[Loobtuff 0]

Исходные данные:

1) Система ГЕНЕРАТОР ВЧ - комплексная нагрузка;

2) Частота генератора 440 кГц;

3) Длина фидера (соединяющего нагрузку и выходной каскад ВЧГ) = 3-7 метра;

 

Ситуация примерно следующая:

 

В ходе работы системы сопротивление нагрузки не согласовано с выходным сопротивлением ВЧ-генератора, причём его величина (сопротивления нагрузки) может изменяться и достаточно резко и быстро (допустим, за несколько секунд от 100 до 2000 Ом)!

Как быть? Решать каждый раз при рассогласовании задачу синтеза Г, П - образных цепочек согласования - врядли возможно (по крайней мере не удобно и долговато....как-то).

Поэтому я пришёл к идее применения т.н. перестраиваемых цепочек согласования - это те же Г, П, Т - образки, но управляемые дополнительными напряжениями, величина которых напрямую зависит от степени рассогласования! Но опять таки, скорость согласования должна быть min (я планирую порядка 500 мс)!

А мой алгоритм "закручен" именно на волновой природе распространения ВЧ - энергии!! Т.к. информация о величине управляющих напряжений (с их помощью изменяется в нужную сторону номиналы реактивных элементов ЦС) берётся из анализа отражённой волны (там достаточно простые рассчёты)!!

Вобщем, не знаю, что получится... но, а как бы Вы решали подобную задачу?

Мне будет интересно любое Ваше мнение!

[Loobtuff 0]

Признаться, меня настораживает ваша пассивность в рассмотрении этого вопроса!

Я уж задумываюсь ВОЗМОЖНО ли это вообще?

[MiklPolikov 0]

440 КГц - По-моему совсем не ВЧ...

 

 

А что Вы подразумеваете под согласованием?

Сделать так, что бы при изменении параметров нагрузки

напряжение на ней не менялось?

[deemon 0]

А всё-таки - 440 мгц или кгц ? И какова мощность ? Просто любопытно , на чём можно сделать плавную регулировку согласующих звеньев . При не очень большой мощности и на СВЧ можно какие-нибудь варакторы применить , или на pin-диодах звенья коммутировать .... но на киловатте или на низких частотах это не пойдёт :) Зато на низких частотах вроде сотен килогерц можно применять для коммутации мощные ключевые мосфеты .

А насчёт принципа управления - так ведь рассогласование , это фактически отражение части энергии сигнала от антенны с каким-то фазовым углом и какой-то амплитудой . Соответственно , согласующая цепь должна иметь такую задержку по фазе , чтобы сигнал , прошедший через неё , отразившийся , и прошедший обратно , складывался с приходящим сигналом от передатчика , и давал такой сигнал , какой был бы на резисторе , скажем , 50 ом ( если передатчик расчитан на 50 ом ) . По идее , это можно формализовать и сделать алгоритм ....... хотя вот лично мне это делать не приходилось . Я много делал разных передатчиков , от сотен килогерц до гигагерц , но такое оперативное согласование в процессе работы никогда не требовалось , в крайнем случае - нормировался максимальный КСВ антенны , при котором передатчик должен был сохранять работоспособность . Я ещё понимаю , если при запуске проходила бы процедура автонастройки , на пониженной мощности , с запоминанием параметров ..... но вот на ходу :huh: . Интересно , а откуда возникла такая задача ?

[slog 0]

Вот когда длина фидера будет сравнима с длиной волны, тогда пора думать о согласовании.

[Loobtuff 0]

А всё-таки - 440 мгц или кгц ? И какова мощность ? Интересно , а откуда возникла такая задача ?

Этот алгоритм применяется в ВЧГ для накачки СО2 - лазеров, но там частота порядка 100-150 МГц, и у меня нет никаких сведений о том, на сколько быстро происходит согласование выходного сопротивления генератора с флуктуирующим импедансом газоразрядного пространства лазера...

Мне же необходимо "адаптировать" это согласующее устройство либо разработать новый алгоритм. А частота у меня 440 кГц (хотя возможны варианты на 1.7;2.8 и 4.0 МГц), мощность такая же - 200 - 300Вт, и очень важна скорость согласования!! (в моём случае комплексной нагрузкой выступает тело пациента, а разрез электроножом в 1см происходит где-то за 5 сек, при этом скальпель проходит путь от эпителиального слоя до мышечного - всего там около 5-и слоёв, имеющих различный импеданс. И для строгого дозирования мощности на каждый слой а также для исключения несанкционированных обугливаний прилежащих тканей требуется такая вот оперетивная подстройка!!

И если требуемую скорость получить теоретически невозможно, то и браться за решение задачи я считаю нет смысла... а как Вы считаете?

[Loobtuff 0]

Вот когда длина фидера будет сравнима с длиной волны, тогда пора думать о согласовании.

Т.е. при длине кабеля 682 метра? Нет-нет, на такое расстояние передавать не нужно, и тем не менее согласование требуется!

[DRUID3 0]

Вот когда длина фидера будет сравнима с длиной волны, тогда пора думать о согласовании.

О ужас, кто Вам такое сказал??? :blink:

 

440 КГц - По-моему совсем не ВЧ...

 

По буржуинским "гостам" это не ВЧ (HF) но стоит ли придираться к определениям. Автор описал задачу корректно.

 

А что Вы подразумеваете под согласованием?

Сделать так, что бы при изменении параметров нагрузки

напряжение на ней не менялось?

О Боже!!! :angry2:

 

Зато на низких частотах вроде сотен килогерц можно применять для коммутации мощные ключевые мосфеты .

Надо подбирать "мосфеты" с временем открытия закрытия на два порядка ниже поставленного времени согласования, да еще остающихся ключами на таких мощностях. Тоже не простая задача.

 

Loobtuff не слушайте никого, в том числе и меня. Почему никого? Вы решаете отнюдь нетривиальную задачу и никто из нас ее не ставил даже, не то что бы решать, т.е. теоретически это возможно, то техническая реализация неочевидна (кстати если проект коммерческий смотрите что бы кое-кто не получил денег больше чем заслужил). Скин-слоями (это Вы в "чайниках" писАли?) не забивайте себе голову, согласовывать все стОит если стоИт задача максимального КПД, если же поддержка просто одинаковой излучаемой мощности, то это немножко из другой степи. Такая скорость согласования довольно фантастична, и, например, в практике радиосвязи задача не ставиться. Но если поворошить всякие там научные статейки, то там еще и не такое можно выискать, но опять же, я не могу дать Вам ссылку, ибо не решал таких задач.

 

P.S.: Loobtuff Вы биофизик?

[deemon 0]

2Loobtuff

 

Насчёт техзадания - понятно . Я бы сказал , что практически нереально это сделать Вашим способом . Я бы пошёл другим путём - сделал бы ключевой каскад с возвратными диодами , для рекуперации , и применил бы для питания этого каскада импульсный источник с быстрым управлением выходным напряжением . Смысл в том , что КПД ключевого каскада всегда высокий , независимо от согласования нагрузки - при рассогласовании энергия просто возвращается в источник , а следовательно , мы можем считать , что выходная мощность всегда будет жёстко связана с подводимой . Далее , измеряя ток потребления и напряжение питания выходного каскада , мы подаём их на перемножитель , получаем мощность , а потом делаем обратную связь по мощности , регулируя ШИМ в БП . Так мы можем жёстко задавать мощность на "скальпеле" . Но тут у нас есть один не до конца определённый параметр - КПД . Если нам нужна большая точность , то я бы сделал ещё один фокус - измерял бы не подводимую мощность , а АКТИВНУЮ мощность , поступающую по фидеру . Для этого нужно сделать датчик тока и датчик напряжения в фидере , а сигналы с них опять-таки перемножить точным и скоростным перемножителем , полученную мгновенную мощность проинтегрировать . И вот по этой эффективной мощности - сделать ООС на БП . Таким образом нам уже наплевать на согласование , лишь бы каскад был способен отдать нужную мощность в нагрузку и имел запас по реактивной мощности ( VA ) . Ну и был устойчив при всех импедансах нагрузки , понятное дело . В таком виде задача становится гораздо проще , хотя - тоже не детский сад :)

[khach 44]

Померять отраженку с такой скоростью легко, а вот перестроить П-контур... В установке плазменного травления на 13Мгц у нас П-контур оперативно подстраивается обычными моторами постоянного тока (они быстрее шаговых) по данным встроенного измерителя КСВ.

Если бы частота была повыше, то можно было бы попробовать применить гибрид деформируемой катушки индуктивности и voicecoil актюатора, как в винчестере. Актюатор бысро сжимает-разжимает витки катушки, соответственно изменяя ее индуктивность и согласование.

Или насыщающийся ферритовый сердечник с подмагничиванием постоянным током, как в корректоре строчной развертки телевизора. Но в этом случае гармоники попрут и феррит перегреться может.

[asdf 0]

Мне же необходимо "адаптировать" это согласующее устройство либо разработать новый алгоритм. А частота у меня 440 кГц (хотя возможны варианты на 1.7;2.8 и 4.0 МГц), мощность такая же - 200 - 300Вт, и очень важна скорость согласования!! (в моём случае комплексной нагрузкой выступает тело пациента, а разрез электроножом в 1см происходит где-то за 5 сек, при этом скальпель проходит путь от эпителиального слоя до мышечного - всего там около 5-и слоёв, имеющих различный импеданс. И для строгого дозирования мощности на каждый слой а также для исключения несанкционированных обугливаний прилежащих тканей требуется такая вот оперетивная подстройка!!

И если требуемую скорость получить теоретически невозможно, то и браться за решение задачи я считаю нет смысла... а как Вы считаете?

 

Я считаю, что задача вполне решаема.

В конце 90х делал один проект, там вариации мощности за 20мсек достигали 500 кВАр ( т.е. 10^7 ВАр/сек). У Вас же всего 1кВАр/сек. Практически изменение мощности можно производить за половину периода колебания. Правда при этом будет фазовый сдвиг примерно на такую же величину, т.е. для Вашего случая - несколько градусов.

Извините, подробнее попозже, спешу и убегаю.

[asdf 0]

Извините, но я не могу привести оригинальную схему проекта, т.к. еще есть шанс запустить его в производство :) .

Но для Вашего случая нет необходимости в таких экстремальных параметрах и вполне подойдет следующая схема.

Она базируется на допущении того, что у Вас есть некоторый запас по мощности для фидера и Вы готовы разменять некоторое ухудшение общего кпд на упрощение схемы.

Источником мощности является регулируемый резонансный преобразователь с резонансным контуром на нужную частоту. С помощью трансформатора он согласуется с фидером. Тип преобразователя (последовательный или параллельный) и подключение трансформатора (по току или напряжению) нужно анализировать отдельно, т.к. во всех вариантах есть свои плюсы и минусы (например последовательный будет давать стабильную частоту, а в параллельном - частота может являться еще одним регулирующим параметром). Приемистость (скорость изменения мощности) достаточна у обоих, а рабочая частота может достигать десятка МГц.

Далее выход фидера через еще один согласующий трансформатор подключаем к нагрузке.

Между выходом трансформатора и нагрузкой подключаем измерительную схему по которой судим о мощности отдаваемой в нагрузку и величине импеданса нагрузки – по этим данным замыкаем цепь управления преобразователем.

Таким образом, получаем схему, которая согласована с нагрузкой в одной точке.

При других величинах импеданса нагрузки по фидеру будет циркулировать дополнительная реактивная мощность, т.е. отраженная мощность будет поглощаться резонансным контуром преобразователя. Импеданс этой точки выбираем исходя из , например, ограничения мощности или электропрочности фидера или других элементов схемы.. Конечно, может оказаться что одной точки недостаточно, тогда придется делать переключение на трансформаторе или досогласовывать с помощью подключаемых реактивностей в других точках, но как мне кажется, это будет проще, чем производить непрерывное согласование во всем диапазоне импедансов.

Конечно, хорошо бы все это промоделировать.

 

Померять отраженку с такой скоростью легко, а вот перестроить П-контур...

...........................

Или насыщающийся ферритовый сердечник с подмагничиванием постоянным током, как в корректоре строчной развертки телевизора. Но в этом случае гармоники попрут и феррит перегреться может.

Существует возможность регулировать величину индуктивности подмагничиванием с помощью ортогональной обмотки. Для этого даже выпускаются специальные ферриты.

В простейшем случае, например, возьмите сердечник Б18, намотайте 2 обмотки по 10 витков. Одну как обычную, вторую через крепежное отверстие. На вторую подавайте ток подмагничивания (0…1 А). Легко получаем десятикратное изменение индуктивности первой обмотки. Проблема в другом. Для рабочих токов в несколько ампер – рабочая обмотка будет иметь один виток и нужную (максимальную) индуктивность придется получать за счет увеличения объема, а значит и массы феррита.

 

И из области курьезов. Насколько я помню, существует такая разновидность трансформаторов как топологические. У них первичка и вторичка не знают о существовании друг друга :blink: . Поэтому такой объект будет всегда согласован с Вашим фидером. Попробую покопатьса у себя в архиве.

[dronnet 0]

Уже отписал в "Электроника для чайников".

 

На выход кабеля в качестве нагрузки поставить резистор 50 или 75 Ом (согласно волновому сопротивлению кабеля). Далее поставить повторитель на операционном усилителе. И всё. ОУ на нагрузку 100...2000 Ом работать будет. И никаких отражений. !!!!!!!!!!!!

[khach 44]

В простейшем случае, например, возьмите сердечник Б18, намотайте 2 обмотки по 10 витков. Одну как обычную, вторую через крепежное отверстие. На вторую подавайте ток подмагничивания (0…1 А). Легко получаем десятикратное изменение индуктивности первой обмотки. Проблема в другом. Для рабочих токов в несколько ампер – рабочая обмотка будет иметь один виток и нужную (максимальную) индуктивность придется получать за счет увеличения объема, а значит и массы феррита.

 

И из области курьезов. Насколько я помню, существует такая разновидность трансформаторов как топологические. У них первичка и вторичка не знают о существовании друг друга :blink: . Поэтому такой объект будет всегда согласован с Вашим фидером. Попробую покопатьса у себя в архиве.

Было пара конструкции индуктивностей с временем перестройки в десятки миллисекунд. Одна- "серебрянка" продета в двухдырочные сердечники (трансфлюкторы), сложенна петлей, т.е вход и выход с одной стороны. Вся эта конструкция запихана в катушку от большого герконовго реле.

Вторая- псевдокоаксиал с ферритовы наполнением. Вместо диэлектрика между внешенй оплеткой и внутренней жилой- куча ферритовых бусинок. Эта "колбаса" засунута опять же в катушку от большого герконового реле. Работает, но нужна коррекция по температуре феррита. Но если есть обратная связь-это неособо существенно.

А про топологические трансформаторы, с обмотками которые "не знают о существовании друг друга" и соответственно нарушают закон сохранения энергии :) с удовольствием бы почитал.

А @андр повеселил :-)

[asdf 0]

И из области курьезов. Насколько я помню, существует такая разновидность трансформаторов как топологические. У них первичка и вторичка не знают о существовании друг друга :blink: . Поэтому такой объект будет всегда согласован с Вашим фидером. Попробую покопатьса у себя в архиве.

А про топологические трансформаторы, с обмотками которые "не знают о существовании друг друга" и соответственно нарушают закон сохранения энергии :) с удовольствием бы почитал.

 

Народ, извините за очепятку :) , не топологическиие, а параметрические.

Топологические - это генераторы постоянного тока на сверпроводниках :cranky: .

Нет, не нарушают. Они являются замкнутой консервативной системой где невозможны скачки энергетического состояния. Поэтому до некоторой предельной мощности скачки мощности нагрузки, как равно и скачки мощности источника взаимно не передаются. Но при этом средняя мощность может передаваться как однонаправленно, так и в обоих направлениях.

У них, кстати, можно электрически регулировать коэффициент передачи (эквивалент коэфициента трансформации).

Если найду ссылки на литературу, напишу.