14宽带阻抗变换网络-山东大学信息科学与工程学院

1.4宽带阻抗变换网络1.4.1引言一、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1.4.1所示。图1.4.1普通变压器结构图1.4.1普通变压器的电路符号及其等效电路分别如图1.4.2所示。图1.4.2电路符号及其等效电路（a）电路符号（b）等效电路1.4.1初级线圈电感量初级线圈引线电感初级线圈损耗电阻次级线圈折合到初级后的等效损耗次级线圈折合到初级后的引线电感分布电容2、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1.4.3(a)所示。LLXfLX由于，当下降时，下降，则L的旁路作用LR两端得到的信号幅度下降。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1.4.1LL在高频端：因为大，可以视为开路。其等效电路如图1.4.3(b)所示。1.4.1增加时，分布电容，分布电感及漏电组成一串联fLR2CSL上压降下降，且与感的作用使谐振回路。在谐振频率12SSfLC处输出最大。由图知，频率图1.4.3普通变压器的等效电路（b）高频端的等效电路由以上分析得到的频率响应曲线如图1.4.1（b）所示。普通变压器的波段覆盖系数maxmindfKf几百maxfMHz几十可达由于分布参数影响，频带受限但是由于分布参数影响，频带受限。图1.4.1普通变压器的频率特性1.4.2传输线变压器一、传输线变压器的结构1、传输线(TrammsSion-Line)所谓传输线(TrammsSion-Line)是指连接信号源和负载的两根导线，如图1.4.4(a)所示。在低频工作时，因信号波长远大于导线长度，传输线就是两根普通的连接线，因此它的下限频率为零。在高频工作时、因信号波长与导线长度可以比拟，两导线上的固有分布电感和线间分布电容的影响就不能忽略，如图1.4.4(b)所示。1.4.2图1.4.4传输线1.4.2这时在输入信号源的作用下，沿传输线始端1—3到终端2—4的不同位置上，通过导线的电流和线间的电压无论在幅度和相位上都是不同的。只有在传输线是无耗、且它的端阻抗是匹配的，即sLcRRZ的情况下，可以证明，它的上限频率Hf就越高。llHf与其长度有关，越小，上限频率若设上限频率Hf所对应的波长为λminl取为λmin的十分之一到八分之一，即且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处处相等（无驻波），即12VVV12III1.4.22、传输线变压器结构图1.4.51︰1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1.4.23、传输线变压器的工作原理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用；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maxf上千MZH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1.4.2当信号由1.3端加入时，利用与的能量交换——信息传输。LC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。注意：A、匹配：外接负载等于传输线特性阻抗，LRCZ与结构，尺寸和介质有关。CZCLZCB、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1,3()iCCZZZR纯电阻①双线并绕，所以任意长度的线间电容（）很大，且分布均匀。C②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都很大，而且均匀分布。LC、理想和终端匹配的传输线，具有无限宽的工作频带。D、终端做到严格匹配很困难，一般认为：LCRZminmaxf（对应于的波长，传输线长）min11(~)810l4、电路特点三、传输线变压器的应用举例1、高频反相器图1.4.61：1高频反相器，理想、无耗的情况下：12VV12II21VV又（2.3）端或（1.4）端同时接地，所以实现了倒相器功能。同时LSVRIVRI故1:1SLRR称之为1：1倒相器阻抗匹配条件LSCRRZ1.4.2图1.4.7平衡与不平衡变换器（a）平衡—不平衡（b）不平衡—与平衡1.4.22、1：1传输线实现平衡和不平衡的相互转换3、1：4（4：1）阻抗变换2iIIiVV所以2iiiVVRII而LII2LVV所以2442LLiLVVVRRIII故14iLRR同时21222CCiLVVZRRRII1.4.2图1.4.81:4阻抗变换器结论：当22LCCRZR时，（终端匹配条件），传输线变压器实现1：4的阻抗变换。V1.4.2（b）4:1阻抗变换器2iVViII所以2iiSiVVRRII又LVV2LII所以21244LLiLVVVRRIII故41iLRR（:4:1iLRR）21242CCLiVVZRRRII同时结论：•①阻抗匹配条件122CCLiZRRR•②匹配时完成:4:1iLRR不同连接时还可以构成更多的阻抗变换电路。1.4.2图1.4.9两级宽带高频功率放大电路1.4.2两级宽带高频功率放大电路实例