功率合成技術(shù)

功率合成技術(shù)第1頁(yè)/共29頁(yè)1.4.1功率合成電路的作用

功率合成技術(shù)就是將多個(gè)功率放大器的輸出功率疊加起來(lái)，給負(fù)載提供足夠大的輸出功率。

一、功率合成

A，B兩端輸入等值同相功率，C端負(fù)載Rc獲得兩輸入功率的合成，而D端負(fù)載Rd

上無(wú)功率輸出。第2頁(yè)/共29頁(yè)

A，B兩端輸入等值同相功率，C端負(fù)載Rc獲得兩輸入功率的合成，而D端負(fù)載Rd

上無(wú)功率輸出。

A、B兩輸入端輸入等值反相功率，D端負(fù)載Rd

獲得兩輸入功率的合成，而C端負(fù)載Rc

上無(wú)功率輸出。

第3頁(yè)/共29頁(yè)二、彼此隔離

當(dāng)Rd

和Rc

之間滿足特定關(guān)系時(shí)，A、B兩輸入端彼此隔離，任一端功率放大器的工作狀態(tài)變化或損壞時(shí)，不會(huì)影響另一端功率放大器的工作狀態(tài)，并維持原輸出功率。

第4頁(yè)/共29頁(yè)三、功率分配

當(dāng)Ra=Rb

時(shí)，將功率放大器加在D端，功率放大器的輸出功率均等地分配給Ra

和Rb，且它們之間是反相的，而C端無(wú)功率輸出。

將功率放大器加C端，功率放大器的輸出功率均等地分配給Ra

和Rb，且它們之間是同相的，而D端無(wú)功率輸出。第5頁(yè)/共29頁(yè)一個(gè)理想的功率合成電路應(yīng)該具有以下特點(diǎn)：①N

個(gè)同類型的功率放大器，它們的輸出振幅相等，通過(guò)功率合成器輸出給負(fù)載的功率應(yīng)等于各功率放大器輸出功率的和。②與功率合成器連接的各功率放大器彼此隔離，任何一個(gè)功率放大器發(fā)生故障時(shí)，不影響其他放大器的功率輸出。

實(shí)現(xiàn)功率合成的電路種類很多，一般都由無(wú)源元件組成，統(tǒng)稱為魔T混合網(wǎng)絡(luò)。在實(shí)際應(yīng)用中，往往需要功率合成電路具有寬帶特性，這種功率合成電路由傳輸線變壓器構(gòu)成。

第6頁(yè)/共29頁(yè)1.4.2傳輸線變壓器一、變壓器和傳輸線的工作頻帶

高頻變壓器：由于線圈的漏感和匝間分布電容的作用，其上限頻率只能工作在幾十兆赫，下限頻率受有限激磁電感量的限制。

傳輸線：傳輸線就是連接信號(hào)源和負(fù)載的兩根導(dǎo)線，它的上限頻率與導(dǎo)線長(zhǎng)度l

有關(guān)，l越小，上限頻率fH

越高。當(dāng)信號(hào)波長(zhǎng)遠(yuǎn)大于導(dǎo)線長(zhǎng)度時(shí)，傳輸線就是兩根普通的連接線，它的下限頻率為零。第7頁(yè)/共29頁(yè)傳輸線如圖1–4–3所示。圖1-4-3傳輸線

設(shè)上限頻率fH

對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)為

min

,取**可以認(rèn)為：在上限頻率范圍內(nèi)，線上電壓和電流出處相等。（條件：傳輸線是無(wú)損耗的，即Rs=RL=Zc）

v1=v2=v，i1=i2=i

第8頁(yè)/共29頁(yè)二、傳輸線變壓器的工作原理傳輸線變壓器原理圖如圖1–4–4(a)所示。將傳輸線繞于磁環(huán)上便構(gòu)成傳輸線變壓器。傳輸線可以是同軸電纜、雙絞線、或帶狀線，磁環(huán)一般是鎳鋅高磁導(dǎo)率的鐵氧體。

第9頁(yè)/共29頁(yè)參見圖1–4–4(b)，在高頻時(shí)，傳輸線變壓器以電磁能交替變換的傳輸方式傳送能量。如圖

1–4–4(c)所示，在低頻時(shí)，由于傳輸線繞在磁環(huán)上，1端和2端與3端和4端的短導(dǎo)線成為較大的電感線圈，避免了信號(hào)源和負(fù)載被短接，實(shí)現(xiàn)了倒相作用。能量通過(guò)傳輸線方式和磁耦合方式傳送。第10頁(yè)/共29頁(yè)三、傳輸線變壓器功能

1．對(duì)稱與不對(duì)稱變換對(duì)稱

–不對(duì)稱變換，將對(duì)地對(duì)稱的雙端輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換為對(duì)地不對(duì)稱的單端輸出信號(hào)，如圖1–4–6(a)所示。圖1-4-6對(duì)稱與不對(duì)稱變壓器(a)對(duì)稱-不對(duì)稱(b)不對(duì)稱-對(duì)稱第11頁(yè)/共29頁(yè)不對(duì)稱–對(duì)稱變換，將對(duì)地不對(duì)稱的單端輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換為對(duì)地對(duì)稱的雙端輸出信號(hào)，如圖1–4–6(b)所示。(a)對(duì)稱–不對(duì)稱(b)不對(duì)稱–對(duì)稱第12頁(yè)/共29頁(yè)

2．阻抗變換器

傳輸線變壓器可以構(gòu)成阻抗變換器，由于結(jié)構(gòu)的限制，通常只能實(shí)現(xiàn)特定的阻抗比的變換。

4:1阻抗變換器如圖1–4–7(a)所示，圖中阻抗關(guān)系為第13頁(yè)/共29頁(yè)實(shí)現(xiàn)4:1的阻抗變換。傳輸線變壓器的特性阻抗為第14頁(yè)/共29頁(yè)

1:4阻抗變換器如圖1–4–7(b)所示，圖中阻抗關(guān)系為實(shí)現(xiàn)1:4的阻抗變換。傳輸線變壓器的特性阻抗為第15頁(yè)/共29頁(yè)1.4.3用傳輸線變壓器構(gòu)成的

魔T混合網(wǎng)絡(luò)一、功率合成

輸入信號(hào)接在A端和B端，根據(jù)節(jié)點(diǎn)方程

i=ia-id，i=id-ib

第16頁(yè)/共29頁(yè)i=ia-id，i=id-ib

求出

而ic=2i=ia-ib

第17頁(yè)/共29頁(yè)i=ia-id，i=id-ib

ic=2i=ia-ib

1．輸入為等值反相信號(hào)

ia=ib=Imsin

t，va=vb=Vmsin

t

因?yàn)?/p>

ic=0，所以

C端無(wú)功率輸出。

vd=va+vb=2Vmsin

t，第18頁(yè)/共29頁(yè)

ia=ib=Imsin

t，va=vb=Vmsin

t

因?yàn)閕c=0所以C端無(wú)功率輸出。

vd=va+vb=2Vmsin

t，D端的輸出功率輸出功率為A端輸入功率和B端輸入功率的和。每個(gè)功率放大器的等效負(fù)載第19頁(yè)/共29頁(yè)2．輸入為等值同相信號(hào)

ia=-ib=Imsin

t，

va=-vb=Vmsin

t

因?yàn)閕d=0所以D端無(wú)功率輸出。

vc=va=-vb=Vmsin

t，

ic=ia-ib=2Imsin

tC端的輸出功率輸出功率為A端輸入功率和B端輸入功率的和。第20頁(yè)/共29頁(yè)2．輸入為等值同相信號(hào)

ia=-ib=Imsin

t，

va=-vb=Vmsin

t

因?yàn)閕d=0，所以D端無(wú)功率輸出。

vc=va=-vb=Vmsin

t，

ic=ia-ib=2Imsin

tC端的輸出功率輸出功率為A端輸入功率和B端輸入功率的和。每個(gè)功率放大器的等效負(fù)載第21頁(yè)/共29頁(yè)

3．異常輸入情況ia

ib，va

vb

根據(jù)電路的約束條件將代入并整理，求解出第22頁(yè)/共29頁(yè)

若取ia僅與va

有關(guān)，ib

僅與vb

有關(guān)。實(shí)現(xiàn)了A端和B端的隔離，稱為A、B間的隔離條件。

第23頁(yè)/共29頁(yè)二、功率分配

1．同相功率分配同相功率分配電路如圖

1–4–9(a)所示。

ic=2i

，ia=i

-

id

，ib=i+id，vd=idRd=iaRa

-ibRb整理得到第24頁(yè)/共29頁(yè)圖

1–4–9功率分配電路(a)同相ic=2i

，ia=i

-

id

，ib=i+id

，vd=idRd=iaRa

-

ibRb取Ra=Rb=R

則

id=0D端無(wú)功率輸出。

ia=ib=ic

/2A端和B端獲得等值同相功率。

C端的等效負(fù)載為R/2。第25頁(yè)/共29頁(yè)圖

1–4–9功率分配電路(b)反相

2．反相功率分配反相功率分配電路如圖

1–4–9(b)所示。

同理可以證明：當(dāng)R