Курс лекций по дисциплине “Методы и устройства формирования радиосигналов” (Лекции 1-34. Назначение дисциплины. Радиосигнал и его характеристики. Основные этапы развития радиотехники. Паразитные излучения в формирователях. Электромагнитная совместимость в формирователях), страница 20

Найти параметры схемы рис. 3а при известных  и  можно путем составления уравнения баланса проводимостей последовательной и параллельной цепочек, из которого следуют расчетные соотношения:

;        (6)                         ;      (7)

где  - добротность последовательной или эквивалентной ей параллельной цепочки. С помощью приведенных формул элементы  и  определяются следующим образом:

;   (8)     ;   (9)     ;        (10)

Для нахождения параметров схемы рис. 3б нужно изменить индексы во всех выражениях.

Согласующую цепь называют инвертирующей, если выполняется соотношение

где  - входное сопротивление СЦ;  - сопротивление нагрузки;  - характеристическое сопротивление СЦ.

Примером инвертирующей цепи является Г-образный согласующий четырехполюсник при . Более сложные инвертирующие цепи – это П- и Т-образные звенья (рис. 4).

Рис. 4. П- и Т-образные согласующие цепи.

Подобные цепи преобразовывают при выполнении соотношений

;    (11)   и   .

Согласующую цепь называют трансформирующей, если выполняется равенство

где  - коэффициент трансформации.

Одним из вариантов такой цепи – каскадное соединение двух Г-образных звеньев. Согласующие Г-,П-,Т-цепочки преобразовывают произвольные нагрузочные сопротивления на одной частоте. Практически полосе в ГВВ с такими цепочками – 10…20%. При более широкой полосе, когда коэффициент перекрытия по частоте  ЦС выполняют в виде НЧ-фильтров, ФНЧ-трансформаторов, которые представляют последовательное соединение нескольких Г-цепочек:

Рис. 5. Согласующая цепь в виде ФНЧ.

Здесь входное сопротивление больше сопротивления нагрузки, емкость  способствует фильтрации входного напряжения, индуктивность  - фильтрации входного тока. Достоинство таких преобразователей в возможности использования междуэлектродных емкостей и индуктивностей выводов АЭ в качестве элементов ФНЧ.

Проектирование ЦС на основе ФНЧ-фильтров производится по методикам проектирования фильтров [ ]. Максимальные рабочие частоты определяются возможностями создания сосредоточенных LC-элементов и составляет несколько ГГц.

В качестве широкополосных ЦС используются трансформаторы с магнитной связью между обмотками, которые инвертируют сопротивление при  на частотах примерно 10 МГц. Их обычно выполняют на ферритовых кольцах. Коэффициент трансформации сопротивлений , где  и  - число витков первичной и вторичной обмоток.

Другим примером широкополосного инвертора сопротивлений является ВЧ трансформатор типа “длинной линии” (ТДЛ), который представляет собой пороидальный и стержневой ферритовый магнитопровод с двумя обмотками.

Обмотки соединены таким образом, что образуют двухпроводную линию передачи, по которой распространяется бегущая волна от источника колебаний к нагрузке. 

Рис. 6. Эквивалентная схема трансформатора типа “длинная линия” (ТДЛ).

В трансформаторе волна распространяется по линии от клемм 1-3 до клемм 2-4. Поскольку токи в обмотках равны  а направления их противоположны, то они практически не создают магнитного потока в сердечнике, тем самым обеспечивая минимальные потери в них.  Суммарные потери в трансформаторе – линии не превышают 0,05..0,1 дБ. Если к клеммам 1-3 подключить источник колебаний, а к 2-4 – нагрузку, то коэффициент трансформации  окажется равным  1. Чтобы получить , применяют последовательное или параллельное включение нескольких трансформаторов.

Рис. 7. Согласующая цепь на ТДЛ.

В этой схеме входы трех трансформаторов соединены параллельно, а выходы последовательно. Учитывая, что амплитуда тока в нагрузке , а амплитуда напряжения , получим входное сопротивление , где . Таким образом рассматриваемый трансформатор является понижающим с коэффициентом трансформации . Соотношения между входным и нагрузочным сопротивлением должно быть следующим   

В современной технике цепей с распределенными параметрами применяют различные методы согласования, позволяющие получить режим бегущих волн.

В диапазоне СВЧ согласующие цепи транзисторных ГВВ выполняют на отрезках микрополосковых линий (рис. 8 а и б)