Ruthroff输电线路变压器简介

了解这些典型的射频变压器如何实现宽带阻抗转换。

传输线变压器的宽带功能使其在射频应用中具有高度的实用性。根据所用传输线的类型、数量和布置，这些变压器有多种配置。本系列之前的文章探讨了关内拉1:1和关内拉1:4巴伦，这两个经典电路于1944年由古斯塔夫·关内拉首次提出。

15年后，C·L·Ruthroff的一篇论文向世界介绍了一种新型宽带传输线变压器。在这篇文章中，我们将通过进行一个简单的分析来获得对Ruthroff变压器的基本理解——平衡到不平衡和不平衡到不平衡。

Ruthroff1:4不平衡对不平衡变压器

图1展示了我们已经熟悉的配置——Guanella 1:4巴伦，它包括两条传输线。

?图1 Guanella 1:4巴伦。

当不需要巴伦功能时，我们可以重新安排一个单独的双线圈，以提供1:4的阻抗转换比。图2描述了这种电路，称为Ruthroff 1:4不平衡到不平衡的变压器。你也可以看到它被称为Ruthroff 1:4“unun”，这与我们将“平衡到不平衡的变压器”缩写为“balun”的方式相同。我和许多其他人一样，认为“unun”这个词不雅观，没有吸引力，所以选择不使用它。

Ruthroff1:4不平衡到不平衡变压器。

?图2。Ruthroff1:4不平衡到不平衡变压器。

利用前面文章介绍的集总电感方法，我们来分析这个电路。

假设通过上部绕组的电流为I1，其两端的电压降为V1。由于变压器的作用，V1的电压差也施加在下绕组上，I1的电流在所示的方向流过该绕组。因此，通过负载的电流等于2I1。

由于下绕组与负载并联，所以负载两端的电压（Vout）也等于V1。通过将上部绕组和负载电阻两端的电压相加，可以很容易地确定输入端的电压，得出：

?方程式1。

对于负载电阻（RL），欧姆定律定义了V1和I1之间的另一个关系：

?方程式2。

我们现在用V1和I1表示输入电阻（Rin），使用方程式2进行简化：

?方程式3。

等效输入电阻为负载电阻的四倍。要更快地分析上述电路，请注意以下几点：

输入电压等于两个绕组两端电压降的总和（Vin＝V1+V2）。

由于变压器的作用，两个电压降相等（V1=V2）。

输出电压等于其中一个绕组两端的电压降（Vout＝V1＝V2）。

因此，输入电压是输出电压的两倍（Vin＝Vout+Vout＝2Vout）。

以2倍的因子改变电压的无损网络产生1:4的阻抗变换比。

与Guanella配置一样，Rutherroff变压器不提供直流隔离。在奇数模式励磁期间，这两种类型的变压器理想地在芯材料中诱导零净通量。这大大减少了铁芯的频率相关磁滞损耗，这通常是设定变压器带宽上端的因素。

图3展示了Ruthroff电路的同轴实施方式。注意，尽管图中未示出，但同轴线通常会加载铁氧体磁珠。

Ruthroff1:4不平衡到不平衡变压器的同轴实现。

?图3。Ruthroff1:4不平衡到不平衡变压器的同轴实现。

对于最小的泄漏电感，A点和B点之间的距离应尽可能短。这可能需要弯曲电线以使连接点紧密相连。还应注意，在Ruthroff变压器中，线路的特性阻抗（Z0）等于输入和输出阻抗的几何平均值：

?方程式4。

Ruthroff1:4巴伦变压器

图4显示了Ruthroff1:4巴杉木。就像不平衡到不平衡的变压器一样，它围绕着单个双线圈构建。

拉1:4巴伦。

?图4。拉1:4巴伦。

由于变压器的作用，两个绕组再次出现相同的电压。通过将绕组的适当端子接地，在负载电阻端子处产生具有相反极性的电压。换句话说，节点A和节点B具有相同的电压，具有相反的极性。

从电路图中很容易看出，输入电压等于一个绕组两端的电压降（Vin＝V1），而负载两端的电压为Vout＝2V1。因此，该电路将输入电压加倍，产生1:4的阻抗变换比。由于负载两端不接地，所以输出为平衡信号。

下一篇

与Guanella变压器相比，Ruthroff配置提供相对较低的带宽。当我们对这些电路进行更严格的分析时，我们将在本系列的下一篇文章中对此进行更详细的讨论。我们还将研究一些简单的修改，当应用时，可以提高Ruthroff变压器的带宽。