Основные параметры цепей согласования мощных гвв
К мощным ГВВ следует отнести ВУМ и возбуждающий ВУМ усилительный каскад. Все остальные предшествующие усилители на один – два порядка менее мощные устройства и о построении ЦС таких усилителей разговор пойдет позднее.
Основным энергетическим показателем ЦС ВУМ является коэффициент передачи мощности в оконечную нагрузку. Чаще коэффициент передачи именуют коэффициентом полезного действия ЦС. Математически КПД ЦС выражается формулой
,
где
-
колебательная мощность, которую отдает
АЭ ВУМ в нагрузку по цепи выходного
электрода,
-
мощность, которая поступила в оконечную
нагрузку ВУМ.
Часть колебательной мощности теряется в виде тепла на элементах ЦС при протекании по ним ВЧ токов. Поэтому вторая форма записи КПД ЦС имеет вид
Совершенно очевидно, что чем больше элементов имеет ЦС при прочих равных условиях, тем больше будет она иметь потерь и ниже КПД.
При оценке КПД ВУМ принимают во внимание его электронный КПД и КПД цепи согласования
Вторым важным показателем ЦС ВУМ степень подавления гармоник основной рабочей частоты в оконечной нагрузке. Математически степень подавления определяется следующим соотношением
,
где
-
мощность n-ой гармоники
в оконечной нагрузке. Обычно расчет
ведется для самой сильной гармоники,
которая достигает нагрузки. Чаще всего
это вторая гармоника, но иногда бывает
третья гармоника. Степень подавления
гармоник всегда определена по величине
требованиями ГОСТ и других нормативных
документов. Если подавление высших
гармоник возлагается на ЦС ВУМ, то в
этом случае говорят о фильтрующей
способности ЦС, которая количественно
характеризуется коэффициентом фильтрации
.
В числителе имеет место отношение гармоник тока на выходе АЭ, в знаменателе – отношение тех же гармоник в оконечной нагрузке. Коэффициент Ф всегда значительно больше единицы и составляет величину сотни и тысячи единиц. Коэффициент фильтрации ЦС рассчитывается исходя из заданной степени подавления. Расчетная формула для Ф при равенстве величины активной составляющей оконечной нагрузки для тока первой гармоники и токов высших гармоник имеет вид
.
Например, для подавления второй гармоники на (-60) дБ коэффициент фильтрации ЦС должен составлять величину Ф = 500.
Как уже упоминалось ранее, задача фильтрации возлагается на цепи согласования, выполненные на основе резонансных контуров, либо на ЦС с коэффициентом перекрытия по частоте меньше октавы.
Рассмотрим подробнее резонансные цепи согласования.
Резонансные цепи согласования вум
Резонансные ЦС ВУМ получили название «схемы выхода». Различают простую и сложную схему выхода. Простой считается схема, которая содержит один резонансный контур. Оконечная нагрузка может полностью либо частично входить в состав резонансного контура. Обобщенный вид и вариант конкретной реализации простой схемы выхода показан на рисунке.
Элементом связи АЭ со схемой выхода служит элемент X1. Элементом связи схемы выхода с оконечной нагрузкой служит элемент X3. Если оконечная нагрузка является величиной комплексной, то элемент X3 должен выбираться того же знака, что и реактивность нагрузки. Нарушение этого правила переводит схему выхода в разряд сложной схемы.
Сложной схемой выхода считается та, которая содержит два и более резонансных контуров. На рисунке представлена обобщенная сложная схема выхода и приведен возможный вариант ее конкретной реализации.
Кроме элементов связи ЦС с АЭ и оконечной нагрузкой появляются элементы связи между отдельными контурами. В частности элементом связи между контурами выступает X3. Такой вид связи получил название внутриконтурной. Однако кроме внутриконтурной связи можно выполнить внешне контурную связь, либо комбинированную связь. Пример использования внешне контурной связи показан на рисунке. Элементом связи служит конденсатор С3.
Элементы С2,С4,С4 в этой схеме образуют треугольник. Из курса ОТЦ известно, что элементы, соединенные по схеме «треугольник», можно преобразовать в соединение по схеме «звезда».
Формулы пересчета имеют вид:
После
пересчета вторая сложная схема ЦС
преобразуется в первую сложную схему.
Меняя тип элемента связи с АЭ и оконечной нагрузкой, применяя разнообразные способы связи между контурами, можно получить большое разнообразие сложных схем выхода ВУМ.
Определяющими условиями выбора конкретной схемы являются следующие обстоятельства:
1. Способность ЦС выполнить трансформацию оконечной нагрузки к расчетной величине во всем рабочем диапазоне частот.
2. Обеспечить постоянство нагрузки с требуемым качеством.
3. Обеспечить требуемый коэффициент фильтрации высших гармоник.
Обеспечить максимальную простоту управления ЦС.
Все эти требования часто противоречат друг другу, и задачей разработчика является отыскание наиболее оптимального варианта.