傳輸線變壓器

3.5集成高頻功率放大器及其應(yīng)用M57704三菱公司的M57704系列高頻功放是一種厚膜混合集成電路,同樣也包括多個(gè)型號(hào),頻率范圍為335MHz～512MHz(其中M57704H為450MHz～470MHz),可用于頻率調(diào)制移動(dòng)通信系統(tǒng)。

微帶線又稱微帶傳輸線,

是用介質(zhì)材料把單根帶狀導(dǎo)體與接地金屬板隔離而構(gòu)成.微帶線的電性能,如特性阻抗、帶內(nèi)波長(zhǎng)、損耗和功率容量等,與絕緣基板的介電系數(shù)、基板厚度H和帶狀導(dǎo)體寬度W有關(guān)。實(shí)際使用時(shí),微帶線是采用雙面敷銅板,在上面作出各種圖形,構(gòu)成電感、電容等各種微帶元件,從而組成諧振電路、濾波器以及阻抗變換器等。

多級(jí)LC網(wǎng)絡(luò)完成檢波差分放大調(diào)整管微帶線（濾波匹配）高頻集成功放調(diào)整管-----是穩(wěn)壓電源中的輸出功率管。它在穩(wěn)壓電源電路中相當(dāng)可調(diào)電阻，隨輸入電壓的波動(dòng)，由取樣管取樣后隨時(shí)調(diào)整該管的導(dǎo)通程度，以達(dá)到輸出電壓穩(wěn)定的目的。整該管的導(dǎo)通程度不同。調(diào)整管CE間的電壓也不同。輸入電壓高時(shí)調(diào)整管CE間的電壓高。輸入電壓低時(shí)調(diào)整管CE間的電壓就低。比穩(wěn)壓輸出高的電壓全部加在調(diào)整管上了。調(diào)整管的功率損耗大，所以調(diào)整管都有散熱器。

1寬帶高頻功率放大器

以LC諧振回路為輸出電路的功率放大器，由于其相對(duì)通頻帶B/fo只有百分之幾甚至千分之幾，所以又稱為窄帶高頻功率放大器。由于調(diào)諧系統(tǒng)復(fù)雜，窄帶功率放大器的運(yùn)用就受到了很大的限制。

3.6寬帶高頻功率放大器與功率合成

近年來(lái)一種新穎的，能夠在很寬的波段內(nèi)實(shí)現(xiàn)不調(diào)諧工作的寬頻帶功率放大器得到了迅速的推廣。

一般來(lái)說(shuō),在400MHz以下的甚高頻(VHF)段,匹配網(wǎng)絡(luò)通常采用LC元件組成,而在400MHz以上的超高頻(UHF)段,則需使用微帶線組成匹配網(wǎng)絡(luò),或使用微帶線和LC元件混合組成。

寬帶功率放大器，實(shí)際上就是一種以非調(diào)諧單元作為輸出匹配電路的功率放大器。它是以頻率特性很寬的傳輸線變壓器，代替了電阻、電容或電感線圈作為其輸出電路

。

寬頻帶功率放大器沒(méi)有選頻作用。因此諧波的抑制成了一個(gè)重要的問(wèn)題。為此，放大管的工作狀態(tài)就只能選在非線性失真比較小的甲類或甲乙類狀態(tài)，效率較低，輸出功率小。也就是說(shuō)寬頻帶放大器是以犧牲效率和功率作為代價(jià)來(lái)?yè)Q取寬頻帶輸出的。

1.

傳輸線變壓器

傳輸線變壓器是將兩根等長(zhǎng)的導(dǎo)線緊靠在一起，并繞在高導(dǎo)磁率低損耗的磁芯上構(gòu)成的。最高工作頻率可擴(kuò)展到幾百兆赫甚至上千兆赫。

傳輸線變壓器與普通變壓器在傳輸能量的方式上是不相同的，傳輸線變壓器負(fù)載兩端的電壓不是次級(jí)感應(yīng)電壓，而是傳輸線的終端電壓。兩根導(dǎo)線緊靠在一起，所以導(dǎo)線任意長(zhǎng)度處的線間電容很大，且在整個(gè)線上均勻分布。u1u2在傳輸線變壓器中，線間的分布電容不影響高頻能量的傳輸，電磁波以電磁能交換的形式在導(dǎo)線間介質(zhì)中傳播的。

usususRLRLRLRsRsRs(a)結(jié)構(gòu)示意圖(c)普通變壓器的原理電路(b)原理電路圖u1u2u1u2(1)1：1傳輸線變壓器

常用傳輸線變壓器

1：1傳輸線變壓器，又叫1：1倒相（反相）變壓器。當(dāng)傳輸線無(wú)損時(shí)，可以認(rèn)為u1=u2和i1=i2。等值異號(hào)。usRLRsu1u2i1i2如果傳輸線的特性阻抗：

傳輸線輸出端的等效阻抗為：輸入端（1、3端）的等效阻抗為：為了實(shí)現(xiàn)傳輸線變壓器與負(fù)載的匹配，要求：

為了實(shí)現(xiàn)信號(hào)源與傳輸線變壓器的匹配，要求：

1：1傳輸線變壓器，最佳匹配狀態(tài)應(yīng)該滿足：滿足最佳功率傳輸條件的傳輸線特性阻抗為：

1：1傳輸線變壓器具有最大的功率輸出。但實(shí)際上，在各種放大電路中RL正好等于信號(hào)源內(nèi)阻的情況是很少的。因此，1：1傳輸線變壓器很少用作阻抗匹配元件，而更多的是用來(lái)作為倒相器，或進(jìn)行不平衡-平衡以及平衡-不平衡轉(zhuǎn)換。

傳輸線變壓器的功能(2)平衡與不平衡電路的轉(zhuǎn)換不平衡的輸入信號(hào)源，得到兩個(gè)大小相等，對(duì)地反相的電壓輸出。對(duì)地平衡的雙端輸入信號(hào)，得到兩個(gè)大小相等，對(duì)地不平衡的電壓輸出。usRsusususRsRsRLRLRLRLRsu1u1u2u2i2i1i1+i2(3)1：4和4：1傳輸線變壓器

1：4傳輸線變壓器是把負(fù)載阻抗降為1/4倍以便和信號(hào)源相匹配。在負(fù)載匹配的條件下，有

u1=u2=u和，i1=i2=i

由于變壓器的1端與4端相連，輸入端1端與3端的電壓為u，負(fù)載RL上的電壓為u1+u2=2u，輸入端1的電流為i1+i2=2i，且u1u1u2u2i22ui1i1+i2+2u-i傳輸線變壓器的輸入阻抗為：傳輸線變壓器把負(fù)載RL變換為RL/4，實(shí)現(xiàn)了1：4的阻抗變換。

i如果把輸入端和輸出端對(duì)調(diào)就成為4：1傳輸線變壓器。4：1傳輸線變壓器把負(fù)載阻抗升高4倍和信號(hào)源匹配，由電壓電流關(guān)系不難證明該變壓器具有4：1的阻抗變換作用。

RsususRsRLRLu1i1+i2

理想的功率合成器不但應(yīng)具有功率合成的功能,還必須在其輸入端使與其相接的前級(jí)各功率放大器互相隔離。即當(dāng)其中某一個(gè)功率放大器損壞時(shí),相鄰的其它功率放大器的工作狀態(tài)不受影響,僅僅是功率合成器輸出總功率減小一些。

3.6.2功率合成技術(shù)定義：利用多個(gè)功率放大電路同時(shí)對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行放大,然后設(shè)法將各個(gè)功放的輸出信號(hào)相加,這樣得到的總輸出功率可以遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于單個(gè)功放電路的輸出功率，這就是功率合成技術(shù)。

利用功率合成技術(shù)可以獲得幾百瓦甚至上千瓦的高頻輸出功率。

功率合成器的作用功率合成器,就是采用多個(gè)高頻晶體管,使它們產(chǎn)生的高頻功率在一個(gè)公共負(fù)載上相加。DCAB功率合成網(wǎng)絡(luò)和分配網(wǎng)絡(luò)是以傳輸線變壓器為基礎(chǔ)構(gòu)成的，兩者的差別僅在于端口的連接方式不同，這類網(wǎng)絡(luò)通稱為“混合網(wǎng)絡(luò)”。一、功率合成器與分配器C、D兩端是相互隔離的；A、B兩端也是相互隔離的。DCAB功率合成器原理方框圖

對(duì)功率合成器的基本要求：●一個(gè)合成器需要若干個(gè)相同類型的功率放大器?！窀鞣糯笃髦g彼此應(yīng)互相隔離。

實(shí)現(xiàn)理想功率合成的關(guān)鍵是魔T型混合網(wǎng)絡(luò)（HybridCircuit）。魔T型混合網(wǎng)絡(luò)有四個(gè)端點(diǎn)，分別是A端、B端、C端和D端，如圖所示。它的作用是：1）C端為同相功率合成端。當(dāng)A、B兩端輸入等值而D端負(fù)載上無(wú)功率輸出。

上獲得兩輸入功率的合成，同相功率時(shí)，C端負(fù)載

２）D端為反相功率合成端。當(dāng)A、B兩端輸入等值反相功率時(shí)，D端負(fù)載上獲得兩輸入功率的合成，而C端負(fù)載

上無(wú)功率輸出。

間滿足特定關(guān)系時(shí)，３）當(dāng)C端和D端的負(fù)載、A、B兩輸入端彼此隔離。即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)，并維持其原輸出功率。

4）利用該網(wǎng)絡(luò)還可實(shí)現(xiàn)功率分配的功能。當(dāng)時(shí)，加在D端的功率放大器將其輸出功率均等地輸出；加到C端的功率放大器將其輸出功率均等地分配給和

且它們之間是同相的，而D端無(wú)功率輸出。，且它們之間是反相的，而C端無(wú)功率和

分配給

魔T網(wǎng)絡(luò)等效為

DCAB如果在A、B端輸入同相（反相）等值功率時(shí)，可在C（D）端得到合成功率。如果在C（D）端輸入功率，則可在A（B）得到等值同相（異相）功率，即功率分配。為了實(shí)現(xiàn)阻抗匹配，要求：

D端輸出（或輸入）信號(hào)必須是對(duì)地對(duì)稱的。如果D端信號(hào)由一端接地，就需要再加入一個(gè)1：1的傳輸線變壓器來(lái)完成由不平衡到平衡的轉(zhuǎn)換。二、功率合成網(wǎng)絡(luò)ia由上式可得因?yàn)椋簞t：ia▲當(dāng)反相激勵(lì)時(shí)，即Ea=Eb，uA=-uB信號(hào)源的等效負(fù)載為：

這說(shuō)明，當(dāng)在A、B端輸入等值異相功率時(shí)，在D端合成輸出，而C端沒(méi)輸出?！?dāng)同相激勵(lì)時(shí)，即Ea=-Eb，uA=uB信號(hào)源的匹配負(fù)載為：合成功率為：這說(shuō)明，當(dāng)在AB端輸入等值同相功率時(shí)，在C端合成輸出，而D端沒(méi)輸出。所以，用傳輸變壓器構(gòu)成的魔體T網(wǎng)絡(luò)做功率合成器時(shí)，要保證阻抗匹配和有效隔離，就必須滿足下列條件：二、功率分配網(wǎng)絡(luò)從C端輸入信號(hào),A、B上獲得同相等功率的信號(hào)，即可以看作同相功率分配器。D端無(wú)輸出。為了實(shí)現(xiàn)阻抗匹配，要求：從D端輸入信號(hào),A、B上獲得反相等功率的信號(hào)，即可以看作反相功率分配器。C端無(wú)輸出。反相功率分配

三、二分配器、四分配器

弄清楚電阻的大小比例關(guān)系。利用混合網(wǎng)絡(luò)做功率合成和分配器時(shí)，只要滿足匹配和隔離條件Rd=2Ra=2Rb=4Rc，那么在A、B等值反相（同相）輸入功率，則可在D（C）端獲得合成功率。反之，如果在D（C）端輸入功率時(shí)，可在A、B端獲得均勻等值反相（同相）分配功率。而且每個(gè)放大器不會(huì)互相影響。如果不滿足上述匹配和隔離條件，則分配就不會(huì)均等，因此必須在非合成端加吸收電阻。總之：反