通信电子电路chapter.ppt

* 常用的功率合成器是以传输线变压器为基础构成的，它具有频带宽、结构简单、插入损耗小等优点。 插入损耗：当传输线变压器不满足最佳匹配条件，即在失配状态下工作时，传输到终端的能量将只有一部分被负载所吸收，另一部分自负载反射回信号源，并在传输线介质和信号源的内阻上被消耗掉。 一个基本的功率合成器，图中每一个三角形代表一级功率放大电路。由图可见，功率合成器的关键部分是功率分配与功率合成网络，统称混合网络。 * 二、功率合成电路 采用4?1传输线变压器构成的混合网络，可以实现功率合成和功率分配的功能。 采用混合网络实现功率合成的原理电路如下图所示，其中Tr1为混合网络，Tr2为1?1平衡-不平衡变换器。由Tr1构成的混合网络有A、B、C和D四个端点。其基本特性是：若在A端和B端分别接入需要合成的两个功率放大器，则在C端（或D端）就能获得二者合成的功率。 RD：负载电阻 RC：平衡电阻 * 通过Tr1两个绕组的电流为: 其中iD为流过RD的电流，因而： 这时，流过RC的 电流为： * 1、同相功率合成器 vAS、vBS代表两个放大器的等效电源，若它们的幅度大小相等、相位也相同（vBS实际极性与图中相反），iA= -iB，即两个功率放大器在A端和B端提供幅度相同、相位也相同的电流，则iC=2iA=2iB，iD=0，从而VD=0。这导致Tr1两绕组上的感应电压均为零，因而vA=vB=vC，说明网络工作于平衡状态时， 平衡电阻RD将不消耗来自功率源A和B的功率。两个功率放大器输出的同相等值功率，全部通过传输线变压器在RC上叠加，即： * 而D端无功率输出。这时，每个功率放大器的等效输出负载电阻为： * 2、反相功率合成器 vAS、vBS代表两个放大器的等效电源，若它们的幅度大小相等、相位相反，iA= iB，即两个功率放大器在A端和B端提供幅度相同、相位相反的电流，则iD=iA=iB，iC=0。由于Tr1两绕组上的感应电压相等，因而vA=vB=vD/2， 结果，两个功率放大器输出的等值反相功率在RD上叠加，即 * 而C端无功率输出。这时，每个功率放大器的等效输出负载为： 可见，选择合适的RC或者RD，便可以得到各功率放大器所要求的输出负载电阻。 * 3、混合网络的隔离作用 若两管之中有一个发生故障，iA≠iB，A端的电压为： 由上式可知，若令： 式中vD=iDRD，将公式 代入上式，可以得到： 则 * 可见，当满足式 的条件时，vA将仅由功率源A决定，而不受功率源B的影响，iB的任何变化都不会影响呈现在A端功率放大器上的等效负载电阻，亦即任一功率放大器的工作状态变化，不会影响其它功率放大器的工作状态，即A端与B端相互为隔离端。因此，通常把式(2.6.11)称为混合网络的隔离条件。最坏的情况是当一个功率放大器损坏时，另一个功率放大器的输出功率将均匀地分配在RD和RC上，即RD（或RC）上的合成功率减小到两功率放大器正常工作时的四分之一。 ，A端呈现的等效负载仍为式 所示的数值一致。 需要注意的是，在一管开路故障情况下，传输线变压器将不能以传输线模式工作。 * 说明： 无论是同相还是反相功率合成，当电路处于正常工作情况下，传输线变压器不参与工作。 当电路出现故障时，传输线变压器参与工作。当故障器件相当于断路时，传输线变压器以传输线模式进入工作状态；当故障器件相当于开路时，传输线变压器以变压器模式进入工作状态。其功能是维持无故障器件的负载电阻不变，但负载上得到的有用功率减至正常工作情况下的1/4。 功率合成器电路中的器件，处于大信号工作状态，器件的等效输出电阻和输出信号的大小有关。当负载变化导致器件进入强非线性时，便不能按照线性电路来考虑其与传输线变压器之间的阻抗匹配问题了。显然，负载电阻等于器件输出电阻时，可以在负载上得到最大功率输出的概念在功率合成器中是不适用的。 * 三、功率分配电路 最常用的功率分配网络是功率二分配器，它有两个负载，当信号源向网络输入功率P时，每一个负载可以获得P/2功率。 1?1传输线变压器的作用是不平衡-平衡转换，将信号源的功率分配在两个负载RA、RB上。这时，A端和B端就能够得到等值同相（或等值反相）的功率。 * 1、同相功率二分配电路 联立求解，可以得到： RA、RB：两个负载 * 可见，当RA=RB=R时，iD=0，iA=iB=i=iC/2，即D端没有获得功率，而A端和B端获得同相等值功率。此时，vD=0 ，即传输线变压器两绕组上的电压为零，