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了解磁耦合RF变压器的非理想性输电线变压器和分支线圈介绍

  • 产品概述

  变压器,我们在上一篇文章中已经讨论过,使用磁通连接将能量传输到输出。传输线变压器依靠电磁波通过传输线传输能量至输出。

  今天的磁耦合变压器在相对宽的频率范围内显示出不超过1dB的损耗,从几kHz到超过200MHz。传输线变压器能提供更宽的带宽,其损耗仅为0.02至0.04dB。这使得它们成为RF功率放大器等应用的绝佳选择,其中一定要使用高带宽、低损耗的变压器。

  我们将从输电线路变压器的基本概念概述开始本文。然后,我们将探讨双极线圈的特性,它是传输线变压器的重要组成部分。然后我们将以Guanella 1:1平衡转换器为例,说明如何设置双极线圈来构建射频变压器。在本文的最后,我们将简要回顾一些传输线巴伦在实际中的应用。

  虽然有时被建模为集总组件,但实际上变压器的寄生电容是分布的。图1左侧部分说明了绕组间电容的分布特性。当我们翻转该图的一侧(图1的右侧部分)时,它开始类似于用于模拟射频传输线的无限梯形网络。

  作为分布式组件的变压器绕组间电容模型。模型侧翻转,就像一个无限梯形网络。

  由于绕组间电容的分布性质,我们似乎可以将变压器当作传输线处理。这样做会更改输入端口和输出端口的定义。从这个方面来看,绕组间电容和漏感不再是非理想的。相反,它们是电路的关键部分。

  在本文的后面,我们将使用这个结构来构建一个基本的平衡巴伦。然而,即使在这样做之前,我们也可以认识到将绕组间电容和泄漏电感的组合效应建模为传输线的特性阻抗的优点,即特性阻抗不会限制电路的高频响应。

  将其绕组作为传输线处理的变压器的类型被适当地称为传输线变压器。在深入研究之前,让我们第一步检查一个常用的传输线变压器的构建块-双线圈。

  双分支线)由两条紧密间隔的平行电线组成。绕组可采用以下任意一种制造方法:

  电线通常缠绕在一个共同的磁芯上,磁芯可以是铁氧体或非磁性的。传输线变压器使用磁芯来增加输入端口和输出端口之间的低频隔离,而不是作为能量传输的介质。

  电流(io)施加到红色绕组(点1)的左端。相同的电流从蓝色绕组(点2)的左端抽取。虽然图中未示出,但我们大家可以假设线)连接到适当的负载,这允许我们在整个线圈中具有奇数模式激励。

  为了确定堆芯内部感应磁场的方向,我们大家可以应用右手定律:如果我们右手的拇指指向电流的方向,我们的手指会向相应磁场的方向卷曲。在图4中,红色和蓝色线圈产生的磁场(图中分别用红色和蓝色线表示)朝向相反的方向。

  因为这两个线圈在相反的方向产生相等的磁场,所以理想情况下铁芯内部不应有净磁场。换句话说,对于奇数模式的电流,线圈之间没有磁耦合。相反,双线圈相当于与电线相同长度的传输线。

  图6显示了我们所检查的双极线圈的等效电路。它使用两个理想的变压器来模拟偶模和奇模电流的响应。

  理想情况下,只有奇数模式的电流能够流过电路的绕组。这在某种程度上预示着在输出端出现差分电流,导致两个负载电阻之间产生相同的电压。注意,总负载电阻(RL)分为两个RL/2电阻,并且中心点接地。这在输出之间产生了180度的相位差,这是平衡变换器功能所需的。

  任何一种电路都用作3dB功率分配器,输出之间具有180度的相位差,这就是为什么这种结构有时被称为“逆相功率分配器”。为了尽最大可能避免反射,一定要满足阻抗匹配条件:

  平衡摆在推挽式功率放大器(PA)的工作中起着至关重要的作用,如图9所示。这种拓扑结构要求两个晶体管工作180度异相;施加到晶体管并且由晶体管产生的信号因此是差分的(平衡的)。然而,信号源和最终输出为单端(不平衡)。

  为了在平衡和不平衡信号之间进行转换,个人会使用平衡-不平衡转换器。推挽式配置要输入巴伦以产生馈送到晶体管的差分信号,并且需要输出巴伦以重新组合由晶体管产生的信号。平衡-不平衡变换器需要具有与正在实施的推挽式PA的带宽相当或甚至更宽的带宽。由于我们在上一篇文章中讨论的非理想行为,这在某种程度上预示着使用传输线平衡-不平衡转换器。

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