1.4 宽带阻抗变换网络
1.4.1 引言一、普通变压器及其特性
1、普通变压器及其等效电路普通变压器的结构及频率特性如图 1.4.1所示。
图 1.4.1 普通变压器结构图 1.4.1
普通变压器的电路符号及其等效电路分别如图 1.4.2所示。
图 1.4.2 电路符号及其等效电路
（ a）电路符号 （ b）等效电路
1.4.1
初级线圈电感量初级线圈引线电感初级线圈损耗电阻 次级线圈折合到初级后的等效损耗次级线圈折合到初级后的引线电感分布电容
2、普通变压器的工作原理在低频端，由于分布参数可以忽略，其等效电路如图
1.4.3(a)所示。
LLX f LX
由于,当 下降时,下降，则 L的旁路作用
LR? 两端得到的信号幅度下降。影响增大，使图 1.4.3 普通变压器的等效电路
（ a）低频端的等效电路
1.4.1
L在高频端：因为 大，
L?
可以视为开路。
其等效电路如图 1.4.3(b)所示。
1.4.1
增加时，分布电容，分布电感及漏电组成一串联
f
LR? 2? C SL
上压降 下降，且 与感的作用使谐振回路。在谐振频率 1
2S Sf LC
处输出 最大。
由图知，频率图 1.4.3 普通变压器的等效电路
（ b）高频端的等效电路由以上分析得到的频率响应曲线如图 1.4.1（ b）所示。
普通变压器的波段覆盖系数
m a x
m in
d
fK
f 几 百
maxf M Hz几 十可达由于分布参数影响，频带受限但是由于分布参数影响，频带受限。
图 1.4.1 普通变压器的频率特性
1.4.2 传输线变压器一、传输线变压器的结构
1、传输线 (TrammsSion-Line)
所谓传输线 (TrammsSion-Line)是指连接信号源和负载的两根导线，如图 1.4.4(a)所示。
在低频工作时，因信号波长远大于导线长度，传输线就是两根普通的连接线，因此它的下限频率为零。
在高频工作时、因信号波长与导线长度可以比拟，
两导线上的固有分布电感和线间分布电容的影响就不能忽略，如图 1.4.4(b)所示。
1.4.2
图 1.4.4 传输线
1.4.2
这时在输入信号源的作用下，沿传输线始端 1— 3
到终端 2— 4的不同位置上，通过导线的电流和线间的电压无论在幅度和相位上都是不同的。
只有在传输线是无耗、且它的端阻抗是匹配的，即
s L cR R Z 的情况下，可以证明，它的上限频率 Hf
就越高。l l Hf与其长度 有关,越小，上限频率若 设上限频率 Hf 所对应的波长为 λ min
l 取为 λ min的十分之一到八分之一，即且
m in
11( ~ )
8 1 0l
则可近似认为，在上限频率范围内，线上电压和电流幅值处处相等（无驻波），即
12V V V 12I I I
1.4.2
2、传输线变压器结构图 1.4.5 1︰ 1传输线变压器
(a) 结构图 (b) 传输线电路 (c) 等效为 1:1的倒相变压器电路
1.4.2
3、传输线变压器的工作原理传输线变压器的两种工作方式：
低频端：分布电容影响小，变压器工作模式起主要作用；
高频端：传输线模式起主要作用；初次级线圈之间能量的传播靠线圈之间的分布电容的耦合作用，上限频率
maxf? 上千 M ZH
波段覆盖 m a x4
m i n
10d fK f
,取 决 于 线 圈 长 度 及 终 端 匹 配 程 度
,受 初 级 线 圈 中 电 感 量 的 限 制
1.4.2
当信号由 1.3端加入时，利用 与 的能量交换 —— 信息传输。
L? C?
显然，线间分布电容，电感不再影响高频能量的传播，而是电磁波赖以传播的主要因素。
注意,A、匹配：外接负载 等于传输线特性阻抗,LR CZ
与结构，尺寸和介质有关。CZ
C
LZ
C
B、传输线无耗且终端匹配匹配时，沿传输线上任一位置上的电压，电流幅度处处相等，且
1,3 ()i C CZ Z Z R 纯 电 阻
① 双线并绕，所以任意长度的线间电容（ ）很大，
且分布均匀。
C?
② 双线绕在高导磁率的铁氧体磁芯上，所以线上每段的电感量 都很大，而且均匀分布。L?
C、理想和终端匹配的传输线，具有无限宽的工作频带。
D、终端做到严格匹配很困难，一般认为：
LCRZ?
min? maxf（ 对应于 的波长，传输线长）m in
11( ~ )
8 1 0l
4、电路特点三、传输线变压器的应用举例
1、高频反相器图 1.4.6 1,1高频反相器
，
理想、无耗的情况下：
12VV? 12II?
21VV
又 （ 2.3）端或（ 1.4）
端同时接地，所以实现了倒相器功能。同时
L
S
V
R
I
V
R
I
故
1:1S
L
R
R?
称之为 1,1倒相器阻抗匹配条件
L S CR R Z 1.4.2
图 1.4.7平衡与不平衡变换器
（ a）平衡 — 不平衡 （ b）不平衡 — 与平衡
1.4.2
2,1,1传输线实现平衡和不平衡的相互转换
3,1,4（ 4,1）阻抗变换
2iII? iVV?
所以
2
i
i
i
V VR
II
而 LII? 2LVV?
所以 24 4
2
L
Li
L
V VVRR
I I I
故 1
4
i
L
R
R?
同时 212
22C C i L
VVZ R R R
II
1.4.2
结论：当 22
L C CR Z R 时，（终端匹配条件），传输线变压器实现 1,4的阻抗变换。
图 1.4.8 1:4阻抗变换器
V
1.4.2
（ b） 4:1阻抗变换器
2iVV? iII?
所以 2i
iS
i
V VRR
II
又 LVV? 2LII?
所以 21
244
L
Li
L
V VVRR
I I I
故 4
1
i
L
R
R?
（,4,1
iLRR?
）
212
42C C L i
VVZ R R R
II
同时结论：
① 阻抗匹配条件 1
2 2C C L iZ R R R
② 匹配时完成,4,1
iLRR?
不同连接时还可以构成更多的阻抗变换电路。
1.4.2
图 1.4.9 两级宽带高频功率放大电路
1.4.2
两级宽带高频功率放大电路实例
1.4.1 引言一、普通变压器及其特性
1、普通变压器及其等效电路普通变压器的结构及频率特性如图 1.4.1所示。
图 1.4.1 普通变压器结构图 1.4.1
普通变压器的电路符号及其等效电路分别如图 1.4.2所示。
图 1.4.2 电路符号及其等效电路
（ a）电路符号 （ b）等效电路
1.4.1
初级线圈电感量初级线圈引线电感初级线圈损耗电阻 次级线圈折合到初级后的等效损耗次级线圈折合到初级后的引线电感分布电容
2、普通变压器的工作原理在低频端，由于分布参数可以忽略，其等效电路如图
1.4.3(a)所示。
LLX f LX
由于,当 下降时,下降，则 L的旁路作用
LR? 两端得到的信号幅度下降。影响增大，使图 1.4.3 普通变压器的等效电路
（ a）低频端的等效电路
1.4.1
L在高频端：因为 大，
L?
可以视为开路。
其等效电路如图 1.4.3(b)所示。
1.4.1
增加时，分布电容，分布电感及漏电组成一串联
f
LR? 2? C SL
上压降 下降，且 与感的作用使谐振回路。在谐振频率 1
2S Sf LC
处输出 最大。
由图知，频率图 1.4.3 普通变压器的等效电路
（ b）高频端的等效电路由以上分析得到的频率响应曲线如图 1.4.1（ b）所示。
普通变压器的波段覆盖系数
m a x
m in
d
fK
f 几 百
maxf M Hz几 十可达由于分布参数影响，频带受限但是由于分布参数影响，频带受限。
图 1.4.1 普通变压器的频率特性
1.4.2 传输线变压器一、传输线变压器的结构
1、传输线 (TrammsSion-Line)
所谓传输线 (TrammsSion-Line)是指连接信号源和负载的两根导线，如图 1.4.4(a)所示。
在低频工作时，因信号波长远大于导线长度，传输线就是两根普通的连接线，因此它的下限频率为零。
在高频工作时、因信号波长与导线长度可以比拟，
两导线上的固有分布电感和线间分布电容的影响就不能忽略，如图 1.4.4(b)所示。
1.4.2
图 1.4.4 传输线
1.4.2
这时在输入信号源的作用下，沿传输线始端 1— 3
到终端 2— 4的不同位置上，通过导线的电流和线间的电压无论在幅度和相位上都是不同的。
只有在传输线是无耗、且它的端阻抗是匹配的，即
s L cR R Z 的情况下，可以证明，它的上限频率 Hf
就越高。l l Hf与其长度 有关,越小，上限频率若 设上限频率 Hf 所对应的波长为 λ min
l 取为 λ min的十分之一到八分之一，即且
m in
11( ~ )
8 1 0l
则可近似认为，在上限频率范围内，线上电压和电流幅值处处相等（无驻波），即
12V V V 12I I I
1.4.2
2、传输线变压器结构图 1.4.5 1︰ 1传输线变压器
(a) 结构图 (b) 传输线电路 (c) 等效为 1:1的倒相变压器电路
1.4.2
3、传输线变压器的工作原理传输线变压器的两种工作方式：
低频端：分布电容影响小，变压器工作模式起主要作用；
高频端：传输线模式起主要作用；初次级线圈之间能量的传播靠线圈之间的分布电容的耦合作用，上限频率
maxf? 上千 M ZH
波段覆盖 m a x4
m i n
10d fK f
,取 决 于 线 圈 长 度 及 终 端 匹 配 程 度
,受 初 级 线 圈 中 电 感 量 的 限 制
1.4.2
当信号由 1.3端加入时，利用 与 的能量交换 —— 信息传输。
L? C?
显然，线间分布电容，电感不再影响高频能量的传播，而是电磁波赖以传播的主要因素。
注意,A、匹配：外接负载 等于传输线特性阻抗,LR CZ
与结构，尺寸和介质有关。CZ
C
LZ
C
B、传输线无耗且终端匹配匹配时，沿传输线上任一位置上的电压，电流幅度处处相等，且
1,3 ()i C CZ Z Z R 纯 电 阻
① 双线并绕，所以任意长度的线间电容（ ）很大，
且分布均匀。
C?
② 双线绕在高导磁率的铁氧体磁芯上，所以线上每段的电感量 都很大，而且均匀分布。L?
C、理想和终端匹配的传输线，具有无限宽的工作频带。
D、终端做到严格匹配很困难，一般认为：
LCRZ?
min? maxf（ 对应于 的波长，传输线长）m in
11( ~ )
8 1 0l
4、电路特点三、传输线变压器的应用举例
1、高频反相器图 1.4.6 1,1高频反相器
，
理想、无耗的情况下：
12VV? 12II?
21VV
又 （ 2.3）端或（ 1.4）
端同时接地，所以实现了倒相器功能。同时
L
S
V
R
I
V
R
I
故
1:1S
L
R
R?
称之为 1,1倒相器阻抗匹配条件
L S CR R Z 1.4.2
图 1.4.7平衡与不平衡变换器
（ a）平衡 — 不平衡 （ b）不平衡 — 与平衡
1.4.2
2,1,1传输线实现平衡和不平衡的相互转换
3,1,4（ 4,1）阻抗变换
2iII? iVV?
所以
2
i
i
i
V VR
II
而 LII? 2LVV?
所以 24 4
2
L
Li
L
V VVRR
I I I
故 1
4
i
L
R
R?
同时 212
22C C i L
VVZ R R R
II
1.4.2
结论：当 22
L C CR Z R 时，（终端匹配条件），传输线变压器实现 1,4的阻抗变换。
图 1.4.8 1:4阻抗变换器
V
1.4.2
（ b） 4:1阻抗变换器
2iVV? iII?
所以 2i
iS
i
V VRR
II
又 LVV? 2LII?
所以 21
244
L
Li
L
V VVRR
I I I
故 4
1
i
L
R
R?
（,4,1
iLRR?
）
212
42C C L i
VVZ R R R
II
同时结论：
① 阻抗匹配条件 1
2 2C C L iZ R R R
② 匹配时完成,4,1
iLRR?
不同连接时还可以构成更多的阻抗变换电路。
1.4.2
图 1.4.9 两级宽带高频功率放大电路
1.4.2
两级宽带高频功率放大电路实例
