λ/4阻抗变换器特征分析
λ/4阻抗变换器特征分析,碎片三分钟,收获一丢丢。
学院派是从头到尾大篇推导理论公式,然后得到一般性结论。工程派则应用学院派推导出的严瑾公式进行现成的设计就行,EDA仿真软件就是干这活的,是工程派的一件兵器。如何将这件兵器用得称手,那就是平时多摸多练,拆了再装,装了再拆,去锈上油,抱戈入眠。
对于工程派来说,不是说推导公式不重要。工程派至少要知道大概的公式初始条件、推导过程、物理意义、定性分析,下次碰到变通的场景也会跟着灵活地变通策略。
EDA仿真软件虽然大大提高了设计效率,但却拉低了工程设计门槛,当然也拉低了薪水。业界在不停地内卷,要让自己卷得更优雅些,惟有不停地学习。
本文是为了加深λ/4阻抗变换器的定性理解。
单节λ/4阻抗变换器原理的定性分析
建议先把《020_Splitter之十:四分之一波长阻抗变换器》再看一篇公式推导过程(略)。
阻抗分别为Z1、Z2、Z3的三段传输线构成单节λ/4阻抗变换器,阻抗依次升高,如下图所示:
红色RFin信号输入到上图传输线电路,在Z1~Z2交界处的阻抗不连续面,出现电压反射信号Γ1>0,因为是从低阻向高阻传播,所以电压反射系数Γ1>0,向左反射;
同时红色RFin信号也在Z1~Z2交界面处出现蓝色的透射信号向右传播,此透射信号在Z2~Z3交界的阻抗不连续面,出现电压反射信号Γ2>0,也向左反射;
观察这红色反射信号Γ1和蓝色反射信号Γ2,极性相同,但二者的路径差刚好是λ/4的一来一回,也就是路径差λ/2=180度,相位相反,互相抵消;
没有反射信号,意味着所有功率从低阻Z1全部向高阻Z3端传输,所以说Z2起到阻抗变换作用。
单节λ/2阻抗不变器原理的定性分析
阻抗分别为Z1、Z2、Z1的三段传输线构成单节λ/2阻抗不变器,前后段阻抗都是Z1,只有中间段阻抗是Z2,如下图所示:
不同点在于电压反射系数Γ2变为负值:
观察这红色反射信号Γ1,是从低阻Z1传到高阻Z2界面处产生的,因此电压反射系数为正;而蓝色反射信号Γ2,是从高阻Z2传到低阻Z1界面处产生的,因此电压反射系数为负;
所以红色反射信号Γ1和蓝色反射信号Γ2幅度相等,但极性是相反的!而二者路径差刚好是λ/2的一来一回,也就是λ=360度,路径相位相同。
综合起来看,红蓝两个反射信号在输入端相位相反、幅度相等,那么两个反射信号就能在输入端互相抵消;
这就是λ/2传输线阻抗不变器的原理解释。
还可以这样理解,两个λ/4阻抗变换器,头对头接起来,就成了一个λ/2阻抗不变器。如下图箭头所示的演进方式:
单节λ/4阻抗变换器特征
现在用上ADS仿真这个兵器,搭个简单电路(略),仿真出单节λ/4阻抗变换器的阻抗变换比值与带宽的关系:
阻抗变换比越高,则阻抗越窄。
以回波损耗26dB(对应切比雪夫滤波器0.01dB带内纹波)为带宽标准,单节阻抗比1.5倍(对应从50欧变换到75欧,或者从150欧变换到100欧)的带宽为32%;
单节阻抗比2倍,回波损耗26dB带宽为17%;
单节阻抗比3倍,回波损耗26dB带宽为11%;
单节阻抗比4倍,回波损耗26dB带宽为7%;
单节阻抗比6倍,回波损耗26dB带宽为5%;
那么结论是:如果想增加带宽,一定要减小单节阻抗比。单节减小不了,用多节。
出品|EDA365
作者|何平华老师
注:本文为EDA365电子论坛原创文章,未经允许,不得转载
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