传输线变压器

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1、 微带线又称微带传输线, 是用介质材料把单根带状导体与接地金属板隔离而构成.第1页/共37页第一页，编辑于星期日：九点 四十四分。 微带线的电性能, 如特性阻抗、带内波长、损耗和功率容量等, 与绝缘基板的介电系数、基板厚度H和带状导体宽度W有关。实际使用时, 微带线是采用双面敷铜板, 在上面作出各种图形, 构成电感、电容等各种微带元件, 从而组成谐振电路、 滤波器以及阻抗变换器等。 第2页/共37页第二页，编辑于星期日：九点 四十四分。多级LC网络完成检波差分放大调整管微带线（滤波匹配）高频集成功放第3页/共37页第三页，编辑于星期日：九点 四十四分。 调整管-是稳压电源中的输出功率管。它在稳

2、压电源电路中相当可调电阻，随输入电压的波动，由取样管取样后随时调整该管的导通程度，以达到输出电压稳定的目的。整该管的导通程度不同。调整管CE间的电压也不同。输入电压高时调整管CE间的电压高。输入电压低时调整管CE间的电压就低。比稳压输出高的电压全部加在调整管上了。 调整管的功率损耗大，所以调整管都有散热器。 第4页/共37页第四页，编辑于星期日：九点 四十四分。1 宽带高频功率放大器 以LC谐振回路为输出电路的功率放大器，由于其相对通频带B/ fo只有百分之几甚至千分之几，所以又称为窄带高频功率放大器。由于调谐系统复杂，窄带功率放大器的运用就受到了很大的限制。 3.63.6宽带高频功率放大器与

3、功率合成 近年来一种新颖的，能够在很宽的波段内实现不调谐工作的宽频带功率放大器得到了迅速的推广。 一般来说, 在400MHz以下的甚高频(VHF)段, 匹配网络通常采用LC元件组成, 而在400 MHz以上的超高频(UHF)段, 则需使用微带线组成匹配网络, 或使用微带线和LC元件混合组成。 第5页/共37页第五页，编辑于星期日：九点 四十四分。 宽带功率放大器，实际上就是一种以非调谐单元作为输出匹配电路的功率放大器。它是以频率特性很宽的传输线变压器，代替了电阻、电容或电感线圈作为其输出电路 。 宽频带功率放大器没有选频作用。因此谐波的抑制成了一个重要的问题。为此，放大管的工作状态就只能选在非

4、线性失真比较小的甲类或甲乙类状态，效率较低，输出功率小。也就是说宽频带放大器是以牺牲效率和功率作为代价 来换取宽频带输出的 。 第6页/共37页第六页，编辑于星期日：九点 四十四分。1. 传输线变压器 传输线变压器是将两根等长的导线紧靠在一起，并绕在高导磁率低损耗的磁芯上构成的。最高工作频率可扩展到几百兆赫甚至上千兆赫。 第7页/共37页第七页，编辑于星期日：九点 四十四分。 传输线变压器与普通变压器在传输能量的方式上是不相同的，传输线变压器负载两端的电压不是次级感应电压，而是传输线的终端电压。 两根导线紧靠在一起，所以导线任意长度处的线间电容很大，且在整个线上均匀分布。 u1u2 在传输线变

5、压器中，线间的分布电容不影响高频能量的传输，电磁波以电磁能交换的形式在导线间介质中传播的。 usususRLRLRLRsRsRs(a) 结构示意图(c) 普通变压器的原理电路(b) 原理电路图u1u2u1u2第8页/共37页第八页，编辑于星期日：九点 四十四分。(1) 1：1传输线变压器 常用传输线变压器 1：1传输线变压器，又叫1：1倒相（反相）变压器。当传输线无损时，可以认为u1=u2和i1=i2。等值异号。usRLRsu1u2i1i2如果传输线的特性阻抗： 传输线输出端的等效阻抗为：输入端（1、3端）的等效阻抗为 ：为了实现传输线变压器与负载的匹配，要求： 为了实现信号源与传输线变压器的

6、匹配，要求： 1：1传输线变压器，最佳匹配状态应该满足 ：满足最佳功率传输条件的传输线特性阻抗为： 1：1传输线变压器具有最大的功率输出。但实际上，在各种放大电路中RL正好等于信号源内阻的情况是很少的。因此，1：1传输线变压器很少用作阻抗匹配元件，而更多的是用来作为倒相器，或进行不平衡-平衡以及平衡-不平衡转换。 第9页/共37页第九页，编辑于星期日：九点 四十四分。 传输线变压器的功能第10页/共37页第十页，编辑于星期日：九点 四十四分。(2)(2)平衡与不平衡电路的转换不平衡的输入信号源，得到两个大小相等，对地反相的电压输出。对地平衡的双端输入信号，得到两个大小相等，对地不平衡的电压输出

7、。第11页/共37页第十一页，编辑于星期日：九点 四十四分。usRsusususRsRsRLRLRLRLRsu1u1u2u2i2i1i1+ i2(3) 1：4和4：1传输线变压器 1：4传输线变压器是把负载阻抗降为1/4倍以便和信号源相匹配。在负载匹配的条件下，有 u1=u2=u和，i1=i2=i 由于变压器的1端与4端相连，输入端1端与3端的电压为u，负载RL上的电压为u1+u2=2u，输入端1的电流为i1+i2=2i，且u1u1u2u2i22ui1i1+ i2+2u-i传输线变压器的输入阻抗为 ：传输线变压器把负载RL变换为RL/4，实现了1：4的阻抗变换。 i第12页/共37页第十二页，

8、编辑于星期日：九点 四十四分。 如果把输入端和输出端对调就成为4：1传输线变压器。4 4：1 1传输线变压器把负载阻抗升高4 4倍和信号源匹配，由电压电流关系不难证明该变压器具有4 4：1 1的阻抗变换作用。 RsususRsRLRLu1i1+ i2第13页/共37页第十三页，编辑于星期日：九点 四十四分。 理想的功率合成器不但应具有功率合成的功能, 还必须在其输入端使与其相接的前级各功率放大器互相隔离。 即当其中某一个功率放大器损坏时, 相邻的其它功率放大器的工作状态不受影响, 仅仅是功率合成器输出总功率减小一些。 3.6.2 功率合成技术定义：利用多个功率放大电路同时对输入信号进行放大,

9、然后设法将各个功放的输出信号相加, 这样得到的总输出功率可以远远大于单个功放电路的输出功率，这就是功率合成技术。 利用功率合成技术可以获得几百瓦甚至上千瓦的高频输出功率。 第14页/共37页第十四页，编辑于星期日：九点 四十四分。 功率合成器的作用功率合成器的作用功率合成器功率合成器, , 就是采用多就是采用多个高频晶体管个高频晶体管, , 使它们产使它们产生的高频功率在一个公共生的高频功率在一个公共负载上相加。负载上相加。DCAB功率合成网络和分配网络是以传输线变压器为基础构成的，两者的差别仅在于端口的连接方式不同，这类网络通称为“混合网络”。一、功率合成器与分配器第15页/共37页第十五页

10、，编辑于星期日：九点 四十四分。C、D两端是相互隔离的；A、B两端也是相互隔离的。DCAB第16页/共37页第十六页，编辑于星期日：九点 四十四分。功率合成器原理方框图 对功率合成器的基本要求：对功率合成器的基本要求：一个合成器需要若干个相同类型的功率放大器。一个合成器需要若干个相同类型的功率放大器。各放大器之间彼此应互相隔离。各放大器之间彼此应互相隔离。第17页/共37页第十七页，编辑于星期日：九点 四十四分。 实现理想功率合成的关键是实现理想功率合成的关键是魔魔T型混合网络型混合网络（Hybrid Circuit）。魔）。魔T型混合网络有型混合网络有四个端点，分别是四个端点，分别是A端、端

11、、B端、端、C端和端和D端，如图所示。它的作端，如图所示。它的作用是：用是： 1） C端为同相功率合成端。当端为同相功率合成端。当A、B两端输入等值两端输入等值而而D D端端负载负载 DR上无功率输出。上无功率输出。 CR上获得两输入功率的合成，上获得两输入功率的合成，同相同相功率时，功率时，C C端负载端负载 第18页/共37页第十八页，编辑于星期日：九点 四十四分。 ）D D端为端为反相反相功率合成端。当功率合成端。当A A、B B两端输入等值两端输入等值反相反相功率功率时，时，D D端负载端负载 DR上获得两输入功率的合成，而上获得两输入功率的合成，而C端端负载负载 上无功率输出。上无功

12、率输出。 CR间满足特定关系时，间满足特定关系时，）当当C端和端和D端的负载端的负载 DRCR、 A A、B B两输入端彼此隔离。即任一端功率放大器的工作状态两输入端彼此隔离。即任一端功率放大器的工作状态变化或损坏时，不会影响另一端功率放大器的工作状态，变化或损坏时，不会影响另一端功率放大器的工作状态，并维持其原输出功率。并维持其原输出功率。 第19页/共37页第十九页，编辑于星期日：九点 四十四分。4）利用该网络还可实现功率分配的功能。当利用该网络还可实现功率分配的功能。当 ABRR时，加在时，加在D端的功率放大器将其输出功率均等地端的功率放大器将其输出功率均等地输出；加到输出；加到C C端

13、的功率放大器将其输出功率均等地分配给端的功率放大器将其输出功率均等地分配给AR和和 BR且它们之间是且它们之间是同相同相的，而的，而D端无功率输出。端无功率输出。 ，且它们之间是且它们之间是反相反相的，而的，而C端无功率端无功率AR和和 BR分配给分配给 第20页/共37页第二十页，编辑于星期日：九点 四十四分。魔T网络等效为 第21页/共37页第二十一页，编辑于星期日：九点 四十四分。DCAB如果在如果在A、B端输入同相（反相）等值功率时，可在端输入同相（反相）等值功率时，可在C（D）端得）端得到到合成功率合成功率。如果在。如果在C（D）端输入功率，则可在）端输入功率，则可在A（B）得到等值

14、）得到等值同相（异相）功率，即同相（异相）功率，即功率分配功率分配。第22页/共37页第二十二页，编辑于星期日：九点 四十四分。 为了实现阻抗匹配， 要求： D端输出（或输入）信号必须是对地对称的。如果D端信号由一端接地，就需要再加入一个1：1的传输线变压器来完成由不平衡到平衡的转换。二、功率合成网络ia第23页/共37页第二十三页，编辑于星期日：九点 四十四分。1()21)2abcabdabiiiiiiiii （dBAdddBAdRuuRuiuuuu 2由上式可得因为：则： iiiiiiiicdbda2ia第24页/共37页第二十四页，编辑于星期日：九点 四十四分。当反相激励时，即 Ea=E

15、b，uA=-uB2,22dbadddbbaARRRRRiuiuiuR 要要因因此此，要要达达到到匹匹配配，需需0,00dabcDddaAbBABCiiiiiPI UI UI UPPP 信号源的等效负载为信号源的等效负载为： 这说明，当在A、B端输入等值异相功率时，在D端合成输出，而C端没输出。1()21)2abcabdabiiiiiiiii （dBAdddBAdRuuRuiuuuu 2第25页/共37页第二十五页，编辑于星期日：九点 四十四分。当同相激励时，即 Ea=-Eb，uA=uBcccbBaAbadBACCccbacbadBAdRiuiuiuRRRPPPIUUIPiiiiiiiiCBAu

16、uuu22022000 三三点点同同电电位位。、，即即信号源的匹配负载为：合成功率为：这说明，当在AB端输入等值同相功率时，在C端合成输出，而D端没输出。1()21)2abcabdabiiiiiiiii （dBAdddBAdRuuRuiuuuu 2第26页/共37页第二十六页，编辑于星期日：九点 四十四分。所以，用传输变压器构成的魔体所以，用传输变压器构成的魔体T T网络做功率合成器时，要保证网络做功率合成器时，要保证阻抗匹配和有效隔离，就必须满足下列条件：阻抗匹配和有效隔离，就必须满足下列条件：第27页/共37页第二十七页，编辑于星期日：九点 四十四分。二、功率分配网络从C端输入信号,A、B

17、上获得同相等功率的信号，即可以看作同相功率分配器。D端无输出。为了实现阻抗匹配，要求：第28页/共37页第二十八页，编辑于星期日：九点 四十四分。ii从D端输入信号,A、B上获得反相等功率的信号，即可以看作反相功率分配器。C端无输出。 反相功率分配 第29页/共37页第二十九页，编辑于星期日：九点 四十四分。三、二分配器、四分配器 弄清楚电阻的大小比例关系。第30页/共37页第三十页，编辑于星期日：九点 四十四分。 利用利用 混合网络做功率合成和分配器时，只要满足匹配和隔离条件混合网络做功率合成和分配器时，只要满足匹配和隔离条件Rd=2Ra=2Rb=4Rc，那么在，那么在A、B等值等值反相反相

18、（同相同相）输入功率，则可在）输入功率，则可在D（C）端获得合成功率。反之，如果在端获得合成功率。反之，如果在D（C）端输入功率时，可在）端输入功率时，可在A、B端获得均匀等端获得均匀等值值反相反相（同相同相）分配功率。而且每个放大器不会互相影响。）分配功率。而且每个放大器不会互相影响。如果不满足上述匹配和隔离条件，则分配就不会均等，因此必须在非合成端加吸收电阻。总之：第31页/共37页第三十一页，编辑于星期日：九点 四十四分。反相合成反相分配 图 反相功率合成器的原理线路 R=4RT1R1=4RTR1T2RTB A V1AT1RT1RES.BV2DD3. 功率合成器举例第32页/共37页第三

19、十二页，编辑于星期日：九点 四十四分。反相功率合成电路（输出功率反相功率合成电路（输出功率75W）3.6.3 宽带高频功率放大电路第33页/共37页第三十三页，编辑于星期日：九点 四十四分。R275 T8T7T5T6Ze18.5Zc18.5V13DA73DA736 VV2T1T2T3不平衡-平衡转换反相分配1:4阻抗变换反相合成平衡-不平衡转换阻抗变换图 3 - 46 100 W反相功率合成器的实际线路37.5 37.5 18.75 9.375 9.375 DDAABB第34页/共37页第三十四页，编辑于星期日：九点 四十四分。 几种不同封装形式的射频模块第35页/共37页第三十五页，编辑于星期日：九点 四十四分。作业： 3.10 3.11 3.12第36页/共37页第三十六页，编辑于星期日：九点 四十四分。感谢您的观看！第37页/共37页第三十七页，编辑于星期日：九点 四十四分。