12宽带高频功率放大器(导弹)

很好

一、宽带高频功率放大器引入

1、 发展趋势：科学技术的发展，在移动式通讯机、电视差转机等电子设备中，工作频率的宽

度越来越宽，也就是频率的变化越来越丰富。比如视频上网等，这时丙类谐振功放这种窄带放大器就不适用了，必须有种电路能在宽波段工作范围内采用自动调谐技术，迅速转换工作频率。

2、 与窄带高频功放的比较：

窄带：以LC谐振回路为负载，起相对频带宽度比较小，适用于固定频率或频率变化小的信号放大。工作在丙类、丁类等工作状态。

宽带：以非调谐式宽带电路作为输出匹配网络，不需要调谐回路，适用于多频道通信系统和相对频带宽度宽的高频设备中。一般工作甲类、或乙类推挽状态。

3、特点：工作效率低（20%），以低效率换取宽频带，适用中、小功率级。，对于大功率设备来说，可以采用宽带功放作为推动级。 4、分类：

普通变压器：采用高频磁芯，可工作到短波波段（几兆赫兹） 传输线变压器：可扩展到几百兆赫兹甚至上千兆赫兹。 二、传输线变压器概述 1、低频变压器的特点：

很好

相对频带比较宽，从几千赫兹到一万多赫兹，高低端频率之比可达几百甚至上千。对于理想变压器来说，传输能量应和频率无关，即通频带应是无限宽，但事实上由于漏感、分布电容以及磁芯的高频损耗等，普通变压器的工作频率提高和带宽都受到限制，如图。

图中曲线在几十赫兹到一万赫兹的范围内是比较平坦的，这个频率范围内的信号可以得到一致的线性放大。在低频段频率响应下降，这是因为一次（初级）侧电感不可能为无穷大造成的。在高频端，由于线圈电感与分布电容的影响，在某一频率可能出现串联谐振，频率响应出现高峰，然后随着频率的上升，输出因分布电容的旁路作用而迅速下降，普通变压器不能用于高频。 2、扩展频带改进措施

高频端：尽量减小线圈的漏感与分布电容（可将一、二次级线圈绕在环行铁氧体做的磁芯上，

匝数要少，匝间距离大）；采用高频铁氧体做磁芯（如镍锌）减小磁芯的功率损耗；

低频端：要求一次线圈的电感大，可采用高磁导率磁芯，加大磁芯截面积，适当增加匝数。 从上面看展宽低频响应和改善高频响应之间矛盾。解决矛盾的方法是用高磁导率磁芯，这样可在较少的线圈匝数下，获得较高的励磁电感，满足低频的要求，同时漏感和分布电容也小，满足高频的要求。这种高频变压器能匹配低电阻负载（如几十欧），起频率可自几百千赫兹到几十兆赫兹，波段覆盖系数（上限频率对下限频率的比值）可达几十~一百。 3、传输线变压器

（1）工作原理：将传输线的工作原理应用于变压器上，既有传输线特点，又有变压器特点。 （2）特点：工作频率极宽，上限频率到上千兆赫兹，频率覆盖系数可达到104。

（3）材料：将传输线绕在高磁导率、低损耗的磁环上构成。传输线可采用纽绞线、平行线、同轴线等，而磁环一般由镍锌高频铁氧体制成，其直径小的只有几毫米，大的有几十毫米，视功率大小而定。

很好

（4）工作方式：传输线原理和变压器工作原理的结合，即其能量根据激励信号频率的不同以传输线或以变压器方式传输。

①传输线模式：（变压器为弱耦合条件）由两根导线传输能量。

特点：在两个线圈中通过大小相等，方向相反的电流，以抵消磁芯中的磁场。

低频时，两根传输线就是普通连接线；高频时，当所传输的信号的波长可以和导线长度相比拟，两根导线的分布参数的影响不容忽视。由于两根导线紧靠在一起，而又同时绕在同一个磁芯上，所以导线间的分布电容和导线上的电感都是很大的，它们分别称为分布电容、电感。

对于传输线模式，在具有分布参数的电路中，能量的传输是靠电能和磁能互相转换实现的。如果认为CO、LO是理想分布参数，即考虑导线的欧姆损耗和导线见的介质损耗，则信号加入后，信号源的能量将全部被负载吸收，这就是说CO非但不影响高频特性，反而是传输能量的条件，从而使传输线变压器的上限工作频率提高。

②变压器模式：低频时变压器模式发生作用（CO太小不能传输能量），当信号加入后，变压器靠耦合方式传输能量（靠电感量作用），传输线变压器的磁环具有增大初级电感量的作用，因此它的低频响应也有很大改善。 4、1:1传输线变压器结构和工作原理

如图所示，为1:1传输线变压器结构示意图。虚线1端接信号源，2端接地；实线3端接地，4端接负载。b图为传输线模式，由于2、3端同时接地这样信号源U1加在传输线始端1、3端，同时也加到线圈的1、2端，负载接到3、4端也就是2、4端。

很好

a结构 b传输线模式 c变压器模式

C图为变压器模式，，由于电磁感应，负载RL也获得与U1相等的感应电压U2，不过U2与U1反相，此时在1、3端和2、4端的相对电压分别为U1和U2，从而又保证了传输线工作方式的电压关系。

假设传输线无损耗，且终端又是匹配的ZC=RL，沿传输线任一位置上的电压和电流幅度才会相等，而且呈现在1、3断间的输入阻抗Zi=Zc。对于无耗和终端匹配的传输线来说，信号源向传输线始端供给的功率全部RL所吸收。

反之，如果传输线的终端不分配，即RL≠ZC，则在其始端呈现的输入阻抗Zi就不再是纯电阻，而是与频率有关的复阻抗。在这种情况下，它的上限频率是有限的，而下限频率依旧为0，因为频率接近0时传输线就是两根导线，输入信号直接加到负载上。

在实际情况下，为了扩展它的上限频率，首先使RL尽可能接近ZC，即终端尽可能接近匹配。其次，应尽可能缩短传输线的长度L。若上限频率所对应的波长为λ小于λ

min

min

，则应使L尽可能

（工程上要求L<λ

min

/8）。在满足上述条件下，可近似认为，传输线各个位置的电压均

相等，其值用U表示，通过传输线各个位置的电流均相等，起值I表示。 这种接法相当于输入、输出阻抗变换比为1:1的反相变压器。 5、4:1的传输线变压器

传输线变压器除了可以实现1:1的反相变压器外，还可以实现某些特定阻抗比的变换。如图为

很好

4:1的传输线变压器。若设RL上的电压为U，信号源提供的电流为I，则通过RL的电流为2I，信号源呈现的电压为2U。因此

信号源呈现的输入阻抗为 Ri=2U/I=4(U/2I)=4RL; 要求传输线的特性阻抗 Zc=U/I=2(U/2I)=2RL 则输入、输出阻抗比：Ri/RL=4/1 三、传输线变压器的应用

1、极性变换：反相（倒相）变压器 2、平衡和不平衡电路变换 不平衡输出：输出只有单端输出

(a)

(b)

L

Us

平衡输出：输出两个大小相等、对地反相的电压输出。

左图为不平衡到平衡的转换电路，右图为从平衡转换为不平衡的电路。（阻抗比为1:1） 3、阻抗变换

很好

只能完成特定的阻抗变换（与普通变压器不同）如4:1，9:1，16:1或1:4，1:9，1:16等。

左图为1:4的传输线变压器。 4、阻抗变换公式

若1:1传输线变压器组数为ｎ，则由它组成的阻抗变换电路的特性阻抗和输入电阻分别为 Zc=(n+1)RL Ri=(n+1)RL

对于变比为1/ｎ（小于1）的阻抗变换电路，特性阻抗和输入电阻的一般公式为

2

传

输

线

特

性

阻

抗

ZC=

（

RIRL

）

1/2

2、试求图9.11所示传输线变压器阻抗变换比Ri: RL和传输线变压器Tr1的特性阻抗Zc1及Tr2的特性阻抗Zc2（Tr1与Tr2的变压比均为1:1）。

很好

解：（1）计算阻抗变换比，认为传输线变压器具有无耗短线的传输特性，则有 U13= U24，U57= U68 又U24= U68 则 U13= U24= U57= U68= U

根据变压器性能，有 I12= I43，I56= I87 又 I43= I56则 I12= I43= I56= I87= I 由图可知 Ri= U17/ I12=（U13+ U57）/ I12=2 U / I RL= U24/ I28= U/（I12+ I56）= U /（2 I）

（2）求特性阻抗Zc1= U13/ I12= U/ I=2 RL Zc2= U57/ I56= U/ I=2 RL 3、分析电路（Tr1与Tr2的变压比均为1:1）

4、总结：

（1）传输线变压器的特性阻抗 ZC=（RIRL）1/2

（2）传输线任何一点上两导线流过的电流大小相等而方向相反，传输线各点电压振幅相等。 （3）传输线变压器是宽带高频放大器，理想时上限频率无限大，具有阻抗变换作用。高频时以传输线起主要作用，能量依靠线圈的漏感和分布电容的耦合作用；低频时以变压器方式为主。

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/xob4.html