平衡環的製作方法

2023-08-05 23:43:51

專利名稱：平衡環的製作方法
技術領域：
本發明屬於射頻工程領域。特別涉及一種平衡環，包括(a)一個具有內心的殼體;
(b)在殼體內，具有第一和第二分段的第一導體部分，其第一導體部分用同軸內導體以同軸線的形式在第一分段上構成，它還作為同軸線通過殼體的一側並在那裡形成同軸輸入，而在殼體內的另一側則自由地終止;
(c)在殼體的內部，第二導體部分具有第一和第二分段，第二導體部分與第一導體部分之間有一間隔，且兩者平行，在同軸輸入端的一側與殼體相連，而在殼體內部的另一端為自由端;
(d)在第一導體部分內，在第一分段的末端有一開口，通過開口同軸內導體以與第一導體部分垂直從第一導體部件中露出並聯接到第二導體部分，以及(e)在任何情況下，在第二分段上連接在其中一個導體部分的兩條對稱輸出線從殼體引出，並且在那裡形成對稱輸出端。
這種平衡環是公知的，見H.Meinke和F.W.Gundlach Taschenbuch der Hochftequeztechnik《射頻工程手冊》第三版，Springer-Verlag(1968)第394頁(附

圖18.11)。
在廣播發射機的技術中，使用通常所說的具有同軸輸入和對稱輸出的平衡環或平衡-不平衡轉換器(平衡單元)，例如，經同軸饋線加到對地平衡的天線上。
這種平衡-不平衡轉換器(圖1)是由兩個互聯的平行同軸線18和19組成的。在輸入端提供一個可變電容C及在第二線19的輸出側末端提供一個短路線20，以便在所要求的頻率範圍(約為4～26兆周)內進行不同頻率調諧。
這種類型的平衡-不平衡轉換器的不利因素是由於只有幾個微微法拉的不對稱負載，使高電壓不對稱(諧振)。這種不對稱敏感性，不能通過簡單的改進而消除。
通常，變換阻抗與平衡-不平衡轉換器相互平衡有關如圖1所示，50歐姆的不平衡輸入阻抗以1∶4的轉換率增加到對稱的200歐姆。
為了獲得高轉換率(例如1∶6，50歐姆～300歐姆)，那麼就必須在末端用長度約為12米的線式附加互感器連接，但其製作是很困難的(尤其是在低頻率下)，且相對地有較大的阻抗波動。
現在，將要進行改進的是開始時提到的能使用於較大的頻率範圍、但不能與不同頻率相匹配的這種形式的平衡-不平衡轉換器。如圖2所示，這種改進包括輸入側短路棒21和輸出側可變電容C1。
這種平衡-不平衡轉換器所存在的缺點是必須調整所給定的兩個頻率變化參量。而且這個短路棒還引起接點問題，例如，接點的損壞、接點彎曲及燒毀。
本發明的目的就是提供一個頻率範圍至少是4～26兆周的、所允許的轉換比大於1∶4的新型平衡環，這種平衡環能很容易地調諧頻率，而且其結構牢固。
在開始所說明的這種類型平衡環的情況下，本發明的目的是這樣實現的在(f)第一和第二導體部分之間在第二分段上，至少設置有一個電容器，以及(g)這種平衡環所選擇的第一分段至少要用一個電容器才能進行不同頻率的調諧。
本發明是用圖2所示的這種類型的平衡-不平衡轉換器來實現的。可選擇參量(線阻抗和線長度)以便使在對稱輸出端的可變電容器足以進行不同頻率的調諧。
用這種形式的轉換器，不僅小型而且牢固，同時能夠很容易地進行頻率調諧。
對本發明更全面的評價及其附帶的許多優點將很容易得到如同通過參照以下詳細說明並結合附圖時一樣變得更易了解了，其中圖1表示的是現有技術調諧平衡-不平衡轉換器的基本電路圖;
圖2表示的另一個調諧平衡-不平衡轉換器的可能結構圖;
圖3-8表示根據本發明的一個平衡環的各種不同的實施例，由於它們具有不同形式的中心抽頭，因而它們彼此不同;
圖9-9B表示根據本發明的轉換器的另一實施例，在轉換器中電容的連接點是移動的;及圖10A-C表示根據本發明的一個轉換器的實施例。在實施例中使用多個電容器或一個附加電感器。
如圖所示，參照附圖的標記號可以看出，圖1所示的是公知的平衡環(平衡-不平衡轉換器)。例如，使用在短波發射機中，以及類似的形式也出現在Brown Boveri Mitt1972年3月2日出版發行的書中第97～103頁上。
公知的平衡-不平衡轉換器具有同軸輸入1和對稱輸出2，在它們之間兩個同軸線18和19並聯連接。這種轉換器是用位於輸入端的可變電容C及用於改變第二線19上的有效長度的短路線20進行調諧的。
這種轉換器的缺點是一方面轉換器的這種形式限定轉換率為1∶4;另一方面改變頻率還需要改變兩個參量(電容C的容量和第二線19的有效長度)。
附圖2是在Meinke及Gundlach書中所示的高轉換率的平衡-不平衡轉換器的解決方案。兩個同樣長度的導體部分4和17在殼體5的內心6中平行設置，在任何情況下，都是以它們的一端連接在殼體5，而自由地終止在內心6的另一側。
第一導體部分4的第一分段11是用一個具有同軸內導體3構成同軸線。這個同軸線終止在同軸輸入1的一側。而同軸線的另一側通過開口9露出內部導體3，從第一導體部分4中垂直連接到對面的第二導體部分17，而且都是導電連接。兩個導體部分4和17都具有同樣的第二分段12。
在任何情況下，對稱輸出線8和7分別連接到導體部分4和17的自由端，兩對稱輸出線7、8形成對稱輸出端2。
可根據圖2中所提供的兩個部件來進行轉換器的調諧第一，可以用短路棒21來改變第一分段11。第二，導體部分4、17的自由端通過可變電容C1互連。
儘管這種轉換器所允許的轉換率高於1∶4，但由於僅用兩部件C1和21進行調諧是困難的，而且因為機械的短路棒21易被損壞。
現在，可根據圖2所示的轉換器的不同參數的計算作為頻率的函數選定這些合適的參量，(線阻抗Zo，第一、第二分段11或12)，轉換器可調諧的頻率範圍是4～26兆周，基本上不需要改變或完全不要改變第一分段11。因此，就不需要短路棒21;僅用可變電容C1就可進行轉換器的頻率調諧。
因此，在整個頻率範圍內至少有一個11的值可以保持恆定。如果電壓駐波比偏離允許時，甚至11的多數平衡值也能保持恆定。
在下面實例中假設輸入阻抗為50歐姆。但是，通常輸入端可任意選擇阻抗。
實例輸入阻抗50歐姆輸出阻抗300歐姆11+122704米
111104米線阻抗111歐姆如果參數的選擇在實例中確定，假設電容C1的容量是從4兆周的1571微微法拉到26兆周的25.1微微法拉變化的，則實際上可以獲得理想的平衡-不平衡轉換器的調諧。
附圖3是這種轉換器的最簡化結構圖。這種小型轉換器適用於(1∶6)轉換而不需要附加的線型變壓器(200～300歐姆)，而只用相當小的電容器就可以調諧。
但是，按照圖3的簡單實例可以進行進一步改進有如下理由1.在任何情況下，假定一個理想負載為300歐姆，在50歐姆的輸入時，最低和最高的工作頻率的駐波比高於1.35。因此，這種形式的轉換器只能適用於功率高於50千瓦的調節。
2.即使在低頻時(低於最高工作頻率的35%)且由於負載不對稱，電壓對稱性實際上還是比根據圖1的轉換器(1∶4)情況要好;在靠近最高工作頻率時，對稱性按指數規律變壞。那麼，取決於負載的電壓不對稱性在平衡-不平衡轉換器的輸出端可能等於1∶10。
所存在的末端效應問題的原因在於所規定設計的結構1.首先，第一個幹擾因素是由於在轉換器的中心抽頭中產生的漏電感Ls造成的(如圖3所示)。這個漏電感Ls主要使駐波比變壞，也對對稱靈敏度有影響。
2.實質上，平衡-不平衡轉換器對不對稱負載的靈敏度取決於最小調節電容量的選擇以及相關的最高的工作頻率。
圖4所示的是圖3經過改進後的能消除第一幹擾(漏電感)的轉換器中心抽頭通過兩個管段10和11對稱地從兩側加以「覆蓋」，且在中間設置一開口縫12。這個工藝取決於所要求的介電強度。管段10和11與中心抽頭的同軸內導體3互聯，在任何情況下，都形成50歐姆的同軸線(根據實例)或不同的線阻抗。
更進一步說，在任何情況下，也可能僅從一側設置管段13，用縫14將管段與另一側分開(圖5和圖6)。設置縫的開口是依所需介電強度而確定的。
由圖7和圖8示出減少漏電感的另外一些方案。抽頭(在導體部分4和17之間有一間隔，同軸內導體3的)的外徑隨著隆起部15或16的形成而增加，以此來減少了漏電感。必須考慮的一點是隆起部15、16在50歐姆同軸線內不能提供給第一導體部分4。這就是選擇單錐體(圖8)或雙錐體(圖7)的原因。
朝著中心抽頭方向(圖9)，通過一個分段13(大約每20釐米為100毫微亨漏電感)移動電容C1，以便使漏電感Ls得到進一步的補償。通過對稱輸出線7、8的對稱輸出2的抽頭，也可直接經過電容器C1完成。這種抽頭的兩個實施例如圖9A及圖9B所示。它是用簡單機械方式進行的。第二影響(不對稱負載靈敏度)是當下述條件即電容器C1的最小調節電容量Cmin得到滿足時才可能減小。
Cmin/Casvm＞4其中Casym表示的是在輸出端存在的最大不對稱的電容量。
圖10A～C是另外的實施例，它是用多個電容C1……C8來代替單個電容C1。
除了可變電容C1之外分別連接在導體部分與殼體5之間的另外兩個電容器C2，C3(可變的或不變的)被提供在圖10A中導體部分4和17之間。
圖10B所示，兩個可變電容器C4，C5串接在導體部分4、17之間，且在其中間點處接地。這種解決方式帶來各種好處，例如，更有利於在傳輸線上克服不對稱性。
圖10B中的中間點接地，也可經過另一電容器C8接地(如圖10C所示)。
如圖10A所示，在任何情況下，把附加電感L插入到對稱輸出端，就能擴展轉換器的頻率範圍。在此方法中，補償可以擴展到更高的頻率範圍，為此就需要使電容器C1的電容量C小於Cmin。
顯然，本發明所進行的眾多的改進及改變按照以上所說是可能的。所以，必須了解到，在附屬的權利要求的範圍內，本發明也可以按不同於在這裡所專述的那樣進行實踐。
標識表1 同軸輸入2 對稱輸出3 同軸內導體4，17 導體部分5 殼體6 內心7，8 對稱輸出線9 開口10，11，13 管段12，14 縫15，16 隆起部18，19 線20 短路線21 短路棒C1，C1……C8 電容器L 電感器Ls 漏電感11……13 分段
權利要求
1.一種平衡環，包括(a)一個具有內心(6)的殼體(5)；(b)在殼體(5)內，具有第一和第二分段(11或12)的第一導體部分(4)，其第一導體部分用同軸內導體以同軸線的形式在第一分段上構成，它還作為同軸線通過殼體(5)的一側並在那裡形成同軸輸入(1)，而在殼體(5)內的另一側則自由地終止；(c)在殼體(5)的內部，第二導體部分(17)具有第一和第二分段(11或12)，第二導體部分(17)與第一導體部分(4)之間有一間隔，且兩者平行，經過殼體(5)與在同軸輸入端(1)的一側與殼體(5)連接，在殼體(5)內部的另一側為自由端；(d)在第一導體部分(4)中，在第一分段(11)的末端有一開口(9)，通過開口(9)同軸內導體(3)以與第一導體部分(4)垂直從第一導體部件中露出並聯接到第二導體部分(17)；以及(e)在任何情況下，在第二分段(12)上連接在其中一個導體部分(4，17)的兩條對稱輸出線(7，8)從殼體(5)引出，且在那裡形成對稱輸出端(2)；其中(f)在第二分段(12)上在第一和第二導體部分(4或17)之間至少設置有一可變電容器(C1……C8)；以及(g)這種平衡環所選擇的第一分段(11)至少要單獨用一個電容器(C1……C8)才能進行不同頻率的調諧。
2.根據權利要求1所述的平衡環，其中，為了減小漏電感，在第一和第二導體部分(4或17)之間至少用一管段(10，11，13)圍繞著同軸內導體(3)，並將導體部分(4，17)中的一個與同軸內導體(3)連接在一起，以形成同軸線。
3.根據權利要求2所述的平衡環，其中，所提供的兩個管段(10，11)每個都分別與導體部分(4，17)相連，且用縫(12)將兩者分開。
4.根據權利要求2所述的平衡環，其中，僅提供一個管段(13)分別與導體部分(4，17)相連，且用縫(14)從另一導體部分中分開。
5.根據權利要求1所述的平衡環，其中，為了減小漏電感，在兩導體部分(4，17)之間同軸內導體(3)有一隆起部(15，16)。
6.根據權利要求5所述的平衡環，其中，隆起部(15，16)為單一的或雙錐體形狀。
7.根據權利要求1所述的平衡環，其中，為了減小漏電感，至少有一電容器(C1……C8)與兩導體部分(4，17)連接在一個點上，用第三分段(13)消除導體部分(4，17)自由端的漏電感。
8.根據權利要求1所述的平衡環，其中，兩電容器(C4，C5)是串接在第一和第二導體部分(4，17)之間的，且在兩電容器的中間點接地。
9.根據權利要求8所述的平衡環，其中，通過另一電容器(C8)接地。
10.根據權利要求1所述的平衡環，其中，在任何情況下，導體部分(4，17)的自由端都是通過另一電容器(分別為C2或C3)與殼體(5)連接。
11.根據權利要求1所述的平衡環，其中，為了擴展頻率範圍，在對稱輸出線(7，8)之間用附加電感器(L)連接。
12.根據權利要求1所述的平衡環，其中，選擇Cmin/Casym＞4Cmin為至少一個電容(C1……C8)的可調諧的最小電容值;Casym為輸出端存在的最大不對稱的電容值。
全文摘要
根據H.Meinke和F.W.Cundlach，Taschenbuch der Hochfrequenzlechnik的第三片《射頻工程手冊》，Springer-Verlag(1968)第394頁圖18、11的平衡環，本發明是通過特殊選擇的第一分段(11)以及在對稱輸出端(2)設置的可變電容器(C1)的簡單調諧性能而得到的這種小型、牢固的平衡環(圖3)。
文檔編號H01P5/10GK1051827SQ9010900
公開日1991年5月29日 申請日期1990年11月9日 優先權日1989年11月9日
發明者費利克斯·加斯曼, 奧勒·斯內克魯德 申請人:亞瑞亞·勃朗勃威力有限公司