了解這些經(jīng)典射頻變壓器如何實(shí)現(xiàn)寬帶阻抗變換。 傳輸線變壓器的寬帶能力使其在射頻應(yīng)用中非常有用。這些變壓器有多種配置，取決于所用傳輸線的類(lèi)型、數(shù)量和排列方式。本系列前面的文章探討了Guanella 1:1和Guanella 1:4平衡-不平衡轉(zhuǎn)換器，這兩種經(jīng)典電路最早由Gustav Guanella在1944年提出。

15年后，C. L. Ruthroff的一篇論文向世界介紹了一類(lèi)新的寬帶傳輸線變壓器。在本文中，我們將通過(guò)簡(jiǎn)化分析，初步了解Ruthroff變壓器——包括平衡-不平衡和不平衡-不平衡兩種類(lèi)型。

Ruthroff 1:4不平衡-不平衡變壓器 圖1展示了一個(gè)我們已經(jīng)熟悉的配置——包含兩條傳輸線的Guanella 1:4平衡-不平衡轉(zhuǎn)換器。

當(dāng)不需要平衡-不平衡轉(zhuǎn)換功能時(shí)，我們可以重新排列一個(gè)雙股線圈，以提供1:4的阻抗變換比。圖2描繪了這個(gè)電路，被稱為Ruthroff 1:4不平衡-不平衡變壓器。你可能也會(huì)看到它被稱為Ruthroff 1:4“unun”，這與我們將“平衡-不平衡變壓器”縮寫(xiě)為“balun”的方式相呼應(yīng)。我——像許多人一樣——覺(jué)得“unun”這個(gè)詞不優(yōu)雅且不美觀，所以選擇不使用它。

圖2. Ruthroff 1:4不平衡-不平衡變壓器。

使用前一篇文章介紹的集總電感法，讓我們來(lái)分析這個(gè)電路。

假設(shè)通過(guò)上繞組的電流為I1，其上的電壓降為V1。由于變壓器作用，下繞組兩端也會(huì)有V1的電壓差，且該繞組中有I1的電流按所示方向流動(dòng)。因此，通過(guò)負(fù)載的電流等于2I1。

由于下繞組與負(fù)載并聯(lián)，負(fù)載兩端的電壓（Vout）也等于V1。輸入端的電壓可以通過(guò)將上繞組和負(fù)載電阻上的電壓相加輕松確定，從而得出：

對(duì)于負(fù)載電阻（RL），歐姆定律定義了V1和I1之間的另一種關(guān)系：現(xiàn)在，我們利用方程2，將輸入電阻（Rin）用V1和I1表示，并對(duì)其進(jìn)行簡(jiǎn)化：

等效輸入電阻是負(fù)載電阻的四倍。為了更快地分析上述電路，請(qǐng)記住以下幾點(diǎn)：

輸入電壓等于兩個(gè)繞組電壓降的總和（Vin = V1 + V2）。 由于變壓器的作用，兩個(gè)電壓降相等（V1 = V2）。 輸出電壓等于其中一個(gè)繞組的電壓降（Vout = V1 = V2）。 因此，輸入電壓是輸出電壓的兩倍（Vin = Vout + Vout = 2Vout）。 一個(gè)無(wú)損耗的網(wǎng)絡(luò)將電壓改變兩倍，會(huì)產(chǎn)生1:4的阻抗變換比。 與Guanella配置一樣，Ruthroff變壓器不提供直流隔離。在這兩種變壓器類(lèi)型中，在奇模激勵(lì)下，理想情況下會(huì)在磁芯材料中產(chǎn)生零凈磁通。這顯著減少了磁芯的頻率依賴性滯回?fù)p耗，這通常是變壓器帶寬上限的決定因素。

圖3展示了一種Ruthroff電路的同軸實(shí)現(xiàn)。請(qǐng)注意，同軸線通常會(huì)加載鐵氧體磁珠，盡管這些在圖中沒(méi)有顯示。

圖3. Ruthroff 1:4不平衡-不平衡變壓器的同軸實(shí)現(xiàn)。 為了使漏感最小，A點(diǎn)和B點(diǎn)之間的距離應(yīng)盡可能短。這可能需要將線路彎曲以使連接點(diǎn)靠近。另外請(qǐng)注意，在Ruthroff變壓器中，線路的特性阻抗（Z?）等于輸入和輸出阻抗的幾何平均值：圖4展示了Ruthroff 1:4平衡-不平衡變壓器。與不平衡到不平衡變壓器一樣，它是圍繞單個(gè)雙線線圈構(gòu)建的。由于變壓器的作用，兩個(gè)繞組上再次出現(xiàn)相同的電壓。通過(guò)將繞組的適當(dāng)端子接地，在負(fù)載電阻端子處產(chǎn)生相反極性的電壓。換句話說(shuō)，節(jié)點(diǎn)A和B具有相同的電壓，但極性相反。

圖4. Ruthroff 1:4平衡不平衡轉(zhuǎn)換器。

再次，由于變壓器的作用，相同的電壓出現(xiàn)在兩個(gè)繞組上。通過(guò)將繞組的適當(dāng)端子接地，在負(fù)載電阻端子處會(huì)產(chǎn)生極性相反的電壓。換句話說(shuō)，節(jié)點(diǎn)A和B具有相同的電壓但極性相反。

從電路圖中很容易看出，輸入電壓等于一個(gè)繞組上的電壓降（Vin = V1），而負(fù)載上的電壓為Vout = 2V1。因此，該電路將輸入電壓加倍，產(chǎn)生1:4的阻抗變換比。由于負(fù)載兩端均未接地，輸出為平衡信號(hào)。

接下來(lái) 與Guanella變壓器相比，Ruthroff配置提供了相對(duì)較低的帶寬。在本系列的下一篇文章中，我們將更深入地分析這些電路，進(jìn)一步討論這一點(diǎn)。我們還將研究一些簡(jiǎn)單的修改，這些修改在應(yīng)用后可以提高Ruthroff變壓器的帶寬。