λ/4阻抗变换器特征分析

陆妹

λ/4阻抗变换器特征分析

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EDA365原创     作者：何平华老师

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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。

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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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相位相反，互相抵消