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라디오 전자 및 전기 공학의 백과사전 페라이트 자기 회로의 정합 장치. 무선 전자 및 전기 공학 백과사전
무선 전자 및 전기 공학 백과사전 / 아마추어 무선 계산 안테나의 입력 임피던스를 피더의 파동 임피던스와 일치시키는 문제와 아마추어 무선 통신을 위한 안테나의 균형을 맞추는 문제는 항상 관련성이 있었고 여전히 남아 있습니다. 최근 몇 년 동안 페라이트 링에서 장치를 변환하고 일치시키는 데 특별한 관심이 나타났습니다. 이는 이러한 장치가 소형일 수 있고 높은(최대 98%) 효율을 가질 수 있기 때문입니다. 또한, 주파수 간격이 여러 옥타브(예: 1~30MHz)로 겹칠 때 공진 특성을 나타내지 않으므로 다중 대역 안테나("사각형", "INVERTED V")를 사용할 때 특히 편리합니다. 1. 2], 3-요소 3범위 "파동 채널"[XNUMX] 등). 이러한 광대역 변압기에서 권선은 페라이트 링에 감긴 XNUMX선식 긴 전송선(동축 케이블 또는 동종 케이블 기반) 형태로 만들어집니다. 이러한 권선 설계를 통해 누설 인덕턴스를 실질적으로 제거하고 리드의 인덕턴스를 줄일 수 있습니다. 기사에 채택 된 TDL (긴 라인의 변압기) 기호가 그림 1에 나와 있습니다. 1.a, 여러 개(이 경우 XNUMX개) - 그림에서. XNUMX.b.
무화과에. 도 2는 n=1의 변환 비율을 갖는 TDL의 포함을 나타낸다.
변압기는 환형 페라이트 자기 회로에 감긴 균일한 긴 선 형태의 권선으로 구성됩니다. 전기적 길이는 P=2pl/L이며, 여기서 l은 선의 기하학적 길이이고 L은 파장(람다)입니다. 고주파가 전파되는 동안 라인의 도체를 통해 흐르는 전류는 값이 같고 방향이 반대이기 때문에 자기 회로가 자화되지 않아 페라이트에서 실제로 전력이 손실되지 않습니다. 라인 g의 파동 임피던스가 소스 Rg 및 부하 RXNUMX의 저항과 일치할 때 TDL은 이론적으로 하한 및 상한 주파수를 갖지 않습니다. 실제로 최대 작동 주파수는 리드 인덕턴스와 라인 방사로 인해 제한됩니다. TDL의 특성에 주의를 기울여야 합니다. 이것은 두 가지 유형의 전압이 존재하는 것으로 구성됩니다. 선 도체 사이에 작용하고 신호 전력에 의해 결정되는 역상 U와 부하의 비대칭으로 인해 옵션에 따라 공통 모드(또는 종방향) V 변압기를 켜는 것. 발전기와 부하 사이, 즉 라인 인덕턴스 L3에 작용하는 공통 모드 전압이 어떻게 형성되는지는 그림 XNUMX에서 명확하게 볼 수 있습니다.
공통 모드 전류가 이들을 통해 흐를 경우 긴 라인의 도체가 부하와 발전기를 분로시키는 것이 분명합니다. 자기 회로를 도입하면 권선의 인덕턴스가 급격히 증가하여 공통 모드 전류에 대한 저항이 증가하고 션트 효과가 급격히 감소합니다. 동시에 진행파 모드가 제공되기 때문에 자기 회로가 파동의 전파에 영향을 미치지 않습니다. (Rg=g=Ri). 정수 변환 계수 n을 사용하여 TDL을 구성하는 방법에는 여러 가지가 있습니다. 예를 들어 다음 규칙을 따를 수 있습니다. 권선(n이 있어야 함)은 전기적 길이가 동일한 XNUMX선 선의 세그먼트로 만들어집니다. 각 권선은 동일한 유형의 별도 링 자기 회로에 배치됩니다. 위쪽 라인의 입력은 아래쪽과 병렬로 직렬로 연결됩니다. 일반적으로 정수 변환 비율 n을 갖는 TDL의 스위칭 회로는 그림 4에 나와 있습니다. 넷.
여기서 관계 Rg=n2Rn, U1=nU2, g=nRn. 무화과에. 도 5는 TDL을 켜기 위한 다양한 옵션을 보여줍니다.
하나의 자기 회로에 TDL을 구축하는 것이 가능하지만 다음 요구 사항을 준수해야 합니다. 첫째, 권선이 공통 자속에 의해 연결되기 때문에 각 라인의 권선 수는 이 라인의 끝 사이에 작용하는 공통 모드 전압 값에 비례해야 합니다. 둘째, 모든 선의 기하학적 길이는 반드시 동일해야 합니다. TDL을 켜는 옵션에 따라 일부 라인은 부분적으로 또는 완전히 자기 회로에 배치되지 않아야 하는 일이 발생할 수도 있습니다. 권선의 권수를 결정하려면 각 라인의 공통 모드 전압 Vk를 계산해야 합니다. 비대칭 입력 및 출력이 있는 TDL(유형 NN. 그림 5, a) Vk \uXNUMXd (n-k) Un; 반전시 (유형 NN, 그림 5, b) Vk \u1d (n-k + XNUMX) Un; 평형 입력 및 불평형 출력 포함(SN 유형, 그림 5, c) Vk \u2d (n / XNUMX-k) Un; 불평형 입력 및 평형 출력 포함(NS 유형, 그림 5, d) Vk \u1d (n + 2/XNUMX-k) Un; 대칭 입력 및 출력 포함(유형 SS, 그림 5, e) Vk \u2d (n / 2 + t / XNUMX-k) Un. 공식에서 n은 변환 비율, k는 위에서부터 계산한 라인의 일련 번호, Un은 부하에서의 전압입니다. 이 공식은 원래 공식입니다. 자기 회로에 배치된 권선의 권수 비율이 결정될 때. 예를 들어, 변환 비율이 n=3인 TDL이 그림 5에 표시된 방식에 따라 켜진 경우. 1, a, V2:V3:V1=w2:w3:w2=1:0:1. 이로부터 그림의 맨 위 라인은 자기 회로(w2)에 완전히 배치되고 두 번째 라인은 권선의 절반만(w1 = w2/3), 세 번째 라인(w0 = XNUMX)은 다음과 같아야 합니다. 완전히 자기 회로에. 모든 선의 기하학적 길이는 동일합니다. 입력 임피던스가 18,5 Ohm인 "파형 채널"을 변환 비율이 75인 TDL(그림 5, d의 회로에 따라 연결)을 사용하는 2옴 동축 케이블과 일치시킬 때 권선 회전은 w1과 같습니다: w2 = (2 + 1 / 2-1: (2 + 1 / 2-2) \u3d 1: XNUMX. 이것은 자기 회로에서 그림의 상단 권선이 완전히, 두 번째 - 세 번째 부분만. 권선의 라인 길이가 작동 파장보다 훨씬 짧으면 TDL을 단순화할 수 있습니다. 즉, 공통 모드 전압이 5인 라인입니다. 점퍼로 교체했습니다. 이 경우 예를 들어 6권선 TDL(그림 XNUMX, e)이 XNUMX권선 TDL(그림 XNUMX)로 변환됩니다.
TDL의 전송 계수는 파동 임피던스가 최적 값과 얼마나 다른지, 그리고 선로의 전기적 길이와 파장의 비율이 얼마인지에 따라 달라집니다. 예를 들어 c가 필요한 두 배와 다른 경우 TDL의 손실은 선 길이 람다/0,45의 경우 8dB이고 람다/2,6의 경우 4dB입니다. 무화과에. 그림 7은 n=2인 TDL의 전송 계수가 g의 세 값에 대한 라인의 위상 길이에 의존하는 것을 보여줍니다.
[4]에 주어진 계산은 최적의 y 값을 갖는 라인을 사용하는 경우 TDL의 정상파 비율이 라인 길이 λ/1,03의 경우 16, 라인 길이 λ/1,2의 경우 8를 초과하지 않음을 보여줍니다. 이것으로부터 우리는 8-와이어 라인의 길이가 람다/XNUMX보다 작을 때 TDL 매개변수가 만족스럽게 유지된다는 결론을 내릴 수 있습니다. TDL을 계산하기 위한 초기 데이터는 변환 비율 n, TDL을 켜는 옵션, 작동 주파수 범위의 하한 및 상한(헤르츠), 부하에서 최대 전력 Pmax(와트), 부하 저항 Rn(옴 단위) 및 피더 g의 파동 임피던스(옴 단위). 계산은 다음 순서로 수행됩니다. 1. 다음 조건에서 선로 도체 Ll(헨리 단위)의 최소 인덕턴스를 결정합니다. Ld>>Rg/2fn. 실제로 Ll은 계산 된 비율 Rg에서 5fn보다 10 ... 2 배 더 걸릴 수 있습니다. 2. 자기 회로의 링에 있는 선의 회전 수 w를 찾으십시오.
여기서 dcp는 링의 평균 직경(in cm), S - 단면적 자기 코어(cm2), ,u - 자기 회로의 상대 투자율. 3. 공통 모드 전류 Ic를 계산합니다. 가장 낮은 작동 주파수에서 TDL 권선을 통해 흐르는 (암페어 단위): Ic=Vc/2pfnLXNUMX, 여기서 Vc는 위의 비율에 따라 특정 스위칭 옵션에 대해 계산된 라인의 공통 모드 전압입니다. 4. 자기 회로의 자기 유도(테슬라 단위)를 결정합니다. B=4*10-6.uIC/dcp. 자기 회로는 공통 모드 전류(또는 있는 경우 직류)로 포화되지 않는다는 점을 고려하여 선택됩니다. 이를 위해 자기 회로의 자기 유도는 포화 유도(참고서에서 가져옴)보다 XNUMX배 작아야 합니다. 5. 다음 라인에서 피크 전압 Upeak를 찾습니다.
여기서 y는 피더의 SWR입니다. 6. 전류 Ieff의 유효 값(암페어 단위)을 계산합니다.
7. 긴 선의 와이어 직경 d(밀리미터)를 결정합니다.
여기서 J는 허용 가능한 전류 밀도(밀리미터 제곱당 암페어 단위)입니다. TDL 안테나 매칭 장치의 경우 페라이트 55VNS, 32VNS, 9VNS, 65VNS 및 40NN, 9NN, 300NN으로 만든 링(크기 K200X90X50, K400X200X100) 자기 코어가 적합합니다. 필요한 경우 자기 코어는 여러 개의 링으로 구성될 수 있습니다. 긴 라인의 요구되는 파동 임피던스는 도체를 함께 균일하게 꼬아서 얻습니다(특정 단계로)(표 참조). 전선의 십자형 연결의 경우 c는 인접한 도체가 상호 연결될 때보다 낮습니다. 직경 1.5mm의 꼬이지 않은 전선 라인의 파동 임피던스는 86Ω이었습니다. 꼬임의 피치와 연결 유형에 따른 장선의 특성 임피던스
* 와이어 직경이 1mm인 경우. 매개변수(특히 비대칭 요소)를 개선함과 동시에 정합 변환 장치의 설계를 단순화하기 위해 다양한 유형의 여러 TDL의 직렬 연결이 사용됩니다. 예를 들어 위의 방법을 사용하여 n=2인 합성 TDL을 계산합니다. RK-12,5 동축 케이블이 있는 50옴 대칭 안테나의 입력 임피던스와 일치해야 합니다. 더 낮은 작동 주파수는 14MHz입니다. 전력은 200와트를 초과하지 않습니다. TDL의 경우 K45X28X8(dcp=3,65 cm, S=0,7 cm) 크기의 자기 코어를 사용해야 합니다.2) 페라이트 100NN에서 (특정 포화 유도는 0,44 T/cm입니다.2 [5]). 합성 TDL(그림 2)의 변환 비율이 n=8인 첫 번째 단계가 그림 5의 방식에 따라 켜집니다. 1, a 및 두 번째 (n = 5) - 그림 XNUMX의 구성표에 따라 XNUMX, 씨.
첫 번째 TDL을 계산합니다. 1. Ll 찾기:
13,5μH와 동일한 LXNUMX을 취합시다. 2. 권선의 권수를 계산하십시오.
이중 두꺼운 와이어의 이러한 회전 수는 자기 회로의 창에 거의 배치될 수 없습니다. 따라서 두 개의 링을 사용하는 것이 좋습니다. 이 경우 자기 회로의 치수는 K45X 28X16(S = 1.4 cm2). 새 번호 w:
3. 부하에서 피크 전압을 결정합니다.
4. 스위칭 회로에 따라 권선에서 공통 모드 전압을 찾습니다(그림 5, a). V1=(2-1)71=71V. 두 번째 권선의 공통 모드 전압이 0이므로 이 권선은 점퍼로 대체됩니다(그림 6). 5. 공통 모드 전류는 다음과 같습니다.
6. 자기 회로의 자기 유도를 계산합니다. H=4*10-6*100*9*0,06/3,65=59*10-6 T는 포화 유도보다 훨씬 적습니다. 라인 g1의 파동 임피던스 = 50 Ohm. 두 번째 TDL에서는 첫 번째와 동일한 링을 사용하는 것이 좋습니다. 그런 다음 Ll \u13,5d 9 μH, w \uXNUMXd XNUMX 회전. 7. 권선의 공통 모드 전압 V=(2+1/2-1)71=106,5V. 8. 공통 모드 전류는 다음과 같습니다. L=106,5/2*3,14*14*106* 13,5 * 10-6\u0,09d XNUMXA. 9. 자기 유도 H=100*4*10-6*9*0,09/3,65=89*10-6 Tl. 그리고 이 경우 포화 유도보다 작은 것으로 판명됩니다. 권선의 파동 저항은 약 12옴으로 선택됩니다. TDL 라인용 전선의 직경은 기존 변압기의 권선용 전선의 직경과 동일한 방식으로 결정됩니다. 이 계산은 여기에 표시되지 않습니다. 주의 깊은 독자는 위의 계산이 부정확함을 알 수 있습니다(복합 TDL 사용으로 인해). 인덕턴스(LXNUMX)는 XNUMX단과 XNUMX단의 TDL 권선이 연결되어 있다는 것, 즉 일정한 마진을 가지고 있다는 사실을 고려하지 않고 계산한 것이다. 따라서 실제로는 각 단의 TDL에서 권선의 권수를 줄이고 더 작은 페라이트 코어를 사용할 수 있습니다. 다양한 단일 TDL의 조합을 사용하여 원하는 특성을 가진 광범위한 TDL을 얻을 수 있습니다[4]. 제작된 TDL의 경우 효율성과 비대칭 계수를 측정해야 합니다[4]. 첫 번째 매개 변수를 결정할 때 TDL을 켜는 방식은 그림 9에 나와 있습니다. 10, 두 번째 - 그림. 20. 변압기의 손실 a(데시벨)는 a \u1d 2lg (UXNUMX / nUXNUMX) 공식으로 계산됩니다.
저자가 여러 TDL을 만들었습니다. 그 중 일부의 실제 데이터가 아래에 나와 있습니다. 두 변압기의 모양이 그림에 나와 있습니다. 열하나.
1의 안테나 입력 임피던스와 RK-1,5 피더를 일치시키기 위해 최대 30W의 출력 전력으로 200 ... 50MHz의 주파수 범위에서 작동하는 변환 비율 n = 50로 TDL(유형 NS) 균형 조정 옴, 표준 크기의 50VNS 자기 회로에서 만들 수 있습니다. K65X40X9. 라인 권선의 권선 수(g \u50d 9 Ohm)는 1입니다. 권선 1-2 ', 2-12'(그림 2)는 꼬임 없이 2개의 와이어 PEV-1,4 3로 권선됩니다. 전선 사이의 거리를 일정하게 유지하기 위해 불소수지 튜브에 전선을 놓습니다. 권선 3-1'은 권선 1-2', 2-98'와 동일한 와이어 및 동일한 길이로 링의 자유 부분에 별도로 감겨 있습니다. 제조된 TDL의 효율은 약 300%였다. 비대칭 계수 - XNUMX 이상.
변환 비율이 n=2인 TDL(NS 유형), 최대 200W의 전력용으로 설계되었으며, 75옴 피더 임피던스를 18옴의 입력 임피던스를 갖는 대칭 안테나 입력과 일치시킵니다. 크기가 K200X13X65인 40NN 자기 회로(그림 9)에서 만들 수 있습니다. 권선에는 PEV-9 전선의 2.1,0회 권선이 포함되어야 합니다. 제조 된 변압기는 97 %의 효율, 10MHz - 20의 주파수에서 비대칭 계수, 30MHz - 최소 60의 주파수에서.
무화과에. 14는 3옴 동축 케이블을 사용하여 입력 임피던스가 9옴인 안테나와 변환 비율이 n=75인 합성 TDL(NS 유형)의 연결도를 보여줍니다. 최대 10W의 전력에서 30 ... 200MHz 범위에서 작동하도록 설계된 TDL은 32VNS 페라이트의 링(K20X6X50 크기)에서 수행됩니다. 변압기 WT1 및 WT2의 자기 회로는 1개의 링으로 구성되며 권선과 코일 L6은 각각 2턴을 포함해야 합니다. 긴 라인과 코일은 PEV-1,0 1 와이어로 만들어집니다. WT70의 경우 라인 임피던스 - 2 Ohm, WT25의 경우 - 97 Ohm. 구성된 TDL은 250%의 효율성을 가지고 있으며 비대칭 계수는 XNUMX 이상이었습니다.
TDL을 작동하기 전에 불리한 기후 영향으로부터 보호하기 위한 조치를 취해야 합니다. 이를 위해 변압기는 불소수지 테이프로 싸서 상자에 넣고 가능한 경우 KLT 화합물로 채웁니다. 문학: 1. Benkovsky 3., Livisky E. 단파 및 초단파의 아마추어 안테나 - M .; 라디오 및 통신, 1983. 저자: V. Zakharov(UA3FU), 모스크바; 간행물: N. Bolshakov, rf.atnn.ru
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