フェライト磁気回路のマッチングデバイス。スキーム、説明

無線電子工学および電気工学の百科事典
無料のライブラリ / 無線電子および電気機器のスキーム

フェライト磁気コア上のマッチングデバイス。無線エレクトロニクスと電気工学の百科事典

無料のテクニカルライブラリ

アンテナの入力インピーダンスをフィーダーの波動インピーダンスと整合させる問題、およびアマチュア無線用のアンテナのバランスをとる問題は、常に関連しており、現在も関連しています。近年、フェライトリング上のデバイスの変換とマッチングに特別な関心が示されています。これは、そのようなデバイスが小型で高効率 (最大 98%) であるという事実によるものです。さらに、周波数間隔が数オクターブ (たとえば、1 から 30 MHz) 重なっている場合、それらは共振特性を示さないため、マルチバンドアンテナを使用する場合に特に便利です (「正方形」、「逆 V」[ 1. 2]、3-エレメンタル3レンジ「ウェーブチャンネル」[XNUMX]など）。

このようなブロードバンドトランスでは、巻線はXNUMX線式の長い伝送ライン（同軸ケーブルまたは同種ケーブルに基づく）の形で作られ、フェライトリングに巻かれています。この巻線の設計により、漏れインダクタンスを実質的に排除し、リードのインダクタンスを低減することが可能になります。

記事で採用されている、1線式ラインからの1つの巻線を備えたロングライン上の変圧器（TLL）の記号を図XNUMXに示します。 XNUMX.a、いくつか（この場合はXNUMXつ）-図中。 XNUMX.b.

フェライト磁気コア上のマッチングデバイス

図上。図２は、変換比ｎ＝１のＴＤＬの包含を示す。

フェライト磁気コア上のマッチングデバイス
Pic.2

トランスは、リングフェライト磁気コアに巻かれた均一な長い線の形の巻線で構成されています。その電気長は P=2pl/L です。ここで、l は線路の幾何学的長さ、L は波長 (ラムダ) です。高周波の伝播中、線路の導体を流れる電流は値が等しく、方向が逆であるため、磁気回路は磁化されず、フェライトでの電力の損失はほとんどありません。線路 g の波の抵抗をソース Rg および負荷 Rn の抵抗と一致させると、理論的には TDL には下限周波数と上限周波数が存在しません。実際には、最大動作周波数はリード線のインダクタンスと線路放射により制限されます。

TDLの特性に注意を払う必要があります。これは、XNUMX種類の電圧の存在で構成されます。ライン導体間で作用し、信号電力によって決定される逆相Uと、負荷の非対称性とオプションに応じたコモンモード（または縦方向）Vです。変圧器のスイッチを入れます。

発電機と負荷の間、つまりラインインダクタンスL3に作用するコモンモード電圧がどのように形成されるかは、図XNUMXからはっきりとわかります。

フェライト磁気コア上のマッチングデバイス
Pic.3

コモンモード電流が流れる場合、長いラインの導体が負荷と発電機をシャントすることは明らかです。磁気回路を導入すると、巻線のインダクタンスが急激に増加するため、コモンモード電流に対する抵抗が増加し、シャント効果が急激に減少します。同時に、進行波モードが提供されるため、磁気回路は波の伝播に影響しません。

(Rg=g=Ri)。

整数変換係数nを使用してTDLを作成するには、いくつかの方法があります。たとえば、次のルールに従うことができます。巻線（n個ある必要があります）は、電気長が等しいXNUMX線式のセグメントで構成されています。各巻線は、同じタイプの別々のリング磁気回路に配置されます。上側からのラインの入力は直列に接続され、下側は並列に接続されます。

一般に、変換比 n が整数の TDL のスイッチング回路を図 4 に示します。四。

フェライト磁気コア上のマッチングデバイス
Pic.4

ここで関係

Rg=n2Rn、U1=nU2、g=nRn。

図上。図 5 は、TDL をオンにするためのさまざまなオプションを示しています。

フェライト磁気コア上のマッチングデバイス

XNUMX つの磁気回路に TDL を構築することは可能ですが、次の要件を順守する必要があります。まず、巻線は共通の磁束によって接続されているため、各ラインの巻き数は、このラインの両端間に作用するコモンモード電圧の値に比例する必要があります。第二に、すべての線の幾何学的な長さは必然的に同じでなければなりません。 TDL をオンにするオプションによっては、一部のラインを部分的または完全に磁気回路上に配置する必要がない場合もあります。

巻線の巻数を決定するには、各ラインのコモンモード電圧 Vk を計算する必要があります。

非対称入力と出力を備えたTDL（タイプNN。図5、a）

Vk \uXNUMXd（n-k）Un;

反転時（タイプNN、図5、b）Vk \ u1d（n-k + XNUMX）Un;

バランス入力、アンバランス出力付き（SNタイプ、図5、c）

Vk \ u2d（n / XNUMX-k）Un;

アンバランス入力、バランス出力付き（NSタイプ、図5、d）

Vk \u1d（n + 2/XNUMX-k）Un;

対称的な入力と出力（タイプSS、図5、e）

Vk \u2d（n / 2 + t / XNUMX-k）Un。

式では、nは変換比、kはラインのシリアル番号、上から数えて、Unは負荷の電圧です。

これらの式はオリジナルのものです。磁気回路に配置された巻線の巻数の比率が決定されるとき。たとえば、変換比 n=3 の TDL が、図 5 に示すスキームに従ってオンに切り替えられた場合、次のようになります。 1、a、次に V2:V3:V1=w2:w3:w2=1:0:1. このことから、図の上の線は完全に磁気回路上に配置され (w2)、1 番目の線は巻数の半分のみ (w2 = w3/0)、XNUMX 番目の線 (wXNUMX = XNUMX) は次のようになります。完全に磁気回路に。すべての線の幾何学的な長さは同じです。

入力インピーダンスが18,5オームの「ウェーブチャネル」を、変換比75のTDL（図5、dの回路に従って接続）を使用して2オームの同軸ケーブルと整合させる場合、巻線の巻数の比は次のようになります。 w1：w2 =（2 + 1 / 2-1：（2 + 1 / 2-2）\ u3d 1：XNUMXに等しい。これは、磁気回路では、図の上部巻線が完全に、XNUMX番目の巻線が完全であることを意味します。 -そのXNUMX番目の部分のみ。

巻線のラインの長さが動作波長よりもはるかに短い場合、TDLを簡略化できます。つまり、コモンモード電圧がゼロのラインです。ジャンパーに交換。この場合、たとえば、5巻線TDL（図6、e）はXNUMX巻線TDL（図XNUMX）に変換されます。

フェライト磁気コア上のマッチングデバイス
Pic.6

TDL の伝送係数は、波動インピーダンスが最適値からどれだけ異なるか、および線路の電気長と波長の比に依存します。たとえば、c が必要な 0,45 倍と異なる場合、TDL での損失は、線路長がラムダ/8 の場合は 2,6 dB、ラムダ/4 の場合は 7 dB です。図上。図 2 は、n=XNUMX の TDL の透過係数が、g の XNUMX つの値について、そのラインの位相長に依存することを示しています。

フェライト磁気コア上のマッチングデバイス
Pic.7

[4] で与えられた計算は、最適な y 値を持つラインが使用される場合、TDL の定在波比がライン長ラムダ/1,03 で 16、ライン長ラムダ/1,2 で 8 を超えないことを示しています。このことから、8 線式ラインの長さがラムダ/XNUMX 未満の場合でも、TDL パラメータは満足のいくものであると結論付けることができます。

TDL を計算するための初期データは、変換比 n、TDL をオンにするオプション、動作周波数範囲の下限と上限 (Hz)、負荷での最大電力 Pmax (ワット)、負荷です。抵抗Rn（オーム単位）とフィーダーの波インピーダンスg（オーム単位）。計算は次の順序で実行されます。

1. 次の条件から、線路導体の最小インダクタンス Ll (ヘンリー単位) を決定します。

Ld>>Rg/2fn.

実際には、Ll、5fnに対する計算された比率Rgの10〜2倍を取ることができます。

2. 磁気回路のリング上の線の巻数 w を見つけます。

ここで、dcp はリングの平均直径です (

cm)、S - 断面積

磁気コア (cm)²), ,u - 磁気回路の相対透磁率。 3. コモンモード電流 Ic を計算します。

最小動作周波数で TDL 巻線を流れる電流 (アンペア単位):

Ic = Vc / 2pfnLl、

ここで、Vc はライン上のコモンモード電圧で、上記の比率に従って特定のスイッチングオプションに対して計算されます。

4. 磁気回路の磁気誘導 (テスラ単位) を決定します。

B=4*10^-6.uIC/dcp.

磁気回路は、コモンモード電流 (または直流電流) で飽和しないことを考慮して選択されます。このため、磁気回路の磁気誘導は、飽和誘導よりも一桁小さくなければなりません (参考書から取得)。

5. 次の行でピーク電圧 Upeak を見つけます。

ここで、y はフィーダーの SWR です。

6. 電流 Ieff の実効値 (アンペア) を計算します。

7. 長い線のワイヤの直径 d (ミリメートル単位) を決定します。

ここで、Jは許容電流密度（アンペア/ミリメートル平方）です。

TDL アンテナマッチングデバイスには、フェライト 55VNS、32VNS、9VNS、65VNS、および 40NN、9NN、300NN で作られたリング (サイズ K200X90X50、K400X200X100) 磁気コアが適しています。必要に応じて、磁気コアを複数のリングで構成できます。長い線路に必要な波動インピーダンスは、導体を（一定のステップで）均等にねじることによって得られます（表を参照）。配線を十字に接続した場合、隣接する導体同士を接続した場合よりもcが低くなります。直径 1.5 mm の無撚線の線路の波動インピーダンスは 86 Ω でした。

ツイストのピッチと接続の種類に応じた長い線路の特性インピーダンス

ビュー	ねじりステップ、cm
ビュー	4	3	2	1	0.67	0.25
:	70	60	56	44	36	-
二	45	43	40	33（32）*	-	-
X	23	22	20	18（19）*	-	10 **

※線径1mmの場合。
** ワイヤ径 0.33 mm の場合。

パラメータ（特に非対称係数）を改善すると同時に、マッチング変換ユニットの設計を簡素化するために、さまざまなタイプの複数のTDLのシリアル接続が使用されます。

たとえば、上記の方法を使用して、n=2 の複合 TDL を計算します。 12,5 オームの対称アンテナの入力インピーダンスと RK-50 同軸ケーブルを一致させる必要があります。低い動作周波数は 14 MHz です。電力は 200 ワットを超えません。 TDL の場合、サイズ K45X28X8 (dcp=3,65 cm、S=0,7 cm) の磁気コアを使用することになっています。²) フェライト 100NN から (比飽和誘導は 0,44 T/cm² [5]）。

複合TDL（図2）の変換比n = 8の最初の段階が、図5のスキームに従ってオンに切り替えられるとします。 1、a、および5番目（n = XNUMX）-図のスキームによるXNUMX、Mr.

フェライト磁気コア上のマッチングデバイス
Pic.8

最初のTDLを計算します。

1. Ll を見つける:

Ll を 13,5 μH とします。

2.巻線の巻数を計算します。

このような二重の太いワイヤの巻き数は、磁気回路の窓に配置することはほとんどできません。したがって、45 つのリングを使用することをお勧めします。この場合、磁気回路の寸法は K28X 16X1.4 (S = XNUMX cm) になります。²）。新しい番号w：

3. 負荷のピーク電圧を決定します。

4.スイッチング回路に従って、巻線のコモンモード電圧を見つけます（図5、a）：

V1 =（2-1）71 = 71V。0番目の巻線のコモンモード電圧は6であるため、この巻線はジャンパーに置き換えられます（図XNUMX）。

5. コモンモード電流は次のとおりです。

6.磁気回路の磁気誘導を計算します。

高さ=4*10^-6*100*9*0,06/3,65=59*10^-6 T は、飽和誘導よりもはるかに小さいです。

ライン g1 のウェーブインピーダンス = 50 オーム。

13,5番目のTDLでは、最初のTDLと同じリングを使用することをお勧めします。次に、Ll \ u9dXNUMXμH、w \uXNUMXdXNUMXターン。

7. 巻線のコモンモード電圧 V=(2+1/2-1)71=106,5 V.

8. コモンモード電流は次のとおりです。

L=106,5/2*3,14*14*10⁶* * 13,5 10^-6\u0,09d XNUMX A.

9. 磁気誘導

H=100*4*10^-6*9*0,09/3,65=89*10^-6 Tl。

この場合、飽和誘導よりも小さいことがわかります。巻線の波抵抗は約 12 オームが選択されます。

TDL線の線径は、従来の変圧器の巻線用線径と同じ方法で決定されます。この計算はここには示されていません。

注意深い読者は、上記の計算の不正確さに気付くかもしれません（複合TDLの使用のため）。これは、インダクタンスLXNUMXが、第XNUMX段と第XNUMX段のTDL巻線が接続されている、つまり一定のマージンがあることを考慮せずに計算されているという事実にあります。そのため、実際には、各段のTDLで、巻線の巻数を減らし、より小さなフェライトコアを使用することができます。

さまざまな単一のTDLの組み合わせを使用して、目的の特性を備えた幅広いTDLを取得できます[4]。

製造された TDL については、効率と非対称係数を測定する必要があります [4]。最初のパラメータを決定するときにTDLをオンにするためのスキームを図9に示します。 10、20番目 - 図中1.変圧器の損失a（デシベル単位）は、次の式で計算されます：a \u2d XNUMXlg（UXNUMX / nUXNUMX）。

フェライト磁気コア上のマッチングデバイス
Pic.9

フェライト磁気コア上のマッチングデバイス
Pic.10

いくつかのTDLが作者によって作成されました。それらのいくつかの実際のデータを以下に示します。 11つの変圧器の外観を図XNUMXに示します。十一。

フェライト磁気コア上のマッチングデバイス
Pic.11

変換比n = 1でTDL（タイプNS）のバランスを取り、周波数範囲1,5 ... 30 MHzで最大200 Wの出力電力で動作し、RK-50フィーダーを50オームのアンテナ入力インピーダンスと一致させます、標準サイズの50VNS磁気回路で作成できます

K65X40X9. ラインの巻線の巻き数（g \u50d 9オーム）は1です。巻線1-2 '、2-12'（図2）は、ねじれなしでPEV-2 1,4バイファイラーの3本のワイヤに巻かれています。ワイヤー間の距離を一定にするために、それらはフッ素樹脂チューブに取り付けられています。巻線 3-1' は、巻線 1-2'、2-98' と同じワイヤと同じ長さでリングの自由部分に別々に巻かれています。製造された TDL の効率は約 300% でした。非対称係数 - XNUMX 以上。

フェライト磁気コア上のマッチングデバイス
Pic.12

変換比 n=2 (NS タイプ) の TDL は、最大 200 W の電力用に設計されており、75 オームのフィーダーインピーダンスを 18 オームの入力インピーダンスを持つ対称アンテナ入力と一致させます。サイズK200X13X65の40NN磁気回路（図9）で作成できます。巻線には、PEV-9 ワイヤからの 2.1,0 ターンのラインが含まれている必要があります。製造された変圧器の効率は 97%、非対称係数は 10 MHz の周波数で 20、30 MHz の周波数で少なくとも 60 でした。

フェライト磁気コア上のマッチングデバイス
Pic.13

図に図１４は、変換比がｎ＝３であり、入力インピーダンスが９オームのアンテナを７５オームの同軸ケーブルと一致させる複合ＴＤＬ（ＮＳタイプ）の接続図を示している。最大14Wの電力で3〜9 MHzの範囲で動作するように設計されたTDLは、75VNSフェライトのリング（サイズK10X30X200）で実行されます。変圧器WT32とWT20の磁気回路は6つのリングで構成されており、巻線とコイルL50にはそれぞれ1ターンが含まれている必要があります。長いラインとコイルはPEV-2ワイヤーで作られています。 WT1のラインインピーダンス-6オーム、WT2のラインインピーダンス-1,0オーム。構築されたTDLの効率は1％で、非対称係数は少なくとも70でした。

フェライト磁気コア上のマッチングデバイス

TDL を操作する前に、気候の悪影響から保護するための対策を講じる必要があります。これを行うには、変圧器をフッ素樹脂テープで包み、箱に入れ、可能であれば KLT コンパウンドを充填します。

文学:

1.ベンコフスキー3.、リビアE.短波および超短波のアマチュアアンテナ。-M。; ラジオと通信、1983年。
2. RothammelK.アンテナ。-M。：Energy、1979。
3. ザハロフ V. 1970 バンド 4 エレメントアンテナウェーブチャネル - ラジオ、XNUMX 年、第 XNUMX 号。
4. London S.E.、Tomashevich S.V. - 高周波トランス装置の参考書 - M.; ラジオと通信、1984 年。
5. Mikhailova M. et al. 無線電子機器用の軟磁性フェライト.- M.: Radio and communication, 1983.

著者: V. ザハロフ (UA3FU)、モスクワ; 出版物: N. ボルシャコフ、rf.atnn.ru

他の記事も見る セクションアマチュア無線の計算.

読み書き 有用なこの記事へのコメント.

<<戻る

科学技術の最新ニュース、新しい電子機器：

昆虫用エアトラップ 01.05.2024

農業は経済の重要な分野の 1 つであり、害虫駆除はこのプロセスに不可欠な部分です。インド農業研究評議会 - 中央ジャガイモ研究所 (ICAR-CPRI) シムラーの科学者チームは、この問題に対する革新的な解決策、つまり風力発電の昆虫エアトラップを考案しました。このデバイスは、リアルタイムの昆虫個体数データを提供することで、従来の害虫駆除方法の欠点に対処します。このトラップは風力エネルギーのみで駆動されるため、電力を必要としない環境に優しいソリューションです。そのユニークな設計により、有害な昆虫と有益な昆虫の両方を監視することができ、あらゆる農業地域の個体群の完全な概要を提供します。「対象となる害虫を適切なタイミングで評価することで、害虫と病気の両方を制御するために必要な措置を講じることができます」とカピル氏は言います。 ... >>

地球磁場に対するスペースデブリの脅威 01.05.2024

地球を取り囲むスペースデブリの量が増加しているという話を聞くことがますます増えています。しかし、この問題の原因となるのは、現役の衛星や宇宙船だけではなく、古いミッションからの破片も含まれます。 SpaceX のような企業によって打ち上げられる衛星の数が増えると、インターネットの発展の機会が生まれるだけでなく、宇宙の安全保障に対する深刻な脅威も生まれます。専門家たちは現在、地球の磁場に対する潜在的な影響に注目している。ハーバード・スミソニアン天体物理学センターのジョナサン・マクダウェル博士は、企業は急速に衛星群を配備しており、今後100年間で衛星の数は000万基に増加する可能性があると強調する。これらの宇宙艦隊の衛星の急速な発展は、地球のプラズマ環境を危険な破片で汚染し、磁気圏の安定性を脅かす可能性があります。使用済みロケットからの金属破片は、電離層や磁気圏を破壊する可能性があります。これらのシステムは両方とも、大気の保護と維持において重要な役割を果たします。 ... >>

バルク物質の固化 30.04.2024

科学の世界には数多くの謎が存在しますが、その一つにバルク物質の奇妙な挙動があります。それらは固体のように振る舞うかもしれませんが、突然流れる液体に変わります。この現象は多くの研究者の注目を集めており、いよいよこの謎の解明に近づいているのかもしれません。砂時計の中の砂を想像してください。通常は自由に流れますが、場合によっては粒子が詰まり始め、液体から固体に変わります。この移行は、医薬品生産から建設に至るまで、多くの分野に重要な影響を及ぼします。米国の研究者は、この現象を説明し、理解に近づけようと試みました。この研究では、科学者たちはポリスチレンビーズの袋からのデータを使用して実験室でシミュレーションを実施しました。彼らは、これらのセット内の振動が特定の周波数を持っていること、つまり特定の種類の振動のみが材料を通過できることを発見しました。受け取った ... >>

アーカイブからのランダムなニュース

モジュラーコンストラクターとしてのスマートフォン 18.09.2013

オランダのデザイナー Dave Hakkens は、ブロックモジュールで構成されるスマートフォンのアイデアを思いつきました。ハッケンズの電話では、画面、Wi-Fi、Bluetooth、アンテナ、バッテリー、カメラ、ジャイロスコープなどの各コンポーネントが個別のモジュールに含まれています。モジュールは、コネクタによって共通のボード (「ベース」) に接続されます。

モジュラー設計は、第一に、故障したコンポーネントを簡単に交換できるようにし、第二に、ニーズに合わせて電話を作成できるようにし、第三に、デバイスのアップグレードを簡素化する.

Hakkens は、交換用のユニットは別の会社によって製造されることを提案しました。それらのそれぞれは、専門化に対応するコンポーネントを生成できます。両社は協力して「世界最高の電話」を作ります。

Phobloks に似たプロジェクトが 2007 年にイスラエルの会社 modu によって発表されました。彼女は、特別なケースで機能を拡張できる小型の携帯電話をリリースするつもりでした。

その他の興味深いニュース:

科学技術、新しいエレクトロニクスのニュースフィード

無料の技術ライブラリの興味深い資料:

▪ サイトの初心者のための電気のセクション。記事の選択

▪ 記事灰色の枢機卿。人気の表現

▪ 記事体内に天然の日焼け止めが含まれている動物はどれですか? 詳細な回答

▪ 日本の昆布の記事。伝説、栽培、応用方法