Трансформаторы на идентичных двухпроводных линиях

В табл. 1.2.1 приведены схемные решения для ШТЛ с целочисленными коэффициентами трансформации. Эти трансформаторы выполнены двухпроводными согласованными линиями, соединенными параллельно на входах и последовательно на выходах. Все линии должны быть равной длины и W = 1, чтобы выполнялось условие Г_в = 0. Ранее рассмотренные ШТЛ на рис.1.1.1 — 1.1.3 относятся к п. 1 табл. 1.2.1.

Как видно из табл. 1.2.1, с увеличением п резко возрастает К по сравнению с К_мин, что свидетельствует о низкой эффективности таких решений при больших п. Практически могут использоваться такие ШТЛ с п =1,2,3. Кроме того, для симметрирующих ШТЛ (пп. 4—6 табл. 1.2.1) имеет место большая асимметрия плеч симметричной пары зажимов, поскольку «пути» от каждого плеча к общей шине различны.

Характеристики ШТЛ можно улучшить (уменьшить напряжения на проводниках линий либо асимметрию плеч) путем подключения к входу или к выходу трансформатора дополнительной согласованной линии. Ее нормированное волновое сопротивление в первом случае равно 1/п, а во втором— п. Структурные схемы таких ШТЛ приведены в табл. 1.2.2; отношения К/К_мин даны для случая, когда функциональными узлами (обозначенные прямоугольниками) являются ШТЛ из табл. 1.2.1. При этом зачастую один проводник дополнительной двухпроводной линии можно совместить с проводником одной из двухпроводных линий, входящих в состав того или иного функционального узла.

В качестве примера на рис. 1.2.1,а,би 1.2.2,а,бпоказаны соответственно ШТЛ 1:3 и 1: ±1, выполненные согласно п.2 и п.4 табл. 1.2.2. На рис. 1.2.1,б и 1.2.2,бпоказаны примеры конструктивной реализации этих ШТЛ при выполнении двухпроводных линий коаксиальными. В первом трансформаторе (см. рис. 1.2.1) выровнены напряжения на проводниках линий, что в сравнении с ШТЛ 1:3 на рис. 1.1.3 позволяет при том же размере сердечника увеличить число витков линии с нормированным напряжением на проводниках, равным единице (практически в 1,5 раза), т.е. увеличить L, и соответственно снизить f _н. Кроме того, исключается одна ФЛ. Во втором трансформаторе (см. рис. 1.2.2) «пути» от каждого плеча симметричной нагрузки к общей шине одинаковы, что практически полностью исключает асимметрию.

Как уже отмечалось, наличие различающихся напряжений на проводниках линий требует при размещении на общем магнитопроводе разного числа витков для линий равной длины, что приводит к необходимости включения ФЛ. Эти ФЛ приводят к увеличению габаритов (см. рис.1.1.1,б и 1.1.2,б),атакже к возрастанию нежелательных связей между линиями и их емкостей на «землю».

Таблица 1.2.1

№ п/п	Тип ШТЛ	Схема ШТЛ	К/Кмин
1	1:n		n-1
2	±(1:n), n-четное		n/2
3	±(1:n), n-нечетное		(n2-1)/2n
4	n: ±1/2		2n2/(2n+1)
5	1: ±n/2, n-четное		n/2
6	1: ±n/2, n-нечетное		(n2+1)/2n
7	1: -n		n

Представляет интерес определить рассогласование (Г_в=0), возникающее при отсутствии ФЛ, т. е. при замене их проводников непосредственными соединениями. В этом случае уместно воспользоваться h -параметрами четырехполюсника, и тогда для ШТЛ 1:n (п.1 табл. 1.2.1) имеем нормированную матрицу:

                             (1.2.1)

; .

Таблица 1.2.2

№ п/п	Тип ШТЛ	Структурная схема	К/Кмин
1	1:n, n-четное		n/2
2	1:n, n-нечетное		(n2-1)/2
3	n: ±1/2		2[n(n-1)+1]/(2n+1)
4	1: ±n/2		n/2, n-четное (n2+1)/2n, n-нечетное
5	n: ±1/2		(n2+2n)/(2n+1) n-четное (n2+2n-1)/(2n+1) n-нечетное
6	1: -n		[n(n-1)+2]/(n+1)

Соответственно коэффициент отражения:

Г_в=[n²(h²₁₂-h² ₁₁)-1]/[n²(h² ₁₂-h² ₁₁)+1+j2nh₁₁]          (1.2.2)

Зависимости |Г_в|=F(x) показаны на рис. 1.2.3 непрерывными линиями.

Для ШТЛ 1:— п (п.7 табл. 1.2.1) при исключении ФЛ матрица[H]₂ имеет тот же вид (1.2.1), но h₁₁=∑tg[ix/(n-1)]; h₁₂=∑cos[ix/(n-1)].По аналогии с предыдущим случаем, находим модуль коэффициента отражения — штриховые линии на рис. 1.2.3.

Для ШТЛ с дополнительной линией (пп.1.2 табл. 1.2.2), матрица [Н] которого равна [Н]₁+[Н]₂, при тех же значениях n величина |Г_В| значительно меньше (рис. 1.2.4).

В заключение покажем, что при исключении ФЛ рассогласование можно существенно снизить с помощью сосредоточенных корректирующих элементов: индуктивности L_K = l ₀ x _в W / ω _в впродольной ветви на выходе и шунтирующей емкости С_к = c ₀ x_B / Wω _в на входе трансформатора (рис. 1.2.5, а), где l ₀ и с₀ — безразмерные (нормированные) значения индуктивности и емкости, а х_в —длина линии для верхней частоты диапазона (f _в). Полагая l ₀ = с₀, что физически обусловлено антиметричностью корректируемой цепи, в соответствии с элементами матрицы (1.2.1) коэффициент отражения:

Г_в =(A-1)/[A+1+j2n(h₁₁+l₀x)],

где А =n²(h² ₁₂- h² ₁₁-2h₁₁l₀x-l² ₀x²). Как показано на рис. 1.2.5,б-г, для ШТЛ 1:n (п. 1 табл. 1.2.1) при обычно приемлемых малых значениях Г_в (|Г_В|≤0,05) достигается вдвое и более расширенный рабочий диапазон частот.