CN110165349A - 一种低频段高性能阻抗变换器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种低频段高性能阻抗变换器，涉及一种阻抗匹配技术，解决了传统阻抗变换器的最终射频输出阻抗误差较大，影响输出功率的问题。本发明包括相互连接的初级阻抗变量器和次级阻抗变量器，所述初级阻抗变量器的输入端连接天线输出端，所述次级阻抗变量器的输出端连接馈线输入端，初级阻抗变量器和次级阻抗变量器均采用三条传输线绞制，初级阻抗变量器按照预设的阻抗比对非平衡端的阻抗进行一次处理，次级阻抗变量器按照预设的阻抗比对初级阻抗变量器输出的阻抗进行二次处理输出至平衡端。本发明对最终射频输出阻抗进行更加精细的调整，缩短产品生产周期，提高工作效率等优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种阻抗匹配技术，具体涉及一种低频段高性能阻抗变换器。
背景技术
在射频电路中，常常遇到不同传输线间的连接、不同元器件的连接和天线与馈线间的连接等问题，如果是直接连接，必然是会产生反射，影响功率传输。因此，需要在连接点间插入匹配网络，以达到阻抗匹配，保证功率无反射的传输。
另外，为了使信号源输出功率最大，也希望外电路的输出阻抗与源阻抗实现共轭匹配，因此，在外电路与信号源之间通常也需要匹配网络。
但是，传统阻抗变换器的最终射频输出阻抗误差较大，影响输出功率。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：传统阻抗变换器的最终射频输出阻抗误差较大，影响输出功率，本发明提供了解决上述问题的一种低频段高性能阻抗变换器。
本发明通过下述技术方案实现：
一种低频段高性能阻抗变换器，包连接于天线输出端与馈线输入端之间，用于将天线输出端的阻抗变换为与馈线输入端相等的阻抗，所述天线输出端为非平衡端，所述馈线输入端为平衡端，其特征在于，包括相互连接的初级阻抗变量器和次级阻抗变量器，所述初级阻抗变量器的输入端连接天线输出端，所述次级阻抗变量器的输出端连接馈线输入端，初级阻抗变量器和次级阻抗变量器均采用三条传输线绞制，初级阻抗变量器按照预设的阻抗比对非平衡端的阻抗进行一次处理，次级阻抗变量器按照预设的阻抗比对初级阻抗变量器输出的阻抗进行二次处理输出至平衡端。
通过长期的实践和研究，发明人发现天线与馈线间的连接处由于阻抗不匹配，会产生反射波，但传统阻抗变换器的最终射频输出阻抗误差较大，影响输出功率，无法满足精密电器元件的信号传输要求。本技术方案提供一种低频段高性能阻抗变换器，包括相互连接的初级阻抗变量器和次级阻抗变量器，初级阻抗变量器按照预设的阻抗比对非平衡端的阻抗进行一次处理，次级阻抗变量器按照预设的阻抗比对初级阻抗变量器输出的阻抗进行二次处理输出至平衡端，与传统分节负荷天线单级磁芯变量器相比，本技术方案的变量器可根据天线实际阻抗对最终射频输出阻抗进行更加精细的调整。
优选的，所述初级阻抗变量器的输入端与输出端绞制的传输线匝数比为3:2，使得非平衡端间的阻抗变比为2.25:1；所述次级阻抗变量器的输入端与输出端绞制的传输线匝数比为1:1，使得非平衡端到平衡端的阻抗变比为1:1，用于非平衡端到平衡端的转换。
优选的，所述初级阻抗变量器为非平衡转非平衡阻抗比2:1变量器Z1，次级阻抗变量器为非平衡转平衡二功分变量器Z2，非平衡转非平衡阻抗比2:1变量器Z1的1号输入端连接非平衡端，2号输出端连接非平衡转平衡二功分变量器Z2的1号输入端，6号输出端与非平衡转平衡二功分变量器Z2的5号输入端接地，非平衡转平衡二功分变量器Z2的2号、6号输出端连接平衡端，4号输出端连接电阻R1，电阻R1的另一端接地。
优选的，所述传输线的外层膜为聚酯漆。聚酯漆的漆膜综合性能优异，因为有固化剂的使用，使漆膜的硬度更高，坚硬耐磨。
进一步的，所述初级阻抗变量器和次级阻抗变量器分别与射频印制板可拆卸式连接，所述射频印制板上不同位置分别连接紧固件。初级阻抗变量器和次级阻抗变量器上的元器件连接不同的紧固件以调整元器件的位置。该方式优势在于可增加元器件调试位置，并且变量器和射频印制板优选通过多颗不锈钢螺钉整体固定在壳体内，与传统变量器悬空焊接的方式，接地更加有效。
进一步的，所述初级阻抗变量器的输入端还连接气体放电管。传统变量器自身暂无避雷能力，而通过改进的新型变量器则通过在输入端增加气体放电管进行旁路避雷，大幅替身变量器的可靠性。
发明人还发现，传统变量器主要通过多次测试电感量的方式来对量产的变量器进行幅度相位一致性控制，但是由于变量器磁芯电感量受外界环境变化影响较大，并且对于批量化生产的变量器来说，多次筛选用时较长，所以通过控制电感量的方式来控制幅度相位一致性难度较大，周期较长。并且实际工程化应用中主要还是考察产品实际的幅度相位一致性，鉴于此；
提供一种测试系统，包括矢量网络分析仪、非平衡转非平衡阻抗比1：4变量器Z5、实际使用变量器和合成器；所述实际使用变量器包括相互连接的非平衡转非平衡阻抗比2：1变量器Z1和非平衡转平衡二功分变量器Z2，合成器包括相互连接的平衡转非平衡反向二功分变量器Z3和非平衡转非平衡阻抗比2：1变量器Z4，所述非平衡转非平衡阻抗比1：4变量器Z5、实际使用变量器和合成器依次连接后再接入矢量网络分析仪。
具体的测试方法包括：整个测试系统分为三部分，第一部分为非平衡转非平衡阻抗比1：4变量器Z5，第二部分为实际使用变量器，第三部分为合成器，通过对依次连接的三个部分测试可以得到整个试验网络的损耗，再分别测试每一部分和第三部分的电路损耗，用整个电路损耗减去第一和第三部分的损耗可以得到天线变量器的实际损耗。保留第一部分和第二部分，仅更换变量器，可测得不同变量器之间的幅度相位一致性。
本技术方案的变量器则可以通过配套测试工装直接对成品变量器进行幅度相位一致性测试，通过该方式可减少传统电感量筛选的步骤，缩短产品生产周期，提高工作效率，并且在前期通过对内部元器件一致性的控制，从源头对产品幅度相位一致性进行有效控制，更加符合实际工程应用的要求。
进一步的，所述非平衡转非平衡阻抗比1：4变量器Z5的1号输入端连接矢量网络分析仪的测试输入端，2号输出端连接非平衡转非平衡阻抗比2：1变量器Z1的1号输入端，非平衡转非平衡阻抗比2：1变量器Z1的2号输出端连接非平衡转平衡二功分变量器Z2的1号输入端，非平衡转平衡二功分变量器Z2的2号输出端连接平衡转非平衡反向二功分变量器Z3的1号输入端，非平衡转平衡二功分变量器Z2的4号输出端连接电阻R1，电阻R1另一端接地，非平衡转平衡二功分变量器Z2的6号输出端连接平衡转非平衡反向二功分变量器Z3的5号输入端，平衡转非平衡反向二功分变量器Z3的3号输入端连接可调电阻R2，可调电阻R2的另一端接地，平衡转非平衡反向二功分变量器Z3的2号输出端连接非平衡转非平衡阻抗比2：1变量器Z4的1号输入端，非平衡转非平衡阻抗比2：1变量器Z4的2号输出端接矢量网络分析仪的测试输出端，非平衡转非平衡阻抗比1：4变量器Z5的3号输入端、非平衡转非平衡阻抗比2：1变量器Z1的6号输出端、非平衡转平衡二功分变量器Z2的5号输入端、平衡转非平衡反向二功分变量器Z3的6号输出端和非平衡转非平衡阻抗比2：1变量器Z4的6号输出端均接地。
本发明具有如下的优点和有益效果：
1、本发明一种低频段高性能阻抗变换器，与传统分节负荷天线单级磁芯变量器相比，本技术方案的变量器可根据天线实际阻抗对最终射频输出阻抗进行更加精细的调整；
2、本发明一种低频段高性能阻抗变换器，增加元器件调试位置，并且变量器和射频印制板优选通过多颗不锈钢螺钉整体固定在壳体内，与传统变量器悬空焊接的方式，接地更加有效；
3、本发明一种低频段高性能阻抗变换器，增加气体放电管进行旁路避雷，大幅替身变量器的可靠性；
4、本发明一种低频段高性能阻抗变换器，减少传统电感量筛选的步骤，缩短产品生产周期，提高工作效率，并且在前期通过对内部元器件一致性的控制，从源头对产品幅度相位一致性进行有效控制，更加符合实际工程应用的要求。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
图1为本发明中变量器的原理框图。
图2为本发明中阻抗变量器的电路结构图。
图3为本发明中测试系统的原理框图。
图4为本发明中测试系统的电路结构图。
图5为本发明中射频印制板的结构示意图。
附图中标记及对应的零部件名称：
1-射频印制板，2-紧固件。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
实施例1
请参考图1，一种低频段高性能阻抗变换器，连接于天线输出端与馈线输入端之间，用于将天线输出端的阻抗变换为与馈线输入端相等的阻抗，所述天线输出端为非平衡端，所述馈线输入端为平衡端，其特征在于，包括相互连接的初级阻抗变量器和次级阻抗变量器，所述初级阻抗变量器的输入端连接天线输出端，所述次级阻抗变量器的输出端连接馈线输入端，初级阻抗变量器和次级阻抗变量器均采用三条传输线绞制，初级阻抗变量器按照预设的阻抗比对非平衡端的阻抗进行一次处理，次级阻抗变量器按照预设的阻抗比对初级阻抗变量器输出的阻抗进行二次处理输出至平衡端。
假设电阻负载为100Ω的传输线与、负载为200Ω的传输线连接，由于阻抗不匹配，则必然会产生反射波，既传输线处于失配状态。为了实现阻抗匹配，在传输负载与电阻负载之间接入阻抗变换器。但是通过长期的实践和研究，发明人发现天线与馈线间的连接处由于阻抗不匹配，会产生反射波，传统阻抗变换器的最终射频输出阻抗误差较大，影响输出功率，无法满足精密电器元件的信号传输要求。本技术方案提供一种低频段高性能阻抗变换器，包括相互连接的初级阻抗变量器和次级阻抗变量器，初级阻抗变量器按照预设的阻抗比对非平衡端的阻抗进行一次处理，次级阻抗变量器按照预设的阻抗比对初级阻抗变量器输出的阻抗进行二次处理输出至平衡端，与传统分节负荷天线单级磁芯变量器相比，本技术方案的变量器可根据天线实际阻抗对最终射频输出阻抗进行更加精细的调整。
请参考图2，所述初级阻抗变量器的输入端与输出端绞制的传输线匝数比为3:2，使得非平衡端间的阻抗变比为2.25:1；所述次级阻抗变量器的输入端与输出端绞制的传输线匝数比为1:1，使得非平衡端到平衡端的阻抗变比为1:1，用于非平衡端到平衡端的转换。所述初级阻抗变量器为非平衡转非平衡阻抗比2:1变量器Z1，次级阻抗变量器为非平衡转平衡二功分变量器Z2，非平衡转非平衡阻抗比2:1变量器Z1的1号输入端连接非平衡端，2号输出端连接非平衡转平衡二功分变量器Z2的1号输入端，6号输出端与非平衡转平衡二功分变量器Z2的5号输入端接地，非平衡转平衡二功分变量器Z2的2号、6号输出端连接平衡端，4号输出端连接电阻R1，电阻R1的另一端接地。优选所述传输线的外层膜为聚酯漆。聚酯漆的漆膜综合性能优异，因为有固化剂的使用，使漆膜的硬度更高，坚硬耐磨。
实施例2
请参考图5，本实施例在实施例1的基础上进一步改进，所述初级阻抗变量器和次级阻抗变量器分别与射频印制板1可拆卸式连接，所述射频印制板1上不同位置分别连接紧固件11。初级阻抗变量器和次级阻抗变量器上的元器件连接不同的紧固件11以调整元器件的位置。该方式优势在于可增加元器件调试位置，并且变量器和射频印制板1优选通过多颗不锈钢螺钉整体固定在壳体内，与传统变量器悬空焊接的方式，接地更加有效。
实施例3
请参考图1，本实施例在实施例1的基础上再次改进，所述初级阻抗变量器的输入端还连接气体放电管。传统变量器自身暂无避雷能力，而通过改进的新型变量器则通过在输入端增加气体放电管进行旁路避雷，大幅替身变量器的可靠性。
实施例4
请参考图3，本实施例在实施例1的基础上再次改进，提供一种测试系统，包括矢量网络分析仪、非平衡转非平衡阻抗比1：4变量器Z5、实际使用变量器和合成器；所述实际使用变量器包括相互连接的非平衡转非平衡阻抗比2：1变量器Z1和非平衡转平衡二功分变量器Z2，合成器包括相互连接的平衡转非平衡反向二功分变量器Z3和非平衡转非平衡阻抗比2：1变量器Z4，所述非平衡转非平衡阻抗比1：4变量器Z5、实际使用变量器和合成器依次连接后再接入矢量网络分析仪。
发明人还发现，传统变量器主要通过多次测试电感量的方式来对量产的变量器进行幅度相位一致性控制，但是由于变量器磁芯电感量受外界环境变化影响较大，并且对于批量化生产的变量器来说，多次筛选用时较长，所以通过控制电感量的方式来控制幅度相位一致性难度较大，周期较长。并且实际工程化应用中主要还是考察产品实际的幅度相位一致性，鉴于此；提供一种测试系统，具体的测试方法包括：整个测试系统分为三部分，第一部分为非平衡转非平衡阻抗比1：4变量器Z5，第二部分为实际使用变量器，第三部分为合成器，通过对依次连接的三个部分测试可以得到整个试验网络的损耗，再分别测试每一部分和第三部分的电路损耗，用整个电路损耗减去第一和第三部分的损耗可以得到天线变量器的实际损耗。保留第一部分和第二部分，仅更换变量器，可测得不同变量器之间的幅度相位一致性。
本技术方案的变量器则可以通过配套测试工装直接对成品变量器进行幅度相位一致性测试，通过该方式可减少传统电感量筛选的步骤，缩短产品生产周期，提高工作效率，并且在前期通过对内部元器件一致性的控制，从源头对产品幅度相位一致性进行有效控制，更加符合实际工程应用的要求。
请参考图4，所述非平衡转非平衡阻抗比1：4变量器Z5的1号输入端连接矢量网络分析仪的测试输入端，2号输出端连接非平衡转非平衡阻抗比2：1变量器Z1的1号输入端，非平衡转非平衡阻抗比2：1变量器Z1的2号输出端连接非平衡转平衡二功分变量器Z2的1号输入端，非平衡转平衡二功分变量器Z2的2号输出端连接平衡转非平衡反向二功分变量器Z3的1号输入端，非平衡转平衡二功分变量器Z2的4号输出端连接电阻R1，电阻R1另一端接地，非平衡转平衡二功分变量器Z2的6号输出端连接平衡转非平衡反向二功分变量器Z3的5号输入端，平衡转非平衡反向二功分变量器Z3的3号输入端连接可调电阻R2，可调电阻R2的另一端接地，平衡转非平衡反向二功分变量器Z3的2号输出端连接非平衡转非平衡阻抗比2：1变量器Z4的1号输入端，非平衡转非平衡阻抗比2：1变量器Z4的2号输出端接矢量网络分析仪的测试输出端，非平衡转非平衡阻抗比1：4变量器Z5的3号输入端、非平衡转非平衡阻抗比2：1变量器Z1的6号输出端、非平衡转平衡二功分变量器Z2的5号输入端、平衡转非平衡反向二功分变量器Z3的6号输出端和非平衡转非平衡阻抗比2：1变量器Z4的6号输出端均接地。第一部分为非平衡转非平衡阻抗比2：1变量器Z1，将测试电路匹配到50欧姆，实现整个测试链路与矢量网络分析仪端口匹配，获得可靠测试数据。第三部分合成器由平衡转非平衡反向二功分变量器Z3级联非平衡转非平衡阻抗比2：1变量器Z4组成，可由其他平衡转非平衡合成器代替。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种低频段高性能阻抗变换器，连接于天线输出端与馈线输入端之间，用于将天线输出端的阻抗变换为与馈线输入端相等的阻抗，所述天线输出端为非平衡端，所述馈线输入端为平衡端，其特征在于，包括相互连接的初级阻抗变量器和次级阻抗变量器，所述初级阻抗变量器的输入端连接天线输出端，其输入端也为非平衡端；所述次级阻抗变量器的输出端连接馈线输入端，初级阻抗变量器按照预设的阻抗比对非平衡端的阻抗进行一次处理，次级阻抗变量器按照预设的阻抗比对初级阻抗变量器输出的阻抗进行二次处理并输出至平衡端。
2.根据权利要求1所述的一种低频段高性能阻抗变换器，其特征在于，所述初级阻抗变量器的输入端与输出端绞制的传输线匝数比为3:2，使得非平衡端间的阻抗变比为2.25:1；所述次级阻抗变量器的输入端与输出端绞制的传输线匝数比为1:1，使得非平衡端到平衡端的阻抗变比为1:1，用于非平衡端到平衡端的转换。
3.根据权利要求1所述的一种低频段高性能阻抗变换器，其特征在于，所述初级阻抗变量器为非平衡转非平衡阻抗比2:1变量器Z1，次级阻抗变量器为非平衡转平衡二功分变量器Z2，非平衡转非平衡阻抗比2:1变量器Z1的1号输入端连接非平衡端，2号输出端连接非平衡转平衡二功分变量器Z2的1号输入端，6号输出端与非平衡转平衡二功分变量器Z2的5号输入端接地，非平衡转平衡二功分变量器Z2的2号、6号输出端连接平衡端，4号输出端连接电阻R1，电阻R1的另一端接地。
4.根据权利要求1所述的一种低频段高性能阻抗变换器，其特征在于，所述传输线的外层膜为聚酯漆。
5.根据权利要求1所述的一种低频段高性能阻抗变换器，其特征在于，所述初级阻抗变量器和次级阻抗变量器分别与射频印制板(1)可拆卸式连接，所述射频印制板(1)上不同位置分别连接紧固件(11)。
6.根据权利要求1所述的一种低频段高性能阻抗变换器，其特征在于，所述初级阻抗变量器的输入端还连接气体放电管。
7.一种权利要求1-6任一所述的低频段高性能阻抗变换器的测试系统，其特征在于，包括矢量网络分析仪、非平衡转非平衡阻抗比1：4变量器Z5、实际使用变量器和合成器；所述实际使用变量器包括相互连接的非平衡转非平衡阻抗比2：1变量器Z1和非平衡转平衡二功分变量器Z2，合成器包括相互连接的平衡转非平衡反向二功分变量器Z3和非平衡转非平衡阻抗比2：1变量器Z4，所述非平衡转非平衡阻抗比1：4变量器Z5、实际使用变量器和合成器依次连接后再接入矢量网络分析仪。
8.根据权利要求7所述的低频段高性能阻抗变换器的测试系统，其特征在于，所述非平衡转非平衡阻抗比1：4变量器Z5的1号输入端连接矢量网络分析仪的测试输入端，2号输出端连接非平衡转非平衡阻抗比2：1变量器Z1的1号输入端，非平衡转非平衡阻抗比2：1变量器Z1的2号输出端连接非平衡转平衡二功分变量器Z2的1号输入端，非平衡转平衡二功分变量器Z2的2号输出端连接平衡转非平衡反向二功分变量器Z3的1号输入端，非平衡转平衡二功分变量器Z2的4号输出端连接电阻R1，电阻R1另一端接地，非平衡转平衡二功分变量器Z2的6号输出端连接平衡转非平衡反向二功分变量器Z3的5号输入端，平衡转非平衡反向二功分变量器Z3的3号输入端连接可调电阻R2，可调电阻R2的另一端接地，平衡转非平衡反向二功分变量器Z3的2号输出端连接非平衡转非平衡阻抗比2：1变量器Z4的1号输入端，非平衡转非平衡阻抗比2：1变量器Z4的2号输出端接矢量网络分析仪的测试输出端，非平衡转非平衡阻抗比1：4变量器Z5的3号输入端、非平衡转非平衡阻抗比2：1变量器Z1的6号输出端、非平衡转平衡二功分变量器Z2的5号输入端、平衡转非平衡反向二功分变量器Z3的6号输出端和非平衡转非平衡阻抗比2：1变量器Z4的6号输出端均接地。
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| CN201910463487.XA Active CN110165349B (zh) | 2019-05-30 | 2019-05-30 | 一种低频段高性能阻抗变换器 |
Country Status (1)
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|---|---|
| CN (1) | CN110165349B (zh) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9831071B2 (en) * | 2013-05-09 | 2017-11-28 | Lam Research Corporation | Systems and methods for using multiple inductive and capacitive fixtures for applying a variety of plasma conditions to determine a match network model |
| CN207233923U (zh) * | 2017-08-31 | 2018-04-13 | 成都四威功率电子科技有限公司 | 一种宽带传输线变压器功率合成器 |
| CN109787570A (zh) * | 2019-01-23 | 2019-05-21 | 曹秀妹 | 一种输出匹配电路和由其构成的功率放大器 |
| CN109818123A (zh) * | 2019-01-25 | 2019-05-28 | 吉林大学 | 一种基于多段耦合线和传输线级联结构的具有切比雪夫滤波特性的阻抗变换器及其建立方法 |
-
2019
- 2019-05-30 CN CN201910463487.XA patent/CN110165349B/zh active Active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9831071B2 (en) * | 2013-05-09 | 2017-11-28 | Lam Research Corporation | Systems and methods for using multiple inductive and capacitive fixtures for applying a variety of plasma conditions to determine a match network model |
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Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 钮文良等: "《高频电子线路》", 31 December 2015 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN110165349B (zh) | 2021-03-12 |
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