四分之一波长阻抗匹配变压器设计的应用程序

这个例子展示了如何设计的四分之一波长变压器阻抗匹配应用程序使用pcbComponent microstripLine,和traceRectangular射频PCB工具箱对象。

四分之一波长转换器是一个简单的和有用的终端负载的阻抗匹配电路( $Z_{l}$ )喂养传输线的特性阻抗( $Z_{0}$ ),在给定的图。四分之一波长计算变压器的特性阻抗 $Z_{1} = \sqrt{(Z_{0} Z_{l})}$ [1]。这个例子是设计一个四分之一波长变压器匹配部分 $One hundred. Ω$ 加载一个 $50 Ω$ 输电线路的工作频率 $2 GHz$ 。四分之一波长的计算特性阻抗变压器 $Z_{1}$ 是 $70年。 71年 Ω$ 。

单节四分之一波长变换器的设计

使用设计功能上的microstripLine对象创建 $50 Ω$ 输入输电线路和 $70年。 71年 Ω$ 四分之一波长转换器的长度和宽度维度的工作频率 $2 GHz$ 。默认的基质microstripLine是聚四氟乙烯的厚度 $1 。 6 毫米$ 。

频率= 2 e9;m50 =设计(microstripLine,频率,Z0 = 50, LineLength = 0.05);%输入输电线路m70 =设计(microstripLine,频率,Z0 = 70.71, LineLength = 0.25);%第一节

使用traceRectangular对象创建groundplane,输入传输线和四分之一波长传输线的形状。

%地平面尺寸gndL = 2 * m50.Length + m70.Length;gndW = 5 * m50.Width;地面= traceRectangular (“长度”gndL,“宽度”,gndW);%输入输电线路Z0 = traceRectangular (“长度”m50.Length,“宽度”m50.Width,…“中心”,(-gndL / 2 + m50。长度/ 2 0]);%第一节四分之一波长的变压器Z1 = traceRectangular (“长度”m70.Length,“宽度”m70.Width,“中心”,…[-gndL / 2 + m50.Length + m70。长度/ 2 0]);qline = Z0 + Z1;

使用pcbComponent创建四分之一波长变换器和使用lumpedElement的终端负载 $One hundred. Ω$ 并将其最后的四分之一波长的变压器和使用通过负载连接到地面。

pcb = pcbComponent;pcb。BoardShape =地面;pcb。BoardThickness = m50.Height;pcb。layers = {qline,m50.Substrate,ground}; pcb.FeedDiameter = m50.Width/2; pcb.FeedLocations = [-gndL/2 0 1 3]; pcb.ViaLocations = [-gndL/2+m50.Length+m70.Length,0,1,3]; pcb.ViaDiameter = m70.Width/2;%的负载ZL = lumpedElement;ZL。阻抗= 100;ZL。location = [-gndL/2+m50.Length+m70.Length,0,pcb.BoardThickness]; pcb.Load = ZL;%显示单节四分之一波长转换器图,显示(pcb)

图包含一个坐标轴对象。坐标轴对象与标题pcbComponent元素,包含x(毫米),ylabel y (mm)包含9对象类型的补丁,表面。这些对象代表压电陶瓷、饲料、聚四氟乙烯、负载。

使用sparameters函数来计算它使用S参数和阴谋rfplot函数。

sparams = sparameters (pcb, linspace (100 e6, 8 e9 51));图;rfplot (sparams)

$图包含一个坐标轴对象。坐标轴对象包含频率(GHz), ylabel级(dB)包含一个类型的对象。该对象代表dB (S_ {11})。$

这是观察到的 ${年代}_{11}$ 值的阻抗完全匹配所需的频率 $2 GHz$ 大小小于的价值在哪里 $- - - - - - 22 dB$ 的带宽 $2800年兆赫$ 。匹配alsol发生在频率 $Z_{1}$ 有一个长度 $(2 n + 1) \frac{λ_{0}}{4}, n = 0, 1, 2, 3 。。。$

设计Multisection四分之一波长的变压器

一般来说,单节变压器可能满足窄带阻抗匹配。这个变压器可以扩展到multisection有条不紊地取得最佳匹配特征在一个更广泛的带宽[1]。下面的例子是设计三个部分切比雪夫匹配变压器匹配 $One hundred. Ω$ 加载一个 $50 Ω$ 涟漪水平= $0 。 05年$ 。每个部分的特性阻抗是使用[1]中给出的公式计算值 $Z_{1} = 57 。 5 Ω, Z_{2} = 70年。 7 Ω$ 和 $Z_{3} = 87年 Ω$ 。三个部分切比雪夫匹配变压器设计通过使用相同的步骤中描述单节四分之一波长变换器的设计。

m50 =设计(microstripLine,频率,“Z0”,50岁,“LineLength”,0.05);%输入输电线路m57 =设计(microstripLine,频率,“Z0”,57.5,“LineLength”,0.25);%第一节m70 =设计(microstripLine,频率,“Z0”,70.7,“LineLength”,0.25);%第二节m87 =设计(microstripLine,频率,“Z0”,87,“LineLength”,0.25);%第三节%地平面尺寸gndL = 2 * m50.Length + m57.Length + m70.Length + m87.Length;gndW = 5 * m50.Width;地面= traceRectangular (“长度”gndL,“宽度”,gndW);% inpt输电线路Z0 = traceRectangular (“长度”m50.Length,“宽度”m50.Width,…“中心”,(-gndL / 2 + m50。长度/ 2 0]);%第一节四分之一波长的变压器Z1 = traceRectangular (“长度”m57.Length,“宽度”m57.Width,“中心”,…[-gndL / 2 + m50.Length + m57。长度/ 2 0]);%第二部分四分之一波长的变压器Z2 = traceRectangular (“长度”m70.Length,“宽度”m70.Width,“中心”,…[-gndL / 2 + m50.Length + m57.Length + m70。长度/ 2 0]);%第三节四分之一波长转换器Z3 = traceRectangular (“长度”m87.Length,“宽度”m87.Width,“中心”,…[-gndL / 2 + m50.Length + m57.Length + m70.Length + m87。长度/ 2 0]);qline = Z0 + Z1 + Z2 + Z3;%创建pcbComponentpcb = pcbComponent;pcb。BoardShape =地面;pcb。BoardThickness = m50.Height;pcb。layers ={qline,m50.Substrate,ground}; pcb.FeedDiameter = m50.Width/2; pcb.FeedLocations = [-gndL/2 0 1 3]; pcb.ViaLocations = [-gndL/2+m50.Length+m57.Length+m70.Length+m87.Length,0,1,3]; pcb.ViaDiameter = m87.Width/2;%的负载ZL = lumpedElement;ZL。阻抗= 100;ZL。location = [-gndL/2+m50.Length+m57.Length+m70.Length+m87.Length,0,pcb.BoardThickness]; pcb.Load = ZL;%显示四分之一波长变换器的三个部分图,显示(pcb)

%的分析sparams3 = sparameters (pcb, linspace (100 e6, 8 e9 51));图;rfplot (sparams3)

$图包含一个坐标轴对象。坐标轴对象包含频率(GHz), ylabel级(dB)包含一个类型的对象。该对象代表dB (S_ {11})。$

S参数的比较

图;rfplot (sparams“-”。)举行在rfplot (sparams3)传说(dB (S_{11})为N = 1,dB (S_{11})为N = 3,“位置”,“东北”)

$图包含一个坐标轴对象。坐标轴对象包含频率(GHz), ylabel级(dB)包含2线类型的对象。这些对象代表dB (S_ {11}) N = 1, dB (S_ {11}) N = 3。$

单节和比较的参数图的四分之一波长的变压器设计三个部分 $2 GHz$ ,观察到的带宽达到四分之一波长变压器三部分 $7750年兆赫$ 改善阻抗匹配特性。因此,很明显,实现更广泛的带宽为四分之一波长的变压器与多个部分。

引用

[1]David m . Pozar、微波工程、246 - 261页。 $4^{th}$ 版,约翰威利& Sons, 2012。