LC巴伦电路匹配网络设计

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LC巴伦电路匹配网络设计

2024-05-03 20:39| 来源: 网络整理| 查看: 265

首先明确巴伦是什么

巴伦共三个端口,一个单端口和两个差分端口,两个差分端口的信号幅度相同,相位差180°。此外,差分端口攻略版要比单端口功率低3dB。

上图是一个简单的LC巴伦电路,

串联电容使得串联支路电流相位超前;

并联电容使得并联支路电压相位滞后;

串联电感使得串联支路电流相位滞后;

并联电感使得并联支路支路电压超前。

因此两条差分路的信号幅值相等,相位相差180°。

那么对于L和C的值应该如何选取?

以上图为例,源阻抗和差分负载阻抗均为50欧姆

其中L1=L2,C1=C2,

且有 WL=\sqrt{2*Z_{out}*Z_{in}}WC=\frac{1}{\sqrt{2*Z_{out}*Z_{in}}}

因此不难计算工作频率为433MHz下L=26nF,C=5.2pF。

ADS仿真结果如上图所示,相位差180°,差分端的功率比单端降低了3dB。

但是

在实际应用中,这个源阻抗和负载阻抗往往为复数。

以上图为例,注意到这里多了个C3电容用于匹配

源阻抗Zs=70+j60,差分负载阻抗为120-j*30

假设串联电容后的等效源阻抗为 Z_{s}^{'}=R_{s}-j*X_{s}^{'} (实部不能改变)

在这里有个限制条件,为了使计算出来的电容的值为实数,需要满足 R_d X_s^′ =R_S X_d

X_s^′ =\frac{X_d}{R_d} R_s=17.5

那么C3的值便可以确定了

加了电容和没加电容源端阻抗的差为 ∆Z=−jX_s^′−jX_S=−j(X_s^′+X_S)=-j*77.5

这里-j代表电容,这个差值就是加入C3之后引起的。

所以 C_3=\frac{1}{(\frac{X_d}{R_d} R_S+X_S )W}

对于L1、L2和C1、C2的计算同实阻抗的取值一样 L=\frac{\sqrt{2Z_d Z_S^′ }}{W}

C=\frac{1}{\sqrt{2Z_d Z_S^′ }*W}

其中 Z_d Z_S^′ =R_d R_S+X_d X_S^′

不难计算出在433MHz工作频率下

C3=4.74pF,L1=L2=49.1nH,C1=C2=2.75pF

这里具体的理论推导过程我也不知道,如果有懂详细推导过程的可以分享一下,万分感谢!!!

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仿真结果如下

说明参数计算正确。

这里值得注意的是!!!

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这里源端阻抗的电抗为正(感性),差分负载端电抗为负(容性)

假如:源端电抗为负(容性),差分负载电抗为负(容性)

即:源阻抗Zs=70-j60,差分负载阻抗为120-j*30

那么

X_s^′ =\frac{X_d}{R_d} R_s=17.5

∆Z=−jX_s^′−j(-X_S)=j(X_s-X_s^′)=j*42.5

这里j代表电感

不难计算433MHz下电感值为

L3=15.6nH

L1,L2,C1,C2的值不变。

仿真如下

假如:源端电抗为正(感性),差分负载电抗为正(感性)

即:源阻抗Zs=70+j60,差分负载阻抗为120+j*30

那么

X_s^′ =\frac{(-X_d)}{R_d} R_s=-17.5

∆Z=−jX_s^′−jX_S=-j(X_s^′+X_s)=-j*42.5

这里-j代表电容

不难计算433MHz下电容值为

C3=8.65pF

L1,L2,C1,C2的值不变。

仿真如下

假如:源端电抗为负(容性),差分负载电抗为正(感性)

即:源阻抗Zs=70-j60,差分负载阻抗为120+j*30

那么

X_s^′ =\frac{(-X_d)}{R_d} R_s=-17.5

∆Z=−jX_s^′−j(-X_S)=j(X_s-X_s^′)=j*77.5

这里j代表电感

不难计算433MHz下电感值为

L3=28.5nH

L1,L2,C1,C2的值不变。

仿真如下

总结

对于巴伦的电感电容值计算方式不变

WL=\sqrt{2*Z_{out}*Z_{in}}

WC=\frac{1}{\sqrt{2*Z_{out}*Z_{in}}}

Z_d Z_S^′ =R_d R_S+|X_d| |X_S^′|

巴伦前面的电容或者电感的选取及值的计算依赖于 ∆Z 的计算

最后,本人水平有限,如果有懂具体理论过程推导的可以分享一下,万分感谢!!!

如有错误,敬请指正!!!



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