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无线电电子与电气工程百科全书 铁氧体磁路上的匹配装置。 无线电电子电气工程百科全书
将天线的输入阻抗与馈线的波阻抗匹配，以及为业余无线电爱好者平衡天线的问题一直存在并且仍然是相关的。 近年来，人们对铁氧体环上的变换和匹配器件表现出特别的兴趣。 这是因为这样的设备可以小尺寸并且具有高（高达 98%）的效率。 此外，当频率间隔被几个倍频程重叠（例如，从 1 到 30 MHz）时，它们不会表现出谐振特性，这在使用多频段天线时尤其方便（“squares”、“INVERTED V”[ 1. 2]、3-元素三程“波道”[3]等）。 在这种宽带变压器中，绕组以两线长传输线（基于同轴电缆或同质电缆）的形式制成，缠绕在铁氧体环上。 绕组的这种设计可以实际消除漏感并降低引线的电感。 本文采用的长线变压器 (TDL) 符号如图 1 所示，其中一个绕组来自两线制线路。 1.a，有几个（在这种情况下，两个）-在图。 XNUMX.b。
图上。 图2显示了包含具有n=1的变换比的TDL。
该变压器由缠绕在环形铁氧体磁路上的均匀长线形式的绕组组成。 其电长度为P=2pl/L，其中l为线路的几何长度，L为波长（lambda）。 由于在高频波传播过程中，流过线路导体的电流大小相等、方向相反，因此磁路不会被磁化，这意味着铁氧体中实际上不会损失功率。 当线路g的波阻抗与源Rg和负载Rl的电阻匹配时，TDL理论上不具有下边界频率和上边界频率。 实际上，最大工作频率由于引线电感和线路辐射而受到限制。 应注意 TDL 的特殊性。 其中包括存在两种类型的电压：反相 U，作用于线路导体之间并由信号功率确定，以及共模（或纵向）V，由于负载的不对称性和取决于选项接通变压器。 从图 3 可以清楚地看出，共模电压是如何形成的，作用在发电机和负载之间，即线路电感 LXNUMX 上。
很明显，如果共模电流流过长线路的导体，则负载和发电机会分流。 磁路的引入急剧增加了绕组的电感，从而增加了对共模电流的抵抗力并急剧降低了它们的分流效应。 同时，磁路不影响波的传播，因为提供了行波模式 (Rg=g=Ri)。 有几种方法可以构造具有整数变换因子 n 的 TDL。例如，可以遵循以下规则。 绕组（必须有 n 个）由电气长度相等的两线段制成。 每个绕组都放置在相同类型的单独环形磁路上。 上行线路的输入串联，下行线路并联。 通常，具有整数变比 n 的 TDL 的开关电路如图 4 所示。 四。
这里的关系 Rg=n2Rn，U1=nU2，g=nRn。 图上。 图 5 显示了打开 TDL 的各种选项。
可以在一个磁路上构建 TDL，但必须遵守以下要求。 首先，每条线的匝数必须与作用在该线两端之间的共模电压值成比例，因为绕组是通过公共磁通量连接的。 其次，所有线的几何长度必须相同。 根据开启 TDL 的选项，甚至可能发生某些线路部分或全部必须不放置在磁路上的情况。 为了确定绕组的匝数，有必要计算每条线路上的共模电压 Vk。 在具有不对称输入和输出的 TDL 中（NN 型。图 5，a） Vk \uXNUMXd (n-k) Un; 在反相（NN型，图5，b）Vk \u1d（n-k + XNUMX）Un; 具有平衡输入和非平衡输出（SN 型，图 5，c） Vk \u2d (n / XNUMX-k) Un; 具有非平衡输入和平衡输出（NS 型，图 5，d） Vk \u1d (n + 2/XNUMX-k) Un; 具有对称输入和输出（SS 型，图 5，e） Vk \u2d（n / 2 + t / XNUMX-k）Un。 式中，n为变比，k为线路序号，从上往下数，Un为负载电压。 这些公式是原始公式。 当确定放置在磁路上的绕组的匝数比时。 例如，如果根据图 3 中所示的方案打开具有 n=5 的变压比的 TDL。 1、a，则V2:V3:V1=w2:w3:w2=1:0:1。 由此可知，图中第一行完全放在磁路上（w2），第二行只有一半的匝数（w1=w2/3），第三行（w0=XNUMX）应该是完全在磁路上。 所有线的几何长度相同。 当输入阻抗为 18,5 ohm 的“波通道”与使用 TDL 的 75 ohm 同轴电缆匹配时（根据图 5，d 中的电路连接），变压比为 2，绕组匝数比为等于 w1:w2= (2+1 / 2-1: (2 + 1 / 2-2) \u3d 1: XNUMX。这意味着在磁路上，图中的上绕组应该是完全的，第二个- 只有它的第三部分。 当绕组线的长度远小于工作波长时，可以简化 TDL：共模电压为零的线。 用跳线代替。 在这种情况下，例如，一个三绕组 TDL（图 5，e）被转换为一个二绕组 TDL（图 6）。
TDL 的传输系数取决于波阻抗与最佳值的差异程度以及线路的电长度与波长的比值。 例如，如果 c 与所需的两倍不同，则 TDL 中的损耗对于线路长度 lambda/0,45 为 8 dB，对于 lambda/2,6 为 4 dB。 图上。 图 7 显示了对于三个 g 值，n=2 的 TDL 的传输系数对其线的相位长度的依赖性。
[4] 中给出的计算表明，如果使用具有最佳 y 值的线，则线长 lambda/1,03 的 TDL 中的驻波比不超过 16，线长 lambda/1,2 的驻波比不超过 8。 由此我们可以得出结论，当两线制线路的长度小于 lambda/8 时，TDL 参数仍然令人满意。 计算 TDL 的初始数据是变比 p、开启 TDL 的选项、工作频率范围的下限和上限（以赫兹为单位）、负载处的最大功率 Pmax（以瓦特为单位）、负载电阻 Rn（欧姆）和馈线的波阻抗 g（欧姆）。 计算按以下顺序进行。 1. 根据以下条件确定线路导体 Ll 的最小电感（以亨利为单位）： Ld>>Rg/2fn。 在实践中，Ll 可以取 5 ... 10 倍以上的计算比率 Rg 到 2fn。 2.求磁路环上线的匝数w：
其中 dcp 是环的平均直径（在 cm), S——截面积 磁芯（厘米2), ,u - 磁路的相对磁导率。 3、计算共模电流Ic； （以安培为单位）在最低工作频率下流过 TDL 绕组： Ic=Vc/2pfnLl， 其中 Vc 是线路上的共模电压，根据上述比率针对特定开关选项计算得出。 4. 确定磁路的磁感应强度（以特斯拉为单位）： B=4*10-6.uIC/dcp。 选择磁路时要考虑到它不会被共模电流（或直流电，如果有的话）饱和。 为此，磁路中的磁感应必须比饱和感应小一个数量级（取自参考书）。 5. 求直线中的峰值电压 Upeak：
其中 y 是馈线中的 SWR。 6.计算电流Ieff的有效值（安培）：
7.确定长线的导线直径d（以毫米为单位）：
其中 J 是允许的电流密度（以安培/平方毫米为单位）。 对于 TDL 天线匹配设备，由铁氧体 55VNS、32VNS、9VNS、65VNS 以及 40NN、9NN、300NN 制成的环形（尺寸 K200X90X50、K400X200X100）磁芯是合适的。 如果需要，磁芯可以由几个环组成。 长线所需的波阻抗是通过将导体均匀绞合在一起（以一定的步长）获得的（见表）。 在导线的十字形连接的情况下，c低于相邻导体相互连接时的c。 一根直径为 1.5 mm 的非双绞线的波阻抗为 86 Ω。 长线的特性阻抗取决于绞合间距和连接类型
* 线径为 1 mm。 为了改善参数（特别是不对称因子）并同时简化匹配变换单元的设计，使用了多个不同类型的 TDL 的串联。 例如，使用上述方法，我们计算 n=2 的复合 TDL。 它必须与 RK-12,5 同轴电缆的 50 欧姆对称天线的输入阻抗相匹配。 较低的工作频率为 14 MHz。 功率不超过 200 瓦。 对于 TDL，应该使用尺寸为 K45X28X8 的磁芯（dcp=3,65 cm，S=0,7 cm2) 来自铁氧体 100NN（其比饱和感应系数为 0,44 T/cm2 [5]）。 让复合 TDL（图 2）的变换比 n = 8 的第一级根据图 5 的方案打开。 1、a 和第二个（n = 5）——根据图 XNUMX 的方案。 XNUMX、先生
我们计算第一个 TDL。 1. 查找 Ll：
让我们取 Ll 等于 13,5 μH。 2、计算绕组的匝数：
如此多匝的双粗线，几乎不可能放在磁路的窗口中。 因此，建议使用两个环。 在这种情况下，磁路的尺寸为 K45X 28X16（S = 1.4 cm2）。 新号码 w：
3. 确定负载处的峰值电压：
4. 我们根据开关电路求出绕组上的共模电压（图 5，a）： V1=(2-1)71=71 V。由于第二个绕组上的共模电压为0，因此该绕组由跳线代替（图6）。 5、共模电流为：
6、我们计算磁路中的磁感应： 高=4*10-6*100*9*0,06/3,65=59*10-6 T 远小于饱和感应。 线路的波阻抗 g1=50 欧姆。 在第二个 TDL 中，建议使用与第一个相同的环。 然后 Ll \u13,5d 9 μH，w \uXNUMXd XNUMX 圈。 7、绕组上的共模电压V=(2+1/2-1)71=106,5 V。 8、共模电流为： L=106,5/2*3,14*14*106* * 13,5 10-6\u0,09d XNUMX A。 9、磁感应 高=100*4*10-6*9*0,09/3,65=89*10-6 铊。 在这种情况下，结果证明它小于饱和感应。 绕组线的波阻选择在 12 欧姆左右。 TDL 线的线径与传统变压器的绕组线径相同。 此计算未在此处显示。 细心的读者可能会注意到上述计算中的不准确之处（由于使用了复合 TDL）。 在于电感Ll的计算没有考虑第一级和第二级的TDL绕组是连接的，即有一定的余量。 所以在实践中，在每一级的TDL中，可以减少绕组的匝数，使用更小的铁氧体磁芯。 使用各种单一 TDL 的组合，可以获得具有所需特性的各种 TDL [4]。 对于制造的 TDL，应测量效率和不对称系数 [4]。 确定第一个参数时开启TDL的方案如图9所示。 10、第二个——如图。 20. 变压器中的损耗a（以分贝为单位）按以下公式计算：a \u1d 2lg (UXNUMX / nUXNUMX)。
作者制作了几个 TDL。 下面给出其中一些的实际数据。 两个变压器的外观如图所示。 十一。
平衡 TDL（NS 型），变比 n = 1，工作频率范围为 1,5 ... 30 MHz，输出功率高达 200 W，以匹配天线输入阻抗为 50 Ohm 的 RK-50 馈线，可以在标准尺寸的50VNS磁路上制作 K65X40X9。 该线路的绕组匝数（g \u50d 9 Ohm）为1。绕组1-2'、2-12'（图2）双股缠绕成2根PEV-1,4 3线，无扭曲。 为确保导线之间的距离恒定，将它们放在氟塑料管上。 绕组3-1'分别用与绕组1-2'、2-98'相同的导线和相同的长度缠绕在环的自由部分上。 制造的 TDL 的效率约为 300%。 不对称系数 - 超过 XNUMX。
变换比 n=2（NS 型）的 TDL，设计用于高达 200 W 的功率，将 75 欧姆馈线阻抗与输入阻抗为 18 欧姆的对称天线输入相匹配。 可以在尺寸为 K200X13X65 的 40NN 磁路（图 9）上制作。 绕组必须包含来自 PEV-9 线的 2.1,0 匝线。 制造的变压器效率为 97%，不对称系数在 10 MHz - 20 频率下，在 30 MHz 频率下 - 至少 60。
图上。 图14示出了变比为n=3的复合TDL（NS型），匹配输入阻抗为9欧姆的天线，与75欧姆同轴电缆的连接图。 TDL 设计用于在 10 ... 30 MHz 范围内以高达 200 W 的功率运行，在 32VNS 铁氧体环（尺寸 K20X6X50）上执行。 变压器 WT1 和 WT2 的磁路由两个环组成，绕组和线圈 L1 必须各包含 6 匝。 长线和线圈由 PEV-2 1,0 线制成。 WT1 的线路阻抗 - 70 欧姆，WT2 的线路阻抗 - 25 欧姆。 构建的 TDL 效率为 97%，不对称系数至少为 250。
在运行 TDL 之前，应采取措施保护它们免受不利的气候影响。 为此，变压器用氟塑料胶带包裹，放在一个盒子里，如果可能的话，用 KLT 化合物填充。 文学: 1. Benkovsky 3., Livisky E. 业余短波和超短波天线。 - M .; 无线电和通信，1983 年。 作者：V. Zakharov (UA3FU)，莫斯科； 出版物：N. Bolshakov，rf.atnn.ru
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