四分之一波长传输线应用举例

陆妹

四分之一波长传输线应用举例

EDA365原创     作者：何平华老师

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碎片三分钟，收获一丢丢。

上图表示从离负载l=λ/4远的地方，看等效输入阻抗Zin。

传输线方程中的β = 2π/λ，如果l=λ/4，则tanβl=tan(π/2)是无穷大，根据学过的极限概念，分子中的ZL和分母中的Z0可忽略不计：

得到λ/4阻抗变换器公式：

如果将ZL= Z0代入到传输线方程，则：

Zin= Z0。

上式与βl无关，说明如果负载阻抗与传输线阻抗相等，ZL= Z0，则从离负载任意远处看到的等效输入阻抗始终等于负载阻抗Z0。这是完美的匹配状态。

再考虑两种特殊情况：

首先，如果终端开路，ZL = ∞，则Zin= 0。如下图所示：

物理意义是：如果从距终端l=λ/4远的地方看负载开路，等效阻抗Zin为零。

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其次，如果终端短路，ZL = 0，则Zin= ∞。如下图所示：

物理意义是：如果从距终端l=λ/4远的地方看短路传输线，等效阻抗Zin为无穷大，

这种做法应用于放大器的BiasTee供电、射频信号线的防雷、防静电等，常等效于高阻电感接地或交流接地。

放大器BiasTee

λ/4波长线与主信号线的走向构成偏置T形节，称为BiasTee电路，如下图所示的蓝色线：

MOS功放管栅极和漏极的匹配大铜皮，各接了一根λ/4高阻终端线，到滤波电容，滤波电容接地，等效于这根λ/4高阻线终端交流接地，本质上等效于电感。从匹配铜皮看这两根λ/4波长线，理论上阻抗为无穷大，实际上阻抗也是很高的，比其高阻线本身的特征阻抗要高得多。

下图是一个接近式毫米波雷达传感器的PCB图，这个鬼画符模样的简单PCB图中，数了一下，至少有21条1/4波长传输线（已经用红线标记出部分1/4波长传输线），构成了做为偏置的BiasTee，还有威尔金森功分器、分支线耦合器、叉指电容、带通滤波器等等，如下图所示：

（原图来自于网上）

防静电雷电

从射频同轴连接器进入PCB，首先并联了一段λ/4的终端接地短路线，如下图高亮的长花线所示，将连接器的静电泄放到地。再经过C59进入到有源电路，进一步阻挡了静电。

λ/4传输线不止能做阻抗变换器，还可以用于各种耦合谐振器中，如下文所述。

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无源器件中的阻抗变换

耦合器的耦合段长度通常都是1/4波长，以获得最大的耦合效率，例如平行双线耦合器、叉指电容等等。

环形线耦合器总长度有3λ/2，其中有三段是λ/4。

分支线耦合器由四段λ/4构成。

功分器中的λ/4波长线都是阻抗变换器，等功分器将100欧变换为50欧。

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无源器件中的滤波谐振器

封闭的谐 振器是滤波器。微带线离地平面比较近，所以微带线谐振器能构成滤波器。下图滤波器的谐振器长度是λ/4，每段谐振器都构成耦合段的长度λ/4。

天线振子与Balun结构

基站天线偶极子4个臂的底座是接地的，每个臂的长度为λ/4，振子的高度（离反射板的高度）λ/4、平衡馈电的Balun长度也是λ/4。

上面原图来自于网上，右图可以看成是左图的等效电路图。

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综上所述，可以看出λ/4波长传输线线无处不在！

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出品｜EDA365

作者｜何平华老师

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