Глава 5

СЛОЖЕНИЕ ЛЮЩНОСТЕЙ ГЕНЕРАТОРОВ

§ 5.1. Общие сведения

При проектировании новых или модернизации существующих систем связи часто возникает необходимость создания передатчиков мощностью, превышающей номинальную мощность имеющихся типов ламп, транзисторов и т. п. Не всегда электронная промышленность в состоянии за короткий срок разработать и освоить выпуск нового усилительного прибора требуемой мощности. К тому же стоимость разработки нового прибора может превысить стои.мость передатчика в целом. Из-весгно, что на данной достаточно высокой частоте не удается получить сколь угодно большую лющность. В связи с этим используют различные методы сложения мощностей генераторов (в общем контуре, ок-ружаюш,см пространстве и т. д.). Кроме получения большой мощности сложение мощностей позволяет повысить надежность работы передатчика. В случае отказа одного из генераторов передатчик сохраняет свою работоспособность при пониженном уровне вььходной мощности. В таких областях, как телевидение, радиовещание, это требование иногда оказывается решающим. Широкое распространение находят методы сложения в транзисторных передатчиках для получения полезной мощпости от десятков ватт до единиц и десятков киловатт.

Впервые метод сложения мощностей нескольких генераторов в выходном контуре был применен академиком А, Л. Минцем при строительстве 500-киловаттного длинноволнового передатчика имени Ком1ш-терна в 1933 г. В настоящее время такую схему не применяют из-за присущих ей недостатков: изменения режима всех блоков при неисправности в одном, необходимости регулировки связи всех блоков при отключении одного, взаимного влияния блоков и др.

§ 5.2. Сложение мощности в пространстве

Сложение дющности в пространстве производят в тех случаях, когда требуется на непродолжительное время увеличить напряженность электромагнитного поля, излучаемого передатчиком в заданном направлении. Обычно такая необходимость возникает при обеспечении радиосвязи и вещания в диапазоне коротких волн на сверхдальние расстояния в условиях плохого прохождения радиоволн. В последнее время этот способ применяют в радиолокационных СВЧ-устройствах фазированных антенных решеток (ФАР) с управляемой электрическим способом диаграммой направленности. В авиации ФАР являются чуть ли ие единственным способом построения бортовых радиолокационных устройств.

Piic. 5.!

Сущность способа поясним на примере сложения мощности двух передатчиков. Для работы в режиме сложения мощности в пространстве рекомендуют применять однотипные передатчики и Яд (рис. 5.1). Источником ВЧ-колебаний служит возбудитель В. Возбудитель В2 другого передатчика является резервным. Каждый передатчик работает на свою антенну А направленного действия. Чтобы иметь слабую связь между выходнылш каскадами передатчиков, нужно разнести антенны на возхюжно большее расстояние друг от друга, хоти сближение антенн экономит место на антенном поле, улучшает их общую диаграмму направленности, повышаег коэффициент направленного действия. Обычно расстояние между антеннами составляет (3/4) А,. Для контроля диаграммы направленности совместно работаюнгйх антенн применяют измерители напряженности поля, которые размещают на расстоянии не менее нескольких длин волн or антенн. Подбирая соотпоше-нпефаз ВЧ-колебаний, питающих антенны, кюжно обеспечить изменение направленности главного лепестка антенн на ±10-20° и переместить его в заданную зону обслуживания. Регулирование фазы ВЧ-колебаний осуществляют с помощью управляемого фазовращателя Ф, включенного на входе одного из передатчиков. Наличие настраиваемых колебателыпдх контуров, конечная стабильность частоты возбудителя, а также большое число антенн (по две антенны на каждое направление) усложтшют подготовку оборудования к работе и требуют периодического контроля направления диаграммы направленности антенн. Необходимо иметь в виду, что направленные коротковолновые антенны, например синфазные типа СГД, очень дороги, хотя и весьма эффективны. По этой причине сложение мощности в пространстве почти не используют в коротковолновых передатчиках.

Сложение мощности в пространстве применяют в СВЧ-диапазоне в устройстве вида ФАР. Упрощенная структурная схема ФАР изображена на рис. 5.2. Возбудитель совместно с устройством делишя мощности и блоком управляемых канальных фазовращателей обеспечивают канальные усилители синфазным высокочастотным напряжением возбуждения. Блок управления фазовращателякш представляет собой небольшую ЭВМ, которая по определенной программе управляет канальными фазовращателями и изменяет в тракте каждого каналь-

B/roK управления фшоврашатгтми

АВтоиатизироданнпя система /онтраля

Рис. 5.2

ного усилителя фазу высокочастотного напряжения, в результате чего осуществляется изменение направления излучения ФАР в пространстве. Канальные усилители состоят из транзисторных усилителей мощности; в некоторых случаях сюда же входят варакторные умножители частоты. На выходе каждого усилителя включен полосовой фильтр, обеспечивающий необходимое подавление побочных гармонических составляющих вне рабочего диапазона частот. Каждый усилитель работает на свою антенну. Обычно усилитель и антенну объединяют конструктивно в одно устройство, называемое модулем Системы Ф.А.Р имеют от нескольких тысяч до десятков тысяч модулей. При таком боль-нюм числе усилителей ручной контроль рабо.гы каждого усилителя в отдельности невозкюжен. Эту функцию выполняет автоматизированная система контроля, которая отключает неисправные усилители; кроме того, результаты контроля работы усилителей могут поступить в ЭВМ блока управления фазовращателями.

Вследствие примепенпя большого числа юдyлeй, работающих независимо друг от друга, достигаются высокая надежность в работе и возможность получения больших уровней излучае.чюй мощности в диапазоне СВЧ. Основным условием эффективной работы ФАР является сбеспечение узкого основного лепестка антенны и управление его на-гравленностью в пространстве с высокой точностью. Как унте отмечалось, эта задача решается с помощью специальной ЭВМ, размещенной в блоке управления фазовратцателями. Нескютря на сложность изготовления и настройки, системы ФАР находят все большее применение в радтюлокационных системах.

§ 5.3. Сложение мощности в мостовых устройствах

Мостовым устройством называют многополюсник, с по.лющью которого обеспечивается совместная и взаимно независимая работа двух (и более) источников ВЧ-ко.лебаний на одну общую нагрузку. Взаимно независимая работа (взаимна,! развязка) позволяет сохранять постоянным сопротивление нагрузки для всех усилителей при изменении режима работы любого из них (например, короткое замыкание или обрыв цепи по любому входу мостового устройства).

Схемы мостовых устройств классифицируют по фазовы.м соотношениям суммируемых сигналов (синфазные, противофазные и квадратурные), способу сложения (по току нли напряжению), частотным свойствам (узкополосные * и широкополосные), элементной базе (устройства на R-, L-, С-элементах, трансформаторные и т. д.).

Рассмотрим сложение мощности в мостовом устройстве на рис. 5.3. Четыре резистора, включенные последовательно, образуют четырехполюсник, к точкам которого А - А и В - В подключены источники ВЧ-колебаний генераторы и Га- Если Ri = и R = Ri, то мост называют сбалансированным. Он обеспечивает независимость работы каждого генератора от условий работы другого. Кроме того, необходи\ю, чтобы Ri = R = Rg = Ri-

Под узкопслосными понимают устройства, у которых /тяхваб/тш юаб