8.2.1. ВКС с настроенным на последовательный резонанс выходным П -образным контуром

8.2.1.1. Расчет напряжений и токов в элементах П-образного контура и в элементе связи

8.2.1.2. Настройка колебательной системы

8.2.1.3. Описание алгоритма программ PLи PLС

8.2.1.4. Расчет анодного контура

8.2.2. ВКС с настроенным на последовательный резонанс выходным П-образным контуром при при максимуме КБВ на его входе

8.2.2.1. Расчет элементов колебательной системы

8.2.2.2. Настройка колебательной системы

8.2.2.3. Описание алгоритма программ PLK

8.2.1. ВКС с настроенным на последовательный резонанс выходным П-образным контуром

Эквивалентные схемы колебательной системы изображены на рис.8.10б и 8.10в, где r'ф и х'ф - активная и реактивная составляющие внесенного в П-контур входного сопротивления антенного фидера Zвхф=rф± jxф, которые определяются (8.1):

,

(8.31)

В этих формулах при емкостном характере сопротивления хф стоит знак «+», при индуктивном – знак «–». При такой настройке входное сопротивление его входной емкости С1, а R0 зависит от входного сопротивления антенного

Рис.8.10

фидера и от параметров П–контура, которые должны быть выбраны так, чтобы при всех значениях составляющих входного сопротивления антенного фидера с заданными W и К1 было возможно реализовать связь между контурами, обеспечивающую требуемую величину эквивалентного сопротивления Rэ нагрузки ламп оконечного каскада. Величина R0 равна:

R0= , (8.32)

Реактивное сопротивление контурной катушки индуктивности L определяется формулой

XL= XC1+ , (8.33)

Сопротивление элемента связи:

Хсв = Хс1. , . ...(8.34)

В формуле (8.34) знак «+» стоит при индуктивной связи, а знак «–»–при емкостной.

8.2.1.1. Расчет напряжений и токов в элементах П-образного контура и в элементе связи

Амплитуда переменного напряжения на элементе связи:

Uсв = Uк× , (8.35)

Эффективное значение тока через элемент связи:

Iсвefft = 0,707× (8.36)

Амплитуда переменного напряжения на входной емкости С1 П-контура:

Uc1max = Uвх max = , (8.37)

где Rвх – активная составляющая входной проводимости П-контура:

Rвх = . (8.38)

Трансформируемое элементом связи параллельно анодному контуру реактивное сопротивление Хэ, которое должно быть скомпенсировано при настройке анодного контура:

= j , (8.39)

где верхний знак - при индуктивной связи между контурами, а нижний - при емкостной.

Значения емкостей конденсаторов и индуктивностей контурной катушки и элемента связи (если связь индуктивная) колебательной системы определяются формулами:

С(пФ) = , (8.40)

L(мкГ) = ,

причем, Сmin рассчитывают при ХCmax и lmin, а Cmax - при ХCmin и lmax; Lmin рассчитывают при ХLmin и lmin, Lmax - при ХLmax и lmax.

8.2.1.2. Настройка колебательной системы

Для настройки колебательной системы устанавливают слабую связь между контурами и настраивают вначале анодный контур, затем - выходной П-контур (по максимуму загрузки ламп конечного каскада). При этом обращается в нуль реактивная составляющая полного по обходу контура сопротивления (с учетом внесенного сопротивления нагрузки - входного сопротивления фидера с волновым сопротивлением W и КБВ К1). Затем связь между контурами изменяют, после чего производят их подстройку до получения оптимального режима ламп оконечного каскада. Настройка П-контура производится изменением его индуктивности L (рис.8.10а).

Этот метод настройки является общепринятым для большинства мощных КВ передатчиков. При настройке ВКС мощность на ее выходе максимальна, поэтому в качестве индикатора настройки используют измеритель выходной мощности.

Программы PLC-1AМ, PLC-2AМ, PLC-2SB

1. Усиление мощности однотонового сигнала.

Наибольшее напряжение на входном конденсаторе С1 П-контура определяется формулой:

Uc1max = ,

где Р- мощность в пиковом режиме, Rвхmax - наибольшее значение активной составляющей входной проводимости П – контура.

Наибольшее напряжение на конденсаторе С2 равно:

Uc2max = ,

где Rвхфmax =W/K1.

Эффективные значения токов в элементах П-контура равны:

в конденсаторе С1:

Ic1eff = 0,707× Uc1max/Xc1 ,

в конденсаторе С2:

Ic2eff = 0,707×Uc2max/Xc2 ,

в катушке индуктивности:

ILeff = ,

Амплитуда напряжения на катушке индуктивности:

UL = ILeff ×XL×1,41

Напряжение на элементе связи:

Uсв = Uк× ,

где Uк амплитуда переменного напряжения на аноде лампы.

Эффективное значение тока через элемент связи:

Iсвefft = 0,707×

2. Амплитудная модуляция

При заданной мощности в режиме несущей частоты Р~н максимальнoе значениe напряжения на конденсаторе С1 определяется формулой:

Uc1max = ,

а среднее за период низкой частоты эффективное значение тока через конденсатор С1 равно:

Ic1efft = ,

при m = 1 и mср = 0,3:

Ic1efft = 0,725 = 0,362 ,

где Pн и Pmax - соответственно мощности в режиме несущей частоты и в максимальном режиме.

Максимальнoе напряжение на конденсаторе С2 определяется формулой:

Uc2max = .

Эффективное значение тока через контурную катушку индуктивности в режиме несущей частоты при глубине модуляции m=1:

Ieffн = = = = ,

откуда напряжение на контурной катушке индуктивности в максимальном режиме равно:

ULmax = 2.82×XLIeffн = 2,82×XL

Среднее за период низкой частоты эффективное значение тока через контурную катушку индуктивности определяется формулой:

ILefft = × ,

при mср=0,3:

ILefft = 1.022

Напряжение на элементе связи в максимальном режиме при m = 1:

Ucвmax = 2Uкн ,

где Uкн - амплитуда переменного напряжения на аноде генераторной лампы в режиме несущей частоты.

При средней глубине модуляции mср = 0,3 среднее за период низкой частоты эффективное значение тока в элементе связи определяется формулой:

Iсвfft = 0,725×

3. Усиление однополосного сигнала класса Н3Е.

Эффективное значение тока через катушку индуктивности П-контура, среднее за период низкой частоты, равно:

Iefft = 0,707× = 0,5 ,

где Рmax и ULmax - соответственно пиковая мощность и пиковое значение напряжения на катушке индуктивности, а XL - ее реактивное сопротивление. Тогда:

ULmax = 2×XL×Iefft

Пиковые значения напряжений на емкостях П-контура определяются формулами: на входной емкости С1:

Uc1ma =

на выходной емкости С2:

Uc2max = ,

где Rвхфmax =W/K - наибольшее входное сопротивление антенного фидера.

Эффективные значения токов через конденсаторы П-контура, средние за период низкой частоты, рассчитывают по формулам:

Icefft = 0,5Ucmax/XC

Напряжение на элементе связи:

Ucвmax= Xcв,

где Uкmax - амплитуда переменного напряжения на аноде в пиковом режиме.

Эффективное значение тока через элемент связи, среднее за период низкой частоты, равно:

Iсвefft =0,5 ,

где Uкmax - напряжение на контуре в пиковом режиме.

Программы PL-1AМ, PL-2AМ и PL-2SB

Эти программы, предназначенные для расчета описанных выше двухконтурных колебательных систем при индуктивной связи между контурами, отличаются от программ PLС-1AМ, PLС-2AМ и PLС-2SB тем, что содержат еще и расчет экстремального значения мощности второй гармоники рабочей частоты на входе антенного фидера, т.е. являются более полными (методика расчета фильтрации высших гармоник будет рассмотрена ниже в п.8.4).

Добротность П-контура, нагруженного волновым сопротивлением фидера W, определяется формулой

Q'п = ,

где Rвх - входное сопротивление П-контура. Индекс "АМ" означает амплитудную модуляцию; "SB" - усиление однополосного сигнала класса Н3Е.

8.2.1.3. Описание алгоритма программ PLи PLС

Алгоритм программы расчета двухконтурной ВКС приведен на рис.8.11. В качестве примера в Приложении 6.2 приведена программа PL1SB (на языке БЕЙСИК) и идентификация использованных в ней символов. Расчет производится для всех значений составляющих входного сопротивления антенного фидера с волновым сопротивлением W и КБВ К1. В блоке «1» задаются исходные данные. Далее в цикле по Y при Y0 ≤ Y ≤ Y1 c шагом ΔY (блоки «2»-«9») рассчитываются значения элементов П-образного контура и элемента связи Хсв (в программе метки «13»-«30», «48»-«52»), максимальные и минимальные значения реактивных сопротивлений этих элементов, а также максимальные значения напряжений и токов в элементе связи и в П-контуре. (блок «10», в программе - метки «32»-«44»). Поскольку реактивная составляющая входного сопротивления фидера может иметь как знак «+», так и знак «–», то расчет величин элементов П–контура и элемента связи, а также значений напряжений и токов в контуре, производится во вложенном цикле по J: для J=1 и 2: при +jхф J=1, при –jxф J=2 (блоки «4»–«9», в программе – метки 15 – 45). В программах PL в блоке «11» (в программе – метки «57»-«79») рассчитывается экстремальное значение мощности второй гармоники на входе антенного фидера (см.п.8.4).

(блок «10», в программе - метки «32»-«44»). Поскольку реактивная составляющая входного сопротивления фидера может иметь как знак «+», так и знак «–», то расчет величин элементов П–контура и элемента связи, а также значений напряжений и токов в контуре, производится во вложенном цикле по J: для J=1 и 2: при +jхф J=1, при –jxф J=2 (блоки «4»–«9», в программе – метки 15 – 45). В программах PL в блоке «11» (в программе – метки «57»-«79») рассчитывается экстремальное значение мощности второй гармоники на входе антенного фидера (описание методики расчета см. п.8.4).

8.2.1.4. Расчет анодного контура

Вдвухконтурных ВКСанодный контур - простой параллельный (рис.8.12). Полную емкость контура Ск принимают ориентировочно равной СапФ=(2÷4)λм.

Рис.8.12

Эта емкость образована суммой емкостей контурного конденсатора Ск1 и cуммой выходной емкости генераторной лампы Сак и емкости монтажа С.

Обычно принимают Сак1 + (1,5±2)Сак. Таким образом, емкость контурного конденсатора равна Ск1а – (1,5±2)Сак. Модуль реактивного сопротивления этого конденсатора согласно (8.40) равен |XСк1|(Ом) = 532λ(м)/Ск1(пФ). Модуль реактивного сопротивления катушки индуктивности анодного контура |XLa| = |XCа| = ra, где XCа – реактивное сопротивление емкостной ветви контура Са. Значения емкости Cа и индуктивности La анодного контура определяются из (8.40).

Следует иметь в виду, что реактивное сопротивление ХЭ (8.39), трансформируемое при настройке колебательной системы элементом связи параллельно анодному контуру, должно быть скомпенсировано при настройке анодного контура. Од

нако, расчеты показывают, что как правило ХЭ >> ra, поэтому при расчете анодного контура его влиянием можно пренебречь.

Эффективное значение тока в катушке индуктивности La определяется следующими формулами:

- при амплитудной модуляции:

ILefft = ,

- при однополосной модуляции:

ILefft = 0,5×Uк /rа,

Эффективное значение тока в контурном конденсаторе Ск1 равен:

- при амплитудной модуляции:

Iсefft = ,

- при однополосной модуляции:

Iсefft = 0,5×Uк Ск1 ,

где Uк - амплитуда переменного напряжения на аноде лампы в пиковом режиме.

Добротность анодного контура равна:

Qа=Rэrа,

где Rэ – эквивалентное сопротивление нагрузки лампы оконечного каскада.

Примечание.

При проектировании передатчиков, работающих в диапазоне волн λmin÷ λma,, расчет колебательной системы следует начинать при λ = λmin

8.2.2. ВКС с настроенным на последовательный резонанс выходным П-образным контуром при максимуме КБВ на его входе

Программы PLK.

Эти программы предназначены для расчета элементов двухконтурной колебательной системы рис.8.10а, в которой выходной П-контур и элемент связи соединены в сечении 1-1 отрезком фидера с индикатором КБВ. Настройка колебательной системы производится при максимуме КБВ К1 в соединительном фидере, при этом выходной П-контур настраивают на последовательный резонанс по обходу контура с учетом внесенного в контур входного сопротивления антенного фидера так же, как и в описанном выше методе настройки.

Если длина отрезка соединительного фидера с волновым сопротивлением W1 пренебрежимо мала по сравнению с рабочей длиной волны передатчика, то можно считать, что на входе П-контура (рис.8.10б) КБВ К1 равен:

К1= , (8.41)

где р1 - модуль коэффициента отражения - определяется формулой:

(8.42)

Из (8.41) и (8.42) следует, что величина К1 зависит от значений Хс1 и Rо, которое определяется (8.32). С учетом (8.31) Rо можно представить формулой:

R0= = ,

откуда видно, что Rо зависит от соотношения емкостей П-контура N= и от входного сопротивления нагрузочного фидера. Зависимости К1= f(N) имеют четко выраженный максимум, К1max, положение которого зависит от соотношения емкостей П-контура N и от параметра а2W . При заданном значении а2W положение Кmax зависит только от соотношения емкостей П-контура, т.е. от N= . Расчеты на ЭВМ показали, что при всех значениях входного сопротивления нагрузочного фидера W1 максимумы КБВ К1 всегда имеют место при одном и том же значении сопротивления R0=W1. Параметр а2W влияет на положение К1max, (т.е. на величину N, при котором имеет место К1max) и на его величину, однако при К1 = К1max всегда Rо=W1. Абсолютная величина Кmax не влияет на напряжения и токи в колебательной системе. При настройке выходного П-контура по максимуму загрузки ламп оконечного каскада при К11макс величина сопротивления элемента связи, а также напряжение и ток в нем, неизменны. Изменение параметра а2W, т.е. емкости выходного конденсатора С2 П-контура, влияет на напряжение и ток в его элементах и на напряжение на элементе связи. В качестве измерителя КБВ К1 в соединительном фидере используется направленный ответвитель который устанавливают между катушкой связи и входом П-контура (в сечении 1-1 на рис.8.10б).

8.2.2.1. Расчет элементов колебательной системы

Программы PLK отличаются от программ PLС наличием в них подпрограммы, в которой при заданных значениях волнового сопротивления соединительного фидера W1 и параметра a2w П-контура определяется значение реактивного сопротивления его входной емкости С1, при котором КБВ в соединительном фидере К1 максимален. Расчет реактивных сопротивлений ХL катушки индуктивности П-контура и Хсв элемента связи, а также напряжения и токи в элементах контурной системы производится по тем же формулам, что в программах PLС, но при R0=W1. Так, при усилении однотонового сигнала сопротивление элемента связи равно:

Хсв = Хс1, (8.43)

Амплитуда переменного напряжения на элементе связи:

Uсв = Uк× , (8.44)

Эффективное значение тока через элемент связи:

Iсвefft = 0,707× (8.45)

Амплитуда переменного напряжения на входной емкости С1 П-контура:

Uc1max =Uвх max = , (8.46)

где Rвх – активная составляющая входной проводимости П-контура:

Rвх = . (8.47)

Трансформируемое элементом связи параллельно анодному контуру реактивное сопротивление Хэ, которое должно быть скомпенсировано при настройке анодного контура, равно:

= j , (8.48)

где верхний знак - при индуктивной связи между контурами, а нижний - при емкостной.

8.2.2.2. Настройка колебательной системы

Настройка колебательной системы производится следующим образом. Вначале задается величина параметра а2w П-контура, а его емкости С1 и С2 устанавливают одинаковыми. При слабой связи между контурами (Хсвсвmax) и при пониженном анодном напряжении настраивают в резонанс анодный контур (по минимуму анодного тока и максимуму сеточного тока генераторной лампы). Изменяя величину индуктивности L П-контура его настраивают на последовательный резонанс по максимуму выходной мощности (по фидерному индикатору мощности) и фиксируют величину КБВ К1 в соединительном фидере. Затем подбирают величину сопротивления элемента связи, при которой режим ламп оконечного каскада оптимальный, при этом все время подстраивают анодный контур. Далее изменяют величину входной емкости С1 П-контура (всякий раз настраивая его на последовательный резонанс) до получения КБВ К1 = К1max. В процессе настройки необходимо подстраивать анодный контур и восстанавливать рабочий режим ламп оконечного каскада. Если требуется снизить ток в элементах П-контура и напряжение на контурной катушке индуктивности L, следует уменьшить выходную емкость С2, т.е. увеличить параметр а2W, после чего повторить настройку. Окончательная регулировка колебательной системы производится при номинальном анодном напряжении.

8.2.2.3. Описание алгоритма программ PLK

Алгоритм программ PLK изображен на рис.8.13. В качестве примера в Приложении 6.3 приведена программа PLК2АМF (на языке БЕЙСИК) и идентификация использованных в ней символов. От программ PLС программы PLK отличаются наличием в них подпрограммы RAS (в алгоритме блоки «13» – «19», в программе – метки 67 –77), где определяется величина входной емкости С1 П-контура, при которой КБВ К1 на его входе максимален. В блоке «12» (в программе «47»-«60») производится расчет экстремального значения мощности второй гармоники на входе антенного фидера (см. п.8.4).

Рис.8.13.