怎么用傳輸線做個(gè)電容和電感？

最近以致在更新我們新推出的《射頻入門(mén)》的教程，前面的文章中，我們介紹了很多理論知識(shí)和射頻設(shè)計(jì)方法，接下來(lái)我們一起來(lái)看一下射頻設(shè)計(jì)的一些具體應(yīng)用。今天我們一起來(lái)學(xué)習(xí)一下幾種微帶線制作等效電感和電容的方法。

方法1，利用微帶短截線制作并聯(lián)電容和電感

常用的微帶短截線有兩種：終端短路短截線和終端開(kāi)路短截線。

這兩種短截線都來(lái)自于微波全反射的純駐波特征：當(dāng)電磁波沿著傳輸線傳播時(shí)，如果終端短路，開(kāi)路或者是純電抗負(fù)載，電磁波能量會(huì)被全反射，反射波和入射波疊加而成的純駐波，如下圖的紅線就是純駐波。

純駐波是一個(gè)中的電磁波處于一個(gè)穩(wěn)態(tài)，我們今天首先要講的就是這個(gè)穩(wěn)態(tài)所呈現(xiàn)的傳輸線特性，我們拋開(kāi)繁瑣的理論計(jì)算，從圖示中去一探究竟。
① 終端短路先看一下終端短路的傳輸線，其電壓和電流分布如下圖所示，

傳輸線每一點(diǎn)的阻抗等于電壓和電流的比值，當(dāng)電壓為零時(shí)，阻抗為零，電流為零時(shí)，阻抗為無(wú)窮大，所以阻抗的分布如下圖所示：

由終端短路的無(wú)耗傳輸線上等效電抗 X（z）分布曲線可知：在短路端，阻抗為0，故可等效為串聯(lián)諧振回路；在0<z<波長(zhǎng)/4處等效阻抗成感性，可等效為電感；在z=波長(zhǎng)/4處，等效阻抗為無(wú)窮大，可等效為并聯(lián)諧振回路；在波長(zhǎng)/4<z<波長(zhǎng)/2處，等效阻抗為容性，可等效為電容。等效阻抗在整個(gè)傳輸線上的分布具有波長(zhǎng)/2的周期性分布。

① 終端開(kāi)路對(duì)于終端開(kāi)路的傳輸線，其阻抗特性剛好和終端短路相反：其在小于四分之一波長(zhǎng)時(shí)，呈現(xiàn)容性，大于四分之一波長(zhǎng)而小于二分之一波長(zhǎng)時(shí)呈現(xiàn)感性。阻抗分布如下圖所示。

觀察上文兩種情況還可以得到一個(gè)有趣的現(xiàn)象：這個(gè)阻抗相對(duì)的長(zhǎng)度剛好是四分之一波長(zhǎng)，這就是四分之一波長(zhǎng)阻抗變換器的神奇功效。

這樣第一個(gè)如何用微帶線制作電感電容的原理也有了：

① 終端短路短截線，對(duì)于給定頻率f0， 當(dāng)微帶短截線長(zhǎng)度小于四分之一波長(zhǎng)時(shí)，呈現(xiàn)感性；大于四分之一波長(zhǎng)而小于二分之一波長(zhǎng)時(shí)呈現(xiàn)容性。

② 終端開(kāi)路短截線：終端短路短截線，對(duì)于給定頻率f0， 當(dāng)微帶短截線長(zhǎng)度小于四分之一波長(zhǎng)時(shí)，呈現(xiàn)容性；大于四分之一波長(zhǎng)而小于二分之一波長(zhǎng)時(shí)呈現(xiàn)感性。

缺點(diǎn)就是這個(gè)短截線通常只用來(lái)實(shí)現(xiàn)并聯(lián)電容或者并聯(lián)電感且都是和頻率直接掛鉤的，也就是在單頻點(diǎn)處所實(shí)現(xiàn)的，帶寬比較窄，一不小心還可能諧振甚至變性。所以通常選擇小于四分之一波長(zhǎng)的長(zhǎng)度來(lái)制作并聯(lián)電容或者并聯(lián)電感。

并聯(lián)電感推薦使用小于四分之一波長(zhǎng)的終端短路短截線實(shí)現(xiàn)，其等效電路和阻抗計(jì)算公式如下：

并聯(lián)電容推薦使用小于四分之一波長(zhǎng)的終端開(kāi)路短截線實(shí)現(xiàn)，其等效電路和阻抗計(jì)算如下：

上面公式給出了微帶線短截線電容和電感的基本形式，在實(shí)際電路中，要考慮短截線的寄生電容和寄生電感的影響。并且短路短截線因?yàn)橐坏┰O(shè)定，其長(zhǎng)度很難調(diào)整，使用比較受限，開(kāi)路短截線，其長(zhǎng)度可以通過(guò)刀刻或者錫膏來(lái)做微調(diào)，使用起來(lái)比較方便，因此應(yīng)用比較廣泛。

下圖是開(kāi)路短截線的應(yīng)用實(shí)例。