ШТЛ с коэффициентами трансформации 1:2 и 1:3

Для создания трансформатора на отрезках длинной линии (ШТЛ) используют несколько (n = 1, 2, 3, 4) линий, включенных с одной стороны параллельно, с другой — последовательно. Например, при использовании двух отрезков линий, получим схему, изображенную на рис. 3.9.

Рис. 3.9 — Трансформатор на отрезке длинной линии (ШТЛ) с коэффициентом трансформации 1:2

Для того чтобы не нарушить условия согласования линий, необходимо слева подключить сопротивление W/ 2, а справа — 2 W. Таким образом, получен трансформатор с коэффициентом трансформации по напряжению
n = 1:2. Верхняя на рис. 3.9 линия должна быть намотана на ферритовый сердечник (чаще — кольцо). Индуктивное сопротивление проводника (ов) верхней линии шунтирует источник (нагрузку), уменьшая коэффициент передачи на низких частотах. Нижнюю граничную частоту w_н полосы пропускания этого трансформатора можно приближенно определить из соотношения:

(3.7)

где L — индуктивность проводника верхней линии.

Нижняя линия ШТЛ, изображенного на рис. 3.9, выполняет роль фазокомпенсирующей. Ее назначение — доставить напряжение U с входа ШТЛ на выход с той же фазой (задержкой), какую имеет напряжение на выходе верхней линии. Для этого линии делают одинаковой длины l. В этом случае напряжения линий на выходе ШТЛ сложатся в фазе, и АЧХ в области верхних частот будет плоской. Следует отметить, что проводники верхней линии находятся под продольным напряжением U (каждый).

Рис. 3.10 — ШТЛ с коэффициентом трансформации 1:3

Аналогично, при использовании трех отрезков линий, можно создать ШТЛ с коэффициентом трансформации по напряжению n = 1:3 (Рис. 3.10). Однако, линии этого ШТЛ находятся под разными продольными напряжениями. Действительно, как следует из рис. 1.5, к проводникам верхней линии приложено продольное напряжение 2 U, а к проводникам средней — U.

Это накладывает определенные ограничения на конструктивное исполнение ШТЛ. Если линии наматываются на одном сердечнике (кольце), то числа витков должны быть строго пропорциональны продольным напряжениям.

Рис. 3.11 — Конструктивная реализация ШТЛ с коэффициентом трансформации 1:3

Если на кольцо верхняя линия наматывается полностью, то средняя — наполовину. Конструкция ШТЛ (Рис. 3.11) состоит при этом из двух фазокомпенсирующих линий (ФЛ1, ФЛ2) и двух (с числом витков отличающимся вдвое), намотанных на ферритовый сердечник.

Идею, реализованную на рис. 3.11, для ШТЛ 1:3 можно обобщить для ШТЛ с любым целочисленным коэффициентом трансформации 1 :n (n — число линий). Однако не следует пытаться реализовать ШТЛ с коэффициентом трансформации более четырех, так как неоднородности последовательно и параллельно соединенных линий, как правило, сильно исказят передаточные характеристики ШТЛ.

Выводы:

- в обмоточных трансформаторах такие паразитные элементы как межобмоточная емкость и индуктивности рассеяния ограничивают полосу рабочих частот сверху. А в трансформаторах типа ШТЛ они определяют волновые сопротивления линий и при согласованном включении последних ограничения сверху (если не учитывать неоднородностей соединения линий) нет. В ШТЛ легко получить g = w _в| w _н =1000.

- однако, число обмоток на сердечнике у ШТЛ существенно больше, чем у обмоточного трансформатора, что препятствует расширению полосы в область нижних частот. Действительно, для создания обмоточного автотрансформатора с коэффициентом трансформации 1:3 необходимо на кольцо намотать три обмотки с напряжением на каждой из них U. ШТЛ с коэффициентом трансформации 1:3 (рис. 1.5, 1.6) содержит шесть обмоток (в верхней линии две обмотки с напряжениями 2 U и в средней линии две обмотки с напряжением U).

Рис. 3.12 — Способ создания ШТЛ с дробным коэффициентом трансформации