Меню

Сложения мощностей двух элементов

Схема сложения мощностей двух PA

В настоящей статье описан метод суммирования мощностей двух усилителей с помощью квадратурных мостов, выполненых из отрезков коаксиальных кабелей.

Иногда бывает необходимо сложить мощности двух усилителей. Выгоды такого решения могут состоять (кроме очевидной — мощи больше) в том, что в целом надежность системы оказывается выше — выход из строя двух усилителей сразу все-таки менее вероятен, чем одного, две лампы сравнительно небольшой мощности могут оказаться дешевле, чем одна могучая, а также система получается более гибкой, поскольку позволяет использовать ту мощность, которая нужна, в зависимости от поставленной цели.

Такая задача решается достаточно просто путем использования квадратурного моста. Схема приведена на рис.1:

В этом случае входы усилителей оказываются хорошо развязаны, и выходы, кстати, тоже. Необходимо иметь ввиду, что необходимо обеспечить равенство КСВн входов усилителей и его возможно более низкую величину, а также равенство выходных мощностей обоих усилителей. Отраженная от плеч входного моста мощность, отраженная от антенны, разница в мощностях усилителей будет рассеяна на соответствующих балластных резисторах. Балластные резисторы должны быть рассчитаны на соответствующую мощность и иметь возможно более низкий КСВн. Кабели от выходов квадратурного моста до входа усилителей должны иметь равную фазовую длину; то же самое относится к кабелям, соединяющих выходы усилителей и входы выходного моста. Волновые сопротивления кабелей на схеме даны в предположении, что входныевыходные импедансы мостов равны 75 Ом. Параметры моста будут лучше, если означенные на схеме 50-омные отрезки будут выполнены из кабеля с волновым сопротивлением 53 Ома. Если мост строится для 50-омной системы, то волновые сопротивления тех отрезков, которые 50 Ом, должны быть 35.35 Ом (можно делать из двух соединенных впараллель отрезков кабеля 75 Ом), волновые сопротивления тех отрезков, которые 75 Ом — должны быть 50 Ом. Возможны и более сложные реализации квадратурных мостов, но эта является наиболее подходящей в радиолюбительских условиях.

Для применения на диапазонах 432 МГц и 1296 МГц, тем не менее, хочу порекомендовать квадратурный мост, выполненный на полосковой линии. Должен заметить, что радиолюбитель, посягнувший на изготовление такой конструкции, должен иметь навыки выполнения точных работ. Уж такова специфика высоких частот. На рис.2 приведен чертеж собственно полосковой линии, выполненной из листа латуни толщиной 1 мм, и находящейся между обкладками из листа Д16Т либо фольгированного стеклотекстолита (можно одностороннего, фольгой внутрь). Листы обкладок могут иметь размер 260х260 мм, либо быть диаметром те же 260 мм. Расстояние между обкладками 10 мм и фиксируется дистанционными втулками, которые располагаются по периметру и в середине обкладок. Отверстия ф2 — для хвостовиков разъемов. Их диаметры могут быть и иными.

Ширина полосковых линий для применения в составе 75-омной техники:

Читайте также:  Мощность перегрузки максимальная мощность двигателя это

Ширина полосковых линий для применения в составе 50-омной техники:

А=18.75 мм (35.35 Ом)

Б=11.70 мм (50.00 Ом)

Напоминаю — толщина линий 1 мм. Изготовление полосковой линии рекомендую производить с применением металлообрабатывающего оборудования.

Описанный квадратурный мост можно применять на 1296 МГц без всяких изменений — если все изготовлено точно по приведенным размерам. Если же необходимо сделать мост именно на 1296 мгц — диаметр 220.8 надо делать в три раза меньше: 73.6 мм. Все остальные размеры такие же.

Сергей Н. Носаков, UA6LGO, KN97LE
Этот адрес e-mail защищен от спам-ботов. Чтобы увидеть его, у Вас должен быть включен Java-Script

У Вас недостаточно прав для добавления комментариев.
Возможно, Вам необходимо зарегистрироваться на сайте.

Источник



Сложение мощности активных элементов. Мостовые схемы сложения, усилители с синфазными мостами, квадратурный мост, многополюсные схемы сложения.

Для сложения мощности применяют параллельное включение АЭ, двухтактное включение, мостовые схемы.

Наибольшее применение находят двухтактные схемы и мостовые схемы.

Рассмотрим мостовую схему сложения мощности, эквивалентная схема которой приведена на рисунке 1.13.

Пусть А и Б выходные каскады двух передатчиков, работающих синхронно и синфазно от общего возбудителя.

Если мост сбалансирован то А не влияет на Б. Если, кроме того, токи, протекающие от А и Б равны и синфазны то, для мгновенных полярностей сигналов от А и Б указанных на рисунке, в сопротивлении балласта Rб они компенсируют друг друга и вся мощность от А и Б выделяется на Rн.

Одно из главных достоинств мостовой схемы состоит в том, что не требуется точного равенства и синфазности токов Ia и Iб. Действительно, предположим что токи Ia и Iб не равны и не синфазны (рис.1.14)

Iб = к Ia е = к Iа (cos +i sin ),

где к- постоянный коэффициент,

Тогда,в соответствии с рис.1.13, можно записать для суммарного токаI(+), протекающего через сопротивление нагрузки Rн

Мощность в нагрузке

Ток протекающий через Rб

Мощность выделяемая в Rб

КПД мостовой схемы

Из последнего выражения следует, что если токи равны (К=1) и синфазны ( ), то

Однако, если амплитуды токов разнятся даже на 20%, а достигает 40 то и тогда

Ниже рассмотрены некоторые мостовые схемы деления и сложения мощностей нашедшие широкое применение в современных передающих устройствах.

Усилитель с синфазными мостами

Схема(1.15) предназначена для суммирования мощностей синфазных генераторов и для получения синфазных напряжений в режимах деления мощности. Развязка между выходами АЭ1 и АЭ2 объясняется следующим образом. Связь между АЭ через общее сопротивление нагрузки Rн компенсируется дополнительной связью через балластный резистор сумматора Rбал. Фазовое условие компенсации выполняется, т.к. напряжение поступающее на выход АЭ2 (АЭ1) от АЭ1 (АЭ2) через канал нагрузки, на запаздывает по отношению к напряжению, поступающему через балластное сопротивление из-за наличия двух П-образных звеньев (С1 L1 C2 и С2 L2 C3), каждое из которых сдвигает напряжение по фазе на .

Читайте также:  Как увеличить мощность пневматического пистолета аникс 101

Таким образом, реактивная часть моста является фазовращателем на . В качестве фазовращателей могут использоваться сосредоточенные LC-цепи, отрезки линий, ТДЛ и др. Амплитудное условие компенсации требует выполнения определенного соотношения между Rбал, Rн и реактивными элементами моста. Невыполнение этого условия ведет к появлению связи между АЭ. То же и по входному мосту-делителю.

Отсутствие потерь мощности в балластных резисторах в номинальном режиме объясняется равенствами Uвых1=Uвых2 и Uвх1=Uвх2 в силу симметрии схемы.

Квадратурный мост

В качестве широкополосного моста СВЧ часто используют т.н. направленный ответвитель (рисунок 1.16), состоящий из двух связанных линий длиной на средней частоте диапазона и балластного резистора.

Из курса электродинамики известно, что напряжения в т.3-4 сдвинуты на в полосе порядка октавы. Следовательно, это квадратурный мост. При достаточно сильной связи между линиями этот мост может делить мощность генератора, подключенного в т.1 поровну между равными нагрузками, а также складывать в общей нагрузке мощности одинаковых АЭ.

Многополюсные мостовые схемы

Для суммирования мощностей большого числа АЭ, применяют т.н. многополюсные схемы (мосты). Они позволяют объединить произвольное число АЭ (обычно не более 16) и очень широко используются в современных мощных широкополосных усилителях. На рисунке 1.17 приведена мостовая многополюсная схема сложения мощности.

В схемах используются многополюсные мосты с балластными нагрузками

соединенными звездой. Полная мощность в нагрузке при нормальной работе всех n-генераторов

Мощность в нагрузке при отказе m-генераторов

Относительное уменьшение мощности для мостовой схемы

Источник

Методы сложения мощностей: параллельное и последовательное соединение электронных приборов, блочно-модульный метод.

Учитывая, что мощность, которую следует подвести к антенне, значительно превосходит мощность, отдаваемую одиночными приборами, рассмотренными в разделе 1.2, на практике приходится использовать сложение мощностей. Для оценки методов сложения мощностей основными критериями являются: простота конструкции, высокий КПД, обеспечение бесперебойной работы при частичном или полном выходе из строя одного или нескольких генераторов, симметричность характеристик схемы относительно входов. Одним из первых методов сложения мощностей, получивших широкое распространение, стал метод параллельного сложения заданного числа электронных приборов. У этого метода есть существенный недостаток: вследствие разброса параметров кажущееся сопротивление нагрузки распределяется между приборами неравномерно, это ведет к разбросу тока, и потери на электродах оказываются неодинаковыми [12]. Кроме того, в ключевых транзисторных РПдУ проявляется еще один немаловажный недостаток данного метода, обусловленный разбросом динамических параметров электронных приборов. Дело в том, что транзистор, включающийся первым в группе параллельно-соединенных приборов, будет коммутировать весь ток нагрузки, который может превосходить его максимально- допустимый ток. Аналогично, транзистор, отключающийся последним, будет выключать весть ток нагрузки. И в том, и в другом случае возможна перегрузка транзисторов по току и рассеиваемой мощности. Таким образом, разброс статических или динамических параметров параллельно соединяемых приборов приводит к их перегрузке и создает предпосылки для выхода отдельных приборов из строя. При этом следует иметь в виду, что пробой одного из приборов, при котором напряжение питания поступает во входную цепь транзистора, может привести к выходу из строя всех остальных приборов из этой параллельной транзисторной сборки. Это приводит к 10 необходимости применять различные нетривиальные схемотехнические решения, обеспечивающие защиту транзисторов. С ростом количества суммируемых активных элементов существенно уменьшается надежность работы конечного устройства. Важно обеспечить бесперебойную работу передатчика при выходе из строя одного или нескольких приборов. Для этого необходимо иметь возможность его отключения и замены при непрерывной работе остальных элементов. В этот момент выходная мощность РПдУ снизится, но его работа останется непрерывной [12]. Решение этой задачи характеризуется рядом проблем, среди которых усложнение конструкции устройства и склонность генераторов к паразитному самовозбуждению [12]. Эти недостатки отсутствуют при сложении мощностей отдельных «блоков». (под «блоком» понимается система, имеющая связь с нагрузкой и состоящая из некоторого числа генераторных приборов, входной и выходной цепи [13]). Система блоков позволяет локализовать аварию в одном из них и включить взамен неисправного резервный блок, что обеспечивает высокую надежность работы РПдУ [12].

Читайте также:  Как уменьшить мощность компьютера

На практике получили применение три метода суммирования мощностей блоков: — суммирование блоков, взаимосвязанных через общую нагрузку; — суммирование мощности в пространстве; — суммирование по принципу сбалансированного моста [13,14]. Необходимо отметить недостатки суммирования блоков через общую нагрузку: — в случае прекращения работы электронных приборов блока, выключения источника питания и т. д., контур неисправного блока, будучи связанным с нагрузочным блоком, превращается в потребителя мощности последнего. Во избежание серьезной аварии аппаратуры контура должна быть предусмотрена ее автоматическая быстродействующая защита, однако при этом меняется кажущееся сопротивление нагрузки оставшихся блоков [12]. — по мере повышения частоты и увеличения мощности, а, следовательно, и размеров блоков становится труднее обеспечить идентичные условия их работы — одинаковое и синфазное возбуждение и одинаковую связь с нагрузочным контуром. При несинфазном высокочастотном возбуждении блоки работают как бы на расстроенную нагрузку, вследствие чего понижаются их энергетические показатели [12]. При суммировании блоков, независимых друг от друга, можно избежать вышеупомянутых проблем. Независимая работа реализуется при помощи нескольких методов. Один из них — сложение мощностей в пространстве. Этот метод предполагает использование большого количества антенн, а в диапазоне ОНЧ-НЧ они являются нетривиальными дорогостоящими устройствами. Суммирование по принципу сбалансированного моста также обеспечивает независимость блоков относительно друг друга и является наиболее выгодным методом.

Источник

Adblock
detector