傳輸線變壓器結(jié)構(gòu)

傳輸線變壓器由環(huán)狀磁芯和傳輸線構(gòu)成，磁芯是用高導(dǎo)磁率、低損耗的鐵氧體材料制成的，其直徑可大可?。ㄒ暪β实拇笮《ǎ〉闹挥袔缀撩?，大的有幾十毫米，將傳輸線（扭絞線、平行線、同軸線等）纏繞在磁芯上所形成的便是傳輸線變壓器，其結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖所示，它有四個(gè)端子，可分別接信號(hào)源和負(fù)載。

傳輸線變壓器特點(diǎn)

傳輸線變壓器是傳輸線工作原理和變壓器工作原理相結(jié)合的產(chǎn)物，信號(hào)能量根據(jù)激勵(lì)信號(hào)頻率的不同以傳輸線或變壓器方式傳輸。因此，傳輸線變壓器具有良好的寬頻帶傳輸特性。傳輸線變壓器與普通變壓器相比，其主要特點(diǎn)是工作頻帶極寬，上限頻率高達(dá)上千MHz，頻率覆蓋系數(shù)（即上限頻率對(duì)下限頗率的比值）達(dá)到104。而普通高頻變壓器的上限頻率只能達(dá)到幾十MHz，頻率覆蓋系數(shù)只有幾百。由于傳輸線變壓器有良好的高頻和低頻特性，且具有體積小、易制作、承受功率大、損耗小的特點(diǎn)而在射頻段被廣泛應(yīng)用。

傳輸線變壓器工作原理

對(duì)于普通變壓器，其本身的高頻特性差。而要改善低頻響應(yīng)，就要增加初級(jí)線圈匝數(shù)（加大電感），這樣又導(dǎo)致分布電容的增大，使高頻響應(yīng)愈加變壞。采用高導(dǎo)磁率磁芯可使高、低頻率特性大大改善，但磁芯都有其最佳工作頻段，高于此頻段時(shí)，磁芯的損耗增加，使其傳輸效率下降。由于分布電容和漏感的影響，即使采用了高導(dǎo)磁率磁芯的普通變壓器，仍然不能工作在更高的頻段和傳遞寬帶信號(hào)。而新元件——傳輸線變壓器，因其最高頻率可達(dá)幾百兆赫甚至上千兆赫，而常在射頻段使用。

由于兩根導(dǎo)線緊靠繞在一起，因此任意點(diǎn)的線間電容都是很大的，且在整個(gè)線上是均勻分布的。由于導(dǎo)線繞在高μ 磁芯上，故導(dǎo)線每一小段的電感量是很大的，且均勻分布在整個(gè)線上。由此傳輸線可以看成由許多電感、電容組成的耦合鏈，傳輸線變壓器正是利用這些電感和電容之間的耦合， 完成了能量的傳輸。因此，在傳輸線變壓器中，兩線間的分布電容不但不會(huì)影響高頻能量傳輸，而且是電磁能轉(zhuǎn)換的必要條件。由于電磁波主要是在導(dǎo)線間的介質(zhì)中傳播，磁芯的損耗對(duì)信號(hào)傳輸?shù)挠绊懢蜁?huì)大大減少，所以傳輸線變壓器的最高工作頻率就可以大大提高，這就使傳輸線變壓器傳輸高頻、寬帶信號(hào)成為可能。

負(fù)載與傳輸線的特性阻抗相等時(shí)，即在負(fù)載匹配的條件下，兩個(gè)線圈中通過(guò)的電流大小相等，方向相反（圖），在磁芯中產(chǎn)生的磁場(chǎng)正好相互抵消，因此磁芯中沒(méi)有功率損耗，這對(duì)傳輸線工作方式極為有利。由于2、3 兩端都接地，這樣信號(hào)電壓V1 加在傳輸線始端1、3 時(shí)，同時(shí)也加到線圈1、2 兩端，負(fù)載則也接到線圈的3、4 端（圖），傳輸線變壓器同時(shí)按變壓器方式工作。由于電磁感應(yīng)，負(fù)載也獲得了與V1 大小相等的感應(yīng)電壓V2，不過(guò)V1 與V2 反相。此時(shí)，在1、3 和2、4 端的電壓仍分別為V1 和V2，從而也保證了傳輸線工作方式的電壓關(guān)系。

可見(jiàn)，在信號(hào)源和負(fù)載之間同時(shí)存在兩條能量傳輸途徑。在高頻范圍，激磁感抗很大，激磁電流可以忽略不計(jì)，傳輸線方式起主要作用，這時(shí)變壓器的漏感和分布電容等都作為傳輸線特性阻抗的組成部分，上限頻率不再受漏感和分布電容的限制，且不受磁芯頻率上限的限制。在中頻段上，漏感作用不明顯，激磁感抗仍然很大，激磁電流仍可略去，傳輸變壓器近似于理想傳輸線。同時(shí)由于傳輸線的電長(zhǎng)度很短（一般小于八分之一波長(zhǎng)）可視為短接線，輸入信號(hào)將直接加到負(fù)載上，能量的傳輸不會(huì)受到變壓器的影響，因此傳輸線變壓器具有良好的高頻特性。在低頻率段，由于激磁感抗下降，激磁電流上升，輸出將減小，但由于采用了高μ的磁芯，兩線圈的耦合很緊，信號(hào)仍可由次級(jí)很好地輸出，此時(shí)變壓器傳輸方式起著主要作用。因此，在低頻率段傳輸線變壓器仍具有較好的特性。