Узгоджувальні пристрої на феритових магнітопроводах. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки

Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки / Радіоаматорські розрахунки

 Коментарі до статті

Питання узгодження вхідного опору антени з хвильовим опором фідера, а також симетрування антен для радіоаматорів завжди були актуальними. В останні роки особливий інтерес проявляється до трансформуючих та узгоджувальних пристроїв на феритових кільцях. Це з тим, такі пристрої можуть бути малогабаритними, мати високий (до 98 %) ККД. Крім того, в них не виявляються резонансні властивості при перекритті частотного інтервалу в декілька октав (наприклад, від 1 до 30 МГц), що особливо зручно, коли використовуються багатодіапазонні антени ("квадрати", "INVERTED V" [1. 2], 3- елементний тридіапазонний "хвильовий канал" [3] і т. д.).

У таких широкосмугових трансформаторах обмотки виконують у вигляді двопровідних довгих ліній передачі (на основі коаксіального кабелю або однорідних), намотаних на феритове кільце. Таке виконання обмоток дозволяє практично усунути індуктивність розсіювання та зменшити індуктивність висновків.

Умовне позначення трансформатора на довгих лініях (ТДЛ), прийняте у статті, з однією обмоткою двопровідної лінії наведено на рис. 1.а, з кількома (у разі з двома) - на рис. 1.б.

На рис. 2 показано включення ТДЛ із коефіцієнтом трансформації n=1.

Ріс.2

Трансформатор складається з обмотки у вигляді однорідної довгої лінії, намотаної на кільцевий феритовий магнітопровід. Її електрична довжина P=2пl/L де l - геометрична довжина лінії, L - довжина хвилі (лямбда). Так як при поширенні високочастотної хвилі струми, що протікають по провідникам лінії, рівні за значенням і протилежні у напрямку, то магнітопровід не намагнічується, а це означає, що потужність у фериті практично не втрачається. При узгодженні віл нового опору лінії g з опорами джерела Rг і навантаження Rн ТДЛ теоретично немає нижньої і верхньої граничних -частот. Насправді ж максимальна робоча частота обмежується через індуктивності висновків та випромінювання лінії.

Слід звернути увагу до особливість ТДЛ. яка полягає в наявності двох видів напруг: протифазного U, що діє між провідниками лінії та визначається потужністю сигналу, і синфазного (або поздовжнього) V, обумовленого асиметрією навантаження і залежить від варіанта включення трансформатора.

Як утворюється синфазна напруга, що діє між генератором і навантаженням, тобто на індуктивності лінії Lл добре видно з рис, 3.

Ріс.3

Очевидно, що провідники довгої лінії шунтують навантаження і генератор, якщо протікають по них синфазні струми. Введення магнітопроводу різко збільшує індуктивність обмотки, тим самим підвищує опір синфазного струму і різко зменшує їхню шунтуючу дію. У той же час на поширення хвилі магнітопровід не впливає, оскільки забезпечується режим хвилі, що біжить.

(Rг = g = Ri).

Існує кілька способів побудови ТДЛ з цілим коефіцієнтом трансформації п. Можна, наприклад, дотримуватися наступного правила. Обмотки (їх має бути n) виконують з рівних електричної довжини відрізків двопровідних ліній. Кожну обмотку розміщують на окремому кільцевому магнітопроводі одного типу. Входи ліній з боку, що підвищує, з'єднують послідовно, з понижувальної - паралельно.

У загальному вигляді схема включення ТДЛ з цілим коефіцієнтом трансформації показана на рис. 4.

Ріс.4

Тут справедливі співвідношення

Rг = n2Rн, U1 = nU2, g = nRн.

На рис. 5 зображені різні варіанти включення ТДЛ.

Можна побудувати ТДЛ і на одному магнітопроводі, але при цьому обов'язково дотримуються таких вимог. По-перше, число витків кожної лінії має бути пропорційно значенню синфазної напруги, що діє між кінцями цієї лінії, оскільки обмотки пов'язані загальним магнітним потоком. По-друге, геометричні довжини всіх ліній обов'язково мають бути однаковими. Залежно від варіанта включення ТДЛ може навіть статися, що деякі лінії частково або повністю повинні бути розміщені не на магнітопроводі.

Щоб визначити число витків в обмотках, необхідно обчислити значення синфазної напруги Vк на кожній лінії.

У ТДЛ з несиметричними входом та виходом (тип ПН. рис. 5, а)

Vк=(n-к)Uн;

в інвертуючому (тип ПН, рис. 5 б) Vк=(n-к+1)Uн;

з симетричним входом та несиметричним виходом (тип СН, рис. 5, в)

Vк=(n/2-к)Uн;

з несиметричним входом та симетричним виходом (тип НС, рис. 5, г)

Vк=(n+1/2-к)Uн;

з симетричними входом та виходом (тип СС, рис. 5, д)

Vк=(n/2+t/2-к)Uн.

У формулах n – коефіцієнт трансформації, до – порядковий номер лінії, рахуючи зверху, Uн – напруга на навантаженні.

Ці формули є вихідними. коли визначають відношення числа витків в обмотках, що розміщуються на магнітопроводі. Якщо, наприклад, ТДЛ із коефіцієнтом трансформації n=3 включають за схемою, зображеною на рис. 5, а то V1:V2:V3=w1:w2:w3=2:1:0. З цього випливає, що верхню за малюнком лінію розміщують на магнітопроводі повністю (w1), у другій - лише половину витків (w2=w1/2), а третя цілком (w3=0) повинна бути пне магнитопровода. Геометрична довжина всіх ліній однакова.

При узгодженні "хвильового каналу", що має вхідний опір 18,5 Ом, з 75-омним коаксіальним кабелем за допомогою ТДЛ (включений за схемою рис. 5, г) з коефіцієнтом трансформації 2 співвідношення витків обмоток одно w1:w2= (2+1 /2-1: (2+1/2-2) = 3: 1. Це означає, що на магнітопроводі верхня по малюнку обмотка повинна бути повністю, а у другої - тільки її третина.

Коли довжина ліній для обмоток набагато менше довжини робочої хвилі, ТДЛ можуть бути спрощені: лінії, де синфазні напруги дорівнюють нулю. замінюють перемичкою. У цьому випадку, наприклад, триобмотувальний ТДЛ (рис. 5, д) перетворюється на двообмотувальний (рис. 6).

Ріс.6

Коефіцієнт передачі ТДЛ залежить від того, наскільки хвильове опір відмінно від оптимального значення і яке при цьому співвідношення електричної довжини лінії та довжини хвилі. Якщо, наприклад, відрізняється від необхідного в два рази, то втрати в ТДЛ дорівнюють 0,45 дБ при довжині лінії лямбда/8 і 2,6 дБ при лямбда/4. На рис. 7 наведена залежність коефіцієнта передачі ТДЛ з n=2 від фазової довжини ліній для трьох значень g.

Ріс.7

Розрахунок, наведений в [4], показує, що, якщо використовуються лінії з оптимальними значеннями, коефіцієнт стоячої хвилі в ТДЛ не перевищує 1,03 при довжині лінії лямбда/16 і 1,2 при довжині лямбда/8. Звідси можна дійти невтішного висновку, що параметри ТДЛ залишаються задовільними при довжині двопровідних ліній менше лямбда/8.

Вихідними даними при розрахунку ТДЛ є коефіцієнт трансформації п, варіант включення ТДЛ, нижня і верхня межі робочого діапазону частот (у герцах), максимальна потужність Рmax на навантаженні (у ватах), опір навантаження Rн (в омах) і опір хвиля фідера g (в омах). Розрахунок ведуть у такій послідовності.

1. Визначають мінімальну індуктивність провідника лінії Lл (в генрі) за умови, що

Lд>>Rг/2fн.

На практиці Lл можна брати в 5...10 разів більше обчисленого відношення Rг до 2fн.

2. Знаходять число витків w лінії на кільці магнітопроводу:

де dcp - середній діаметр кільця (в

см), S - площа поперечного перерізу

магнітопроводу (в см²), ,u - відносна магнітна проникність магнітопроводу. 3. Розраховують синфазний струм Ic;

(в амперах), що протікає по обмотці ТДЛ, на нижчій робочій частоті:

Ic=Vc/2пfнLл,

де Vc - синфазна напруга на лінії, що обчислюється для конкретних варіантів включення відповідно до вищенаведених співвідношень.

4. Визначають магнітну індукцію (у теслах) магнітопроводу:

B=4*10^-6.uIc/dcp.

Магнітопровід вибирають з урахуванням, щоб він не насичувався синфазним струмом (або постійним, якщо він є). Для цього магнітна індукція в магнітопроводі повинна бути на порядок менша від індукції насичення (беруть із довідників).

5. Знаходять Пікова напруга Uпік у лінії:

де у - КСВ у фідері.

6. Обчислюють ефективне значення струму Iеф (в амперах):

7. Визначають діаметр d дротів (у міліметрах) довгої лінії:

де J – допустима щільність струму (в амперах на квадратний міліметр).

Для ТДЛ антенних узгоджувальних пристроїв підходять кільцеві (тирозмірами К55Х32Х9, К65Х40Х9) магнітопроводи з феритів 300ВНС, 200ВНС, 90ВНС, 50ВНС, а також 400НН, 200НН, 100. При необхідності магнітопровід може бути складений з кількох кілець. Потрібний хвильовий опір довгої лінії одержують, рівномірно скручуючи між собою (з певним кроком) провідники (див. таблицю). У разі хрестоподібного з'єднання проводів виявляється нижче, ніж коли з'єднані між собою сусідні провідники. Хвильовий опір лінії з нескручених проводів діаметром 1.5 мм дорівнював 86 Ом.

Хвильовий опір довгої лінії в залежності від кроку скручування та виду з'єднань

* При діаметрі проводів 1 мм.
** При діаметрі дротів 0.33 мм.

Щоб поліпшити параметри (зокрема, коефіцієнт асиметрії) і одночасно спростити конструкцію узгоджувально-трансформуючого вузла, застосовують послідовне з'єднання декількох ТДЛ різного типу.

Наприклад за наведеною методикою розрахуємо складовий ТДЛ з n=2. Він повинен узгодити вхідний опір 12,5 Ом симетричної антени з коаксіальним кабелем РК-50. Нижня робоча частота – 14 МГц. Потужність не перевищує 200 Вт. Для ТДЛ передбачається використовувати магнітопроводи типорозміром К45Х28Х8 (dcp=3,65 см, S=0,7 см²) з фериту 100НН (його питома індукція насичення - 0,44 Тл/см² [5]).

Нехай перший ступінь із коефіцієнтом трансформації n=2 складеного ТДЛ (рис. 8) буде включений за схемою рис. 5 а, а друга (з n=1) -за схемою рис. 5, р.

Ріс.8

Розраховуємо перший ТДЛ.

1. Знаходимо Lл:

Приймемо Lл рівною 13,5 мкГн.

2. Обчислюємо число витків обмотки:

Таке число витків подвійного товстого дроту важко розмістити у вікні магнитопровода. Тому доцільно використовувати два кільця. В цьому випадку магнітопровід матиме розміри К45Х 28Х16 (S=1.4 см²). Нове число w:

3. Визначаємо пікову напругу на навантаженні:

4. Знаходимо синфазну напругу на обмотках відповідно до схеми включення (рис. 5, а):

V1=(2-1)71=71 У. Оскільки синфазна напруга другої обмотці дорівнює 0, то ця обмотка замінюється перемичками (рис. 6).

5. Синфазний струм дорівнює:

6. Обчислюємо магнітну індукцію в магнітопроводі:

=4*10^-6*100*9*0,06/3,65=59*10^-6 Тл, що значно менше індукції насичення.

Хвильовий опір лінії g1 = 50 Ом.

У другому ТДЛ доцільно застосовувати такі ж кільця, як і першому. Тоді Lл=13,5 мкГн, w=9 витків.

7. Синфазна напруга на обмотці V=(2+1/2-1)71=106,5 Ст.

8. Синфазний струм дорівнює:

L=106,5/2*3,14*14*10⁶* * 13,5 10^-6= 0,09 А.

9. Магнітна індукція

=100*4*10^-6*9*0,09/3,65=89*10^-6 Тл.

І в даному випадку вона виходить меншою за індукцію насичення. Хвильовий опір лінії обмотки вибирають близько 12 Ом.

Діаметр проводів для ліній ТДЛ визначають так само, як діаметр проводів для обмотки у звичайних трансформаторах. Цей розрахунок тут не наводиться.

Уважний читач може помітити неточність у наведеному розрахунку (пов'язана із застосуванням складових ТДЛ). Вона полягає в тому, що індуктивність Lл обчислюється без урахування того, що обмотки ТДЛ першого та другого ступеня з'єднані, тобто з деяким запасом. Так що на практиці в ТДЛ кожного ступеня можна зменшити кількість витків в обмотках і застосувати феритові магнітопроводи менших розмірів.

Використовуючи комбінації різних одиночних ТДЛ можна отримати широку гаму ТДЛ із заданими характеристиками [4].

У виготовлених ТДЛ слід вимірювати ККД та коефіцієнт асиметрії [4]. Схема включення ТДЛ щодо першого параметра показано на рис. 9, другого – на рис. 10. Втрати а (у децибелах) у трансформаторі розраховують за формулою: а=20lg(U1/nU2).

Ріс.9

Ріс.10

Автором було зроблено кілька ТДЛ. Практичні дані деяких із них наводяться нижче. Зовнішній вигляд двох трансформаторів показано на рис. 11.

Ріс.11

Симетруючий ТДЛ (тип СР) з коефіцієнтом трансформації n=1, що працює в діапазоні частот 1,5... 30 МГц при вихідній потужності до 200 Вт, для узгодження фідера РК-50 з вхідним опором антени 50 Ом можна виготовити на магнітопроводі 50ВНС

К65Х40Х9. Число витків обмоток лінії (g=50 Ом) - 9. Обмотки 1-1', 2-2' (рис. 12) мотають у 2 дроти ПЕВ-2 1,4 біфілярно, без скруток. Щоб забезпечити сталість відстані між проводами, ними надягають фторопластовую трубку. Обмотку 3-3' намотують окремо на вільній частині кільця тим самим проводом і тією ж довжиною, що обмотки 1-1', 2-2'. ККД виготовленого ТДЛ було близько 98%. коефіцієнт асиметрії – понад 300.

Ріс.12

ТДЛ з коефіцієнтом трансформації n=2 (тип НС), розрахований на потужність до 200 Вт, що узгоджує 75-омне хвильове опір фідера з симетричним входом антени, у якої вхідний опір 18 Ом. можна виготовити на магнітопроводі 200НН (рис. 13) типорозміром К65Х40Х9. Обмотки повинні містити 9 витків ліній із проводів ПЕВ-2.1,0. Виготовлений трансформатор мав ККД 97%, коефіцієнт асиметрії на частоті 10 МГц – 20, на частоті 30 МГц – не менше 60.

Ріс.13

На рис. 14 наведена схема включення складового ТДЛ (типу СР) з коефіцієнтом трансформації n=3, що узгоджує антену, що має вхідний опір 9 Ом, з 75-омним коаксіальним кабелем. ТДЛ, розрахований працювати в діапазоні 10...30 МГц при потужності до 200 Вт, виконують на кільцях (типорозмір К32Х20Х6) з фериту 50ВНС. Магнітопроводи трансформаторів WT1 і WT2 складають з двох кілець, обмотки та котушка L1 повинні містити по 6 витків. Довгі лінії та котушку виконують проводом ПЕВ-2 1,0. Хвильовий опір лінії для WT1 – 70 Ом, для WT2 – 25 Ом. Побудований ТДЛ мав ККД 97%, коефіцієнт асиметрії – не менше 250.

Перед експлуатацією ТДЛ слід вжити заходів щодо захисту їх від несприятливих кліматичних впливів. Для цього трансформатори обмотують фторопластової стрічкою, поміщають у коробку і, якщо є можливість, заливають компаунд КЛТ.

література:

1. Беньковські 3., Лівійський Е. Аматорські антени коротких і ультракоротких хвиль. - М.; Радіо та зв'язок, 1983.
2. Ротхаммель До. Антени.- М.: Енергія, 1979.
3. Захаров В. Тридіапазонна триелементна антена хвильовий канал. - Радіо, 1970. № 4.
4. Лондон З. Є., Томашевич С.В. - Довідник з високочастотних трансформаторних пристроїв. - М.; Радіо та зв'язок, 1984.
5. Михайлова М. та інших. Магнитомягкие ферити для радіоелектронної аппаратуры.- М.: Радіо зв'язок, 1983.

Автор: В. Захаров (UA3FU), м. Москва; Публікація: Н. Большаков, rf.atnn.ru

Дивіться інші статті розділу Радіоаматорські розрахунки.

Читайте та пишіть корисні коментарі до цієї статті.

<< Назад

Останні новини науки та техніки, новинки електроніки:

Штучна шкіра для емуляції дотиків 15.04.2024

У світі сучасних технологій, де віддаленість стає дедалі більш повсякденною, збереження зв'язку й почуття близькості грають значної ролі. Нещодавні розробки німецьких учених із Саарського університету в галузі штучної шкіри становлять нову еру у віртуальних взаємодіях. Німецькі дослідники з університету Саарського розробили ультратонкі плівки, які можуть передавати відчуття дотику на відстані. Ця передова технологія надає нові можливості для віртуального спілкування, особливо для тих, хто виявився далеко від своїх близьких. Ультратонкі плівки, розроблені дослідниками, товщиною всього 50 мікрометрів, можуть бути інтегровані в текстильні вироби та носитися як друга шкіра. Ці плівки діють як датчики, що розпізнають тактильні сигнали від мами чи тата, і як виконавчі механізми, що передають ці рухи дитині. Дотики батьків до тканини активують датчики, які реагують на тиск та деформують ультратонку плівку. Ця ...>>

Котячий унітаз Petgugu Global 15.04.2024

Турбота про домашніх тварин часто може бути викликом, особливо коли йдеться про підтримку чистоти в будинку. Представлено нове цікаве рішення стартапу Petgugu Global, яке полегшить життя власникам кішок та допоможе їм тримати свій будинок в ідеальній чистоті та порядку. Стартап Petgugu Global представив унікальний котячий унітаз, здатний автоматично змивати фекалії, забезпечуючи чистоту та свіжість у вашому будинку. Цей інноваційний пристрій оснащений різними розумними датчиками, які стежать за активністю вашого вихованця в туалеті та активуються для автоматичного очищення після його використання. Пристрій підключається до каналізаційної системи та забезпечує ефективне видалення відходів без необхідності втручання з боку власника. Крім того, унітаз має великий обсяг сховища, що змивається, що робить його ідеальним для домашніх, де живуть кілька кішок. Котячий унітаз Petgugu розроблений для використання з водорозчинними наповнювачами та пропонує ряд додаткових матеріалів. ...>>

Привабливість дбайливих чоловіків 14.04.2024

Стереотип про те, що жінки віддають перевагу "поганим хлопцям", довгий час був широко поширений. Однак нещодавні дослідження, проведені британськими вченими з Університету Монаша, пропонують новий погляд на це питання. Вони розглянули, як жінки реагують на емоційну відповідальність та готовність допомагати іншим у чоловіків. Результати дослідження можуть змінити наше уявлення, що робить чоловіків привабливими в очах жінок. Дослідження, проведене вченими з Університету Монаша, призводить до нових висновків щодо привабливості чоловіків для жінок. В рамках експерименту жінкам показували фотографії чоловіків з короткими історіями про їхню поведінку в різних ситуаціях, включаючи їхню реакцію на зіткнення з бездомною людиною. Деякі з чоловіків ігнорували безпритульного, тоді як інші надавали йому допомогу, наприклад, купуючи їжу. Дослідження показало, що чоловіки, які виявляють співчуття і доброту, виявилися більш привабливими для жінок порівняно з т ...>>

Випадкова новина з Архіву Мікросхеми TB6865FG та TB6860WBG для бездротової зарядки 20.12.2012 Компанія Toshiba вирішила об'єднатися із Hanrim Postec у розробці систем бездротового живлення електронних пристроїв. Партнери направили спільні зусилля на створення продуктів, що базуються на стандарті Qi 1.0, прийнятому консорціумом Wireless Power Consortium (WPC), членами якого є обидві компанії. Система для безконтактної зарядки, створена Toshiba та Hanrim, призначена для мобільних пристроїв, включаючи смартфони. Вона з'явиться на ринку вже цього місяця. Компанія Hanrim виступила розробником модуля бездротової передачі енергії, Toshiba – мікросхем TB6865FG та TB6860WBG. Перша мікросхема, на ілюстрації показана зліва, є передавачем, друга - приймачем. Передавач TB6865FG здатний одночасно подати живлення двом споживачам, розміщеним на зарядній платформі. У приймач TB6860WBG інтегрований перетворювач постійної напруги. Навантажувальна здатність TB6860WBG – 1200 мА. Приймач може живити зарядний пристрій або заряджати батарею безпосередньо. Постачання ознайомлювальних зразків TB6865FG та TB6860WBG починаються у поточному місяці, серійних – у січні 2013 року.

Інші цікаві новини:

▪ Електромобіль Polestar 2

▪ Технологія Duracell Powercheck визначить заряд батареї

▪ Лінії електропередач для зеленої енергетики

▪ Прилад стежить за здоров'ям пілота

▪ Таргани-кіборги

Стрічка новин науки та техніки, новинок електроніки

Цікаві матеріали Безкоштовної технічної бібліотеки:

▪ розділ сайту Індикатори, датчики, детектори. Добірка статей

▪ стаття Ви, нинішні, ну-тка! Крилатий вислів

▪ стаття Хто із секс-символів більшу частину життя не міг відчувати оргазм? Детальна відповідь

▪ стаття Гомбо. Легенди, вирощування, способи застосування

▪ стаття Сигналізатор вогню у каміні. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки

▪ стаття Вгадування карт, перекладених у відсутності фокусника. Секрет фокусу

Залишіть свій коментар до цієї статті:

All languages ​​of this page

Arabic	Hebrew	Polish
Bengali	Hindi	Portuguese
Chinese	Italian	Spanish
English	Japanese	Turkish
French	Korean	Ukrainian
German	Malay	Vietnamese

Головна сторінка | Бібліотека | Статті | Карта сайту | Відгуки про сайт

www.diagram.com.ua
2000-2024