Проект трансформатора волны четвертью для приложений соответствия импеданса
В этом примере показано, как спроектировать трансформатор волны Четвертью для приложений соответствия импеданса при помощи pcbComponent, microstripLine, and traceRectangular объект в RF PCB Toolbox.
Трансформатор волны четвертью является простой и полезной схемой для соответствия с действительным импедансом завершающей работу загрузки () к характеристическому импедансу питающейся линии электропередачи () как изображено на данном рисунке. Характеристический импеданс трансформатора волны четвертью вычисляется как [1]. Этот пример должен спроектировать один трансформатор четверти волны раздела, чтобы соответствовать загрузите к a линия электропередачи на рабочей частоте . Расчетный характеристический импеданс трансформатора волны четвертью .
Проект одного трансформатора четверти волны раздела
Используйте design функция на microstripLine объект создать введите линию электропередачи иLength трансформатора волны четвертью и Width размерность для рабочей частоты . Подложка по умолчанию для microstripLine Тефлон с толщиной .
freq = 2e9; m50 = design(microstripLine,freq,Z0=50,LineLength=0.05); % input transmission line m70 = design(microstripLine,freq,Z0=70.71,LineLength=0.25); % section 1
Используйте traceRectangular объект создать groundplane, введите линию электропередачи и формы линии электропередачи волны четвертью.
% ground plane dimension gndL = 2*m50.Length+m70.Length; gndW = 5*m50.Width; ground = traceRectangular("Length",gndL,"Width",gndW); % input transmission line Z0 = traceRectangular("Length",m50.Length,"Width",m50.Width,... "Center",[-gndL/2+m50.Length/2 0]); % First section Quarter-wave transformer Z1 = traceRectangular("Length",m70.Length,"Width",m70.Width,"Center",... [-gndL/2+m50.Length+m70.Length/2 0]); qline = Z0 + Z1;
Используйте pcbComponent создать трансформатор волны четвертью и использовать lumpedElement для завершающей работу загрузки и поместите его в конце трансформатора волны четвертью и используйте через соединить загрузку в землю.
pcb =pcbComponent;
pcb.BoardShape = ground;
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;
% Load
ZL = lumpedElement;
ZL.Impedance = 100;
ZL.Location = [-gndL/2+m50.Length+m70.Length,0,pcb.BoardThickness];
pcb.Load = ZL;
% show the single section quarter-wave transformer
figure;show(pcb)
Используйте sparameters функция, чтобы вычислить параметры S и построить его с помощью rfplot функция.
sparams = sparameters(pcb,linspace(100e6,8e9,51)); figure; rfplot(sparams)
Это наблюдается от значения, из которых импеданс является отлично соответствующим на желаемой частоте где значение величины меньше с bandwith . Соответствие alsol происходит на частотах где имеет длину
Проект трансформатора четверти волны мультираздела
В общем случае один трансформатор раздела может быть достаточным для узкополосной подобранности импедансов. Этот трансформатор может быть расширен, чтобы мультиразделить методическим способом, чтобы дать к оптимальным характеристикам соответствия по более широкой полосе пропускания [1]. Следующий пример для проекта три, разделяют Чебышева, совпадающего с трансформатором, чтобы совпадать с a загрузите к a с уровнем пульсации = . Характеристические импедансы каждого раздела вычисляются с помощью формул, данных в [1], и значения и . Раздел трех Чебышев, совпадающий с трансформатором, спроектирован при помощи тех же шагов, описанных в проекте одного трансформатора четверти волны раздела.
m50 = design(microstripLine,freq,"Z0",50,"LineLength",0.05); % input transmission line m57 = design(microstripLine,freq,"Z0",57.5,"LineLength",0.25); % section 1 m70 = design(microstripLine,freq,"Z0",70.7,"LineLength",0.25); % section 2 m87 = design(microstripLine,freq,"Z0",87,"LineLength",0.25); % section 3 % ground plane dimension gndL = 2*m50.Length+m57.Length+m70.Length+m87.Length; gndW = 5*m50.Width; ground = traceRectangular("Length",gndL,"Width",gndW); % inpt transmission line Z0 = traceRectangular("Length",m50.Length,"Width",m50.Width,... "Center",[-gndL/2+m50.Length/2 0]); % First section Quarter-wave transformer Z1 = traceRectangular("Length",m57.Length,"Width",m57.Width,"Center",... [-gndL/2+m50.Length+m57.Length/2 0]); % Second section Quarter-wave transformer Z2 = traceRectangular("Length",m70.Length,"Width",m70.Width,"Center",... [-gndL/2+m50.Length+m57.Length+m70.Length/2 0]); % Third section Quarter-wave transformer Z3 = traceRectangular("Length",m87.Length,"Width",m87.Width,"Center",... [-gndL/2+m50.Length+m57.Length+m70.Length+m87.Length/2 0]); qline = Z0+Z1+Z2+Z3; % create pcbComponent pcb =pcbComponent; pcb.BoardShape = ground; 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; % Load ZL = lumpedElement; ZL.Impedance = 100; ZL.Location = [-gndL/2+m50.Length+m57.Length+m70.Length+m87.Length,0,pcb.BoardThickness]; pcb.Load = ZL; % show the three section quarter-wave transformer figure;show(pcb)
% Analysis
sparams3 = sparameters(pcb,linspace(100e6,8e9,51));
figure; rfplot(sparams3)
Сравнение параметров S
figure; rfplot(sparams,'-.') hold on rfplot(sparams3) legend('dB(S_{11}) for N=1','dB(S_{11}) for N=3','Location','northeast')
От сравнения s-параметры строят для одного раздела и трех трансформаторов четверти волны раздела, спроектированных в , замечено, что полоса пропускания, достигнутая для трех трансформаторов четверти волны раздела, с улучшенным импедансом, соответствующим characteristics.Therefore, очевидно, что более широкая полоса пропускания достигается для трансформаторов волны четвертью с несколькими разделами.
Ссылки
[1] Дэвид М. Позэр, Микроволновая Разработка, стр 246-261, Выпуск, John Wiley & Sons, 2012.