传输线变压器结构及工作原理

传输线变压器结构

传输线变压器由环状磁芯和传输线构成，磁芯是用高导磁率、低损耗的铁氧体材料制成的，其直径可大可小（视功率的大小而定），小的只有几毫米，大的有几十毫米，将传输线（扭绞线、平行线、同轴线等）缠绕在磁芯上所形成的便是传输线变压器，其结构见图所示，它有四个端子，可分别接信号源和负载。

传输线变压器特点

传输线变压器是传输线工作原理和变压器工作原理相结合的产物，信号能量根据激励信号频率的不同以传输线或变压器方式传输。因此，传输线变压器具有良好的宽频带传输特性。传输线变压器与普通变压器相比，其主要特点是工作频带极宽，上限频率高达上千MHz，频率覆盖系数（即上限频率对下限颇率的比值）达到104。而普通高频变压器的上限频率只能达到几十MHz，频率覆盖系数只有几百。由于传输线变压器有良好的高频和低频特性，且具有体积小、易制作、承受功率大、损耗小的特点而在射频段被广泛应用。

传输线变压器工作原理

对于普通变压器，其本身的高频特性差。而要改善低频响应，就要增加初级线圈匝数（加大电感），这样又导致分布电容的增大，使高频响应愈加变坏。采用高导磁率磁芯可使高、低频率特性大大改善，但磁芯都有其最佳工作频段，高于此频段时，磁芯的损耗增加，使其传输效率下降。由于分布电容和漏感的影响，即使采用了高导磁率磁芯的普通变压器，仍然不能工作在更高的频段和传递宽带信号。而新元件——传输线变压器，因其最高频率可达几百兆赫甚至上千兆赫，而常在射频段使用。

由于两根导线紧靠绕在一起，因此任意点的线间电容都是很大的，且在整个线上是均匀分布的。由于导线绕在高μ 磁芯上，故导线每一小段的电感量是很大的，且均匀分布在整个线上。由此传输线可以看成由许多电感、电容组成的耦合链，传输线变压器正是利用这些电感和电容之间的耦合， 完成了能量的传输。因此，在传输线变压器中，两线间的分布电容不但不会影响高频能量传输，而且是电磁能转换的必要条件。由于电磁波主要是在导线间的介质中传播，磁芯的损耗对信号传输的影响就会大大减少，所以传输线变压器的最高工作频率就可以大大提高，这就使传输线变压器传输高频、宽带信号成为可能。

负载与传输线的特性阻抗相等时，即在负载匹配的条件下，两个线圈中通过的电流大小相等，方向相反（图），在磁芯中产生的磁场正好相互抵消，因此磁芯中没有功率损耗，这对传输线工作方式极为有利。由于2、3 两端都接地，这样信号电压V1 加在传输线始端1、3 时，同时也加到线圈1、2 两端，负载则也接到线圈的3、4 端（图），传输线变压器同时按变压器方式工作。由于电磁感应，负载也获得了与V1 大小相等的感应电压V2，不过V1 与V2 反相。此时，在1、3 和2、4 端的电压仍分别为V1 和V2，从而也保证了传输线工作方式的电压关系。

可见，在信号源和负载之间同时存在两条能量传输途径。在高频范围，激磁感抗很大，激磁电流可以忽略不计，传输线方式起主要作用，这时变压器的漏感和分布电容等都作为传输线特性阻抗的组成部分，上限频率不再受漏感和分布电容的限制，且不受磁芯频率上限的限制。在中频段上，漏感作用不明显，激磁感抗仍然很大，激磁电流仍可略去，传输变压器近似于理想传输线。同时由于传输线的电长度很短（一般小于八分之一波长）可视为短接线，输入信号将直接加到负载上，能量的传输不会受到变压器的影响，因此传输线变压器具有良好的高频特性。在低频率段，由于激磁感抗下降，激磁电流上升，输出将减小，但由于采用了高μ的磁芯，两线圈的耦合很紧，信号仍可由次级很好地输出，此时变压器传输方式起着主要作用。因此，在低频率段传输线变压器仍具有较好的特性。