第五节宽带阻抗变换2013.3

1、1.5 宽带阻抗变换网络宽带阻抗变换网络1.1.5 5.1 .1 引言引言一、普通变压器及其特性一、普通变压器及其特性1、普通变压器及其等效电路普通变压器的结构及频率特性如图普通变压器的结构及频率特性如图1.4.11.4.1所示。所示。图1.4.1 普通变压器结构图1.4.1参考文章：传输参考文章：传输线变压器在发射线变压器在发射机中的应用机中的应用-百百度文库度文库1普通变压器的电路符普通变压器的电路符号及其等效电路号及其等效电路图 电路符号及其等效电路（a）电路符号 （b）等效电路 1.4.1初级线圈初级线圈电感量电感量初级线初级线圈引线圈引线电感电感初级线圈初级线圈损耗电阻损耗电阻次级线

2、圈次级线圈折合到初折合到初级后的等级后的等效损耗效损耗次级线圈次级线圈折合到初折合到初级后的引级后的引线电感线电感分布分布电容电容2 2、普通变压器的工作原理、普通变压器的工作原理在低频端，由于分布参数可以忽略，其等效电路如图在低频端，由于分布参数可以忽略，其等效电路如图1.4.3(a)1.4.3(a)所示所示。2LLXfLX由于由于，当当下降时，下降时，下降，则下降，则L L的旁路作用的旁路作用LR两端得到的信号幅度下降。两端得到的信号幅度下降。影响增大，使影响增大，使图1.4.3 普通变压器的等效电路（a）低频端的等效电路1.4.13在高频端：因为在高频端：因为L L 大，大，L 可以视为

3、开路。可以视为开路。其等效电路其等效电路如图如图1.4.3(b)1.4.3(b)所示。所示。1.4.1增加时，分布电容，分布电感及漏电增加时，分布电容，分布电感及漏电组成一串联组成一串联fLR2CSL上压降上压降下降，且下降，且与与感的作用使感的作用使谐振回路。在谐振频率谐振回路。在谐振频率12SSfL C处输出处输出最大。最大。由图知，频率由图知，频率图1.4.3 普通变压器的等效电路（b）高频端的等效电路4由以上分析得到的频率响应曲线如图由以上分析得到的频率响应曲线如图1.4.11.4.1（b b）所示。）所示。 普通变压器的波段覆盖系数普通变压器的波段覆盖系数 maxmindfKf 几百

4、maxfMHz几十可达可达 由于分布参数影响，频带受限但是由于分布由于分布参数影响，频带受限但是由于分布参数影响，频带受限。参数影响，频带受限。 图1.4.1 普通变压器的频率特性5 传输线变压器传输线变压器一、传输线变压器的结构1 1、传输线、传输线(TrammsSion-Line)(TrammsSion-Line) 所谓传输线所谓传输线(TrammsSion-Line)(TrammsSion-Line)是指连接信号源和负是指连接信号源和负载的两根导线，如图载的两根导线，如图1.4.4(a1.4.4(a) )所示。所示。 在低频工作时，因信号波长远大于导线长度，传输在低频工作时，因信号波长远

5、大于导线长度，传输线就是两根普通的连接线，因此它的下限频率为零。线就是两根普通的连接线，因此它的下限频率为零。 在高频工作时、因信号波长与导线长度可以比拟，在高频工作时、因信号波长与导线长度可以比拟，导线又平行缠绕，导线又平行缠绕，两导线上的固有分布电感和两导线上的固有分布电感和线间分线间分布电容布电容的影响就不能忽略，如图的影响就不能忽略，如图1.4.4(b)1.4.4(b)所示。所示。6图 1.4.4 传输线 这时在输入信号源的作用下，沿传输线始端这时在输入信号源的作用下，沿传输线始端1 13 3到终端到终端2 24 4的不同位置上，通过导线的电流和线间的的不同位置上，通过导线的电流和线间

6、的电压无论在幅度和相位上都是不同的。电压无论在幅度和相位上都是不同的。 7只有在传输线是无耗、且它的端阻抗是匹配的，只有在传输线是无耗、且它的端阻抗是匹配的，即即 sLcRRZ的情况下，可以证明，它的上限频率的情况下，可以证明，它的上限频率 Hf就越高。就越高。llHf与其长度与其长度有关，有关， 越小，上限频率越小，上限频率若若设上限频率设上限频率 Hf所对应的波长为所对应的波长为minminl取为取为minmin的十分之一到八分之一，即的十分之一到八分之一，即 且且min11( )810l则可近似认为，在上限频率范围内，线上电压和电流幅值则可近似认为，在上限频率范围内，线上电压和电流幅值处

7、处相等（无驻波），即处处相等（无驻波），即12VVV12III82 2、传输线变压器结构、传输线变压器结构图1.4.5 11传输线变压器(a) 结构图 (b) 传输线电路 (c) 等效为1:1的倒相变压器电路 93 3、传输线变压器的工作原理、传输线变压器的工作原理传输线变压器的两种工作方式：传输线变压器的两种工作方式： 低频端：分布电容影响小，变压器工作模式起主要作低频端：分布电容影响小，变压器工作模式起主要作用；用； 高频端：传输线模式起主要作用；初次级线圈之间能高频端：传输线模式起主要作用；初次级线圈之间能量的传播靠线圈之间的分布电容的耦合作用，上限频率量的传播靠线圈之间的分布电容的耦合

8、作用，上限频率 maxf上千MZH波段覆盖波段覆盖 max4min10dfKf：取决于线圈长度及终端匹配程度：受初级线圈中电感量的限制10 当信号由当信号由1.31.3端加入时，利用端加入时，利用 与与 的能量交的能量交换换信息传输。信息传输。 LC 显然，线间分布电容，电感不再影响高频能量的显然，线间分布电容，电感不再影响高频能量的传播，而是电磁波赖以传播的主要因素。传播，而是电磁波赖以传播的主要因素。注意：注意：A A、匹配：外接负载、匹配：外接负载 等于传输线特性阻抗等于传输线特性阻抗 ， LRCZ与结构，尺寸和介质有关。与结构，尺寸和介质有关。 CZCLZC B B、传输线无耗且终端匹

9、配匹配时，沿传输、传输线无耗且终端匹配匹配时，沿传输线上任一位置上的电压，电流幅度处处相等，且线上任一位置上的电压，电流幅度处处相等，且 1,3()iCCZZZR纯电阻11 双线并绕，所以任意长度的线间电容（双线并绕，所以任意长度的线间电容（ ）很大，）很大，且分布均匀。且分布均匀。C 双线绕在高导磁率的铁氧体磁芯上，所以线上每双线绕在高导磁率的铁氧体磁芯上，所以线上每段的电感量段的电感量 都很大，而且均匀分布。都很大，而且均匀分布。 LC C、理想和终端匹配的传输线，具有无限宽的工作频带。、理想和终端匹配的传输线，具有无限宽的工作频带。D D、终端做到严格匹配很困难，一般认为：、终端做到严格

10、匹配很困难，一般认为： LCRZminmaxf（ 对应于对应于 的波长，传输线长）的波长，传输线长） min11( )810l4 4、电路特点、电路特点12三、传输线变压器的应用举例1 1、高频反相器、高频反相器图1.4.6 1：1高频反相器 ， 理想、无耗的情况下：理想、无耗的情况下： 12VV12II21VV 又又（2.32.3）端或（）端或（1.41.4）端同时接地，所以端同时接地，所以实现了倒相器功能。同时实现了倒相器功能。同时LSVRIVRI故故 1:1SLRR称之为称之为1 1：1 1倒相器倒相器 阻抗匹配条件阻抗匹配条件 LSCRRZ13 图1.4.7平衡与不平衡变换器（a）平衡

11、不平衡 （b）不平衡与平衡2、1：1传输线实现平衡和不平衡的相互转换 143、 1：4（4：1）阻抗变换2iIIiVV所以所以 2iiiVVRII而而 LII2LVV所以所以 2442LLiLVVVRRIII故故 14iLRR同时同时 21222CCiLVVZRRRII结论：当结论：当 22LCCRZR时时，（终端匹配条件，（终端匹配条件），传输线），传输线变压器实现变压器实现1 1：4 4的阻抗变换。的阻抗变换。 图1.4.8 1:4阻抗变换器15V（b）4:1阻抗变换器2iVViII所以所以 2iiSiVVRRII又又 LVV2LII所以所以 21244LLiLVVVRRIII故故 41i

12、LRR（ :4:1iLRR ） 21242CCLiVVZRRRII同时同时 16结论： 阻抗匹配条件阻抗匹配条件 122CCLiZRRR 匹配时完成匹配时完成 :4:1iLR R 不同连接时还可以构成更多的阻抗变换电路。不同连接时还可以构成更多的阻抗变换电路。17图1.4.9 两级宽带高频功率放大电路两级宽带高频功率放大电路实例两级宽带高频功率放大电路实例1819本章小结：传输线变压器的构成与等效本章小结：传输线变压器的构成与等效图1.4.5 11传输线变压器(a) 结构图 (b) 传输线电路 (c) 等效为1:1的倒相变压器电路 本章小结：传输线变压器的工作原理本章小结：传输线变压器的工作原理-构成宽带阻抗变换构成宽带阻抗变换传输线变压器的两种工作方式：传输线变压器的两种工作方式： 低频端低频端fminfmin：分布电容影响小，变：分布电容影响