功率合成技术

功率合成技术第1页/共29页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Rc获得两输入功率的合成，而D端负载Rd

上无功率输出。第2页/共29页

A，B两端输入等值同相功率，C端负载Rc获得两输入功率的合成，而D端负载Rd

上无功率输出。

A、B两输入端输入等值反相功率，D端负载Rd

获得两输入功率的合成，而C端负载Rc

上无功率输出。

第3页/共29页二、彼此隔离

当Rd

和Rc

之间满足特定关系时，A、B两输入端彼此隔离，任一端功率放大器的工作状态变化或损坏时，不会影响另一端功率放大器的工作状态，并维持原输出功率。

第4页/共29页三、功率分配

当Ra=Rb

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Ra

和Rb，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Ra

和Rb，且它们之间是同相的，而D端无功率输出。第5页/共29页一个理想的功率合成电路应该具有以下特点：①N

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。②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。

第6页/共29页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，下限频率受有限激磁电感量的限制。

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fH

越高。当信号波长远大于导线长度时，传输线就是两根普通的连接线，它的下限频率为零。第7页/共29页传输线如图1–4–3所示。图1-4-3传输线

设上限频率fH

对应的波长为

min

,取**可以认为：在上限频率范围内，线上电压和电流出处相等。（条件：传输线是无损耗的，即Rs=RL=Zc）

v1=v2=v，i1=i2=i

第8页/共29页二、传输线变压器的工作原理传输线变压器原理图如图1–4–4(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。

第9页/共29页参见图1–4–4(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

1–4–4(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。第10页/共29页三、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1–4–6(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-对称第11页/共29页不对称–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1–4–6(b)所示。(a)对称–不对称(b)不对称–对称第12页/共29页

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1–4–7(a)所示，图中阻抗关系为第13页/共29页实现4:1的阻抗变换。传输线变压器的特性阻抗为第14页/共29页

1:4阻抗变换器如图1–4–7(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第15页/共29页1.4.3用传输线变压器构成的

魔T混合网络一、功率合成

输入信号接在A端和B端，根据节点方程

i=ia-id，i=id-ib

第16页/共29页i=ia-id，i=id-ib

求出

而ic=2i=ia-ib

第17页/共29页i=ia-id，i=id-ib

ic=2i=ia-ib

1．输入为等值反相信号

ia=ib=Imsin

t，va=vb=Vmsin

t

因为

ic=0，所以

C端无功率输出。

vd=va+vb=2Vmsin

t，第18页/共29页

ia=ib=Imsin

t，va=vb=Vmsin

t

因为ic=0所以C端无功率输出。

vd=va+vb=2Vmsin

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第19页/共29页2．输入为等值同相信号

ia=-ib=Imsin

t，

va=-vb=Vmsin

t

因为id=0所以D端无功率输出。

vc=va=-vb=Vmsin

t，

ic=ia-ib=2Imsin

tC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。第20页/共29页2．输入为等值同相信号

ia=-ib=Imsin

t，

va=-vb=Vmsin

t

因为id=0，所以D端无功率输出。

vc=va=-vb=Vmsin

t，

ic=ia-ib=2Imsin

tC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第21页/共29页

3．异常输入情况ia

ib，va

vb

根据电路的约束条件将代入并整理，求解出第22页/共29页

若取ia仅与va

有关，ib

仅与vb

有关。实现了A端和B端的隔离，称为A、B间的隔离条件。

第23页/共29页二、功率分配

1．同相功率分配同相功率分配电路如图

1–4–9(a)所示。

ic=2i

，ia=i

-

id

，ib=i+id，vd=idRd=iaRa

-ibRb整理得到第24页/共29页图

1–4–9功率分配电路(a)同相ic=2i

，ia=i

-

id

，ib=i+id

，vd=idRd=iaRa

-

ibRb取Ra=Rb=R

则

id=0D端无功率输出。

ia=ib=ic

/2A端和B端获得等值同相功率。

C端的等效负载为R/2。第25页/共29页图

1–4–9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

1–4–9(b)所示。

同理可以证明：当R