傳輸線變壓器, 顧名思義,它是在傳輸線和變壓器理論基礎(chǔ)上將二者有機(jī)結(jié)合而形成的新元件,它既具有變壓器的性能,又有傳輸線的特性,因此具有頻帶寬的特點(diǎn),通常被用在射頻電子電路中。
傳輸線變壓器由環(huán)狀磁芯和傳輸線構(gòu)成,磁芯是用高導(dǎo)磁率、低損耗的鐵氧體材料制成的,其直徑可大可�。ㄒ暪β实拇笮《ǎ〉闹挥袔缀撩�,大的有幾十毫米,將傳輸線(扭絞線、平行線、同軸線等)纏繞在磁芯上所形成的便是傳輸線變壓器,其結(jié)構(gòu)見圖1 所示,它有四個端子,可分別接信號源和負(fù)載。
對于普通變壓器,其本身的高頻特性差。而要改善低頻響應(yīng),就要增加初級線圈匝數(shù)(加大電感),這樣又導(dǎo)致分布電容的增大,使高頻響應(yīng)愈加變壞。采用高導(dǎo)磁率磁芯可使高、低頻率特性大大改善,但磁芯都有其工作頻段,高于此頻段時,磁芯的損耗增加,使其傳輸效率下降。由于分布電容和漏感的影響,即使采用了高導(dǎo)磁率磁芯的普通變壓器,仍然不能工作在更高的頻段和傳遞寬帶信號。而新元件——傳輸線變壓器,因其頻率可達(dá)幾百兆赫甚至上千兆赫,而常在射頻段使用。
由于兩根導(dǎo)線緊靠繞在一起,因此任意點(diǎn)的線間電容都是很大的,且在整個線上是均勻分布的。由于導(dǎo)線繞在高μ 磁芯上,故導(dǎo)線每一小段的電感量是很大的,且均勻分布在整個線上。由此傳輸線可以看成由許多電感、電容組成的耦合鏈,傳輸線變壓器正是利用這些電感和電容之間的耦合, 完成了能量的傳輸。因此,在傳輸線變壓器中,兩線間的分布電容不但不會影響高頻能量傳輸,而且是電磁能轉(zhuǎn)換的必要條件。由于電磁波主要是在導(dǎo)線間的介質(zhì)中傳播,磁芯的損耗對信號傳輸?shù)挠绊懢蜁蟠鬁p少,所以傳輸線變壓器的工作頻率就可以大大提高,這就使傳輸線變壓器傳輸高頻、寬帶信號成為可能。
負(fù)載與傳輸線的特性阻抗相等時,即在負(fù)載匹配的條件下,兩個線圈中通過的電流大小相等,方向相反(圖2),在磁芯中產(chǎn)生的磁場正好相互抵消,因此磁芯中沒有功率損耗,這對傳輸線工作方式極為有利。由于2、3 兩端都接地,這樣信號電壓V1 加在傳輸線始端1、3 時,同時也加到線圈1、2 兩端,負(fù)載則也接到線圈的3、4 端(圖3),傳輸線變壓器同時按變壓器方式工作。由于電磁感應(yīng),負(fù)載也獲得了與V1 大小相等的感應(yīng)電壓V2,不過V1 與V2 反相。此時,在1、3 和2、4 端的電壓仍分別為V1 和V2,從而也保證了傳輸線工作方式的電壓關(guān)系。
可見,在信號源和負(fù)載之間同時存在兩條能量傳輸途徑。在高頻范圍,激磁感抗很大,激磁電流可以忽略不計,傳輸線方式起主要作用,這時變壓器的漏感和分布電容等都作為傳輸線特性阻抗的組成部分,上限頻率不再受漏感和分布電容的限制,且不受磁芯頻率上限的限制。在中頻段上,漏感作用不明顯,激磁感抗仍然很大,激磁電流仍可略去,傳輸變壓器近似于理想傳輸線。同時由于傳輸線的電長度很短(一般小于八分之一波長)可視為短接線,輸入信號將直接加到負(fù)載上,能量的傳輸不會受到變壓器的影響,因此傳輸線變壓器具有良好的高頻特性。在低頻率段,由于激磁感抗下降,激磁電流上升,輸出將減小,但由于采用了高μ的磁芯,兩線圈的耦合很緊,信號仍可由次級很好地輸出,此時變壓器傳輸方式起著主要作用。因此,在低頻率段傳輸線變壓器仍具有較好的特性。
傳輸線變壓器是傳輸線工作原理和變壓器工作原理相結(jié)合的產(chǎn)物,信號能量根據(jù)激勵信號頻率的不同以傳輸線或變壓器方式傳輸。因此,傳輸線變壓器具有良好的寬頻帶傳輸特性。傳輸線變壓器與普通變壓器相比,其主要特點(diǎn)是工作頻帶極寬,上限頻率高達(dá)上千MHz,頻率覆蓋系數(shù)(即上限頻率對下限頗率的比值)達(dá)到104。而普通高頻變壓器的上限頻率只能達(dá)到幾十MHz,頻率覆蓋系數(shù)只有幾百。由于傳輸線變壓器有良好的高頻和低頻特性,且具有體積小、易制作、承受功率大、損耗小的特點(diǎn)而在射頻段被廣泛應(yīng)用。
1. 實(shí)現(xiàn)寬帶阻抗匹配
2. 實(shí)現(xiàn)平衡、不平衡轉(zhuǎn)換
3. 實(shí)現(xiàn)功率合成/功率分配
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