YY易游体育app:了解 Guanella 传输线平衡-不平衡转换器

　　宽带变压器（包括平衡-不平衡变压器）在射频电路中有很多应用。例如，一些功率放大器的高频限制是由磁耦合变压器的漏电感和分布绕组电容决定的。在宽带应用中，咱们不可以简单地通过谐振来消除这一些寄生效应，而是需要找到替代解决方案。

　　这就是传输线变压器的用武之地。这些变压器使它们的绕组表现为传输线。通过这样做，它们结合了漏电感和绕组间电容，产生了我们熟知的特性阻抗效应。传输线变压器能提供比磁耦合变压器更宽的带宽，并且是市场上标准的部件。

　　在上一篇文章中，我们学习了怎么样去使用双线线圈构建Guanella1:1 平衡-不平衡转换器。 在本文中，我们将学习围绕双线线圈构建的其他两种有用配置：相位逆变器配置和延迟线排列。 然后，我们将结合这些电路来产生一个宽带 1:4 阻抗匹配电路，称为Guanella1:4 平衡-不平衡转换器。

　　在我们开始之前，让我们回顾一下我们已学到的内容。图1显示了使用单双线线圈构建的Guanella 1:1平衡-不平衡转换器。它将输入的不平衡信号转换为输出的平衡信号。

　　该示意图使用传输线变压器的通用符号。与常规变压器的符号一样，该符号看起来像一对电感器符号。这可能会误导初学者，因此值得强调的是，图1中的每个电感器符号实际上代表传输线的导体。

　　图1中的平衡不平衡转换器并不是双线线圈能轻松实现的唯一重要功能。图2显示了双线线圈的另一种有用布置。这种结构可当作宽带相位逆变器。

　　为了理解该电路的工作原理，请记住，当传输线连接到匹配负载时，沿传输线长度的电压信号幅度是恒定的。因此我们有V1 = V2。

　　需要复习一下传输线波形吗？请参阅这篇文章：“传输线理论：观察反射系数和驻波”。

　　请注意，下绕组在输入端接地，而上绕组在输出端接地。通过颠倒负载端的传输线连接，我们翻转了电压极性，导致负载电压为：

　　为了帮助您理解实际实现，图3显示了通过将同轴电缆缠绕在磁芯上实现的相位逆变器电路。

　　逆变器电路的输入阻抗在很宽的带宽范围内匹配（ZIN = Z0 = RL）。但是，随着我们接近直流，输入阻抗接近零。

　　上述解释隐含地假设只有奇模电流存在，但当偶模电流流过传输线再现了双线线圈的等效电路模型。

　　如果绕组（L）的电抗较小，分流电流可以流过输电线的逆变器电路中，分流电流从端子1流向端子3，然后流向地面。这导致输电线路的输入阻抗下降，并在铁芯中产生磁通量。

　　我上面提供的是对反相器电路的直观解释。如果这不能满足你的要求，可以在Ali M. Niknejad的《高速模拟和数字通信电路电磁学》一书中找到更严谨的分析。

　　延迟线显示了双线线圈的另一种简单而实用的排列。您可能认为这是我们一般用来将能量从源传输到负载的传输线排列。在匹配负载（RS=Z0=RL）的情况下，这种配置表现为延迟线。

　　将传输线绕在铁氧体磁芯上不可能影响电路对差分信号的延迟。理想情况下，这些信号的磁场在磁芯内部相互抵消。铁氧体磁芯只能增加共模信号从源端传输到负载时的电感。

　　如图6所示，施加到天线上的总电压是信号源提供的电压的两倍。因此，两个电路都提供了1比4的阻抗变换。

　　图7中的平衡-不平衡转换器提供了相对较宽的带宽，我们大家可以通过解决其主要限制来进一步改善带宽——传输线的延迟引起的附加相移。除了电路架构产生的预期相位反转外，传输线的延迟还会引入不必要的时间滞后。这种时间滞后会使电路的相移偏离理想的180度，尤其是在我们使用越来越高的频率时。

　　我们能够最终靠在信号路径中使用相同的传输线来绕过这样的一个问题，该传输线应用于天线的左侧元件。这使得两条路径的延迟相等，在更宽的带宽上在天线处产生一对具有相同幅度和相反极性的信号。这就是延迟线配置变得有用的地方，我们将在下一节中看到。

　　图8显示了一个宽带传输线变压器，它结合了相位逆变器电路和延迟线布置。顶部的双线线圈被配置为非反相延迟线，而底部的双线线圈则表现为反相延迟线。这个电路最早由古斯塔夫·瓜内拉（Gustav Guanella）于1944年提出，被称为瓜内拉1:4平衡-不平衡转换器。

　　图9.用于50Ω源的Guanella 1:4平衡-不平衡转换器的同轴实现。图片由Steve Arar提供

　　我们很快就会看到这种电路观点如何让我们实现变压比甚至高于1:4的变压器。不过，在我们继续之前，先来了解一下历史：我们刚才研究的Guanella 1:4电路是旧电视平衡-不平衡变压器中最常用的配置。图10显示了一个例子。

　　使用 Guanella 1:4 配置的旧电视平衡-不平衡变压器的两个视图。

　　非反相延迟线传输线变压器。在这些电路中，高频响应受到寄生效应的限制，寄生效应没有被吸收到传输线的特性阻抗中，例如：