传输线变压器

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1、传输线阻抗变换器又称为传输线变压器，它以传输线绕制在磁芯上而得名。这种阻抗变换器兼备了集总参数变压器和传输线的优点，因而可以做得体积小、功率容量大、工作频带相当宽(fmax：fmin>10)。它除具有阻抗变换作用外，采用适当的连接方式还可以完成平衡一平衡、不平衡一不平衡、平衡一不平衡、不平衡一平衡的转换，在长、中、短波及超短波波段获得了广泛的应用。基本类型的传输线变压器阻抗变换比为1：N2或N2：1，N为整数。通常是用一对双线传输线或扭纹的三线传输线绕在一个磁芯上，或是用两对传输线分别绕在两个磁芯上，经过适当的连接得到不同阻抗变换比的平衡或不平衡输出的阻抗变换器，其

2、工作原理基本相同，本节只对典型的传输线变压器进行分析。一、1：1不平衡一平衡传输线变压器图6—22为1：1不平衡一平衡传输线变压器的结构示意图，它是将一对传输线绕制在一个适当型号的磁芯上而构成。为改善低频端特性，有时又增加一个平衡绕组，如图中的“5—6”绕组。图6—23为其原理图。设传输线特性阻抗为ZC，其输出端接负载阻抗RL，输入端接信号源(E为电动势，Rg为内阻)。Vl、I1和V2、I2分别表示输入和输出端复数电压、电流。令负载开路时的初级阻抗以Zp(ω)表示，此时，绕组AO’中的电流为称为激磁电流或磁化电流。在有载的情况下，由于“1—2”和“3—4”是一对紧耦

3、合的平衡传输线，因此，“3—4”线将通过与“1—2”线的耦合从电源获取电流。若耦合电流为IC，则由传输线方程可得其中，l为传输线长度，β为相位常数。因为电源输出电流I1，是激磁电流IP，与耦合电流IC之和，故有IC＝I1－IP。由以上关系式，可以求出Vl、I1和V2、I2的方程式为其中上式表明，一个1：1不平衡一平衡传输线变压器的传输矩阵[A]，是由3个子矩阵组成的：第一个是1：1理想变压器的传输矩阵，第二个是阻抗为ZP的四端网络的传输矩阵，第三个是特性阻抗为ZC、长度为l的传输线的传输矩阵。与[A]矩阵对应的等效电路示于图6—23(b)中。由图可见，1：1理想变压

4、器是无耗的，且与频率无关，对阻抗变换是无作用的。ZP是负载开路时初级两端所呈现的阻抗，磁芯的作用主要表现在它对并联阻抗ZP或磁化电感LP的影响上，对工作频带及传输效率都有一定影响。为突出研究传输线的工作原理，暂不考虑ZP-的影响．即假定IP＝0，则(6—4—2)式可改写为端接条件为解上述方程式，得因假设传输线无耗，则电源输出功率为为使电源输出功率最大．选择传输线特性阻抗ZC，以使(6—1—8)式分母中sin2βl的系数愈小愈好。令由出M取极小值的条件为并以Z0表示之，即Z0称为最佳特性阻抗。取Rg＝Rl，ZC＝Z0，则电源最大输出功率为相应的初级输入阻抗为以上说明，

5、当满足最佳传输条件时，P0＝Pmax，此时无幅频限制。需要进一步说明的是：这种传输线变压器的传输机理，主要是利用传输线的分布电感、分布电容来传递电磁能量的。确定传输线最佳特性阻抗Z0值，以使分布电感、分布电容得到最佳利用，从根本上克服了集总参数变压器因分布电容和漏感的影响而使工作频带高频端受限的痼疾，从而使传输线变压器得到了宽频带的应用。但在低频端时，若βl<<1，显然不再满足传输线的条件，而且实测也表明低频端电特性恶化。为了改善低频端特性，通常采用附加平衡绕组，如图6—23中的“5—6”绕组，即在高频磁环上，除一对双线并绕的绕组外，还有一个用相同线长反向绕制的绕组

6、。当传输线变压器始端加上高频电源后，由于磁耦合效应，将在“5—6”绕组内感应高频电压，输出端子B与地之间的电压和输出端子C与地之间的电压大小相等，相位相反，其集总参数等效电路如图6—24所示。这种结构对扩展下限工作频率有较明显的效果，而在高频端，绕组“5—6”的作用因感抗增大而逐步退化。另外，前面所讨论的最佳传输条件只是保证电源有最大功率输出，并不能保证一定是平衡输出，因而可以通过调整平衡绕组来改善输出端的平衡度。图6—25是另一种结构的1：1传输线变压器，它是由两对相同的传输线绕在一个高频磁芯上构成的。实际制作时，可用一对传输线先在磁芯上绕一定匝数，然后在传输线中

7、心处剪开并按图6—25连接即可。通过不同的接地点，可以得到几种平衡－不平衡的变换方式。例如A’和B点接地，B’为输出端，则电路为不平衡一不平衡变换，如果A’和B’接地，B为输出端．则为1：1的倒相变换，如果C和C’接地，A和A’为平衡输入端，B和B’为平衡输出端，则为平衡一平衡变换。这种电路的最佳传输条件为满足上述条件时，电源输出功率最大，Pmax＝E2／4Rg。对此可作如下解释：图6—25中，上下两对传输线的输入端和输出端都是串联的，因此每对传输线的特性阻抗Z0必须是RL／2(或Rg／2)时才能保证匹配，从而获得宽频带特性。一、1：4传输线阻抗变换器传输线变压