CN109754989A - 一种传输线变压器和射频功率放大器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种传输线变压器，初级线圈的圈数为N1，次级线圈的圈数为N2，N1≠N2；N＝N1/N2，n＝1/N，所述传输线变压器的电压变比为1:n，阻抗变换比为1:n2。进一步，还公开采用这种传输线变压器的射频功率放大器以及阻抗变换比为1：6.25的传输线变压器。本发明克服了现有技术偏见，突破传输线变压器的阻抗比为整数的常规设计，弥补了传统传输线变压器阻抗变换比有限，不能灵活适应实际应用场景的技术缺陷，使得传输线变压器的应用范围更宽泛，效果也更好。
Description
技术领域
本发明属于通信设备技术领域，具体涉及一种传输线变压器和采用传输线变压器的射频功率放大器。
背景技术
通信是人类生存必需的活动之一，远距离通信依靠电磁信号的传输，发射机是电磁信号远距离传输的必要设备。射频功率放大器是发射机的关键部件，阻抗匹配变压器也是射频功率放大器的关键部件。
在射频功率放大器中，都需要阻抗匹配变压器对功率放大管与负载作阻抗匹配。为了扩展带宽和降低插损，阻抗匹配变压器通常采用传输线变压器。在教科书上和以往的实践中，传输线变压器的阻抗变换比都是1：n2，例如，1：4，1：9，1：16，1：25，……。然而，实际应用中，这些固定的阻抗比常常不能满足需求。例如，125W的射频功率放大器，供电电压为24～28V时，采用1：4的变压器，线性指标(互调)不合格；采用1：9的变压器，效率指标又不合格。
发明内容
为解决上述问题，本发明克服现有技术偏见，突破传输线变压器的阻抗变换比(简称阻抗比)为整数，即1：n2(n＝1，2，3，4，……)，的常规设计，提出一种阻抗变换比为非整数的传输线变压器以及采用这种传输线变压器的射频功率放大器，以满足非常规阻抗变换比的匹配需求。进一步的，本发明还公开了一种阻抗比1：6.25的匹配变压器，以解决背景技术中125W的射频功率放大器在供电电压为24～28V时，不能同时满足线性指标和效率指标的实际问题。
本发明的技术方案包括：
方案一：一种传输线变压器，初级线圈的圈数为N1，次级线圈的圈数为N2，N1≠N2；N＝N1/N2，n＝1/N；所述传输线变压器的电压变比为1:n，阻抗变换比为1:n2。
作为一种优先方案，所述N＝2/5，所述n＝2.5，所述电压变比为1：2.5，所述阻抗变换比为1：6.25。
方案二：一种射频功率放大器，采用方案一所述的传输线变压器。
方案三：一种传输线变压器，包括磁芯和两根同轴电缆，所述同轴电缆并排绕于磁芯两圈；两根同轴电缆的外导体并联后构成初级线圈，两根同轴电缆的内导体相对于外导体各延长半圈，且首尾串联后构成次级线圈；其电压变比为1：2.5，其阻抗变换比为1：6.25。
方案四：一种射频功率放大器，采用方案四所述的传输线变压器，以及连接所述传输线变压器初级线圈的功放管和连接所述传输线变压器次级线圈的负载。
有益效果：
本发明经实际验证克服了现有技术偏见，使传输线变压器的阻抗变换比从整数扩大到非整数，弥补了传统传输线变压器阻抗变换比有限，不能灵活适应实际应用场景的技术缺陷，使得传输线变压器的应用范围更宽泛，效果也更好。
本发明公开的阻抗比1：6.25的匹配变压器可应用于125W的射频功率放大器，在供电电压为24～28V时，能同时满足线性指标(互调)和效率指标合格。
附图说明
图1为常见的阻抗比1:4的变压器电路图；
图2为常见的阻抗比1:9的变压器电路图；
图3为实施例1中的阻抗比1:6.25的变压器电路图。
具体实施方式
图1所示的射频功率放大器中的匹配变压器T1和图2中的匹配变压器T2都是按照常规思路设计的阻抗匹配变压器T(简称匹配变压器)。射频功率放大器主要包括依次连接的功放管、匹配变压器和负载。匹配变压器T具体采用传输线变压器。传输线变压器的初级线圈连接功放管的输出端，次级线圈连接负载。具体的，传输线变压器包括磁芯和绕在磁芯上的同轴电缆，同轴电缆的屏蔽层(外导体)并联作为变压器的初级(初级线圈)连接功放管的输出端，同轴电缆的芯线(内导体)首尾串联连接负载(次级线圈)，当然也可以根据具体需求，反过来设计，即将外导体作为次线线圈，内导体作为初级线圈。匹配变压器T的变比为电压比，其等于初级线圈圈数与次级线圈圈数之比。
现有技术中，同轴电缆的内外导体长度相等，即初级线圈和次级线圈的圈数一样，由此得到的阻抗比非常有限，例如，1：4，1：9，1：16，1：25。本发明，克服现有技术偏见，传输线变压器中的同轴电缆的内外导体长度不同，即初级线圈和次级线圈的圈数不一样，例如，将两根同轴电缆并排在磁芯上绕两圈，把电缆的屏蔽层(外导体)并联作为变压器的初级，把电缆的芯线(内导体)串联且在始端和末端把芯线延长半圈作为变压器的次级，得到变比为2:5＝1:2.5，阻抗比为1:2.52＝1:6.25的阻抗匹配变压器，进一步，可将该阻抗匹配变压器应用于射频功率放大器中。
如图1所示，匹配变压器T1的初级线圈为2圈，次级线圈为4圈，即将两根同轴电缆并排在磁芯上绕两圈，把电缆的屏蔽层(外导体)并联作为变压器的初级，把电缆的芯线(内导体)串联作为变压器的次级，T1的变比N＝2：4＝1：2，阻抗比＝1：n2＝1：22＝1:4，n＝1/N。同理，如图2所示，匹配变压器T2的初级线圈为2圈，次级线圈为6圈，匹配变压器T2的变比N＝2：6＝1：3，阻抗比＝1：n2＝1:32＝1：9。
图3中的匹配变压器T3的阻抗比为1：6.25。根据对传输线变压器工作原理的深入理解，T3突破了传输线变压器的变比N应该是整数的概念框框，绕制变压器时，在匹配变压器T1的基础上，在次级线圈的同轴电缆的始端和终端把芯线的长度各增加了半圈，即初级线圈为2圈，次级线圈为5圈，使变压器的变比N＝2：5＝1：2.5，阻抗比＝1：n2＝1：2.52＝1:6.25。匹配后的阻抗变换比位于1：4与1：9之间，经验证，该阻抗比同时满足了射频功率放大器线性指标(互调)和效率指标的调试，这样就解决了用T1作阻抗匹配线性指标(互调)差，用T2作阻抗匹配效率指标差的矛盾。
当然，上述实施例中也可在同轴电缆始端或终端将芯线的长度各增加了一圈，同样能满足射频功率放大器线性指标(互调)和效率指标的调试，但考虑到线圈两端的对称性，优选上述对称方案。
另外需要说明的是，实施例中给出的是解决125W的射频功率放大器，在供电电压为24～28V时，同时满足线性指标(互调)和效率指标合格的问题，本发明的设计思路也可适用于其它实际应用中，具体需根据具体应用进行调试即可。
尽管以上结合附图对本发明的实施方案进行了描述，但本发明并不局限于上述的具体实施方案和应用领域，上述的具体实施方案仅仅是示意性的、指导性的，而不是限制性的。本领域的普通技术人员在本说明书的启示下，在不脱离本发明权利要求所保护的范围的情况下，还可以做出很多种的形式，这些均属于本发明保护之列。
Claims (5)
1.一种传输线变压器，其特征在于，初级线圈的圈数为N1，次级线圈的圈数为N2，N1≠N2；N＝N1/N2，n＝1/N；所述传输线变压器的电压变比为1:n，阻抗变换比为1:n2。
2.如权利要求1所述的传输线变压器，其特征在于，所述N＝2/5，所述n＝2.5，所述电压变比为1：2.5，所述阻抗变换比为1：6.25。
3.一种射频功率放大器，其特征在于，采用权利要求1或2所述的传输线变压器。
4.一种传输线变压器，其特征在于，包括磁芯和两根同轴电缆，所述同轴电缆并排绕于磁芯两圈；两根同轴电缆的外导体并联后构成初级线圈，两根同轴电缆的内导体相对于外导体各延长半圈，且首尾串联后构成次级线圈；其电压变比为1：2.5，其阻抗变换比为1：6.25。
5.一种射频功率放大器，其特征在于，采用权利要求4所述的传输线变压器，以及连接所述传输线变压器初级线圈的功放管和连接所述传输线变压器次级线圈的负载。
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