傳輸線變壓器

1、3.5,集成高頻功率放大器及其應(yīng)用,M57704,M57704,系列高頻功放是一種厚膜混,合集成電路,同樣也包括多個(gè)型號,頻率范圍為,335,MHz,512 MHz,其中,M57704H,為,450 MHz,470,MHz,可用于頻率調(diào)制移動(dòng)通信系統(tǒng),微帶線又稱微帶傳輸線,是用介質(zhì)材料把單根,帶狀導(dǎo)體與接地金屬板隔離而構(gòu)成,微帶線的電性能,如,特性阻抗、帶內(nèi)波長、損耗和功率,容量,等,與絕緣基板的介電系數(shù)、基板厚度,H,和帶狀導(dǎo)體寬,度,W,有關(guān)。實(shí)際使用時(shí),微帶線是采用雙面敷銅板,在上面,作出各種圖形,構(gòu)成電感、電容等各種微帶元件,從而組成,諧振電路,濾波器以及阻抗變換器,等,多級,LC,網(wǎng)

2、絡(luò),完成檢,波,差分放大,調(diào)整管,微帶線,濾波匹配,高頻集,成功放,調(diào)整管,是穩(wěn)壓電源中的,輸出功率管,它在穩(wěn),壓電源電路中相當(dāng),可調(diào)電阻,隨輸入電壓的波動(dòng),由取樣管取樣后隨時(shí)調(diào)整該管的導(dǎo)通程度，以達(dá),到輸出電壓穩(wěn)定的目的。整該管的導(dǎo)通程度不同,調(diào)整管,CE,間的電壓也不同。輸入電壓高時(shí)調(diào)整管,CE,間的電壓高。輸入電壓低時(shí)調(diào)整管,CE,間的電,壓就低。比穩(wěn)壓輸出高的電壓全部加在調(diào)整管上,了,調(diào)整管的功率損耗大，所以調(diào)整管都有散熱器,1,寬帶高頻功率放大器,以,LC,諧振回路為輸出電路的功率放大器，由于其,相對通頻帶,B,f,o,只有百分之幾甚至千分之幾，所以,又稱為,窄帶高頻功率放大器。由于

3、調(diào)諧系統(tǒng)復(fù)雜,窄帶功率放大器的運(yùn)用就受到了很大的限制,3.6,寬帶高頻功率放大器與功率合成,近年來一種新穎的,能夠在很寬的波段內(nèi)實(shí)現(xiàn),不調(diào)諧,工作的寬頻帶功率放大器,得到了迅速的推廣,一般來說,在,400MHz,以下的甚高頻,VHF,段,匹配網(wǎng),絡(luò)通常采用,LC,元件組成,而在,400 MHz,以上的超高頻,UHF,段,則需使用,微帶線,組成匹配網(wǎng)絡(luò),或使用,微帶線,和,LC,元件混合組成,寬帶功率放大器，實(shí)際上就是一種,以非調(diào)諧單元,作為輸出匹配電路的功率放大器。它是以頻率特性,很寬的,傳輸線變壓器,代替了電阻、電容或電感線,圈作為其輸出電路,寬頻帶功率放大器,沒有選頻作用,因此諧波的,抑制

4、成了一個(gè)重要的問題。為此，放大管的工作,狀態(tài)就只能選在非線性失真比較小的,甲類或甲乙,類狀態(tài),效率較低，輸出功率小,也就是說,寬頻帶放大器是以犧牲效率和功率作為代價(jià),來換取寬頻帶輸出的,1,傳輸線變壓器,傳輸線變壓器是將兩根等長的導(dǎo)線緊靠在一起，并繞在,高,導(dǎo)磁率低損耗,的磁芯上構(gòu)成的。最高工作頻率可擴(kuò)展到幾百,兆赫甚至上千兆赫,傳輸線變壓器與普通變壓器在傳輸能量的方式上是不相同的，傳輸線變,壓器負(fù)載兩端的電壓不是次級感應(yīng)電壓，而是傳輸線的,終端電壓,兩根導(dǎo)線緊靠在一起，所以導(dǎo)線任意長度處,的,線間電容很大,且在整個(gè)線上均勻分布,u,1,u,2,在傳輸線變壓器中，線間的分布電容不影響高頻能量的

5、傳輸,電磁波以,電磁能交換的形式,在導(dǎo)線間介質(zhì)中傳播的,u,s,u,s,u,s,R,L,R,L,R,L,R,s,R,s,R,s,a,結(jié)構(gòu)示意圖,c,普通變壓器的原理電路,b,原理電路圖,u,1,u,2,u,1,u,2,1) 1,1,傳輸線變壓器,常用傳輸線變壓器,1,1,傳輸線變壓器，又叫,1,1,倒相（反相）變壓器。當(dāng)傳輸線無損時(shí),可以認(rèn)為,u,1,u,2,和,i,1,i,2,等值異號,u,s,R,L,R,s,u,1,u,2,i,1,i,2,如果傳輸線的特性阻抗,傳輸線輸出端的等效阻抗為,輸入端,1,3,端）的等效阻抗為,為了實(shí)現(xiàn)傳輸線變壓器與負(fù)載的匹配，要求,為了實(shí)現(xiàn)信號源與傳輸線變壓器的

6、匹配，要求,1,1,傳輸線變壓器，最佳匹配狀態(tài)應(yīng)該滿足,滿足最佳功率傳輸條件的傳輸線特性阻抗為,1,1,傳輸線變壓器具有最大的功率輸出,但實(shí)際上，在各種放大電路,中,R,L,正好等于信號源內(nèi)阻的情況是很少的。因此,1,1,傳輸線變壓器很少,用作阻抗匹配元件，而更多的是用來作為,倒相器,或進(jìn)行,不平衡,平衡以及,平衡,不平衡轉(zhuǎn)換,傳輸線變壓器的功能,2,平衡與不平衡電路的轉(zhuǎn)換,不平衡的輸入信號源,得到兩個(gè)大小相等,對地反相,的電壓輸出,對地平衡的雙端輸入信號,得到兩個(gè)大小相等,對地不平衡的電壓輸出,u,s,R,s,u,s,u,s,u,s,R,s,R,s,R,L,R,L,R,L,R,L,R,s,u

7、,1,u,1,u,2,u,2,i,2,i,1,i,1,i,2,3) 1,4,和,4,1,傳輸線變壓器,1,4,傳輸線變壓器是把負(fù)載阻抗降為,1/4,倍以便和信號源相匹配。在負(fù),載匹配的條件下，有,u,1,u,2,u,和,i,1,i,2,i,由于變壓器的,1,端與,4,端相連,輸入端,1,端與,3,端的電壓為,u,負(fù)載,R,L,上的電壓為,u,1,u,2,2,u,輸入端,1,的電流為,i,1,i,2,2,i,且,u,1,u,1,u,2,u,2,i,2,2,u,i,1,i,1,i,2,2,u,i,傳輸線變壓器的輸入阻抗為,傳輸線變壓器把負(fù)載,R,L,變換為,R,L,4,實(shí)現(xiàn)了,1,4,的阻抗變換,

8、i,如果把輸入端和輸出端,對調(diào),就成為,4,1,傳輸線變,壓器,4,1,傳輸線變壓器把負(fù)載阻抗升高,4,倍和信號,源匹配，由電壓電流關(guān)系不難證明該變壓器具有,4,1,的阻抗變換作用,R,s,u,s,u,s,R,s,R,L,R,L,u,1,i,1,i,2,理想的功率合成器不但應(yīng)具有,功率合成,的功能,還必須在,其輸入端使與其相接的前級各功率放大器,互相隔離,即當(dāng)其中某一個(gè)功率放大器損壞時(shí),相鄰的其它功率放大器的,工作狀態(tài)不受影響,僅僅是功率合成器輸出總功率減小一些,3.6.2,功率合成技術(shù),定義,利用多個(gè)功率放大電路,同時(shí),對輸入信號進(jìn)行放大,然后設(shè)法將各個(gè)功放的輸出信號相加,這樣得到的總輸出,

9、功率可以遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于單個(gè)功放電路的輸出功率，這就是功率,合成技術(shù),利用功率合成技術(shù)可以獲得,幾百瓦甚至上千瓦,的高頻輸出功率,功率合成器的作用,功率合成器,就是采用多,個(gè)高頻晶體管,使它們產(chǎn),生的高頻功率在一個(gè)公共,負(fù)載上相加,D,C,A,B,功率合成網(wǎng)絡(luò)和分配網(wǎng)絡(luò)是以傳輸線變壓器為基礎(chǔ)構(gòu)成的,兩者的差別僅在于端口的連接方式不同，這類網(wǎng)絡(luò)通稱為,混合網(wǎng)絡(luò),一、功率合成器與分配器,C,D,兩端是相互隔離的,A,B,兩端也是相互隔離的,D,C,A,B,功率合成器原理方框圖,對功率合成器的基本要求,一個(gè)合成器需要若干個(gè)相同類型的功率放大器,各放大器之間彼此應(yīng)互相隔離,混合,基本單元,信號源,負(fù)載,放大器

10、,電路,40W,20W,20W,10W,10W,50W,50W,100W,100W,200W,8W,實(shí)現(xiàn)理想功率合成的關(guān),鍵是,魔,T,型混合網(wǎng)絡(luò),Hybrid Circuit,。魔,T,型,混合網(wǎng)絡(luò)有四個(gè)端點(diǎn)，分別,是,A,端,B,端,C,端和,D,端,如圖所示。它的作用是,1,C,端為同相功率合成端。當(dāng),A,B,兩端輸入等值,而,D,端負(fù)載,D,R,上無功率輸出,C,R,上獲得兩輸入功率的合成,同相,功率時(shí),C,端負(fù)載,D,端為,反相,功率合成端。當(dāng),A,B,兩端輸入等值,反相,功率時(shí),D,端負(fù)載,D,R,上獲得兩輸入功率的合成，而,C,端,負(fù)載,上無功率輸出,C,R,間滿足特定關(guān)系時(shí),當(dāng)

11、,C,端和,D,端的負(fù)載,D,R,C,R,A,B,兩輸入端彼此隔離。即任一端功率放大器的工作狀,態(tài)變化或損壞時(shí)，不會影響另一端功率放大器的工作狀,態(tài)，并維持其原輸出功率,4,利用該網(wǎng)絡(luò)還可實(shí)現(xiàn)功率分配的功能。當(dāng),A,B,R,R,時(shí)，加在,D,端的功率放大器將其輸出功率均等地,輸出；加到,C,端的功率放大器將其輸出功率均等地分配,給,A,R,和,B,R,且它們之間是,同相,的，而,D,端無功率輸出,且它們之間是,反相,的，而,C,端無功率,A,R,和,B,R,分配給,魔,T,網(wǎng)絡(luò)等效為,D,C,A,B,如果在,A,B,端輸入同相（反相）等值功率時(shí)，可在,C,D,端,得到,合成功率,如果在,C,D

12、,端輸入功率，則可在,A,B,得,到等值同相（異相）功率，即,功率分配,為了實(shí)現(xiàn)阻抗匹配,要求,D,端輸出（或輸入）信號必須是對地對稱的。如果,D,端信號由一端接地，就需要再加入一個(gè),1,1,的傳輸線變壓,器來完成由,不平衡到平衡的轉(zhuǎn)換,二、功率合成網(wǎng)絡(luò),_,D,C,E,a,E,b,_,i,d,i,c,i,b,i,i,u,_,u,_,u,d,_,u,c,_,C,A,B,D,R,b,R,a,R,c,R,d,i,a,1,2,1,2,a,b,c,a,b,d,a,b,i,i,i,i,i,i,i,i,i,d,B,A,d,d,d,B,A,d,R,u,u,R,u,i,u,u,u,u,2,由上式可得,因?yàn)?則

13、,i,i,i,i,i,i,i,i,c,d,b,d,a,2,D,C,E,a,_,E,b,_,i,d,i,c,i,b,i,i,u,_,u,_,u,d,_,u,c,_,C,A,B,D,R,b,R,a,R,c,R,d,i,a,當(dāng)反相激勵(lì)時(shí)，即,E,a,E,b,u,A,-u,B,2,2,2,d,b,a,d,d,d,b,b,a,A,R,R,R,R,R,i,u,i,u,i,u,R,要,因,此,要,達(dá),到,匹,配,需,0,0,0,d,a,b,c,D,d,d,a,A,b,B,A,B,C,i,i,i,i,i,P,I,U,I,U,I,U,P,P,P,信號源的等效負(fù)載為,這說明，當(dāng)在,A,B,端輸入等值異相功率時(shí)，在

14、,D,端合成輸,出，而,C,端沒輸出,1,2,1,2,a,b,c,a,b,d,a,b,i,i,i,i,i,i,i,i,i,d,B,A,d,d,d,B,A,d,R,u,u,R,u,i,u,u,u,u,2,當(dāng)同相激勵(lì)時(shí)，即,E,a,-E,b,u,A,u,B,c,c,c,b,B,a,A,b,a,d,B,A,C,C,c,c,b,a,c,b,a,d,B,A,d,R,i,u,i,u,i,u,R,R,R,P,P,P,IU,U,I,P,i,i,i,i,i,i,i,i,C,B,A,u,u,u,u,2,2,0,2,2,0,0,0,三,點(diǎn),同,電,位,即,信號源的匹配負(fù)載為,合成功率為,這說明，當(dāng)在,AB,端輸入等

15、值同相功率時(shí)，在,C,端合成輸,出，而,D,端沒輸出,1,2,1,2,a,b,c,a,b,d,a,b,i,i,i,i,i,i,i,i,i,d,B,A,d,d,d,B,A,d,R,u,u,R,u,i,u,u,u,u,2,所以，用傳輸變壓器構(gòu)成的魔體,T,網(wǎng)絡(luò)做功率合成器時(shí)，要,保證阻抗匹配和有效隔離，就必須滿足下列條件,二、功率分配網(wǎng)絡(luò),從,C,端輸入信號,A,B,上獲得,同相,等功率的信號，即可以看作,同相,功率分配器,D,端無輸出,為了實(shí)現(xiàn)阻抗匹配，要求,3,2,1,R,b,R,a,R,c,R,d,E,c,_,E,d,_,B,C,D,A,i,a,i,b,i,c,i,d,u,_,u,_,u,C

16、,_,u,D,_,i,i,從,D,端輸入信號,A,B,上獲得,反相,等功率的信號，即可以看作,反,相,功率分配器,C,端無輸出,反相功率分配,三、二分配器、四分配器,弄清楚電阻的大小比例關(guān)系,利用,混合網(wǎng)絡(luò)做功率合成和分配器時(shí)，只,要滿足匹配和隔離條件,R,d,2R,a,2R,b,4R,c,那么在,A,B,等值,反相,同相,輸入功率，則,可在,D,C,端獲得合成功率。反之，如果在,D,C,端輸入功率時(shí)，可在,A,B,端獲得均,勻等值,反相,同相,分配功率。而且每個(gè)放,大器不會互相影響,如果不滿足上述匹配和隔離條件，則分配就不會均,等，因此必須在非合成端加,吸收電阻,總之,反相,合成,反相分配,圖,反相功率合成器的原理線路,R=4R,T1,R,1,4R,T,R,1,T,2,R,T,B,A,V,1,A,T,1,R,T1,R,E,S,B,V,2