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4-2014

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HF-Praxis 4/2014

Bauelemente RF- und

Bauelemente RF- und Mikrowellen-Transformatoren, Teil 2 Der zweite Teil dieses Artikels befasst sich mit den Konfigurationen und den Eigenschften von Transfomatoren und der Testcharakterisierung Bild 16: Einfügungsdämpfung eines Kern-und-Draht-Transformators in Abhängigkeit von der Frequenz Unter Verwendung der Applikationsschrift AN 20-002 Mini-Circuits www.minicircuits.com Transformatorkonfigurationen Transformatorkonfigurationen können grob wie folgt unterteilt werden: • Konventionell; Kern-und- Draht-basierend (Konfigurationen A, B, C, D, F ) • Übertragungsleitung; Kern und Draht und LTCC (Konfiguration G, H, K) • Marchand; LTCC (Konfiguration J) In Tabelle 1 sehen Sie die Schaltbilder und erhalten alle Informationen über Betriebsfrequenz, Impedanzverhältnis, wichtige elektrische Parameter und Applikationen. Konventionelle Transformatoren aus Kern und Draht haben optional eine Mittelanzapfung an der Primär- oder der Sekundärseite bzw. auch an beiden Seiten und sind einsetzbar bis 2 GHz. Die meisten Konfigurationen haben eine Gleichspannungs-Isolation zwischen Primär- und Sekundärseite. Transformatoren vom Transmission-Line-Typ, die Kern und Draht verwenden, arbeiten bis zu 3 GHz, in LTCC-Ausführung sogar bis 5 GHz oder höher und haben keine Gleichstromisolierung zwischen Primär- und Sekundärseite. Dazu sind externe Kondensatoren erforderlich. Marchand-Transformatoren (nach dem Erfinder benannt) arbeiten bis zu 6 GHz und höher. Sie werden in LTCC-Technologie realisiert und haben Gleichstromisolierung zwischen Primär und Sekundär. Die Auswahl eines Transformators für eine Anwendung kann oft verwirrend sein und führt manchmal zur falschen Wahl. Die folgenden Richtlinien versuchen, die Auswahl zu erleichtern und die Vorteile der verschiedenen Konfigurationen herauszustellen: • Für Applikationen zur Impedanzanpassung (unsymmetrisch zu unsymmetrisch) wählen Sie einen Auto-Transformator (Konfiguration –D), da er im allgemeinen den geringsten Einfügungsverlust aufweist. • Für Balun-Applikationen wählen Sie eine Ausführung mit Mittelanzapfung auf der symmetrischen Seite, da sie für ausgezeichnete Amplitudenund Phasensymmetrie sorgt (Konfigurationen A, B, H, J): • Für symmetrische Übertragung wählen Sie einen Transformator mit Mittelanzapfung an der Primär- und der Sekundärseite. • Für Gleichstromisolierung zwischen Primär- und Sekundärseite wählen Sie keine Übertragungsleitungs-Konfigurationen (G, H, K). Sofern erforderlich fügen Sie Blockierkondensatoren hinzu, um Primär- und Sekundärseite zu isolieren. Eigenschaften von Transformatoren Einfügungsverlust Bild 16 zeigt den Einfügungsverlust eines Kern-und-Drahttransformators. Der Verlust am unteren Ende des Frequenzbereichs wird stark von der Primärinduktivität beeinflusst, während der Verlust am oberen Bereichsende von den Verlusten durch die Kapazität zwischen den Windungen und der Serien- Induktivität abhängt. 46 hf-praxis 4/2014

Bauelemente Tabelle 1: Zusammenfassung der Transformator-Konfigurationen Die Permeabilität eines magnetischen Kerns wird durch die Temperatur beeinflusst. Wenn die Temperatur abnimmt, nimmt auch die Permeabilität ab und verursacht eine Zunahme des Einfügungsverlusts bei niedrigen Frequenzen. Bild 17 zeigt den Einfügungsverlust eines LTCC-Transformators. Beachten Sie, dass der Einfügungsverlust über das ganze Band hinweg niedrig ist, da die Verluste in der Keramik minimal sind und ebenfalls die Schwankung mit der Temperatur. Unbalance: Amplitude und Phase Eine beliebige anliegende Spannung (V1) wird in zwei Spannungen V2 und V3 (siehe Bild 18) trnasformiert. In einem idealen Transformator ist die Amplitude von V2 der von V3 gleich, und der Phasenunterschied beträgt 180º. In praktischen Transformatoren gibt es jedoch einen kleinen hf-praxis 4/2014 47

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© beam-Verlag Dipl.-Ing. Reinhard Birchel