电磁场与电磁波课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第,1,章 功率电子线路,1.4,功率合成技术,1.4.1,功率合成电路的作用,1.4.2,传输线变压器,1.4.3,用传输线变压器构成的魔,T,混合网络,1.4.1,功率合成电路的作用,功率合成技术就是将多个功率放大器的输出功率叠加起来，给负载提供足够大的输出功率。,一、功率合成,A,，,B,两端输入等值同相功率，,C,端负载,R,c,获得两输入功率的合成，而,D,端负载,R,d,上无功率输出。,A,，,B,两端输入等值同相功率，,C,端负载,R,c,获得两输入功率的合成，而,D,端负载,R,d,上无功率输出。,A,、,B,两输入端输入等值反相功率，,D,端负载,R,d,获得两输入功率的合成，而,C,端负载,R,c,上无功率输出。,二、彼此隔离,当,R,d,和,R,c,之间满足特定关系时，,A,、,B,两输入端彼此隔离。,三、功率分配,当,R,a,=,R,b,时,，将功率放大器加在,D,端，功率放大器的输出功率均等地分配给,R,a,和,R,b,，,且它们之间是反相的，而,C,端无功率输出。,将功率放大器加,C,端，功率放大器的输出功率均等地分配给,R,a,和,R,b,，,且它们之间是同相的，而,D,端无功率输出。,一个理想的功率合成电路应该具有以下特点：,N,个同类型的功率放大器，它们的输出振幅相等，通过功率合成器输出给负载的功率应等于各功率放大器输出功率的和。,与功率合成器连接的各功率放大器彼此隔离，任何一个功率放大器发生故障时，不影响其他放大器的功率输出。,实现功率合成的电路种类很多，一般都由无源元件组成，统称为魔,T,混合网络。在实际应用中，往往需要功率合成电路具有宽带特性，这种功率合成电路由传输线变压器构成。,1.4.2,传输线变压器,一、变压器和传输线的工作频带,高频变压器：由于线圈的漏感和匝间分布电容的作用，其上限频率只能工作在几十兆赫，下限频率受激磁电感量的限制。,传输线：传输线就是连接信号源和负载的两根导线，它的上限频率与导线长度,l,有关，,l,越小，上限频率,f,H,越,高。它的下限频率为零。,传输线变压器如图,143,所示。,图,1,-,4,-,3,传输线变压器,设上限频率,f,H,对应的波长为,min,取,可以认为：,v,1,=,v,2,=,v,，,i,1,=,i,2,=,i,二、传输线变压器的工作原理,传输线变压器原理图如图,1 44,(,a,),所示。,将传输线绕于磁环上便构成传输线变压器。传输线可以是同轴电缆、双绞线、或带状线，磁环一般是镍锌高磁导率的铁氧体。,三、传输线变压器功能,1,对称与不对称变换,对称,不对称变换，将对地对称的双端输入信号转换为对地不对称的单端输出信号，如,图,146,(,a,),所示。,图,1-4-6,对称与不对称变压器,(,a,),对称,-,不对称,(,b,),不对称,-,对称,参见,图,144,(,b,),，,在高频时，传输线变压器以电磁能交替变换的传输方式传送能量。,如,图,144,(,c,),所示，在低频时，由于传输线绕在磁环上，,1,端和,2,端与,3,端和,4,端的短导线成为较大的电感线圈，避免了信号源和负载被短接，实现了倒相作用。能量通过传输线方式和磁耦合方式传送。,不对称,对称变换，将对地不对称的单端输入信号转换为对地对称的双端输出信号，如图,146,(,b,),所示。,(,a,),对称,不对称,(,b,),不对称,对称,2,阻抗变换器,传输线变压器可以构成阻抗变换器，由于结构的限制，通常只能实现特定的阻抗比的,变换,。,4 : 1,阻抗变换器,如,图,147,(,a,),所示,，图中阻抗关系为,实现,4 : 1,的阻抗变换。传输线变压器的特性阻抗为,1 : 4,阻抗变换器,如,图,147,(,b,),所示,，图中阻抗关系为,实现,1 : 4,的阻抗变换。传输线变压器的特性阻抗为,1.4.3,用传输线变压器构成的魔,T,混合网络,一、功率合成,如图,1,-,4,-,8,所示，,Tr,1,为魔,T,混合网络，,Tr,2,为对称,不对称变换器。,输入信号接在,A,端和,B,端，根据节点方程,i,=,i,a,-,i,d,，,i,=,i,d,-,i,b,i,=,i,a,-,i,d,，,i,=,i,d,-,i,b,求出,而,i,c,=,2,i,=,i,a,-,i,b,i,=,i,a,-,i,d,，,i,=,i,d,-,i,b,i,c,=,2,i,=,i,a,-,i,b,1,输入为等值反相信号,i,a,=,i,b,=,I,m,sin,t,，,v,a,=,v,b,=,V,m,sin,t,因为,i,c,=,0,，,所以,C,端无功率输出。,v,d,=,v,a,+,v,b,=,2,V,m,sin,t,，,i,a,=,i,b,=,I,m,sin,t,，,v,a,=,v,b,=,V,m,sin,t,因为,i,c,=,0,所以,C,端无功率输出。,v,d,=,v,a,+,v,b,=,2,V,m,sin,t,，,D,端的输出功率,输出功率为,A,端输入功率和,B,端输入功率的和。,每个功率放大器的等效负载,2,输入为等值同相信号,i,a,= -,i,b,=,I,m,sin,t,，,v,a,= -,v,b,=,V,m,sin,t,因为,i,d,=,0,所以,D,端无功率输出。,v,c,=,v,a,= -,v,b,=,V,m,sin,t,，,i,c,=,i,a,-,i,b,=,2,I,m,sin,t,C,端的输出功率,输出功率为,A,端输入功率和,B,端输入功率的和。,2,输入为等值同相信号,i,a,= -,i,b,=,I,m,sin,t,，,v,a,= -,v,b,=,V,m,sin,t,因为,i,d,=,0,，,所以,D,端无功率输出。,v,c,=,v,a,= -,v,b,=,V,m,sin,t,，,i,c,=,i,a,-,i,b,=,2,I,m,sin,t,C,端的输出功率,输出功率为,A,端输入功率和,B,端输入功率的和。,每个功率放大器的等效负载,3,异常输入情况,i,a,i,b,，,v,a,v,b,根据电路的约束条件,将,代入并整理，求解出,若取,i,a,仅,与,v,a,有关，,i,b,仅,与,v,b,有关。实现了,A,端和,B,端的隔离，称为,A,、,B,间的隔离条件。,二、功率分配,1,同相功率分配,同相功率分配电路如,图,149,(,a,),所示。,i,c,= 2,i,，,i,a,=,i,-,i,d,，,i,b,=,i,+,i,d,，,v,d,=,i,d,R,d,=,i,a,R,a,-,i,b,R,b,整理得到,图,149,功率分配电路,(,a,),同相,i,c,= 2,i,，,i,a,=,i,-,i,d,，,i,b,=,i,+,i,d,，,v,d,=,i,d,R,d,=,i,a,R,a,-,i,b,R,b,取,R,a,=,R,b,=,R,则,i,d,=,0,D,端无功率输出。,i,a,=,i,b,=,i,c,/2,A,端和,B,端获得等值同相功率。,C,端的等效负载为,R,/2,。,图,149,功率分配电路,(,b,),反相,2,反相功率分配,反相功率分配电路如,图,14 9,(,b,),所示。,同理可以证明：当,R,a,=,R,b,=,R,时,i,c,=,2,i,=,0,i,a,=,i,b,=,i,d,则,i,c,=,0,C,端无功率输出。,A,端和,B,端获得等值反相功率。,D,端的等效负载为,R,/2,。,