了解這些典型的射頻變壓器如何實(shí)現(xiàn)寬帶阻抗轉(zhuǎn)換。

傳輸線變壓器的寬帶功能使其在射頻應(yīng)用中具有高度的實(shí)用性。根據(jù)所用傳輸線的類型、數(shù)量和布置，這些變壓器有多種配置。本系列之前的文章探討了關(guān)內(nèi)拉1:1和關(guān)內(nèi)拉1:4巴倫，這兩個(gè)經(jīng)典電路于1944年由古斯塔夫·關(guān)內(nèi)拉首次提出。

15年后，C·L·Ruthroff的一篇論文向世界介紹了一種新型寬帶傳輸線變壓器。在這篇文章中，我們將通過(guò)進(jìn)行一個(gè)簡(jiǎn)單的分析來(lái)獲得對(duì)Ruthroff變壓器的基本理解——平衡到不平衡和不平衡到不平衡。

Ruthroff1:4不平衡對(duì)不平衡變壓器

圖1展示了我們已經(jīng)熟悉的配置——Guanella 1:4巴倫，它包括兩條傳輸線。

?圖1 Guanella 1:4巴倫。

當(dāng)不需要巴倫功能時(shí)，我們可以重新安排一個(gè)單獨(dú)的雙線圈，以提供1:4的阻抗轉(zhuǎn)換比。圖2描述了這種電路，稱為Ruthroff 1:4不平衡到不平衡的變壓器。你也可以看到它被稱為Ruthroff 1:4“unun”，這與我們將“平衡到不平衡的變壓器”縮寫(xiě)為“balun”的方式相同。我和許多其他人一樣，認(rèn)為“unun”這個(gè)詞不雅觀，沒(méi)有吸引力，所以選擇不使用它。

Ruthroff1:4不平衡到不平衡變壓器。

?圖2。Ruthroff1:4不平衡到不平衡變壓器。

利用前面文章介紹的集總電感方法，我們來(lái)分析這個(gè)電路。

假設(shè)通過(guò)上部繞組的電流為I1，其兩端的電壓降為V1。由于變壓器的作用，V1的電壓差也施加在下繞組上，I1的電流在所示的方向流過(guò)該繞組。因此，通過(guò)負(fù)載的電流等于2I1。

由于下繞組與負(fù)載并聯(lián)，所以負(fù)載兩端的電壓（Vout）也等于V1。通過(guò)將上部繞組和負(fù)載電阻兩端的電壓相加，可以很容易地確定輸入端的電壓，得出：

?方程式1。

對(duì)于負(fù)載電阻（RL），歐姆定律定義了V1和I1之間的另一個(gè)關(guān)系：

?方程式2。

我們現(xiàn)在用V1和I1表示輸入電阻（Rin），使用方程式2進(jìn)行簡(jiǎn)化：

?方程式3。

等效輸入電阻為負(fù)載電阻的四倍。要更快地分析上述電路，請(qǐng)注意以下幾點(diǎn)：

輸入電壓等于兩個(gè)繞組兩端電壓降的總和（Vin＝V1+V2）。

由于變壓器的作用，兩個(gè)電壓降相等（V1=V2）。

輸出電壓等于其中一個(gè)繞組兩端的電壓降（Vout＝V1＝V2）。

因此，輸入電壓是輸出電壓的兩倍（Vin＝Vout+Vout＝2Vout）。

以2倍的因子改變電壓的無(wú)損網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生1:4的阻抗變換比。

與Guanella配置一樣，Rutherroff變壓器不提供直流隔離。在奇數(shù)模式勵(lì)磁期間，這兩種類型的變壓器理想地在芯材料中誘導(dǎo)零凈通量。這大大減少了鐵芯的頻率相關(guān)磁滯損耗，這通常是設(shè)定變壓器帶寬上端的因素。

圖3展示了Ruthroff電路的同軸實(shí)施方式。注意，盡管圖中未示出，但同軸線通常會(huì)加載鐵氧體磁珠。

Ruthroff1:4不平衡到不平衡變壓器的同軸實(shí)現(xiàn)。

?圖3。Ruthroff1:4不平衡到不平衡變壓器的同軸實(shí)現(xiàn)。

對(duì)于最小的泄漏電感，A點(diǎn)和B點(diǎn)之間的距離應(yīng)盡可能短。這可能需要彎曲電線以使連接點(diǎn)緊密相連。還應(yīng)注意，在Ruthroff變壓器中，線路的特性阻抗（Z0）等于輸入和輸出阻抗的幾何平均值：

?方程式4。

Ruthroff1:4巴倫變壓器

圖4顯示了Ruthroff1:4巴杉木。就像不平衡到不平衡的變壓器一樣，它圍繞著單個(gè)雙線圈構(gòu)建。

拉1:4巴倫。

?圖4。拉1:4巴倫。

由于變壓器的作用，兩個(gè)繞組再次出現(xiàn)相同的電壓。通過(guò)將繞組的適當(dāng)端子接地，在負(fù)載電阻端子處產(chǎn)生具有相反極性的電壓。換句話說(shuō)，節(jié)點(diǎn)A和節(jié)點(diǎn)B具有相同的電壓，具有相反的極性。

從電路圖中很容易看出，輸入電壓等于一個(gè)繞組兩端的電壓降（Vin＝V1），而負(fù)載兩端的電壓為Vout＝2V1。因此，該電路將輸入電壓加倍，產(chǎn)生1:4的阻抗變換比。由于負(fù)載兩端不接地，所以輸出為平衡信號(hào)。

下一篇

與Guanella變壓器相比，Ruthroff配置提供相對(duì)較低的帶寬。當(dāng)我們對(duì)這些電路進(jìn)行更嚴(yán)格的分析時(shí)，我們將在本系列的下一篇文章中對(duì)此進(jìn)行更詳細(xì)的討論。我們還將研究一些簡(jiǎn)單的修改，當(dāng)應(yīng)用時(shí)，可以提高Ruthroff變壓器的帶寬。