微带线如何替代LC?

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                                                    本文来自与非网

微带线,对于做微博和射频的同仁是最熟悉不过的。这里也就不介绍原理性的知识,毕竟很多专业书籍和教材已经讲解很多。还是我写东西的一贯特点,举例子。

 

用微带线的分布参数代替集总参数的 LC 可以说是射频电路里最常见的一种方式。毕竟有类似 ADS 这种微波电路仿真软件,什么事情都会变得很简单。而且现在 PCB 的加工精度也很高,对于电容电感这种在低频段精度都很低的器件来说,能用一段导线、GND、基板(虽然这种描述不是那么严谨)来代替 LC,想想都是很划算的。当然 Q 值不高也是微带线的缺点,鱼和熊掌不可兼得,要什么自行车啊。

 

陷波器,又称带阻滤波器,就是把一段频率信号滤除掉不让它通过。一般会用 LC 串联接地的方式来实现。如图

 

 

这里说明一下,用 1nH 和 1.3pF 电容组成一个 4.4GHz 的陷波器(为什么是这个频率,后面会说明),具体计算大家可以随便找个网页工具,不再说明。图中 R1 和 R4 为 0 欧,这是因为 Multisim(支持正版,盗版必究)的网络分析仪内部集成了 50 欧电阻,加两个 0 欧电阻就是为了方便看 S11 和 S21 等 S 参数,要不然 P1 和 P2 都接到一起去了,也看不清电路结构。在图中可以看到在 4GHz 和 5GHz 之间的 S21 为 -32dB 的最低点(注意这个值)。

 

下面就用微带线来代替 L1 和 C1。那用什么微带线呢,这里用 Multisim 的自带的 MicroStrip 来仿真。当然最理想的是用 ADS 或者 HFSS 来仿真。但这里只是为了说明,并不是为教学,也为了省点时间,毕竟还有本职工作,不停的加班是吧。等有时间了再跟大家聊聊射频仿真的软件。

 

在射频电路里,利用微带线的分布参数,用一段开路的 1/4 波长的微带线可以代替陷波器。如图

 

 

在 3GHz 左右的地方,Smith 图上可以看到这段微带线是与 50 欧匹配的。注意电路图的微带线是开路的,没有接地,这一定要注意。仿真的效果如图

 

 

图中 4GHz 与 5GHz 中间地方有 -20dB(也注意这个值)的衰减,缩小比例看,谐振点也差不多在 4.4GHz,与上面 LC 组成的谐振电路大体是一样的。只不过由于微带线的 Q 值不如理想情况下的 LC,导致衰减差了一些,但对于实际应用这 -20dB 已经是很理想了,毕竟实际的 LC 在射频电路里,自身的谐振比导线可复杂的多。那怕是村田、TDK 这种大厂家的电容电感也只有 500MHz 的曲线,其他的频率,你们自己看着办吧。

 

看着图中还有两处谐振点(其实还有更多),那是因为对于 1/4 波长来说,3/4 波长,5/4 波长也对应不同频率产生谐振。这也是微带线的特点之一,它很不专一,渣男。

 

如果仔细计算,按照 4.4GHz 对应的 1/4 波长应该是 1.67mm。从它的模型参数来看,该段微带线长 2mm。这是因为模型里还有些 L 和 C 的参数,都会对仿真产生影响。再就是该波形其实也不完整,这就是为什么开篇要做 S11 的匹配实验。具体参数大家可以用 ADS 或者 Si9000 这些专业的微带线参数设置软件。这些就不仔细讨论了。毕竟在实际做 PCB 的时候,可以留出一段长度,不行了再割呗。对于射频工程师来说,刻刀和割线应该是最常用的工具,跟美工从业者似的。如果说你是做射频的还没有刻刀,不专业。

 

 

1/4 波长的微带线是个神奇的东西,在射频电路里很常见,作为阻抗匹配的最佳拍档,哪都有它。多说一句,如果该电路将微带线接地,则成为在 4.4GHz 的一个带通电路。

 

接触射频电路是在一个难忘的清明节,老总问我是否想学天线,我就满口答应,后来就不能自拔。虽然天线跟射频还是有很多区别,但我想说那就是个引子,带我进入一个另外的世界。后来慢慢的学有限元仿真,各种射频电路仿真,到后来实际做天线和射频电路,到实际测试割线再测试,搭建测试环境等。一路辛苦的走来收益颇多。最开始为了仿真一个小小的微带天线,在实验室三天两夜没出屋,用三台电脑仿真了一个 0dB 增益的天线。现在看看结果是真可笑,完全拿不出手,但当时出来结果的瞬间,我感觉我打通了任督二脉,总算明白是怎么回事了。量变终究会带来质变,就看你量的多少,再就是需要一定时间内能完成多少量。

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如果仔细计算,按照 4.4GHz 对应的 1/4 波长应该是 1.67mm。从它的模型参数来看,该段微带线长 2mm。这是因为模型里还有些 L 和 C 的参数,都会对仿真产生影响。再就是该波形其实也不完整,这就是为什么开篇要做 S11 的匹配实验。

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