КР142ЕН5А)
  • VD1..VD4 — 1N4148 (любой маломощный ультрафаст)
  • SA1 — DS-04B, SWD1-4 (любой DIP-переключатель на 4 секции)
  • SA2 — DS-02B, SWD1-2 (любой DIP-переключатель на 2 секции)
  • VT1..VT8 — 2SC4793 (быстродействующий, с крутыми фронтами, малой ёмкостью, напряжением коллектор-эмиттер более 200 V и коэффициентом усиления по току не менее 100).

Сдвиговый регистр DD3 вместе в генератором DD1.1-DD1.2 формирует последовательную серию импульсов, которые управляют выходными транзисторами VT1-VT8. В зависимости от положения переключателя SA1 меняется длительность импульсов бегущей волны, а также — её скважность. Это становится возможным при помощи различных комбинаций двоичного кода с выхода счётчика DD2, которые через диоды VD1-VD4 и переключатель SA1 задают эти параметры. Два верхних контакта SA1 определяет длительность импульса волны (от 1-го до 3-х тактовых периодов), два нижних — промежуток между этими импульсами. Если все контакты этого переключателя разомкнуты, то после завершения последней волны все выходные транзисторы корректно отключатся.

Переключателем SA2 меняется частотный диапазон работы задающего генератора.

На схеме не показаны выводы питания микросхем. Они стандартные: 7 — минус питания (общий), 14 — плюс. Все минусы нужно соединить и подключить к общему проводу и к Gnd стабилизатора DA1. Все плюсовые выводы — к его Out (или +5V).

Более совершенная схема выходных каскадов раскачки собирается на драйверах выходного сигнала TC4420 (DA1-DA8) и ключах на MOSFET-ах (VT1-VT8). Транзисторы для ключей нужно выбирать по следующим параметрам: время нарастания и спада сигнала — не более 100 ns, выходная ёмкость — не более 600 pF, максимальное напряжение сток-исток — более 400 V. Очень хорошо в таких схемах работают MOSFET-ы IRFP460, IRFP840.

Выводы питания драйверов последовательно шунтируются ёмкостями в 100 nF, а на входе питания — дополнительно — 10 мкФ.

Общее питание схемы нужно будет снизить с 24 до 15..18V — согласно паспортным данным драйвера TC4420.

Схема возбуждения настройки не требует, а вот её совместная работа с TTW потребует кропотливой работы и творческого подхода. Здесь автор может высказать лишь свои соображения, а получение всех возможных эффектов (в том числе и СЕ) будет зависеть только от вас, дорогие читатели.

Главной особенностью работы нашего трансформатора является получение бегущей волны вдоль вторичной катушки, причём её скорость должна соответствовать скорости распостранения электромагнитной волны (магнитного потока). Эта скорость, а значит и частота переключения выходных транзисторов будет максимальной, если TTW будет воздушным. Для такого трансформатора нужно применять более высокоскоростные схемы возбуждения — на 100 МГц и более.

Сердечник замедляет этот процесс, причём, чем выш его проницаемость, тем больше. Скорость распостранения волны в феррите 2000НМ — 5-10 нс/см, а железе — порядка микросекунды/см, что уже подходит для приведенной выше схемы. С различными типами сердечника возможно получение новых свойств этого трансформатора.

Вторая особенность, которая открывает новые возможности, — получение LC-резонанса вторичной обмотки TTW и Cр. При выполнении всех этих условий возможно получение интересных эффектов, недостижимых в экспериментах с обычным трансформатором.

Схемы получения эффекта бегущая волна в электрических рекламах

Первая схема «бегущая волна» на тринисторах. Для получения эффекта «бегущая волна» лампы трех гирлянд (секций) нужно расположить так, чтобы они чередовались. Тогда при поочередном включении гирлянд создается впечатление, что свет «бежит» по гирляндам, например слева направо или снизу вверх.

Переключатель гирлянд в этом случае можно собрать на тринисторах (рис. 36) по схеме трехфазного мультивибратора.

При включении устройства в сеть тринисторы окажутся закрытыми, а конденсаторы С1 — СЗ начнут заряжаться через соответствующие резисторы. Напряжение на управляющих электродах тринисторов будет возрастать. Но поскольку напряжение открывания тринисторов неодинаково, то через некоторое время откроется лишь один из них — с меньшим напряжением открывания. Допустим, это будет тринистор ДЗ. Тогда гирлянда Л2 загорится, а конденсатор СЗ разрядится, через диод Д4 и открытый тринистор ДЗ. Конденсатор же С1 продолжает заряжаться, поэтому вскоре откроется тринистор Д1 и загорится гирлянда Л1, а тринистор ДЗ закроется, поскольку конденсатор С2 разрядится через цепочку Д2 — Д1. Таким образом, тринисторы будут открываться строго поочередно, включая соответствующие гирлянды.

Читайте также:  Плетеная мебель из ивового прута, ротанга и бамбука. Изысканность и красота (видеоподборка + книги)

Рис. 36. Электрическая схема на триинсторах для получения эффекта «бегущая волна»

Частота переключения гирлянд зависит от номиналов резисторов Rt, R3, R5 и конденсаторов С1 — СЗ. Гирлянды могут быть выполнены из ламп с последовательным или параллельным соединением с общим напряжением, подводимым к концам каждой гирлянды, 180—200 В с током потребления не более 2 А.

Вторая схема с применением шагового искателя и магнитных пускателей.

«Бегущую волну» можно создать и с помощью схемы, приведенной на рис. 37. Подвижный контакт шагового искателя ШИ, находясь в положении 1, замыкает на 0,5 периода колебаний мультивибратора MB цепь обмотки МП1, которая тут же блокируется нормально разомкнутыми контактами. Перейдя в положение 2, щетка ШИ замыкает цепь питания МП2, который своими нормально замкнутыми контактами разомкнет цепь МП1, а нормально разомкнутыми контактами заблокирует электрическую цепь контакта ШИ. Те же операции произойдут, когда щетка ШИ перейдет в положение 3. В результате рабочие контакты й определенной последовательности поочередно замыкают и размыкают цепи питания соответствующих групп электроламп — создается иллюзия бегущей световой волны.

Рис. 37, Структурная схема для получения эффекта «бегущая волна»

Особенность данной схемы — исключение маломощных контактов ШИ из коммутации цепей питания индуктивных нагрузок (обмоток МП). Эту роль выполняют мощные нормально замкнутые контакты самих магнитных пускателей.

Третья схема — на шаговом искателе.

При изготовлении световых реклам, демонстрационных установок можно имитировать движение жидкости, газа и т. п. с помощью электролампочек, используя эффект «бегущая волна».

Принципиальная схема приведена на рис. 38.

Рис. 38. Электрическая схема на шаговом искателе для получения эффекта «бегущая волна»

При включении питания загорается лампочка Л1 и заряжается емкость конденсатора С. После того как конденсатор С зарядится и его сопротивление увеличится, ток пойдет по обмотке реле Р. Его контакт Р1 снимет питание с этой обмотки и подаст напряжение на шаговый искатель ШИ, который включит лампочку JI2. Конденсатор С разрядится, и контакт реле Р1 возвратится в первоначальное положение. Теперь схема готова к повторению того же цикла, но загорится уже лампочка ЛЗ, и т. д.

В устройстве использовано реле типа РСМ-2, можно использовать и другое с сопротивлением порядка 750 Ом и током срабатывания не более 20 мА. Частота переключения лампочек задается подбором емкости конденсатора С, в данном случае она равна 2 Гц.

Данное устройство используется для оживления макетных устройств и т. п. Источником питания служит выпрямитель напряжением 24 В.

Трансформатор П-600 на эффекте бегущей волны

Список дополнений, правок:

Исходный вариант – 15 марта 2013 г

Дополнения от R7LV – 9 мая 2013 г

· Антенна Бевериджа без нагрузочного резистора

· BOG – антенна Бевериджа , лежащая на земле.

Зачем нужна антенна Бевериджа

Радиолюбители, которые работают с DX на низкочастотных диапазонах – 160,80,40 м испытывают действие помех, ухудшающих условия приема и нередко затрудняющих или делающих невозможным проведение дальних связей. Для того, что бы радикально улучшить условия приема, избавиться от помех, необходима установка одной или нескольких антенн Бевериджа , если радиолюбитель обладает достаточной территорией для установки такой антенны.

Как устроена антенна Бевериджа

Антенна Бевериджа – это антенное полотно достаточной длины (>1λ) с низкой высотой подвеса(0,5- 5 м ), к которому с одной стороны подключена нагрузка (резистор 330-560 Ом) а с другой стороны – трансформатор импенданса , фидер, приемник. (см. рис. 1.)

Рис.1. Антенна Бевериджа

Такая схема антенны Бевериджа позволяет иметь диаграмму направленности в соответствии с рис.2.,рис.3. Ширина основного лепестка диаграммы направленности меняется в зависимости от длины антенны.

Рис.2. Диаграмма направленности антенны Бевериджа в горизонтальной плоскости. Длина полотна 350 м , частота 1825 кГц. Использован файл beverage.maa из набора файлов-образцов программы MMANA .

Рис.3. Диаграмма направленности антенны Бевериджа в вертикальной плоскости. Длина полотна 350 м , частота 1825 кГц. Использован файл beverage.maa из набора файлов-образцов программы MMANA .

Как работает антенна Бевериджа

Т.к. оба конца антенны Бевериджа подключены к земле напрямую, либо через емкостную связь противовесов, ток в этой антенне распространяется в антенном полотне и в земле. Скорость (фазовая скорость) распространения ЭМ волны в земле существенно ниже, чем в полотне антенны. Из-за того, что распространение тока в земле происходит медленнее, чем в антенном полотне (т.к. земля – диэлектрик), формируется диаграмма направленности в сторону нагрузочного резистора R. По этой же причине, работа антенны Бевериджа существенно зависит от свойств земли в месте установки.

Планирование и установка антенн Бевериджа .

Место установки антенны Бевериджа выбирается исходя из имеющегося свободного места, а так же от желаемого направления приема.

Антенна Бевериджа может быть установлена как в открытом пространстве, так и в лесу. Возможна установка полотна антенны по кустарнику, деревьям, с помощью поддерживающих шестов.

При установке антенн Бевериджа в густом лесу будет наблюдаться небольшое ослабление сигналов, когда стволы деревьев будут мокрые после дождя или во время оттепели.

Крайне не желательно, что бы полотно антенны Бевериджа проходило под линией ЛЭП.

В крайнем случае, полотно антенны Бевериджа может быть уложено прямо на землю. При этом сигнал будет значительно ослаблен, но антенна все равно будет работать (опыт установки UA4HBW, UX0LL).

Возможно расположение антенны Бевериджа по льду водоема (опыт установки UA4CC).

Антенны Бевериджа должны быть расположены как можно дальше от передающих антенн. Если не получается разнести на достаточное расстояние, передающую антенну необходимо расстраивать, когда станция находится в положении ”прием”. Чаще всего передающая антенна является автоматически расстроенной, если она в положении ”прием” подключена к П-контуру усилителя с закрытой лампой, либо центральная жила кабеля оторвана или закорочена (при этом длина кабеля, питающего передающую антенну, не должна быть кратной λ /4)

Как уже отмечалось выше, земля под полотном играет большую роль в работе этой антенны.

Для достижения максимального усиления G и отношения вперед-назад ( F / B ) антенны Бевериджа имеется зависимость от качества земли и оптимальной высоты подвеса антенны – чем хуже земля, тем выше надо подвешивать антенну. Однако на практике практически никогда нет возможности варьировать высоту подвеса антенны Бевериджа , т.к. высота подвеса выбирается, в основном, что бы полотно не было украдено или повреждено, т.е. 2,5- 4 м . (1)

Для антенны Бевериджа лучше всего подходит ”плохая” земля, имеющая низкую проводимость – песчаная, каменистая почва. При такой почве хорошо работает антенна с любой длиной, большей 1λ.

При ”хорошей” земле (глина, суглинок), полотно антенны Бевериджа крайне желательно сделать длиннее, сколько возможно.

И при “хорошей” и при “плохой” земле, антенна Бевериджа работает достаточно эффективно.

Длина полотна антенны Бевериджа выбирается, исходя из желаемого направления приема и ширины диаграммы направленности. Для диапазонов 160,80, 40 м оптимальной будет длина полотна 300- 400 м . При длине антенны Бевериджа 350 м , ширина основного лепестка будет 60° для диапазона 160 м , 40° для диапазона 80 м , 25° для диапазона 40 м .

Если имеется достаточно места, можно установить несколько таких антенн в желаемых направлениях приема. Если в одном дальнем направлении ожидается много корреспондентов, весьма желательно установить более длинную антенну Бевериджа , которая обеспечит большее усиление и большее отношение F/B. К примеру, для UR5, UA3, UA4, UA 6 – направления W1, W6, JA. В этом случае, оптимальной будет длина полотна 600- 800 метров .

Нагрузочный резистор антенны Бевериджа выбирается в зависимости от высоты подвеса полотна и его толщины. Значение этого резистора является суммой волнового сопротивления линии (полотна антенны Бевериджа ) и сопротивления потерь заземляющего устройства. Волновое сопротивление полотна в зависимости от высоты над землей может быть рассчитано по формуле:

где h – высота подвеса полотна над землей, d – диаметр полотна антенны (2),(3). Сопротивление потерь заземляющего устройства, при общепринятом исполнении заземлителя , можно считать около 40-ка Ом. Практическое значение нагрузочного резистора при высоте подвеса полотна 0.3- 0,7 м от земли составит 350-400 Ом, при высоте подвеса 1,5 – 3 м – 450-550 Ом (полотно принято диаметром 1,5 мм ). При недостаточном расстоянии от антенны Бевериджа до передающей антенны и при работе большой мощностью, возможна достаточно сильная наводка от передатчика на антенну Бевериджа , результатом чего является выгорание нагрузочного резистора. Поэтому, имеет смысл изготовить этот резистор, включая параллельно несколько двухваттных резисторов С2-10 или МЛТ-2. При использовании импортных резисторов, необходимо убедиться в том, что они не имеют большой паразитной индуктивности.

Провод для полотна.

Антенна Бевериджа может быть изготовлена из любого подходящего провода – медного, алюминиевого, биметалла. Лучше всего полотно изготовить из провода полевого кабеля П274 (полевка). Можно использовать один или оба провода кабеля. Провод содержит несколько медных и несколько стальных жил, покрыт светостойким прочным диэлектриком. Все соединения проводом необходимо герметизировать, т.к. при попадании влаги сталь будет быстро корродировать . Возле места скрутки делается узел из двух проводов, что бы на место соединения проводов не было нагрузки. Жилы проводов скручиваются, затем опаиваются, либо зажимаются специальной металлической трубкой. После этого место соединения герметизируется сырой резиной производства 3М.

В антенне Бевериджа применяется два заземляющих устройства – одно возле трансформатора импенданса , второе – возле нагрузочного резистора. Заземляющее устройство выполняется в виде одиночного заземлителя длиной 1- 1,5 м . Заземлитель используется либо промышленный, либо самодельный. В качестве самодельного заземлителя используется оцинкованная стальная труба или уголок. Длина трубы или уголка выбирается исходя из твердости и вязкости грунта. Обычно применяется дюймовая труба либо уголок 50х50 мм с толщиной стенки 4- 5 мм . Один такой заземлитель дает сопротивление растекания 40-80 Ом, что вполне достаточно для антенны Бевериджа .

Если несколько антенн Бевериджа из разных направлений сходятся в одной точке, возможно использовать один общий заземлитель .

Если нет возможности использовать заземлитель в грунте, можно использовать несколько противовесов, разведенных в разные стороны и лежащие на земле. Оптимально использовать 5-10 противовесов длиной 4- 8 метров (опыт установки UR0MC, UT3MD).

Антенны Бевериджа с реверсируемым направлением приема.

Иногда возникает ситуация, при которой нет возможности поставить антенну Бевериджа в желаемом направлении приема, но есть возможность установить полотно антенны в противоположном направлении. В этом случае, имеется возможность реверсировать направление приема антенны Бевериджа и принимать сигналы из одного или другого направления по выбору. Недостатком такой антенны является использование двойного количества провода и более сложная конструкция трансформаторов импенданса . Схема антенны Бевериджа с реверсируемым направлением приема показана на рис.2., рис.3.

Рис.2. Антенна Бевериджа с реверсируемым направлением приема, схема 1

Рис.3. Антенна Бевериджа с реверсируемым направлением приема, схема 2

Как видно из рис.2., рис.3. подключив к коаксиальным кабелям два приемника, можно одновременно принимать из двух направлений. Если используется один приемник, то кабель неиспользуемого направления обязательно должен подключаться к резистору 50 Ом.

Первая схема несколько проще в исполнении (не нужен третий трансформатор), однако в такой антенне следует соблюдать, что бы волновое сопротивление двухпроводной линии, из которой сделана антенны Z ln было равно удвоенному сопротивлению полотна относительно земли Zbev , т.е.:

Поскольку выдержать постоянным расстояние между проводами и высоту подвеса на практике сложно, применяется схема, в которой используется еще один, третий трансформатор на дальнем конце. При использовании этой схемы, можно варьировать расстояние между проводами и высоту подвеса над землей.

Волновое сопротивление двухпроводной линии и волновое сопротивление полотна относительно земли может быть рассчитано по следующим формулам:

где: Zbev – волновое сопротивление полотна антенны относительно земли,

ZLn – волновое сопротивление двухпроводной линии, h – высота полотна антенны над землей, d – диаметр провода двухпроводной линии, L – расстояние между проводами.

Отношение витков (коэффициент трансформации) в трансформаторах может быть рассчитано по следующим формулам:

Для трансформатора Тр 1 :

Для трансформатора Тр2:

Для трансформатора Тр3:

Где Zload – сопротивление нагрузки, подключаемой к выходу трансформатора неиспользуемого направления (обычно 50 Ом).

Читайте также:  Зарядка телефона в походных условиях

Для того, что бы упростить расчет трансформаторов антенны Бевериджа с реверсируемым направлением приема, UR5IOK ( SK ) предложил макрос для Excel , в котором может быть быстро произведен расчет.

Методика и особенности изготовления трансформаторов будут описаны в следующей статье.

Другие варианты антенны Бевериджа .

Ненагруженная антенна Бевериджа ( низковисящий провод, запитанный с конца).

В литературе описана антенна – провод, подвешенный так же низко над землей, как и антенна Бевериджа , но не имеющий на дальнем конце нагрузки и запитанный с ближнего конца. Эту антенну нельзя рассматривать как антенну Бевериджа по нескольким причинам. Распределение тока в этой антенне совершенно отличается от распределения пока в антенне Бевериджа , имеет синусоидальную характеристику с резкими максимумами и минимумами тока, т.е. это не антенна бегущей волны. Эта антенна имеет явные резонансы. Поскольку эта антенна не имеет связи с землей, как с другим проводником через нагрузочный резистор, диаграмма направленности этой направлена в зенит, а не под низкими углами, как у антенны Бевериджа . Применение такой антенны может быть оправдано в нескольких случаях. Расположение этой антенны может быть более выгодным относительно местных источников помех, поэтому соотношение сигнал/шум в ней может оказаться лучше, чем у передающей антенны. Так же, в месте приема локальные помехи могут иметь преимущественно вертикальную поляризацию. Эта антенна имеет горизонтальную поляризацию, т.е. соотношение сигнал/шум в ней может оказаться лучше из-за поляризационной развязки. При некоторых типах прохождения на 160 м , сигналы от дальних станций приходят под большѝми , почти зенитными углами. В этом случае такая антенна может обеспечить некоторое улучшение отношения сигнал/шум. Однако в большинстве случаев, такая антенна будет иметь проигрыш по сравнению с классической антенной Бевериджа .

BOG – Beverage on the ground (антенна Бевериджа , лежащая на земле).

Как уже отмечалось выше, бывают ситуации, когда расположить полотно АБ на оптимальной высоте (или вообще на какой-то высоте) нет возможности. В этом случае полотно антенны укладывается прямо на землю, на дальний конец подключается нагрузочный резистор небольшого номинала (200-300 Ом), питающий трансформатор рассчитывается на небольшой коэффициент трансформации. Не смотря на далеко не оптимальную высоту подвеса, такая АБ будет работать, хотя уровни принимаемых сигналов будут значительно снижены и понадобится применение малошумящего усилителя с большим усилением (25-30 дБ).

Заблуждения об антенне Бевериджа .

Поскольку антенна Бевериджа известна достаточно давно, имеется достаточно большое количество различных описаний этой антенны. В этих описаниях часто встречаются ошибки и неточности.

Основным заблуждением относительно антенны Бевериджа является описание ”правильных” длин антенны, при несоблюдении которых, антенна Бевериджа якобы работать не будет. Поскольку антенна Бевериджа является антенной бегущей волны, резонансные явления в ней отсутствуют. При удлинении полотна антенны сужается основной лепесток диаграммы направленности и возрастает усиление. Уровень заднего лепестка диаграммы направленности меняется в сложной зависимости от длины и высоты подвеса полотна. Иными словами, нет никаких ”правильных” и ”неправильных” длин антенны Бевериджа . При фиксированной длине полотна, уровень заднего лепестка может быть изменен подключением к резистору нагрузки реактивности ± j 200 Ом. При подключении такой реактивности и получения максимального отношения вперед-назад на одном из диапазонов, диаграмма направленности на других диапазонах может быть значительно искажена и соотношение вперед-назад станет неудовлетворительным, т.е. антенна может стать однодиапазонной .

В литературе неоднократно встречается информация об эффективной работе антенны Бевериджа на передачу. Это не соответствует действительности, т.к. антенна Бевериджа имеет малую действующую высоту и достаточно большие реактивные потери в земле. Таким образом, усиление антенны выражается отрицательными числами, и обычно составляет -30…-10 дБ (со знаком минус !), в зависимости от длины и высоты подвеса полотна.

Трансформатор П-600 на эффекте бегущей волны

Экспериментировал с выходной катушкой. Собрал простой кварцевый генератор подкидывал разный кварцы, подбирал длину катушки. В цепь конденсатора С8 включил резистор 1 ом — как измеритель тока проверял по осциллограмме.
Результат — 14 волны ток есть, 12 волны — тока нет, 1 длинна волны — тока нет.

То есть если длинна провода в катушке совпадает с длинной волны частоты генератора, то конденсатор большой ёмкости и даже короткое замыкание не влияет на ток потребление – тока в цепи обмотки нет !
Но есть одно замечательное свойство — отражение электромагнитной волны от неоднородностей.
Приведу пример — включим мощный передатчик и отключим антенну, выходной каскад просто сгорит (нет нагрузки). Но во первых выходной каскад сгорает не из-за того что нет нагрузки, а из-за того, что на конце кабеля возникает неоднородность материи (кабель кончается) образуется отражение электромагнитной волны от конца кабеля и отражённая волна поступает обратно в кабель. Происходит сложение фаз сигнала прямой волны и отражённой и как следствие идёт лавинное образование больших мощностей — которые и выводят выходной каскад из строя.
Но.
выходной каскад как показала моя практика сгорает не всегда, а только тогда, когда длинна кабеля не совпадает с длинной волны (возникает КСВ).

С отражением получается интересный эффект — мы затратили энергию на возникновение электромагнитной волны и с задержкой по времени волна возвращается к нам отдавая нашу затраченную энергию, которая складывается с следующий порцией энергии. Многократное сложение волн даёт лавинный приток энергии.
Ни каких нарушений законов физики — просто дали энергию в займы и получаем свои проценты.

Пожалуйста Войти или Регистрация, чтобы присоединиться к беседе.

Длина проводов суммируется с длиной цепи контура и это надо учитывать,иногда считанные сантиметры играют роль.

Пожалуйста Войти или Регистрация, чтобы присоединиться к беседе.

doktorsvet пишет:
И вообще мне тут как бы скучно паять одному в одно лицо, давайте присоединяйтесь, а результаты выкладывайте сюда на ветку.

Пожалуйста Войти или Регистрация, чтобы присоединиться к беседе.

Продолжаю эксперименты. Собрал генератор ВЧ по схеме автора.
Запускается если расположить обмотки так:

настроил на частоту 14 Mhz. Работает крайне не стабильно. С прогревом транзистора сильно уходит частота ( с 14.1 до 13.5 ). Иногда происходит срыв генерации.

Решил всё таки остановиться на схеме с кварцем ( которую выкладывал ранее ).

Обмотки оставил также, потому что такое расположение исключает влияние обмоток между собой. Гармоника которая возникает в коллекторной катушке гасится противофазным расположением обмоток ВЧ.
Начинаю финальную сборку, пока решаю на каком кварце остановиться. Думаю что на 13809 кГц.

Эксы встали — кончился провод. Подкуплю, продолжу.

Пожалуйста Войти или Регистрация, чтобы присоединиться к беседе.

Пожалуйста Войти или Регистрация, чтобы присоединиться к беседе.

Пожалуйста Войти или Регистрация, чтобы присоединиться к беседе.

Magur пишет: Эти несколько загогулин должны сразу совпадать с собственным резонансом катушки, тогда энергия на переходном процессе теряться не будет.

Пожалуйста Войти или Регистрация, чтобы присоединиться к беседе.

Обмотки
генератора НЧ по 10 витков.

Как на 50кГц может работать генератор без сердечника?.
Может, обмотки по десять витков, это вторички, а сам генератор НЧ намотан все таки на сердечнике?

Пожалуйста Войти или Регистрация, чтобы присоединиться к беседе.

Обмотки
генератора НЧ по 10 витков.

Как на 50кГц может работать генератор без сердечника?.
Может, обмотки по десять витков, это вторички, а сам генератор НЧ намотан все таки на сердечнике?

Скважность сделай 20 % и будет работать.

А где Вы увидели на 555 изменение скважности?

Пожалуйста Войти или Регистрация, чтобы присоединиться к беседе.

Трансформатор П-600 на эффекте бегущей волны

Среди источников импульсов высокого напряжения наименее исследованными являются спиральный генератор и трансформатор (генератор) Белкинa—Жарковой. Спиральный генератор,

впервые предложенный Фитчем и Хауэллом [1], на самом деле является частным случаем импульсного трансформатора, который независимо и почти одновременно с ними предложили Н.В. Белкин и А.Я. Жаркова (ВНИИЭФ, г. Саров) [2]. Одним из основных преимуществ устройств такого типа является то, что в них не требуются первичные низковольтные и вторичные высоковольтные емкостные накопители энергии, т. с. первичный, вторичный накопители и трансформатор составляют единое целое. Таким образом, весь генератор состоит из 2—3 деталей.

Как было показано нами ранее [3], для описания различных конфигураций генераторов такого тина подходят как модели для трансформатора Тесла, так и модели, учитывающие распространение волн по длинной спиральной линии с инверсией. В отличие от спирального генератора Фитча Хауэлла параметры трансформатора Белкина Жарковой можно варьировать за счет незначительного изменения его конструкции — добавления внешних и внутренних витков.

Применение спиральных генераторов ограничивается их низким КПД. Проблемы возникают и при попытке “подогнать” габаритные и энергетические характеристики трансформатора к характеристикам конкретных устройств, пригодных для практического использования.

Цель настоящей работы: 1) создание более точной, удобной в применении теоретической модели генератора, 2) создание конструкций генераторов, обладающих максимальным КПД при фиксированных внешних размерах, толщине пакета изоляции, входной и выходной емкостях, 3) применение модифицированного спирального генератора с повышенным КПД для создания импульсного рентгеновского аппарата (ИРА).

Спиральный генератор представляет собой свернутую в рулон двухшинную полосковую линию. Первоначально декларированный в [1] принцип его работы заключался в следующем: при замыкании заряженной двухшинной линии, свернутой в рулон, но активной линии (на рис. 1 ,а обозначена серым цветом) бежит волна, которая, дойдя до разомкнутого копна, отражается от него и возвращается, меняя свою полярность. При этом напряжения в активной и пассивной линиях всех слоев рулона суммируются с одним знаком и создают между внутренним и внешним витками напряжение, равное исходному, умноженному на удвоенное число витков в рулоне [1,4,5]. Из схем, приведенных на рис. 1, видно, что если к схеме спирального генератора Фитча—Хауэлла (рис. 1,а) добавить к внутренней шине снаружи один виток, то в результате получается тот же спиральный генератор (рис. 1 ,b), только меняется знак напряжения на выходе генератора, а активная и пассивная линии меняются местами. Аналогичный результат получается в результате убавления одного витка от внешней шины. То есть любая схема спирального генератора может быть представлена в виде двухшинной спиральной линии, которая разряжается на одиночный виток. Таким образом, генератор Фитча Хауэлла является разновидностью трансформатора Тесла, предложенного Н.В. Белкиным и А.Я. Жарковой [2] (рис. 1,с) с частным случаем, когда количество витков в первичной обмотке равняется единице. Как видно из рис. 1 ,d, в результате добавления витка к внешней шине спирального генератора получается новое устройство, которое не является спиральным генератором, а является новым вариантом трансформатора Белкина-Жарковой.

Тот факт, что в результате простой геометрической перерисовки схемы и смены обозначений можно получить как спиральный генератор, так и трансформатор Тесла с рулонной емкостью, разряжаемой на один виток, ставит под сомнение корректность про-

Рис. 1. Схемы генераторов: а — классический генератор Фитча-Хауэлла, b — спиральный генератор Фитча-Хауэлла с дополнительным битком к внутренней шине, с — трансформатор Белкина-Жарковой, d — вариант трансформатора Белкина-Жарковой с дополнительным витком к внешней шине.

стых моделей с инверсией напряжений, предложенных в работах Фитча—Хауэлла [1,5] и Рюля—Герцигера [4]. По крайней мере это справедливо для неидеальных спиральных трансформаторов, у которых толщина намотки сравнима с диаметром или индуктивность ключа не равна нулю. Как было показано нами ранее в [3], для описания такого генератора при малом числе витков и высокой индуктивности ключа лучше подходит модель трансформатора Тесла, а при большом числе витков и малой индуктивности ключа — модели Фитча—Хауэлла и Рюля—Герцигера. В модели Рюля—Герцигера нами было предложено [3] увеличить точность расчетов за счет учета волны, бегущей по пассивной линии.

В модели Фитча—Хауэлла процесс стенания заряда с выходной емкости и индуктивная связь витков являются побочными паразитными эффектами на фоне процесса инверсии напряжения в длинной линии. В модели трансформатора Тесла, наоборот, волны, бегущие вдоль вторичной обмотки, являются побочным паразитным эффектом, а индуктивная связь и токи через обмотки основными рассматриваемыми эффектами.

Волны во вторичной обмотке — рядовое явление в трансформаторе Тесла. Это явление может быть убрано частично [6]либо полностью [7,8] за счет специального размещения витков вторичной обмотки в пространстве между высоковольтным и низковольтным электродами. Но данное решение известно только для двух видов трансформатора — с вторичной обмоткой в виде провода с дополнительными скин-экранами [7,8] и с вторичной обмоткой в виде тонкого рулона из проводящей фольги, гальванически несвязанной с первичной обмоткой. Решение для двухшинной намотки нам не известно. Очевидно, что для повышения КПД желательно согласовать процессы колебаний в первичном и вторичном контурах трансформатора с временами прохода волн в полосковых линиях трансформатора. Чтобы этого не делать методом подбора, желательно иметь теоретические модели работы спирального генератора и трансформатора Белкина—Жарковой, которые пригодны для инженерных расчетов и описывают работу данных устройств в деталях.

Читайте также:  Интересно знать. Немного о пластиковых и деревянных окнах (видеоподборка)

Тема 2 СОГЛАСОВАНИЕ В ЛИНИЯХ ПЕРЕДАЧИ СВЧ

Согласование линий передачи (фидеров) необходимо для подавления отраженных от нагрузки волн. Условием этого является равенство полного сопротивления нагрузки и волнового сопротивления линии передачи:

ZН = ZЛ,(1)

или, что то же самое,

RН = RЛ;(2)
XН = XЛ.(3)

В случае полного согласования всех элементов фидера и питающего генератора в линии передачи отраженная волна отсутствует (режим бегущей волны), коэффициент отражения Г = 0, а коэффициент стоячей волны = 1.

Если нагрузка не согласована с линией передачи, возникает ряд нежелательных эффектов:

1) изменяется частота и мощность генератора из-за эффекта затягивания;

2) уменьшается мощность PН, поступающая в нагрузку

(4)

3) уменьшается предельное значение передаваемой мощности из-за электрического пробоя в тракте

(5)

4) уменьшается широкополосность передающего тракта;

5) увеличиваются активные потери в линии передачи.

Из сказанного выше ясно, что обеспечение согласования в линии передачи является одной из наиболее распространенных и важных задач техники СВЧ.

Для получения согласования произвольной нагрузки ZН с линией передачи вблизи от нагрузки должен быть включен согласующий четырехполюсник (рис. 7). Назначением этого четырехполюсника является преобразование сопротивления Z22 = ZЛ в сопротивление Z11 = ZЛ, т.е. обеспечение в линии режима бегущей волны

Рисунок 7 – Пояснение принципа согласования с помощью четырехполюсника А

Существующие способы согласования линий передач можно разделить на три группы в зависимости от характера согласуемых сопротивлений.

Первый способ – согласование только активных составляющих полных сопротивлений, т.е. достижение условия (2) при выполненном (3).

Второй способ согласования сопротивлений применяют, если реактивные сопротивления нагрузки и линии передачи неравны, т.е. условие (3) не выполнено.

Третий способ согласования применяется в случае неравенства как активных, так и реактивных сопротивлений нагрузки и линии.

Выравнивание активных составляющих полных сопротивлений чаще всего необходимо при соединении линий передач с разными волновыми сопротивлениями. Основными типами высокочастотных согласующих устройств для согласования активных сопротивлений являются четвертьволновые трансформаторы сопротивлений, а также ступенчатые и плавные переходы.

Четвертьволновый трансформатор – это отрезок линии или волновода длиной четверть волны l в, имеющий определенное волновое сопротивление Zв = ZВС и включаемый между согласуемыми активными сопротивлениями (элементами линии передачи) ZB1 и ZB2. Волновое сопротивление трансформатора подбирается таким, чтобы создавались два равных по амплитуде сигнала на его входе и выходе. Поскольку длина трансформатора lв/4, то отражения на входе компенсируются отражениями, возникающими на его выходе. Это возможно, если четвертьволновой трансформатор имеет сопротивление ZВС, равное среднему геометрическому из согласуемых сопротивлений ZB1 и ZB2:

(6)

Четвертьволновый трансформатор является узкополосным согласующим устройством: при отклонении длины волны от среднего значения электрическая длина трансформатора уже не равна l в /4. Волны в основном фидере становятся смешанными, а входное сопротивление самого фидера – комплексным.

Для решения задачи широкополосного согласования активных cопротивлений применяют ступенчатые переходы – трансформаторы, представляющие собой каскадное соединение четвертьволновых трансформаторов (ступенек) с различными волновыми сопротивлениями (рис. 8).

Рисунок 8 – Ступенчатые переходы прямоугольного волновода (а) и коаксиальной линии (б)

Рассмотрим переход, составленный из двух последовательно включенных трансформаторов длиной l в/4 каждый (рис. 9). Их волновые сопротивления подбирают с таким расчетом, чтобы от сечений a-a’ и b-b’ волны отражались с одинаковой амплитудой, а от сечения c-c’ – c вдвое большей амплитудой. Поскольку волна от a-a’ до b-b’ и обратно проходит путь 2l /2=l , то волны U’ и U'”, отраженные от a-a’ и b-b’ совпадают по фазе и складываются. Вместе с тем они полностью компенсируются волной U”, отраженной от сечения c-c’, так как путь от a-a’ до c-c’ и обратно равен 2l /4 = l /2, что соответствует сдвигу по фазе 180° .

Для улучшения характеристик ступенчатого перехода скачки волновых сопротивлений отдельных ступенек делаются различными в соответствии с определенными законами: чаще всего пропорционально коэффициентам бинома Ньютона (биномиальные переходы) или пропорционально полиномам Чебышева (чебышевские переходы).

Рисунок 9 – Согласование сопротивлений ступенчатых переходов

Сущность согласования при помощи плавных переходов заключается в постепенном изменении геометрических размеров линии передач. Плавные переходы как бы содержат бесконечно большое число ступенек n при длине каждой из них (D l ® 0). Называются такие плавные переходы экспоненциальным, линейным или чебышевским трансформатором в зависимости от того, по какому из этих законов изменяется волновое сопротивление линии по длине перехода.

Одним из наиболее распространенных устройств для сопряжения фидеров различных видов с преобразованием волны одного типа в другой является коаксиально-волноводный переход, примеры конструкций которого показаны на рис. 10. Они применяются для подключения к волноводным устройствам коаксиальных кабелей или других коаксиальных устройств, во вращающихся соединениях и т.д. Действие этих переходов основано на возбуждении отрезка волновода электрическим или магнитным излучателем, служащим элементом связи между коаксиальным и прямоугольными волноводами. При этом Т-волна в коаксиальном волноводе трансформируется в волну типа H10 в прямоугольном волноводе.

В конструкциях переходов согласование осуществляют с помощью выбора места расположения и геометрических размеров возбуждающего устройства и с помощью согласующих элементов в виде короткозамкнутых настраиваемых (рис. 10, а) или ненастраиваемых (рис. 10, б, в) отрезков линий, ступенчатых переходов (рис. 10, г) и др.

Рисунок 10 – Примеры конструкций коаксиально-волноводных переходов

Переходы одного типа волновода в другой, например прямоугольного в круглый, H-образный или др., осуществляются плавным изменением формы и размеров поперечного сечения, приводящим к постепенному изменению структуры электромагнитного поля.

Согласование реактивных составляющих полных сопротивлений достигается введением в линию компенсирующего реактивного сопротивления, равного по величине и противоположного по знаку реактивному сопротивлению нагрузки. Наиболее распространенными реактивными компенсирующими устройствами являются штыри, диафрагмы и шлейфы. Сопротивление каждого из них имеет индуктивный или емкостной характер.

Реактивный штырь представляет собой металлический, обычно медный стержень, помещенный в волновод (рис. 11). Штырь можно располагать или вблизи узкой стенки, или вводить его через среднюю часть широкой стенки. Эквивалентная схема штыря в волноводе без учета активных потерь представляет собой реактивную проводимость iB, шунтирующую линию с волновой проводимостью Y.

Рисунок 11 – Волноводный реактивный штырь (а) и его эквивалентная схема (б)

При малой глубине l l в/4 преобладает индуктивная составляющая BL. Энергия поля такого штыря определяется протекающим по нему током, т.е. является энергией магнитного поля.

Для компенсации неоднородностей в волноводных передающих линиях, когда к ним не предъявляются требования большой широкополосности, применяются диафрагмы.

Волноводные диафрагмы представляют собой тонкие металлические пластины, частично перекрывающие волновод. Эквивалентная схема бесконечно тонкой диафрагмы представляет собой реактивную проводимость, шунтирующую линию передачи.

Пластины, cвободные края которых перпендикулярны линиям электрического поля, образуют емкостные диафрагмы (рис. 12 а).

Рисунок 12 – Диафрагмы в волноводе

Концентрация зарядов на краях такой диафрагмы приводит к накоплению энергии электрического поля, что аналогично действию конденсатора, шунтирующего линию передачи.

Индуктивные диафрагмы образованы пластинами, свободные края которых параллельны линиям электрического поля основного типа волны (рис. 12 б). Действие такой диафрагмы основано на концентрации магнитного поля, что эквивалентно индуктивности, шунтирующей линии передачи. Сочетание индуктивной и емкостной диафрагм позволяет осуществить резонансную диафрагму (резонансное окно), эквивалентная схема которой представляет собой параллельный колебательный контур (рис. 12 в).

Роль реактивности в волноводных линиях передачи может выполнять реактивный шлейф – короткозамкнутый или разомкнутый отрезки линий передач различной длины. Конструктивно короткозамкнутый реактивный шлейф представляет собой жесткое механическое соединение под углом 90° двух отрезков волноводных линий передачи, один из которых замкнут подвижным короткозамкнутым поршнем, обеспечивающим возможность получения переменных значений входной реактивности, а другой обеспечивает возможность включения шлейфов в СВЧ тракт.

При решении задачи согласования полных сопротивлений нагрузки и линии передачи используются указанные компенсирующие устройства, а также устройства, поглощающие отраженные волны, и трансформаторы полных сопротивлений.

Метод поглощения отраженной волны основан на включении перед согласуемым устройством поглощающего четырехполюсника, не вносящего дополнительных отражений – аттенюаторов и невзаимных ослабителей (ферритовых вентилей).

Пластинчатый диэлектрический трансформатор, конструкция которого приведена на рис. 13, состоит из волновода 1 прямоугольного сечения, где установлены две диэлектрические пластины 2 длиной l1

l’в/4 (где lв – длина волны в волноводе, заполненном диэлектриком). С помощью стержней, проходящих через продольную щель в широкой стенке волновода, пластины можно перемещать относительно друг друга, меняя размер l2 , и передвигать совместно в направлении z относительно волновода; если шайбы сдвинуть вместе, то участок волновода, заполненный диэлектриком, будет иметь длину lв/2 и, следовательно, диэлектрик не возмущает линию, и трансформация сопротивлений при этом отсутствует.

Рисунок 13 – Схема пластинчатого диэлектрического трансформатора полных сопротивлений:

1 – волновод, 2- диэлектрические пластины.

Если же расстояние между пластинами сделать l’в/4, то такая система будет иметь максимальный КСВ, приблизительно равный квадрату относительной диэлектрической проницаемости er. Перемещая пластины вдоль волновода, можно при этом получить любую фазу отраженной волны и, значит, скомпенсировать имеющиеся отражения волны в диапазоне, определяемом rmах.

Одношлейфовые и пластинчатые трансформаторы используются обычно на низком уровне мощности, так как наличие шлейфов или диэлектрических пластин уменьшает электрическую прочность этих устройств.

Пластинчатый трансформатор включается в волноводную линию между нагрузкой и генератором. Волна, распространяющаяся по волноводу, прежде чем достигнуть нагрузки проходит через кварцевые пластины с весьма малыми потерями. От каждой плоскости раздела между кварцем и воздухом происходит отражение волны.

Результирующий КСВ перед первой пластинкой определяется значением КСВ нагрузки и системы пластинок, а также расстоянием между нагрузкой и пластинками, которое определяет фазу каждой из отраженных волн. Если фазы волн, отраженных от нагрузки и системы пластинок, противоположны, а их КСВ равны, то до трансформатора в волноводе имеет место чисто бегущая волна, т.е. полное согласование сопротивления нагрузки с волноводом.

КСВ системы пластинок зависит от значения КСВ каждой из них и расстояния между ними. Поэтому с целью расширения диапазона согласуемых нагрузок величина КСВ, обусловленного одной пластиной, сделана наибольшей. Это достигнуто выбором ширины пластинки вдоль оси волновода, равной l’в/4 , где l’в – длина волны на участке волновода, заполненном кварцем. При этом общий КСВ пластинки равен квадрату КСВ одной из ее сторон. Изменяя расстояние между пластинками, можно регулировать величину КСВ всей системы от единицы до максимума, равного приблизительно квадрату КСВ каждой из пластинок. Передвигая всю систему пластинок вдоль волновода, подбирают такое их положение, при котором волна, отраженная от пластинок, окажется в противофазе с волной, отраженной от нагрузки.

Каждая пластинка представляет собой четвертьволновый трансформатор сопротивлений (рис. 14).

Рисунок 14 – К пояснению принципа действия пластинчатого диэлектрического трансформатора полных сопротивлений

Длина диэлектрической пластинки l1 определяется по формуле:

(7)

где lв – длина волны в волноводе; e/e = 3,8 – относительная диэлектрическая проницаемость кварца. Волновое сопротивление в месте расположения кварцевых пластинок Zтр меньше волнового сопротивления волновода на участках с воздушным заполнением Z1 в раз . Если расстояние между пластиками l2 = 0, то обе пластинки образуют сплошную полуволновую линию, имеющую в начале и в конце одинаковое по величине волновое сопротивление Z1. То же самое получается при l2 = l в /2. Наибольший коэффициент трансформации получается при l2 = l в / 4.

Если волноводная линия согласована, то входное сопротивление трансформатора в сечении a-a’ равно волновому сопротивлению волновода Z1. Так как все три участка согласующего устройства при l2 = lв/2 являются четвертьволновыми, то волновое сопротивление:

в сечении бб’ равно :Z 2 тр / Z1;
в сечении вв’ равно :Z 2 1 / ( Z 2 тр / Z1) = Z 3 1 / Z 2 тр
а в сечении гг’ равно :Z 2 тр / ( Z 3 1 / Z 2 тр) = Z 4 тр / Z 3 1.

Следовательно, таким способом можно трансформировать сопротивление нагрузки, равное Z 4 тр/ Z 3 1, в сопротивление Z1 и обратное, т.е. максимальная величина коэффициента трансформации достигает значения

(8)

(или (e /e ) 2 для обратного направления распространения волны).

Трансформатор с пластинками из кварца имеет максимальную величину коэффициента трансформации, равную 14,5. Такая его величина обычно является достаточной для согласования волновых сопротивлений, поскольку КСВ несогласованных волноводных линий крайне редко превышает значение 15.

Ссылка на основную публикацию