四分之一波长阻抗变换器原理及分析
17 阻抗变换器
South China University of Technology
第17讲内容
L型匹配网络 单支节匹配器 双支节匹配器 四分之一波长阻抗变换器 二项式多节阻抗变换器 渐变线
教材P162-174
Research Institute of Antenna & RF Techniques
17.1 引言
在RF电路中，常常遇到不同传输线间的连 接、不同元器件间的连接和天线与馈线间的连 接等问题。如果是直接连接，必然是会产生反 射，影响了功率传输。因此，需要在连接点间 插入匹配网络，以达到阻抗匹配，保证功率无 反射地传输。
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Zc
匹配 网络
【例题17-1】如下图，设计L型匹配网络使得天线 等构得到最大功率。已知在2GHz，
发射机输出阻抗ZT=(150+j75)Ω 天线输入阻抗ZA=(75+j15)Ω 。
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解法一（解析法）：根据要求，从匹配网络往发
射机看去的输出阻抗ZM必须等于ZA的共轭复数。
无标题内容时的版面
Research Institute of Antenna & RF Techniques
South China University of Technology
具体求解过程： 第1步：计算发射机和天线的归一化阻抗。由 于题目未给出Zc，我们任选该值为Zc=75Ω。 这样，发射机和天线的归一化阻抗则分别为
通过例题，可以总结出设计L型匹配网络的 基本步骤： 1. 求出归一化源阻抗和负载阻抗。 2. 在Smith圆图上画出过源阻抗点的等电阻 圆和等电导圆。 3. 在Smith圆图上画出过负载阻抗点的等电 阻圆和等电导圆。
多级四分之一波长阻抗匹配 波导
多级四分之一波长阻抗匹配波导下载提示：该文档是本店铺精心编制而成的，希望大家下载后，能够帮助大家解决实际问题。
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四分之一波长阻抗变换器原理及分析
---------------------------------------------------------------最新资料推荐------------------------------------------------------ 四分之一波长阻抗变换器原理及分析176南昌高专学报 2011 年第 6 期（总第 97 期） 2011 年12 月出版Journal of Nanchang College No.6(Sum 97) Dec.2011四分之一波长阻抗变换器原理及分析李艳芳 1 付子豪 2（1.江西科技师范学院，江西南昌 330038；2.中国传媒大学，北京 100024）摘要：从传输线的原理开始，通过对传输线原理的阐述，引入了反射系数、驻波比和输入阻抗等概念。
根据所推导的公式分析出四分之一波长传输线的原理，进而得出四分之一波长阻抗变换器。
关键词：四分之一波长阻抗变换器；传输线；匹配；同轴线中图分类号：TN911文献标识码：A文章编号：1008-7354（2011）06-0176-040 引言传输线理论在微波技术的领域中应用非常广泛。
其主要应用在两个方面：一是利用其有限长度均匀、无耗传输线的一些特性，设计不同的元器件；二是利用这种传输线理论解决传输线中能量传输中的一些问题。
而四分之一波长阻抗变换器是基于传输线理论而产生的一种极其常见的应用。
四分之一波长阻抗变换器可看作是一段有限长的传输线关于具有终端电压和电流以及终端负载阻抗进行变换作用。
它在微波技术领域有非常重要的作用。
1/ 13本文就四分之一波长阻抗变换器的工作原理进行具体分析并对其在微波器件中的应用进行介绍。
1 传输线的基本理论传输线的定义是：凡是能够引导电磁波沿一定方向传输的导体、介质或由它们共同组成的导波系统。
传输线是微波技术中重要的基本原件之一，因为它不仅可以把电磁波的能量从一处传输到另一处，而且还可以将其作为基本组成部分来构成各种途径的微波元器件。
四分之一阻抗变换器原理
四分之一阻抗变换器原理嗨，朋友！今天咱们来唠唠四分之一阻抗变换器这个超有趣的东西。
你可能一听这个名字就觉得有点懵，啥是四分之一阻抗变换器呀？别担心，听我慢慢给你讲。
我有个朋友叫小李，他对电子电路特别感兴趣。
有一次他在捣鼓一个小音响系统的时候就遇到了这个四分之一阻抗变换器的问题。
他想把一个输出阻抗和输入阻抗不匹配的设备连接起来，可怎么都弄不好，声音要么特别小，要么就失真得厉害。
他跑来问我，我就跟他说，这时候就可能需要四分之一阻抗变换器这个神奇的东西啦。
那这个四分之一阻抗变换器到底是怎么个原理呢？咱们可以把它想象成一座桥梁。
你看啊，在电路里，不同的电路元件就像不同的小岛，每个小岛都有自己的“个性”，这个个性就是它们的阻抗。
当两个阻抗不同的电路部分要连接起来的时候，就像要从一个小岛到另一个小岛，可中间隔了条大河，直接过去很困难，搞不好就会出问题。
这时候四分之一阻抗变换器就像一座精心设计的桥梁。
从数学和物理的角度来讲，它利用了传输线的特性。
假如我们有一段特性阻抗为Z0的传输线，当这段传输线的长度是四分之一波长的时候，它就有了特殊的能力。
就好比一个武林高手练到了一种绝世武功，突然就有了别人没有的本事。
这个本事就是它可以把输入的阻抗进行变换。
如果我们把负载阻抗设为ZL，那经过这个四分之一波长的传输线后，输入阻抗Zin就会变成Z0²/ZL。
哇，是不是很神奇？这就像是一种魔法，让阻抗按照我们想要的方式进行改变。
我还记得有一次我参加一个电子爱好者的聚会。
大家都在分享自己的小项目和遇到的问题。
有个大叔在讲他做收音机电路改进的时候，也碰到了阻抗不匹配的头疼事儿。
他说他一开始完全不知道怎么办，就像一只无头苍蝇一样乱试。
我就跟他讲了四分之一阻抗变换器这个概念。
我跟他说：“大叔，你想啊，这就像你要把一个大水管和一个小水管连起来，要是直接连，水肯定流得乱七八糟的。
但是你如果加个特殊的转接器，就能让水流得顺顺畅畅的。
405nm四分之一波片
405nm四分之一波片
405nm四分之一波片是一种光学元件，通常由蓝光滤光片制成。
它可以选择性地传递或阻挡405nm波长的光线，而将其他波
长的光线完全或部分反射掉。
四分之一波片的设计原理基于光的偏振状态，它可以将入射光线分解为垂直方向和平行方向的两个分量，实现对光的控制与调节。
四分之一波片被广泛应用于激光器、光学仪器、显微镜和光学通信等领域。
在激光器中，它可以将线性偏振光转换为圆偏振光或逆时针偏振光，用于特定的实验或应用。
在显微镜中，四分之一波片可以用于分辨光学图像中的细节，提高成像的质量。
在光学通信中，它可以用于光信号的调制和解调，提高信号的传输效率和稳定性。
总之，405nm四分之一波片是一种重要的光学元件，它可以实现对光的偏振状态的调节和控制，广泛应用于光学领域中的各种应用中。
北邮通信工程微波期中论文 四分之一波长阻抗变换器扩展带宽的方法探究
微波技术基础·期中论文
λ/4阻抗变换器扩展带宽的方法探究
摘要： 微波技术领域中的 λ/4阻抗变换器具有频带窄的缺点，为改善其频率特性，可采用多节、 切比雪夫方式、调整 RL / Z 0 值、补偿式阻抗变换器、连续式阻抗变换器等方式。本文借助计算 机仿真，对上述方法进行了定量分析，绘制出频率特性曲线图，比较各方法的优缺点与适用范 围，得出结论：在设计对带宽要求不高时，可采用单一方式，如多节、切比雪夫方式实现，但 设计对带宽要求较高时，应考虑使用多种方式，其中调节 RL / Z 0 值和使用切比雪夫方式次之对 相对带宽值的提高最为明显。 关键字：λ/4阻抗变换器，带宽，仿真
2 / 4 阻抗变换器工作原理
/ 4 阻抗变换器是特征阻抗通常与主传输线不同、长度为 / 4 的传输线段，它可以用于
负载阻抗或信号源内阻与传输线的匹配，以保证最大功率的传输；此外，在微带电路中，将两 段不同特性阻抗的微带线连接在一起是为了避免线间反射，也应在两者之间加四分之一波长变 阻器。 按照传输线连接的负载的不同，可分为实数负载和复数负载；按照所使用 / 4 阻抗变换器 节数不同，可分为单节和多节；其中多节阻抗变换器按照实现方式的不同，可分为二项式（最 大平坦特性）多节阻抗变换器和切比雪夫（等波纹特性）多节阻抗变换器。
-Байду номын сангаас-
微波技术基础·期中论文
1 引言
传输线理论在微波技术的领域中应用非常广泛。其主要应用在两个方面：一是利用其有限 长度均匀、无耗传输线的一些特性，设计不同的元器件；二是利用这种传输线理论解决传输线 中能量传输中的一些问题。 / 4 阻抗变换器是基于传输线理论而产生的一种常见阻抗变换元件， 并在微波工程，特别是雷达射频传输系统中有着广泛的应用，但 / 4 阻抗变换器频带窄，只能 对单频点实现严格的匹配，使其应用受限。为改善阻抗变换器的频率特性，本文在分析其工作 原理的基础上，对多节、切比雪夫方式、调整 RL / Z 0 值、采用补偿式阻抗变换器及连续式阻抗 变换器五种方法进行了分析与仿真。
电磁场与微波技术实验报告(全)
信息与通信工程学院电磁场与微波技术实验报告班级：姓名：学号序号：日期：1实验二：分支线匹配器一、实验目的掌握支节匹配器的工作原理；掌握微带线的基本概念和元件模型；掌握微带线分支线匹配器的设计和仿真。
二、实验原理支节匹配器支节匹配器是在主传输线上并联适当的电纳（或者串联适当的电抗），用附加的反射来抵消主传输线上原来的反射波，以达到匹配的目的。
单支节匹配器：调谐时，主要有两个可调参量：距离d 和分支线的长度l。
匹配的基本思想是选择d，使其在距离负载d 处向主线看去的导纳Y 是Y0 + jB 形式，即Y = Y0 +jB ，其中Y0 = 1/Z0。
并联开路或短路分支线的作用是抵消Y 的电纳部分，使总电纳为Y0，实现匹配，因此，并联开路或短路分支线提供的电纳为−jB ，根据该电纳值确定并联开路或短路分支线的长度l，这样就达到匹配条件。
双支节匹配器：通过增加一支节，改进了单支节匹配器需要调节支节位置的不足，只需调节两个分支线长度，就能够达到匹配（注意双支节匹配不是对任意负载阻抗都能匹配的，即存在一个不能得到匹配的禁区）。
微带线微带线是有介质εr(εr > 1) 和空气混合填充，基片上方是空气，导体带条和接地板之间是介质εr，可以近似等效为均匀介质填充的传输线，等效介质电常数为εe ，介于1 和εr 之间，依赖于基片厚度H 和导体宽度W。
而微带线的特性阻抗与其等效介质电常数为εe 、基片厚度H 和导体宽度W 有关。
三、实验内容已知：输入阻抗Z in = 75 Ω 负载阻抗Z L = (64 + j35) Ω特性阻抗Z0 = 75 Ω介质基片εr = 2.55，H = 1mm，导体厚度T 远小于介质基片厚度H。
2假定负载在2GHz 时实现匹配，利用图解法设计微带线单支节和双支节匹配网络，假设双支节网络分支线与负载的距离d1 = λ/4 ，两分支线之间的距离为d2 = λ/8。
画出几种可能的电路图并且比较输入端反射系数幅度从1.8GHz 至2.2GHz 的变化。
四分之一波长阻抗变换
四分之一波长阻抗变换四分之一波长阻抗变换是一种电路设计技术，用于将电路的输入阻抗或输出阻抗转换为所需的数值。
这种阻抗变换方法广泛应用于射频电路和通信系统中，可以提高电路的性能和匹配度。
在射频电路设计中，阻抗匹配是十分重要的一环。
四分之一波长阻抗变换是一种常用的阻抗匹配技术，它可以将信号源的输出阻抗与负载的输入阻抗进行匹配，以确保信号的有效传输和最大功率传递。
四分之一波长阻抗变换的原理是利用电缆的特性阻抗和长度来实现阻抗的匹配。
当信号源的输出阻抗与负载的输入阻抗不匹配时，可以通过连接一个特定长度的电缆来实现阻抗的变换。
这个特定长度的电缆称为四分之一波长电缆。
四分之一波长电缆的长度是根据输入和输出阻抗的数值来计算的。
当输入阻抗和输出阻抗的数值相差较大时，需要较长的四分之一波长电缆来实现阻抗的变换。
而当输入阻抗和输出阻抗的数值相差较小时，只需要较短的四分之一波长电缆即可。
四分之一波长阻抗变换的实现方式有多种，常见的有串联法和并联法。
串联法是将四分之一波长电缆串联在信号源和负载之间，以实现阻抗的变换。
并联法是将四分之一波长电缆并联在信号源和负载之间，同样可以实现阻抗的变换。
四分之一波长阻抗变换在射频电路中的应用非常广泛。
例如，在微波通信系统中，常常需要将微波天线的输入阻抗与传输线的输出阻抗进行匹配，以确保信号的有效传输和最大功率传递。
此时，可以利用四分之一波长阻抗变换技术来实现阻抗的匹配。
在射频功放电路设计中，四分之一波长阻抗变换也常常被使用。
功放的输出阻抗需要与负载的输入阻抗进行匹配，以确保功放的最大输出功率。
通过使用四分之一波长阻抗变换技术，可以实现功放输出阻抗与负载输入阻抗的匹配，提高功放的性能。
四分之一波长阻抗变换是一种常用的电路设计技术，用于实现阻抗的匹配。
通过选择合适长度的四分之一波长电缆，可以将输入阻抗与输出阻抗进行变换，以提高电路的性能和匹配度。
在射频电路和通信系统中，四分之一波长阻抗变换被广泛应用，为信号传输和功放设计提供了有效的解决方案。
微波技术基础-传输线理论(4)
分界处波透射
A2 V0e j z T1 3 T2
9
四分之一波长变换器
➢ 多次反射观点
分量3：
Z0Z1分界处 V0e j z T1 3
分界处反射波 V0e j z T1 3 2
负载处入射波
V0e
j z
T132
e
负载处反射波 Z0Z1分界处
V0e
j
z
T1322
e
V0e
j z
T1322
0
Zin Zg*
Xin (Xin X g ) 0
Xin X g
——共轭匹配
源和负载失配
信号源与传输线的共轭匹配
设 Zg Rg jX g Zin Rin jX in
则
Rg Rin X g X in
➢可使信号源输出最大功率
源和负载失配
对于固定的源阻抗，可使最大的功率传向负载
P
1 2 Vg
s
1 (z) 1 (0) 1
——驻波比
源和负载失配
传送给负载的功率为:
p
1 2
Re{Vin Ii*n}
1 2
Vin
2
RRee{ZZ11i*nin}
2
1 2
Vg
2
Zin Zin Zg
RRe{ZZ11i*nin}
令
Zin Rin jX in
Z g Rg jX g
则得
p
1 2
Vg
2
( Rin
0
传到负载的功率为
p
1 2
Vg
2
Rg 4(Rg2 X g2 )
(2)
小于(1)给出的功率,可取Z0=Rg讨论
源和负载失配
四分之一波长原理的应用
四分之一波长原理的应用1. 简介四分之一波长原理是一种电磁波在介质中传播时发生相位差的现象。
当电磁波从真空传播到介质中时，由于两种介质的介电常数不同，电磁波的传播速度也会不同，导致波长发生变化。
2. 原理解析在介质边界上，当电磁波由真空传播到介质中时，根据波长的变化可推导出四分之一波长原理。
在介质中，电磁波的相速度为v，波长为λ，频率为f，介电常数为ε，磁导率为μ。
根据电磁波的传播公式，可以得到以下关系：v = f * λ当电磁波从真空传播到介质中时，波长发生变化，由于频率不变，可得到以下关系：λ_vacuum = λ_m / √ε其中，λ_vacuum为电磁波在真空中的波长，λ_m为电磁波在介质中的波长。
根据波长的定义，可得到以下关系：λ = λ_m / n其中，n为折射率。
结合以上关系，可以得到四分之一波长原理：λ_vacuum / 4 = λ_m / (4 * √ε)3. 应用场景四分之一波长原理在各个领域都有广泛的应用。
以下列举了几个常见的应用场景。
3.1 光学领域在光学领域中，使用四分之一波长原理可以实现光的干涉效应。
例如，利用这一原理可以制作干涉滤光片，用于分离出特定波长的光线。
干涉滤光片广泛应用于光学仪器、光通信等领域，具有很高的应用价值。
3.2 无线通信领域在无线通信领域，四分之一波长原理可以用来制作天线，用于接收和发送无线信号。
根据原理，可以设计天线的尺寸，使得天线的长度等于波长的四分之一。
这样，可以有效地增强天线对特定频段的信号的接收和发送能力，提高通信质量。
3.3 微波炉微波炉是利用电磁波在食物中产生的热效应来加热食物的家用电器。
微波炉中使用的微波频率通常为2.45 GHz，这个频率正好对应水分子的固有频率。
通过控制微波的发射，可以实现在食物中产生热量，从而加热食物。
微波炉的工作原理正是基于四分之一波长原理。
4. 结论四分之一波长原理是电磁波在介质中传播时发生相位差的现象。
四分之一波长微带线两端阻抗的关系
四分之一波长微带线的设计主要考虑的是电磁波的传播和反射，而两端阻抗的关系则与传输模式和电路设计有关。
在理想情况下，微带线的阻抗与波长成反比，具体来说，就是微带线的特征阻抗等于50欧姆（欧）时，对应的传输波长为四分之一波长。
这是因为微带线是由电介质（通常是空气）和导电材料交替构成的，其特性阻抗与材料的介电常数和宽度有关。
在实际应用中，微带线的两端阻抗与具体的电路设计和元件布局有关。
当微带线连接的元件的阻抗与微带线的特性阻抗不匹配时，就会产生反射，影响信号的传输质量和效率。
因此，在设计四分之一波长微带线时，需要确保其两端阻抗与传输元件的阻抗相匹配。
具体来说，当微带线的阻抗为50欧姆时，如果传输元件的阻抗为70欧姆（欧），那么就需要通过适当的电路设计来调整元件的位置和布局，以实现阻抗匹配。
这种调整通常包括使用适当的电阻、电容和电感元件，以改变传输路径的相位和幅度，从而使得传输元件的阻抗与微带线的特性阻抗相匹配。
总的来说，四分之一波长微带线两端阻抗的关系是电路设计中的一个重要考虑因素。
通过合理的设计和布局，可以实现阻抗匹配，从而提高信号的传输质量和效率。
在具体应用中，需要根据实际情况和需求来选择合适的电路设计和元件布局，以确保微带线的性能达到最佳状态。
1／4波长阻抗变换器的分析
1/4波长阻抗变换器的分析摘要：阻抗匹配网络已经成为射频微波电路中的重要组成部分，主要是由于匹配使得电路中的反射电压波变少，从而损耗减少。
同时，匹配网络对器件的增益，噪声，输出功率还有着重要的影响。
在微波传输系统，它关系到系统的传输效率、功率容量与工作稳定性，关系到微波测量的系统误差和测量精度，以及微波元器λ件的质量等一系列问题。
本文讨论了传输线的阻抗匹配方法，并着重分析了4λ阻抗变换器的优点。
阻抗变换器，并举例说明了多节4关键字：阻抗匹配;匹配网络；匹配方法，阻抗变换器1引言传输理论指出，通常情况下，传输线传输的电压或电流是由该点的入射波和反射波叠加而成的，或者说是由行波和驻波叠加而成的。
在由信号源及负载组成的微波系统中，如果传输线和负载不匹配，传输线上将形成驻波。
有了驻波一方面使传输线功率容量降低，另一方面会增加传输线的衰减。
如果信号源和传输线不匹配，既会影响信号源的频率和输出功率的稳定性，又会使信号源不能给出最大功率、负载又不能得到全部的入射功率。
因此传输线一定要匹配。
匹配可分为始端匹配和终端匹配。
始端匹配是为了使信号源的输出功率最大，采用的方法是共轭匹配；终端匹配是为了使传输线上无反射波，使传输功率最大，采用的方法是阻抗匹配。
2.匹配理论 2.1共轭匹配共轭匹配的目的是使信号源的功率输出最大，这就要求传输线信号源的内阻和传输线的输入阻抗互成共轭值。
假设信号源的内组为g g g jX R Z +=，传输线的输入阻抗为in in in jX R Z +=，如图1.1所示。
则*=gin Z Z 即g in g in X X R R -==,图1.1 共轭匹配满足共轭匹配条件的信号源输出的最大功率为：gg g gg R E R R E P 8421222max== 2.2无反射匹配无反射匹配的目的是使传输线上无反射波，即工作于行波状态。
需要使信号源内阻及负载阻抗均等于特性阻抗，即0Z Z Z L g ==实际中传输线的始端和终端很难做到无反射匹配，通常在信号源输出端接入隔离器以吸收反射波，而在传输线与负载之间使用匹配装置用来抵消反射波。
1 4波长阻抗转换器
1 4波长阻抗转换器
1 4波长阻抗转换器（1 to 4 wavelength impedance converter）是一种用于将电路的输入或输出阻抗在不同波长下进行转换的器件。
它通过改变电路的结构和参数，使得电路在不同波长下表现出不同的阻抗特性。
在光纤通信系统中，不同的波长对应着不同的光学频率。
1 4波长阻抗转换器可以将电路在一个波长下的阻抗转换为其它3个波长下的阻抗。
这种转换器常用于光纤接口或光纤调制解调器等光通信设备中，用于实现多波长信号的互联和转换。
1 4波长阻抗转换器通常由多个阻抗匹配电路、耦合器、滤波器等组成。
它可以通过匹配和调节电路的参数，使得信号在不同波长下得到最佳的传输和转换效果。
这种转换器的设计和制造需要考虑波长、频率、功率等多种因素，以确保转换的准确性和稳定性。
总的来说，1 4波长阻抗转换器是一种高频电路设备，用于将电路的阻抗在不同波长下进行转换。
它在光纤通信系统中具有重要的应用价值，能够实现多波长信号的互联和转换，提高了光通信系统的灵活性和传输效率。
传输线四分之一波长变换原则
传输线四分之一波长变换原则传输线四分之一波长变换原则是一种利用传输线长度来实现阻抗匹配的技术。
该原则基于传输线在四分之一波长处的输入阻抗等于其特征阻抗的性质。
基本原理传输线的特征阻抗是由其电感和电容决定的。
当传输线的长度等于信号波长四分之一时，其输入阻抗将等于其特征阻抗。
这个特性可以用来改变传输线的阻抗。
变换实现为了实现阻抗变换，可以在传输线中插入一段四分之一波长的变压器。
此变压器的特征阻抗与原始传输线的特征阻抗不同。
变压器两端的阻抗将不等。
单端变换单端变换涉及从非平衡线路（例如同轴电缆）到平衡线路（例如双绞线）的阻抗变换。
使用四分之一波长变压器，可以将同轴电缆的 50 欧姆阻抗变换为双绞线的 100 欧姆平衡阻抗。
差分变换差分变换涉及从平衡线路到平衡线路的阻抗变换。
使用四分之一波长变压器，可以将双绞线的 100 欧姆差分阻抗变换为另一种阻抗值。
应用传输线四分之一波长变换原则在射频和微波系统中广泛应用。
例如，它用于：匹配天线阻抗和传输线阻抗阻抗匹配滤波器阻抗匹配耦合器阻抗匹配功率分配器设计考虑设计四分之一波长变压器时需要考虑以下因素：信号频率：变压器的长度必须与信号波长四分之一相对应。
特征阻抗：变压器的特征阻抗必须与要匹配的阻抗相对应。
功率处理能力：变压器必须能够处理预期的功率。
优点传输线四分之一波长变换原则具有以下优点：可实现宽频带阻抗匹配尺寸紧凑损耗低易于制造局限性该原则也存在一些局限性：只适用于窄带应用温度变化会影响其性能结论传输线四分之一波长变换原则是一种强大的技术，可用于在传输线中实现阻抗匹配。
它在射频和微波系统中广泛应用，提供高性能和紧凑的解决方案。
微波等效电路ppt
Z in
2 Z in − Z c Z1 ( Z L − Z c ) + j ( Z1 − Z c Z L ) tan θ Γ= = Z in + Z c Z1 ( Z L + Z c ) + j ( Z12 + Z c Z L ) tan θ
=
Z L − Zc Z L + Z c + j 2 tan θ Z c Z L
2π βl = λ λ0 2π f = 4 vp vp π f = 4f 2f 0 0
β 这是预料之中的。对于较高的频率， 从中看到当 f = f 0 时， l = π 2 ，这是预料之中的。对于较高的频率， 线的电长度看起来要长些，而对较低的频率，线看起来要短些。 线的电长度看起来要长些，而对较低的频率，线看起来要短些。反 的关系已绘于下图。 射系数的幅值与 f f 0 的关系已绘于下图。
Information
Science
&
Technology
第二章 阻抗变换器 2.1.2 多次反射观点
Γ
微波技术课程设计
1
1. 各反射系数及透视系数定义 . 各反射系数及透视系数定义 入射到变换器的波的整体或总反射系数。 Γ ：入射到变换器的波的整体或总反射系数。
Γ1 ：来自 Z c线的波入射到负载 Z1时的部分反 射系数。 射系数。 Γ 2 ：来自 Z1线的波入射到负载 Z c时的部分反 射系数。 射系数。 Γ3 ：来自 Z1线的波入射到负载 RL时的部分反 射系数。 射系数。
Z1 = Z c RL =
( 50 )(100 ) = 70.71( Ω )
Nanjing
University
波长阻抗变换器
阻抗匹配网络已经成为射频微波电路中 的重要组成部分，主要是由于匹配使得电 路中的反射电压波变少，从而损耗减少。 同时，匹配网络对器件的增益，噪声，输 出功率还有着重要的影响。在微波传输系 统，它关系到系统的传输效率、功率容量 与工作稳定性，关系到微波测量的系统误 差和测量精度，以及微波元器件的质量等 一系列问题。
1 应为各方面的原因，实验结果并不理想， 2 但通过实验，更好的了解了1/4阻抗匹配， 尤其是阶梯阻抗变换器的相关知识，有很 大收获。 3 仿真结果不理想，目前仍然在寻找原因。 4 阶梯阻抗变换器有很大缺陷。
【1】
常用的匹配器有 阻抗变换器和支节匹配器。 本文只介绍1/4波长 阻抗变换器。
对于单一频率或窄频带的阻抗匹配而言， 一般单节 阻抗变换器提供的带宽能够满足 要求。但若要求在宽带内实现阻抗匹配， 就必须采用双节、三节或多节 1/4阻抗变换 器。
【1】阻抗变换比R=5：1 本设计取 Z0=50欧 姆，Z1=10欧姆。 【2】频率范围 1GHz-5GHz（中心频率 2.4GHz，带宽4GHz） 【3】PCB板参数：t=1.6mm，er=4.4mm 【4】回波损耗小于损耗最小； (2) 阻抗匹配可改善系统的信噪比； (3) 功率分配网络(如天线阵的馈源网络)中的 阻抗匹配将降低幅度和相位的误差； (4) 阻抗匹配可保持信号源工作的稳定性； (5)阻抗匹配可提高传输线的功率容量。
阻抗匹配的方法是在负载与传输线之间接 入匹配器，使其输入阻抗作为等效负载与 传输线的特性阻抗相等。
四分之一波长天线原理
四分之一波长天线原理
四分之一波长天线是一种常用的天线结构，常用于无线通信和天线工程中。
它的工作原理基于电磁波波导效应和反射原理。
四分之一波长天线的长度为λ/4，其中λ表示工作频率下的波长。
它由一个导体杆和一个接地平面构成，导体杆长度为λ/4，而接地平面则位于导体杆的底部。
这种结构使得导体杆的长度刚好满足四分之一波长的条件，使得导体杆上的电流与电磁场达到最佳匹配。
当电流通过导体杆时，会产生电磁场。
由于导体杆的长度为
λ/4，因此它能够表现出与电磁波相同的传输特性。
电磁波在
导体杆上行进时，一部分电磁能量会进入导体杆内部，受到波导效应的影响，而另一部分则会沿着导体表面传播。
这样，导体杆成为了一个天线，将电磁能量辐射到空间中。
此外，在天线底部的接地平面起到了重要的作用。
接地平面能够反射由导体杆辐射出去的电磁波，并与导体杆形成导向结构，增强天线的辐射效果。
接地平面还起到了固定导体杆的作用，使得天线能够稳定地工作。
综上所述，四分之一波长天线利用电磁波在导体杆上的传播行为和反射效应，实现了电磁能量的辐射。
由于其简单、高效的结构，它被广泛用于无线通信系统、射频识别和天线工程中。
功分器的设计原理
设计资料项目名称：微带功率分配器设计方法拟制：审核：会签：批准：二00六年一月微带功率分配器设计方法1. 功率分配器论述：1.1定义：功率分配器是一种将一路输入信号能量分成两路或多路信号能量输出的器件，也可反过来将多路信号能量合成一路输出，此时也可称为合路器。
1.2分类：1.2.1功率分配器按路数分为：2路、3路和4路及通过它们级联形成的多路功率分配器。
1.2.2功率分配器按结构分为：微带功率分配器及腔体功率分配器。
1.2.2根据能量的分配分为：等分功率分配器及不等分功率分配器。
1.2.3根据电路形式可分为：微带线、带状线、同轴腔功率分配器。
1.3概述：常用的功率分配器都是等功率分配，从电路形式上来分，主要有微带线、带状线、同轴腔功率分配器，几者间的区别如下：（1）同轴腔功分器优点是承受功率大，插损小，缺点是输出端驻波比大，而且输出端口间无任何隔离。
微带线、带状线功分器优点是价格便宜，输出端口间有很好的隔离，缺点是插损大，承受功率小。
（2）微带线、带状线和同轴腔的实现形式也有所不同：同轴腔功分器是在要求设计的带宽下先对输入端进行匹配，到输出端进行分路；而微带功分器先进行分路，然后对输入端和输出端进行匹配。
下面对微带线、带状线功率分配器的原理及设计方法进行分析。
2．设计原理：2.1分配原理：微带线、带状线的功分器设计原理是相同的，只是带状线的采用的是对称性空气填充或介质板填充，而微带线的主要采用的是非对称性部分介质填充和部分空气填充。
下面我们以一分二微带线功率分配的设计为例进行分析。
传输线的结构如下图所示，它是通过阻抗变换来实现的功率的分配。
图1：一分二功分器示意图在现有的通信系统中，终端负载均为50Ω，也就是说在分支处的阻抗并联后到阻抗结处应为50Ω。
如上图匹配网络，从输入端口看Ω==500Z Z in ，而Ω==50//21in in in Z Z Z ，且是等分的，所以1in Z =2in Z ，①处1in Z 、②处2in Z 的输入阻抗应为100Ω，这样由①、②处到输出终端50Ω需要通过阻抗变换来实现匹配。
四分之一波长管-理论-仿真-验证方法
四分之一波长管-理论-仿真-验证方法
关键词：GT-Power, GT-suite, 四分之一波长管，波长管，GT-Power声学仿真，四分之一波长管原理，四分之一波长管仿真
四分之一波长管是汽车进气、排气系统使用最多，也是最重要的部件之一。
在进气系统中，四分之一波长管可以作为一个单独的部件，消除某个中高频范围的频率。
但是，在排气系统中，四分之一波长管往往不是单独使用的，而是与扩张消音器一起，组成多管迷路式的消音器。
不管赫四分之一波长管用在进气，还是用在排气，它的基本原理是永远不变的。
因此，掌握四分之一波长管的基本原理非常重要。
本文将采用一条龙的方式，讲解四分之一波长管的基本原理，仿真建模方法，仿真计算，结果后处理，以及对仿真结果进行验证。
一、基本原理
二、实例讲解
三、计算结果与Matlab验证
四、结论与分析
采用GT suite进行仿真的精度是足够的。
误差主要体现在几何模型与理论之间细微的
误差，但是完全不影响工程应用。
四分之一波长
不波长等于周期*速度，等于V/f=λ v=λ*f1/4λ=1/4*V/f如果是ground guard的话，每隔1/4上升事件的信号波长，就需要加一个viaTr*6inch/ns简单说，也就是天线的长度是波长的四分之一。
天线的基本公式，即：波长（米）=速度/频率=300/频率（MHz）。
由于人们使用的绝大多数天线是以半波长的导体为基础的，故1/2波长（米）150/频率（MHz）。
根据此公式即可直接用它得出天线的长度，用这个尺寸制造的发射（或接收）天线可以在预期的频率上发生谐振。
另外，我们还应该记住传输线和天线的以下特点：（1）长度短于四分之一波长的短路线呈电感性；（2）长度短于四分之一波长的开路线呈电容性；（3）如果一条任意长度的导线的终端电阻等于它的特性阻抗，那么它就是一个纯电阻性的负载，因而不会把能量反馈回信号源；（4）长度略短于四分之一波长倍数的天线呈电容性；（5）长度略长于四分之一波长倍数的天线呈电感性；（6）电感性负载可用加入电容的方法来匹配，电容性负载可用加入电感的方法来匹配根据传输线的理论，1/4波长的开路线相当于一个串联谐振电路，所以其整个负载是呈纯电阻性的，在有些场合，由于环境的因素，天线的长度往往受到限制，所以出现了加载天线。
根据传输线的理论，长度小于1/4波长的倍数的天线其阻抗呈容性，这时天线不产生谐振，为此我们可以在天线上加一个电感来与天线平衡，从而使天线发生谐振，我们称这种天线为加载天线。
如图TX-2是三种加载方式的天线。
A为底部加载天线，这种天线的优点是机械性能较好，缺点是这种加载方式的辐射电阻很低，而且由于大多数能量从加载线圈辐射出来的，因此其辐射效率较低。
C是顶部加载天线，因其机械性能差，所以在实际中很小应用到。
B为中部加载天线，这种天线尽管其辐射电阻仍较低，但沿着天线的电流分布较均匀，辐射效率较高所以被广泛使用。
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---------------------------------------------------------------最新资料推荐------------------------------------------------------ 四分之一波长阻抗变换器原理及分析176南昌高专学报 2011 年第 6 期（总第 97 期） 2011 年12 月出版Journal of Nanchang College No.6(Sum 97) Dec.2011四分之一波长阻抗变换器原理及分析李艳芳 1 付子豪 2（1.江西科技师范学院，江西南昌 330038；2.中国传媒大学，北京 100024）摘要：从传输线的原理开始，通过对传输线原理的阐述，引入了反射系数、驻波比和输入阻抗等概念。
根据所推导的公式分析出四分之一波长传输线的原理，进而得出四分之一波长阻抗变换器。
关键词：四分之一波长阻抗变换器；传输线；匹配；同轴线中图分类号：TN911文献标识码：A文章编号：1008-7354（2011）06-0176-040 引言传输线理论在微波技术的领域中应用非常广泛。
其主要应用在两个方面：一是利用其有限长度均匀、无耗传输线的一些特性，设计不同的元器件；二是利用这种传输线理论解决传输线中能量传输中的一些问题。
而四分之一波长阻抗变换器是基于传输线理论而产生的一种极其常见的应用。
四分之一波长阻抗变换器可看作是一段有限长的传输线关于具有终端电压和电流以及终端负载阻抗进行变换作用。
它在微波技术领域有非常重要的作用。
1/ 13本文就四分之一波长阻抗变换器的工作原理进行具体分析并对其在微波器件中的应用进行介绍。
1 传输线的基本理论传输线的定义是：凡是能够引导电磁波沿一定方向传输的导体、介质或由它们共同组成的导波系统。
传输线是微波技术中重要的基本原件之一，因为它不仅可以把电磁波的能量从一处传输到另一处，而且还可以将其作为基本组成部分来构成各种途径的微波元器件。
1.1 传输线的种类就传输线的种类而言，按照不同的标准可以进行多种分类。
一般是按照传输线所导引的电磁波的波型划分为三种类型：（1）TEM 波传输线。
此类传输线有双导体、同轴线和微带线等，它们都属于双导体传输系统，多导体传输系统也可以传输 TEM 波；（2）TE 波和 TM 波传输线。
如矩形、圆形、脊形和椭圆形波导等，它们是由空心金属管组成的，属于单导体传输系统；（3）表面波传输线，如介质波导，介质镜像线，以及单根表面波传输线等。
电磁波聚集在传输线内部及其表面附近，沿轴线方向传播，一般为混合波形，即 TE 波和 TM 波的叠加形态，某种情况下也可能传播 TE 波或 TM 波等。
此外还有一些结构上更为复杂的传输线，它们是上述三种基本类型的组合与发展。
---------------------------------------------------------------最新资料推荐------------------------------------------------------ 1.2 传输线理论的内容传输线理论主要包括两个方面的内容：一是研究所传输的波形的电磁波在传输横截面内电厂和磁场的分布规律，称为横向问题；二是研究电磁波沿传输线轴向的传播特性和场的分布规律，称为纵向问题。
横向问题的解决方法是通过求解电磁场的边值问题来解决，不同类型或同一类型但结构形式不同的传输线，具有不同的边界条件，需要分不同情况加以研究和讨论。
我们要注意到各类传输线的纵向问题有非常多的共同之处，例如都是沿轴线方向把电磁波的能量从一处转移到另一处，都是一种波的传播，而且由于传输终端的负载不同，当沿着传输线纵向观察时，可能是行波、行驻波或纯驻波，因此，虽然传输线的类型各有不同，但都能用相同的物理量来进行描述。
在纵向方向上我们可以用一个等效的简单传输线来描述。
比较简单的传输线的纵向问题，可以用场的方法来加以分析；在求得传输线的分布参数后也可以采用路的方法来加以分析。
传输线按其所用的材料、结构形式、尺寸和所填充的介质等沿传输线的纵向是否有变化，可分为均匀传输线和非均匀传输线两类。
表 1 列出了两种均匀传输线分布参数和计算公式。
1.3 传输线方程及其解对于双导线传输线来说，在传输 TEM 波的情况下，采用路方法要比场方法简便得多。
为此，我们将双导线传输线看做是由无限多小段dz3/ 13（dz<<λ）级联而成。
采用微元法，选取其中的一小段加以讨论。
首先在这一小段中建立方程，然后对方程进行求解，即可得到以下近似方程u（z，t）－［u（z，t）＋坠u（z，t） dz］＝Ldz 坠i（z，t）坠z坠t收稿日期：2011－08－29 作者简介：李艳芳（1972－），女，重庆人，副教授，主要研究方向：物理及其教学。
---------------------------------------------------------------最新资料推荐------------------------------------------------------ 第6期李艳芳，付子豪：四分之一波长阻抗变换器原理及分析177表1 双导线和同轴线的分布参数传输线分布参数双导线同轴线R/（Ω●m-1） L/（H●m-1） C/（F●m-1） G/（s●m-1）姨 2 覣μπD 2σ姨uD+ 1nD2-d2 dππD姨D+ D2-d2πε ／1ndd姨D+ D2-d2πε1ndd姨fμ （ 1 + 1 ）4πσ a bμ 2π1nb a2πε/1nb a2πσ/1nb ai（z，t）－［i（z，t）］＋坠i（z，t） dz］＝Cdz 坠u（z，t）坠z坠t上式表明，dz 上的电压降，或称电压随距离变化的负值，是由电感 Ldz 上的电压降造成的，它等于 Ldz 与电流对时间变化率的乘积；dz 段上两端电流的变化，也即流经dz 段后，电流的减少量，是由于电容 Cdz 产生了分流作用而造成的，它等于Cdz 与电压对时间变化率的乘积。
图 1 是一小段传输线的示意图及其等效电路图 1 均匀无耗传输线的微分段及其等效电路而对于上述两个公式再求一次偏导数，然后再进行变换后可得到关于电压 u（z，t）以及电流 i （z，t）的波动方程坠2u（z，t）坠z2＝LC坠2u（z，t）坠t2坠2i（z，t）坠z2＝LC坠2i（z，t）坠t2最后再对上述两方程进行求解，可以得出方程的通解为U（z）=A1e-jβz+A2ejβz I （z）＝B1e－-jβz＋B2ejβz 由此可见，在一般情况下，传输线存在着朝相反方向传播的波，或者说传输线上任意位置的电压与电流都是这两者的叠加所形成的。
由上式我们还可以得出波在传播的过程中，只有相位变化，而无5/ 13幅度变化，称其为行波。
1.4 传输线的反射系数、驻波比和阻抗1.4.1 传输线的反射系数由公式：U（z）=A1e-jβz+A2ejβz I（z）＝B1e－-jβz＋B2ejβz 我们可以看出，传输线上任意位置的反射波电压和入射波电压U－（z）都与负载上的电压 U＋（z）和电流有关，而且两者之比仅取决于传输线的特性阻抗 Zc 和终端阻抗 Zt。
我们将反射波电压 U(z)和入射波电压 U(z’)这两者之比称为电压反射系数，用гu（z）表示。
гu（z）＝U－（z） U＋（z）＝ZL-ZC ZL+ZCe-j2βz在终端（z=0）的时候，电压反射系数гu（0）为гu（0）＝ZL-ZC ZL+ZC=гu（0）ejφгo同理，我们也可得到传输线上任意位置的电流反射系数，用гu（z）来表示гi（0）=I－（z） I＋（z）=ZC-ZL ZC+ZLe-jβz1.4.2 传输线的驻波比在均匀无耗传输线上，电压 U（z）的最大振幅值与电压的最小振幅值之比称为电压驻波比，用 s 表示；电流 I （z）的最大振幅值与电流 I（z）最小振幅值之比称为电流驻波比。
这两种驻波比数值上是相同的。
驻波比与反射系数之间的关系г = S-1 S+11.4.3 传输线的输入阻抗它表示传输线上的任意位置电压的复振幅 U （z）与电流的复振幅 I（z）之比，也就是从该位置朝负载方向上去看的等效阻抗，用 Zin（z）来表示。
---------------------------------------------------------------最新资料推荐------------------------------------------------------ Zin（z）=U（z） I（z）＝Zc+ZL+Zctanβz ZC+ZLtanβz这个公式非常重要，它是解决下一步我们要讨论的四分之一波长传输线的关键。
2 四分之一波长传输线当一个特性阻抗为 ZC 的四分之一波长传输线终端接以纯电阻RL负载时，其始端输入阻抗Zin=ZC2 RL，即它具有变换电阻值的作用。
利用这一特性，常把四分之一波长线作为阻抗匹配装置，如图 2 所示。
图 2 四分之一波长阻抗变换器若电阻性负载 RL 不等于线的特性阻抗 Zc1，则线上有反射波存在；我们假定四分之一波长线的特性阻抗为Z2Zc2，则四分之一波长线始端的输入阻抗为 Zin=c2 RL。
为了在特性阻抗 ZC1 的传输线上不产生反射波，即处于行波Z2匹配状态，可以令 Zin=c2 RLZC1，由此可确定 Zc2= 姨ZC1RL1。
7/ 13178南昌高专学报2011 年这种装置称为四分之一波长阻抗变换器。
当四分之一波长传输线终端短路时，它输入的阻抗Zin＝j∞，若将它并联在某一传输线上，对传输线无任何影响。
利用这一特性，在传输大功率的硬同轴线中，常把四分之一波长短路线作为保持同轴线内、外导体相对位置的金属支撑，称为“金属绝缘子”，如图 3 所示。
朝负载看去输入阻抗应该是纯电阻性的，显然这个位置就是电压振幅值的节点或腹点。
利用计算、圆图或者实验的方法可以找到该位置如图 5 所示图3 四分之一波长“金属绝缘子”当四分之一波长传输线终端接有纯电抗性负载 ZL＝±Z2Z2jXL时，它输入的阻抗Zin（z）=c ±jXL=mjc XL，即它具有把电感性负载变换为电容性负载，或者把电容性负载变换为电感性负载的作用。
利用这一特性，可以消除传输线中不均匀的影响，例如对于图 4 所示的同轴线，固定其内导体的两个介质支撑造成了线的不均匀特性，并在不均匀处产生反射波，如果将两个支撑错开四分之一波长的距离，它们的作用就会相互抵消，则不均匀特性的影响也就消除了。
图 5 四分之一波长线阻抗变换器 a 此外还有一种方法可以完成匹配，即将四分之一波长线接在主传输线的终端负载处，如图 6 所示，但此时应该在负载上并联一长度合适的短路支线，用以抵消负载中的电抗成分，从而使等效的负载变为纯电阻性的负载，这样就---------------------------------------------------------------最新资料推荐------------------------------------------------------ 可以利用四分之一波长线对纯电阻性负载进行匹配的方法来确定四分之一波长线的特性阻抗ZC′。