[实用新型]一种用于射频推挽功率放大器的巴伦阻抗变换器

说明书

技术领域

本实用新型属于射频电路技术领域，特别涉及用于射频推挽功率放大器的巴伦阻抗变换器的设计。

背景技术

射频功率放大器广泛用于通讯、广播、雷达、工业加工、医疗仪器和科学研究等领域。射频高功率放大器普遍采用推挽形式。射频推挽功率放大器由推挽功率晶体管、与推挽功率晶体管相连的输入匹配网络、输出匹配网络和供电偏置电路四部分组成，其中，推挽功率晶体管直接安装在金属散热器表面，输入匹配网络、输出匹配网络和供电偏置电路制作在印制电路板上，这些印制电路板安装在与推挽功率晶体管同一个金属散热器表面。在输入匹配网络和输出匹配网络中均含有巴伦阻抗变换器(Balance to UnbalanceTransformer，简称Balun Transformer)。输入匹配网络中的巴伦阻抗变换器将高阻的不平衡信号转换为低阻的平衡(或称差分)信号，并送到射频功率晶体管的输入端。输出匹配网络中的巴伦阻抗变换器将射频功率晶体管输出的低阻平衡(或称差分)信号转换为高阻的不平衡信号，并送到射频功率放大器的输出端。输入输出匹配网络中的巴伦阻抗变换器根据不同的功率放大器需要可以设计成不同的阻抗变换比，如4∶1、9∶1、16∶1等。输入输出匹配网络中的巴伦阻抗变换器可以采用相同的结构，也可以采用不同的结构。与输入匹配网络中的巴伦阻抗变换器相比，输出匹配网络中的巴伦阻抗变换器要求能够承受更高的功率，一般采用同轴电缆来实现，而输入匹配网络中的巴伦阻抗变换器要求承受的功率较小，可以采用较细的同轴电缆或其它结构来实现。

已有的一种4∶1巴伦阻抗变换器的原理结构如图1所示，它分为巴伦(Balance toUnbalance)和阻抗变换器独立的两部分，由一根同轴电缆11构成巴伦实现不平衡到平衡的转换，由两根相同长度的同轴电缆12、13构成阻抗变换器实现平衡高阻到平衡低阻的变换。同轴电缆11输入端111的内导体为不平衡端口，外导体接地；同轴电缆11输出端112的内导体和外导体分别接同轴电缆12、13的输入端121、131的两个内导体，同轴电缆12、13的输入端121、131的两个外导体直接相连。同轴电缆12输出端122的内导体与同轴电缆13输出端132的外导体相连，作为一个低阻平衡端口；同轴电缆13输出端132的内导体与同轴电缆12输出端122的外导体相连，作为另一个低阻平衡端口。这种巴伦阻抗变换器的同轴电缆11和同轴电缆12、13的长度一般比较长(通常为1/4波长)，每一根同轴电缆均制成螺旋线圈立在印制电路板上。这种巴伦阻抗变换器的性能与同轴电缆螺旋线圈的形状和空间位置紧密相关，复制性差，且占用空间大，结构不紧凑；同轴电缆用得多，成本高。

已有的另一种4∶1巴伦阻抗变换器的原理结构如图2所示，它由一根水平安装在印制电路板上的密绕成两圈的同轴电缆21构成，下层同轴电缆圈与线路板相接。该同轴电缆的两端在同一方向，其中一端211的内导体为高阻不平衡端口，另一端212的内导体接地；在该同轴电缆两端相反方向层叠的两圈剥去相同长度的外导体，只留下介质层和内导体。两圈同轴电缆外导体的接触部位焊接连在一起。剥去部分外导体后出现的两个外导体端头213、214为两个低阻平衡端口。不平衡端口方向上的一段U形同轴电缆215的中点接直流电源并通过电容射频接地。这种巴伦阻抗变换器用一根水平安装在印制电路板上的密绕成两圈的同轴电缆同时完成了平衡到不平衡和高阻到低阻的变换。这种巴伦阻抗变换器的同轴电缆的内导体绕了两圈，一端接不平衡信号，另一端接地，为巴伦阻抗变换器的初级线圈，圈数为2；这种巴伦阻抗变换器的两圈同轴电缆的外导体焊接连在一起，外导体的两端为两个平衡端口。仅从外导体看，它变成了一圈，为巴伦阻抗变换器的次级线圈，圈数为1。外导体的中点通过电容射频接地。从原理上讲，这个射频接地点必须是次级线圈的电气中点，才能保证两个平衡端口的信号幅度相同而相位相反。由于这种巴伦阻抗变换器中同轴电缆的外导体的结构并不严格对称，其U形部分与其下方的线路板不平行，从电磁场的分布来看，外导体结构上的中点并不是其电气上的中点。其电器上的中点很难确定，而且由于等效为次级线圈的外导体相对较短，电气中点的位置更敏感。

与图1所示的巴伦阻抗变换器相比，这种结构占用空间小，结构紧凑。但这种巴伦阻抗变换器的结构并不完全对称，不平衡输入口方向上的U形同轴电缆段215与线路板不平行，它的中点很难确定，这会恶化巴伦阻抗变换器平衡端口信号的幅度平衡和相位反相性能，从而影响射频功率放大器的技术特性；这种巴伦阻抗变换器的同轴电缆有两段要剥去外导体，然后密绕两圈，加工困难，复制性不好。

发明内容