0
  • 聊天消息
  • 系统消息
  • 评论与回复
登录后你可以
  • 下载海量资料
  • 学习在线课程
  • 观看技术视频
  • 写文章/发帖/加入社区
会员中心
创作中心

完善资料让更多小伙伴认识你,还能领取20积分哦,立即完善>

3天内不再提示

1/4波长阻抗变换器

射频学堂 来源:射频学堂 2023-03-25 10:13 次阅读

如同在上一篇文章中所说,阻抗匹配贯穿整个射频电路的设计,阻抗匹配的终极目标就是如何让电磁波能够更好的传播到负载,并且被负载全部吸收。阻抗匹配有很多方法,我们今天仅列举几种最常用的方法。 负载阻抗匹配就是在传输线和负载之间加入一个阻抗匹配网络,阻抗匹配网络应该全部由无耗元件组成,其匹配原理就是通过阻抗匹配网络引入一个新的反射波,这个反射波与负载因其的反射波等辐反相,相互抵消,使传输线上没有反射波,从而实现行波工作状态。从阻抗的角度来说,阻抗匹配是用一个新的网络将原来不等于传输线特性阻抗的负载阻抗变换成为等于传输线特性阻抗的阻抗。如下图所示:

4ab1261c-cab2-11ed-bfe3-dac502259ad0.png

常用的阻抗匹配方法很多,我们今天一起来学习下四分之一阻抗变换器匹配的原理。

4ab96eb2-cab2-11ed-bfe3-dac502259ad0.png

四分之一波长阻抗变换器是有一段长度为lambda0/4,阻抗为Z01的传输线构成,其中Lambda0是传输线所传输信号中心频率所对应的相波长,与信号频率f0,传输线的结构,填充介质等因素有关。当传输线的终端接纯电阻负载RL时,在中心频率上的输入阻抗为:

4ac99f30-cab2-11ed-bfe3-dac502259ad0.png

为了计算该式在4ad0abea-cab2-11ed-bfe3-dac502259ad0.png时的值,我们可以用4ae240ee-cab2-11ed-bfe3-dac502259ad0.png去除上式的分子分母,并取4af1129a-cab2-11ed-bfe3-dac502259ad0.png的极限,即可得:

4afe34f2-cab2-11ed-bfe3-dac502259ad0.png

为了使反射系数等于0,必须有Z0=Zin,可得四分之一波长变换器的特性阻抗为: 4b0c59e2-cab2-11ed-bfe3-dac502259ad0.png 可以看出了,这个阻抗就是负载阻抗和传输线阻抗的几何平均。因此在传输线上就没有驻波,反射系数为0,但是在四分之一阻抗变换器内还是有驻波存在。变换器上的驻波系数为:

4b1cd718-cab2-11ed-bfe3-dac502259ad0.png

注意:上式是基于信号的中心频率f0来求解的,因此只能在这个点上实现匹配,或者匹配线的长度是该频率的四分之一波长或者四分之一波长的奇数倍(2n+1)处实现完全匹配,在其他频率上将会失配。

上式只能用于实阻抗匹配,即负载的阻抗为纯电阻。但是对于一般的复阻抗负载,ZL=RL+jXL,时,一般先经过一个适当长度的传输线把负载阻抗变换为实阻抗负载。下面介绍两种常用的匹配方法:
方法一:终端接四分之一波长阻抗变换器的同时,并联一段特性阻抗为Z0,长度为s的终端段路线。

4b2d0af2-cab2-11ed-bfe3-dac502259ad0.png

终端短路线在负载处提供一个纯电抗,只要选择合适的长度s,就可以使其在负载处所呈现的电抗来抵消负载的电抗部分,从而使负载的总阻抗为实数,然后利用四分之一波长阻抗变换器将负载处的等效阻抗变换为Z0,实现阻抗匹配。
方法二:在靠近终端的电压波腹点或者波节点处接入四分之一波长阻抗变换器来实现复阻抗匹配。

4b3d8238-cab2-11ed-bfe3-dac502259ad0.png

传输线上电压波节点或者波腹点的阻抗为实数,所以如果在这两个位置剪短传输线,接入特性阻抗为Z01的四分之一波长变换器就可以进行阻抗匹配。负载与电压波节点或者波腹点位置的传输线称为相移段。
1,当电压波腹点接入四分之一波长变换器时,相移段长度L和变换器特性阻抗分别为:

4b5076a4-cab2-11ed-bfe3-dac502259ad0.png

2,当电压波节点接入四分之一波长变换器时,相移段长度L和变换器特性阻抗分别为:

4b675482-cab2-11ed-bfe3-dac502259ad0.png

这个时候阻抗变换器上的驻波系数为:

4b76e7a8-cab2-11ed-bfe3-dac502259ad0.png

为了更深入的了解四分之一波长阻抗变换器的特性,我们一起来看一下多次反射的概念。

4b8a0770-cab2-11ed-bfe3-dac502259ad0.png

对于上图给出的四分之一波长变换器,它具有一下的反射系数:

4b9340ba-cab2-11ed-bfe3-dac502259ad0.png

这些反射系数可以表示为:

4ba22fda-cab2-11ed-bfe3-dac502259ad0.png

我们可以想象一下,当电磁波信号沿着传输线进入四分之一波长变换器时,它首先看到的阻抗是Z1,因为还没有到达负载RL,因而负载还看不到它的影响。一部分电磁波被反射,另一部分被传输进入四分之一波长变换器,然后被传输的电磁波到达负载时遇到了组在阻抗RL,再次被反射,经过四分之一波长到达传输线和变换器的交界处,遇到阻抗Z0,再次被反射回到负载,电磁波在变换器内不断额被反射吸收,每次反射波都要经过往返两次四分之一波长,产生相位差180°,总的反射系数就是这无数次反射系数的和:

4bb69a4c-cab2-11ed-bfe3-dac502259ad0.png

经过一系列的计算:

4bc4423c-cab2-11ed-bfe3-dac502259ad0.png

我们发现,当4bd9c120-cab2-11ed-bfe3-dac502259ad0.png时,上式为0,那么总的反射系数也为0,传输线是匹配的。
那么我们发现四分之一波长变换器匹配的原理就是通过选择恰当的匹配段的特性阻抗,和长度,使得所有的部分反射的结果叠加为0,来消除组播,形成整个传输线上的行波。可见变换器内部的斗争还是蛮激烈的。

审核编辑 :李倩

声明:本文内容及配图由入驻作者撰写或者入驻合作网站授权转载。文章观点仅代表作者本人,不代表电子发烧友网立场。文章及其配图仅供工程师学习之用,如有内容侵权或者其他违规问题,请联系本站处理。 举报投诉
  • 阻抗
    +关注

    关注

    17

    文章

    937

    浏览量

    45811
  • 波长
    +关注

    关注

    0

    文章

    61

    浏览量

    22486
  • 阻抗变换器
    +关注

    关注

    0

    文章

    13

    浏览量

    3124

原文标题:1/4 波长阻抗变换器

文章出处:【微信号:射频学堂,微信公众号:射频学堂】欢迎添加关注!文章转载请注明出处。

收藏 人收藏

    评论

    相关推荐

    四分之一波长平衡变换器的知识介绍

    四分之一波长平衡变换器1:1变换器,输入输出阻抗相同,只进行平衡-不平衡
    发表于 04-26 06:11

    阻抗变换器

    学习和了解负阻抗变换器的特性和应用。研究如何用运算放大器构成负阻抗变换器。了解有源器件在线性范围内工作的条件。负转换是一种双口器件,共有两
    发表于 12-11 17:44 64次下载

    阻抗变换器

    阻抗变换器 一、实验目的1. 加深对负阻抗概念的认识, 掌握对含有负阻的电路分析研究方法。2. 了解负阻抗
    发表于 09-24 09:48 1.2w次阅读
    负<b class='flag-5'>阻抗</b><b class='flag-5'>变换器</b>

    FET输入、输出阻抗1MR的AC阻抗变换器

    FET输入、输出阻抗1MR的AC阻抗变换器 电路的功能 由于测量信号源的高阻抗和测量电路电缆的静态电容都会
    发表于 09-28 17:09 1031次阅读
    FET输入、输出<b class='flag-5'>阻抗</b>为<b class='flag-5'>1</b>MR的AC<b class='flag-5'>阻抗</b><b class='flag-5'>变换器</b>

    阻抗变换器电路

    阻抗变换器电路 阻抗变换器将两根电极之间的阻抗转换成电压送至HMS87C1408
    发表于 01-11 23:44 6006次阅读
    <b class='flag-5'>阻抗</b><b class='flag-5'>变换器</b>电路

    双波段阻抗变换器

    讨论了双波段阻抗变换器的设计方法,分析了四分之一波长阻抗变换器的兀形等效电路,得到了双波段阻抗
    发表于 02-25 10:18 63次下载

    阻抗变换器是什么

    当负载阻抗和传输线特性阻抗不等,或两段特性阻抗不同的传输线相连接时均会产生反射,除用上面的阻抗调配器来实现阻抗匹配外,还可以用
    的头像 发表于 04-15 13:55 9102次阅读

    阻抗变换器原理

    阻抗变换器的作用是解决微波传输线与微波器件之间匹配的,在通常情况下,同轴传输线的阻抗为75Ω,而与馈线相连的极化分离和波道滤波的输入输出
    的头像 发表于 04-15 14:03 1.6w次阅读

    阻抗变换器实验教程

    1、学习和了解负阻抗变换器的特性和应用。 2、研究如何用运算放大器构成负阻抗变换器。 3、了解有源器件在线性范围内工作的条件。
    发表于 06-08 11:19 11次下载

    一文详解阻抗变换器

    对于一个端接实数负载的射频电路,我们可以接一段1/4波长特定阻抗 Z1 的传输线将负载阻抗RL
    的头像 发表于 08-10 09:55 6358次阅读

    阻抗变换器的形式有哪些

    阻抗变换器是一种电子设备,用于改变电路中的阻抗值,以满足特定应用的需求。 阻抗变换器的原理 阻抗
    的头像 发表于 08-28 14:38 454次阅读

    阻抗变换器的参数K1和K2是什么

    阻抗变换器是一种用于实现不同阻抗之间转换的电子设备,广泛应用于通信、广播、电视、雷达等领域。在阻抗变换器中,参数K
    的头像 发表于 08-28 14:39 573次阅读

    阻抗变换器的相对带宽是什么

    阻抗变换器是一种电子元件,用于在电路中改变阻抗值。它广泛应用于通信、信号处理、电源管理等领域。在这些应用中,阻抗变换器的相对带宽是一个重要的
    的头像 发表于 08-28 14:44 572次阅读

    阻抗变换器在其他方面的应用

    阻抗变换器(Negative Impedance Converter,NIC)是一种电子电路,它具有将输入阻抗转换为负值的能力。这种特性使得负阻抗
    的头像 发表于 08-28 15:00 519次阅读

    阻抗变换器如何实现负阻变换

    的具体方式: 1. 引入有源元件 负阻抗变换器需要利用有源元件来实现阻抗变换。这些有源元件具有放大信号的能力,可以将输入信号放大后输出。运
    的头像 发表于 08-28 15:09 339次阅读