寬帶高頻功率放大器

5.4寬帶高頻功率放大器以諧振回路為輸出電路的功率放大器，因其相對通頻帶只有百分之幾甚至千分之幾，因此又稱為窄帶高頻功率放大器。這種放大器比較適用于固定頻率或頻率變換范圍較小的高頻設(shè)備，如專用的通訊機、微波激勵源等。除了諧振回路以外，常用于高頻功放電路負載還有普通變壓器和傳輸線變壓器兩類。這種以非諧振網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的放大器能夠在很寬的波段內(nèi)工作且不需調(diào)諧，稱之為寬帶高頻功率放大器。以高頻變壓器作為負載的功率放大器最高工作頻率可達幾百千赫至十幾兆赫，但當工作頻率更高時，由于線圈漏感和匝間分布電容的作用，其輸出功率將急劇下將，這不符合高頻電路的要求，因此很少使用。以傳輸線變壓器作為負載的功率放大器，上限頻率可以達到幾百兆赫乃至上千兆赫，它特別適合要求頻率相對變化范圍較大和要求迅速更換頻率的發(fā)射機，而且改變工作頻率時不需要對功放電路重新調(diào)諧。本節(jié)重點分析傳輸線變壓器的工作原理，并介紹其主要應(yīng)用。5.4.1傳輸線變壓器1.傳輸線變壓器的結(jié)構(gòu)及工作原理傳輸線變壓器是將傳輸線（雙絞線、帶狀線、或同軸線）繞在高導磁率鐵氧體的磁環(huán)上構(gòu)成的。如圖5-24（a）所示為1:1傳輸線變壓器的結(jié)構(gòu)示意圖。傳輸線變壓器是基于傳輸線原理和變壓器原理二者相結(jié)合而產(chǎn)生的一種耦合元件，它是以傳輸線方式和變壓器方式同時進行能量傳輸。對于輸入信號的高頻頻率分量是以傳輸線方式為主進行能量傳輸?shù)?；對于輸入信號的低頻頻率分量是以變壓器方式為主，頻率愈低，變壓器方式愈突出。如圖5-24(b)為傳輸線方式的工作原理圖，圖中，信號電壓從1、3端輸入，經(jīng)傳輸線變壓器的傳輸，在2、4端將能量傳到負載上。如果信號的波長與傳輸線的長度相比擬，兩根導線固有的分布電感和相互間的分布電容就構(gòu)成了傳輸線的分布參數(shù)等效電路，如圖5-24(d)所示。若認為分布參數(shù)為理想?yún)?shù)，信號源的功率全部被負載所吸收，而且信號的上限頻率將不受漏感、分布電容及高導磁率磁芯的限制，可以達到很高。圖5-241圖5-241:1傳輸線變壓器的結(jié)構(gòu)示意圖及等效電路在以變壓器方式工作時，信號電壓從1、2端輸入，3、4端輸出。如圖5-24(c)所示為變壓器方式的工作原理圖。由于輸入、輸出線圈長度相同，由圖5-24（c）可知，這是一個1:1的倒相變壓器。由上分析可見，傳輸線變壓器具有良好的寬頻帶特性。2.傳輸線變壓器的應(yīng)用上面我們對傳輸線變壓器的結(jié)構(gòu)及工作原理做了分析和討論，下面介紹幾種常用的傳輸線變壓器，按照變壓器的工作方式，傳輸線變壓器常用作極性變換，平衡－不平衡變換和阻抗變換等。（1）極性變換傳輸線變壓器作極性變換電路，就是前面提到的1:1的倒相傳輸線變壓器,如圖5-24(c)所示。在信號源的作用下，初級繞組1、2端有電壓,其極性1端為正，2端為負；在的作用下，通過電磁感應(yīng)，在變壓器次級3、4端產(chǎn)生電壓，且＝，極性為3端為正，4端為負。由于3端接地，所以負載電阻上的電壓與3、4端電壓的極性相反，即實現(xiàn)了倒相作用。（2）平衡－不平衡變換如圖4.26是傳輸線用作平衡－不平衡變換電路。圖5-25（a）為平衡輸入變換為不平衡輸出電路。輸入端兩個信號源的電壓和內(nèi)阻均相等，分別接在地線的兩旁，稱這種接法為平衡。輸出端負載只是單端接地，稱為不平衡。圖5-25（b）為不平衡輸入變換為平衡輸出電路。（3）阻抗變換為了使放大器阻抗匹配，傳輸線變壓器必須具有阻抗變換作用。由于傳輸線變壓器的結(jié)構(gòu)的特殊性，它不能象普通變壓器那樣，依靠改變初、次級繞組的匝數(shù)比可以實現(xiàn)任何阻抗比的變換，而只能完成某些特定阻抗比的變換，如4:1、9:1、16:1等，或1:4、1:9、1: