Одноконтурная колебательная система

Несколько вариантов одноконтурной КС представлено на рисунке 4.47.

Рассмотрим процесс передачи энергии через КС и преобразование в ней сопротивления нагрузки. В общем случае сопротивление внешней нагрузки (антенны, фидера) имеет комплексный характер Z A = RA +j XA. Однако, при настройке контура в резонанс реактивность нагрузки XA. компенсируется соответствующей реактивностью контура, поэтому в дальнейшем будем полагать, что ZA = RA. Поскольку в контуре имеют место собственные потери, представленные на рисунке 4.47а. резистором RП, то мощность, поступающая в КС от генератора (Р1) распределится между этими сопротивлениями. Причем выходной (полезной) мощностью (РА) будет лишь мощность, выделяющаяся в RA.

Рисунок 4.47 – одноконтурная колебательная система

Таким образом, коэффициент полезного действия КС может быть определен следующим образом

(4.21)

Обозначим полное сопротивление потерь в контуре RПΣ = , тогда (4.21) примет вид

(4.22)

Предполагая, что реактивная часть нагрузки учтена в L или С контура, получим следующие выражения для характеристического сопротивления контура (ρ), нагруженной добротности (QН), собственной добротности (Qхх), эквивалентного сопротивления нагруженного контура (Rк) и сопротивления «холостого хода» (Rхх)

; ; (4.23)

Умножая числитель и знаменатель дроби в (4.22) на ρ, получим следующие выражения

(4.24)

Поскольку от нагруженной добротности зависит полоса пропускания контура ΔF = (где ), то из (4.24) следует, что увеличивая к.п.д. КС за счет уменьшения нагруженной добротности, мы неизбежно понижаем степень фильтрации побочных излучений, т.к. при этом расширяется полоса контура ΔF.

Казалось бы, что при неизменной добротности QН к.п.д. контура можно увеличить увеличивая Qхх. Однако реальные контуры имеют добротность холостого хода не более 200 – 400, ценой использования дорогих высокодобротных катушек индуктивности. Поэтому такой путь повышения коэффициента полезного действия КС имеет определённые границы и проблема электромагнитной совместимости приходится решать, используя сложные многоконтурные КС.

Другая проблема одноконтурной КС связана с подбором величины Rк, которая для обеспечения оптимального режима генератора должна быть вполне определённой величины. Поскольку сопротивление нагрузки RA величина фиксированная, изменение Rк возможно только изменением ρ, т.е. изменением L или C, что неизбежно приведёт к расстройке контура. Регулировка КС становится очень сложной.

Проблемы одноконтурной КС частично удается решить в схемах представленных на рисунках 4.47б и 4.47в. Здесь появляются дополнительные степени свободы в регулировке Rк. Во-первых за счёт частичного включения контура в коллекторную цепь генератора емкостным делителем С1, С2, и во-вторых путем регулировки вносимого в контур сопротивления со стороны ZA c помощью элементов связи Сс, или Lc.

Контуры этого типа получили название П-контуры. К их достоинству следует отнести и повышенную степень фильтрации побочных излучений, которая объясняется наличием двух параллельных емкостных связей, существенно ослабляющих напряжение высших гармоник на выходе КС.

В тех случаях, когда одноконтурная система не обеспечивает фильтрации побочных излучений, применяются многоконтурные системы. На рисунке 4.48а приводится вариант трёхконтурной КС при индуктивной связи между первым и вторым контурами. Первый контур обычный и удобен при использовании последовательной схемы питания коллекторной цепи генератора. Остальные контуры П-типа и их назначение обеспечение требуемой фильтрации побочных излучений. Увеличение числа контуров обычно идет по пути наращивания числа П-образных звеньев и в передатчиках мощностью 1000 и более кВт число контуров может достигать 5…6.

Рисунок 4.48 – Многоконтурные колебательные системы

Рассмотрим процесс передачи мощности в многоконтурной КС с помощью условной схемы, представленной на рисунке 4.48б. Здесь Р1…РN мощность поступающая в соответствующий контур. Каждый контур имеет собственную нагруженную добротность Q1…QN, и к.п.д.

………

Определим к.п.д. колебательной системы в целом

Таким образом, общий к.п.д. КС равен произведению к.п.д. всех контуров.

Заметим, что одноконтурная КС передатчиков мощностью до 10 кВт имеет к.п.д. не более 70 – 80 %. У сверхмощных передатчиков, при том же допустимом уровне побочных излучений и четырёх – пяти контурах в КС, к.п.д. может достигать 95 – 98%, т.к. нужная избирательность достигается при нагруженной добротности контуров Qi ≈2 ÷ 4.