谐振式高频功率扩大器
的长处是功率高。可是调谐十分繁琐 , 并且调谐速度慢,不能适应现代通讯开展的要求。关于要求作业于多个频道,快速换频的发射机;电子对抗体系中有快速跳频技能要求的发射机;多频道频率合成器构成的发射机等都要求选用快速调谐盯梢的扩大器。明显,谐振式高频功率扩大器是不能满意要求的。因而,宽频带扩大技能在高频扩大中的使用十分重要。宽频带高频功率扩大器的频带能够掩盖整个发射机作业频率规模,所以在发射机改换作业频率时不需要进行调谐。
最常见的宽频带高频功率扩大器是使用宽频带变压器做输入、输出或级间耦合电路 ,并完成阻抗匹配。宽频带变压器有两种方法。一种是使用一般变压器原理,仅仅选用高频磁芯来扩展频带,它能够作业在短波波段。另一种是使用传输线原理与变压器原理二者结合的所谓传输线变压器,其频带能够做得很宽。
一、高频传输线变压器的特性及原理
传输线变压器是在传输线和变压器理论基础上开展起来的新元件。它用高频功能杰出的、高导磁率的铁氧体资料作为磁芯 ,用彼此绝缘的双导线均匀地在矩形截面的环形磁芯上绕制而成,如图3-24所示。磁环的直径依据传输的功率和所需电感的巨细决议,一般为(10-30)mm磁芯资料分为锰锌和镍锌两种,频率较高时,以镍锌资料为宜。这种变压器的结构简略、简便、价廉、频带很宽（从几千赫至几百兆赫)。
图 3-25是1:1传输线变压器的示意图。由图可看出,它是将两根等长的导线紧靠在一起,双线并绕在磁环上,其接线方法如图3-25(α)所示。图3-25(b)是传输线等效电路,信号电压由1、3端把能量加到传输输线变压器,经过传输线的传输,在2、4端将能量馈给负载。图3-25(c)是一般变压器的电路方法。因为传输线变压器的2端和3端接地,所以这种变压器相当于一个倒相器。实际上传输线变压器和一般变压器传递能量的方法是不相
同的。关于一般变压器来说 ,信号电压加于初级绕组的1、2端,使初级线圈有电流流过,然后经过磁力线,在次级3、4端感应出相应的交变电压，将能量由初级传递到次级负载上。而传输线方法的信号电压却加于1、3端，能量在两导线间的介质中传达,自输入端抵达输出端的负载上。
关于传输线来说 ,能够看成是由许多电感、电容组成的耦合链，俯底,如图3-26所示。电感为导线ΔL的电感量，电容为两导线间的分布电容。
当信号源参加 1、3端时，因为传输线间电容的存在，信号源对电,容充电，使电容贮存电场能。电容经过接近电感放电，使电感贮存磁场能。即电场能转变为磁场能。然后电感又向后边的电容进行能量交流，磁场能转化成电场能。再往后电容又与后边的电感进行能量交流,如此往复下去。输入信号就以电磁能交流的方法,自始端传输到终端,最终被负载吸收。
在传输线变压器中 ,线间的分布电容不是影响高频能量传输的不利因素，反而是电磁能转化的必不可少的条件。此外，电磁波首要是在导线间介质中传达的，因而磁芯的损耗对信号传输的影响也就大为削减。传输线变压器的最高作业频率就能够有很大的进步，然后完成宽频带传输的意图。严格地说,传输线变压器在高频段和低频段上,传送能量的方法是不同的。在高频时,首要经过电磁能变替改换的传输方法传送。在低频时,将一起经过传输线方法和磁耦合方法进行传送。频率越低,传输线传输能量的功率就越差,就更多地依托磁耦合方法来进行传送。
二、宽频带传输线变压器电路
(一)1:1传输线变压器
图 3-25所示的传输线变压器称为1:1传输线变压器,又称为倒相变压器。依据传输线的理论,当传输线为无损耗传输线,旦负载阻抗RL等于传输线特性阻抗Zc时,则传输线终端电压U2与始端电压Ul的联系为←
U 2 =Ul e -jωt
式中 ,α=2π/λ为传输线的相移常数,单位为rad/m.为作业波长,t为传输线的长度。假如传输线的长度取得很短,满意αl《1,则e-jωt≈1,所以U 2 =U 1 ,即传输线输入端电压U I 与输出端电压U 2 的幅值持平,相位近似相同。相同道理,I 2 =I l e -jωt ,必定I 1 =I 2 .在2端与3端接地的条件下,则负载R L 上取得一个与输入端起伏持平、相位相反的电压,即
U L =-U I
由电路图能够看出 ,完成变压器与福在匹配的条件是
Zc=R L ,
完成信号源与传输线变压器匹配的条件是
Z C =Rs
明显 ,1:1传输线变压器的最佳匹配条件是
Zc=Rs=R L
负载 R L 上取得的功率为
Po=I 2 R L
而 I l =I 2 ,则
Po=I 2 R L =[Us/(Rs+Zc)]2R L
在 RL=Zc=Rs的条件下,在R L 上可取得最大功率。
在各种扩大电路中 ,R L 正好等于信号源内阻的状况是很少的。因而,1:1传输线变压器更多的是用来作为倒相器
(二)1:4阻抗改换传输线变压器
1:4传输线变压器。它能够起一个1:4阻抗改换器的效果,即Rs:R L =1:4.下面仅就抱负、无损耗传输线的电压、电流联系来阐明最佳匹配条件和阻抗改换联系。
因为无损耗传输线在匹配条件下 ,U l =U 2 和I 1 =I 2 ,得
Z i =U 1 /I 1 +I 2 =U 1 /2I 1 =Zc/2
别的
R L =U 1 +U 2 /I 2 =2U 1 /I 1 =2Z C
所以 ,在最佳匹配条件下,Rs=Zi=Zc/2=RL/4这个传输线变压器相当于1:4阻抗改换器。
(三)4:1阻抗改换传输线变压器
依据 4:1阻抗改换的操纵,可用图3-28所示的电路来组成。
下面咱们仍用抱负元损耗传输线的电压、电流联系来阐明最佳匹配条件和阻抗改换联系。
因为无损传输线在匹配条件下 ,U 1 =U 2 和I 1 =I 2 则
Z i =U I +U 2 /I 1 =2U 1 /I 1 =2Zc
别的 ,
R L =U 2 /I 1 +I 2 =U 1 /2I 1 =1/2 Zc
所以 ,在最佳匹配条件下,
Rs=Zi=2Zc=4R L .
三、宽频带高频功率扩大器
由传输线变压器与晶体管掏成的宽频带高频功率扩大器 ,使用传输线变压器在宽频带规模内传送高频能量和完成扩大器与扩大器的阻抗匹配或完成扩大器与负载之间的阻抗匹配。图3-29是这种功率扩大器的典型电路。
B1、B2和B3是宽频带传输线变压器,Bl和B2串接组成16:1阻抗改换器,使Tl的高输出阻抗与 T2的低输入阻抗相匹配。电路每一级都选用了电压负反应电路,以改进扩大器的功能。电阻1.8KΩ与47Ω串联给T1扩大器供给反应,电阻1.2KΩ与12Ω串联给T2扩大器供给反应。为了防止扩大器经过电源内阻在扩大器级间发生寄生耦合,选用RC去耦滤波电路。滤波电容是由巨细不同的三个%&&&&&%并联组成,分别对不同的频率滤波。因为没有选用调谐回路,这种扩大器应作业于甲类状况。关于输初级选用乙类推挽电路,以进步功率。
这个电路的作业频率规模为 (2-30)MHZ,输出功率为6OW。依据负载为50Ω,经B3的4:1阻抗改换,T2的集电极负载就为200Ω,因为作业于大功率状况,其输入电阻为12Ω左右,且会随输入信号巨细改变。为了减小输入阻抗改变对前级扩大器的影响,在T2的输入端并接了一个12Ω的电阻,使总的输入电阻变成为6Ω,经16:1阻抗改换,Tl的集电极负载为96Ω。
