射頻電子線路電子教案：射頻電子線路 第二講

1、射頻電子線路 第二講1. 回顧上一講內(nèi)容2.并聯(lián)諧振回路3.信號(hào)源內(nèi)阻與負(fù)載電阻對(duì)諧振回路品質(zhì)因數(shù)的影響4.品質(zhì)因數(shù)的物理意義5.簡(jiǎn)單串、并聯(lián)諧振回路的通頻帶與選擇性6.簡(jiǎn)單串并聯(lián)回路的相頻特性群延時(shí)特性7. 簡(jiǎn)單串、并聯(lián)諧振回路的部分接入及阻抗變化折合8.雙調(diào)諧耦合諧振回路作業(yè):1-1, 1-2, 1-3, 1-4, 1-5, 1-7 上完第一章時(shí)交表1-1 通信頻段及主要用途頻 段 名 稱頻 率 范 圍波 長(zhǎng)用 途甚低頻VLF3kHz30kHz10010km音頻、電話、數(shù)據(jù)終端、長(zhǎng)距離導(dǎo)航、時(shí)標(biāo)低頻LF30300kHz101km導(dǎo)航、信標(biāo)、電力線通信中頻MF300kHz3 MHz10001

2、00m調(diào)幅廣播、移動(dòng)陸地通信、業(yè)余無(wú)線電高頻HF330 MHz10010m移動(dòng)無(wú)線電話、短波廣播、定點(diǎn)軍用通信、業(yè)余無(wú)線電甚高頻VHF30300 MHz101m電視、調(diào)頻廣播、空中管制、車輛通信、導(dǎo)航、集群通信特高頻UHF300 MHz3GHz1000100mm電視、空間遙測(cè)、雷達(dá)導(dǎo)航、點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信、移動(dòng)通信超高頻SHF330 GHz10010mm微波接力、衛(wèi)星和空間通信、雷達(dá)極高頻EHF30300 GHz101mm雷達(dá)、微波接力、射電天文學(xué)= c/f; c=3 108m/s無(wú)線通信系統(tǒng)的組成信源(終端)+發(fā)送設(shè)備（發(fā)信機(jī)） + 天線、天線開關(guān)+信道 +接收設(shè)備（收信機(jī)）+信宿(終端) 。1.4

3、 射頻無(wú)源器件1.4.1 RF電路中的電阻SRF Self-resonance Frequency 1.4.3 RF電路中的電容1.5 簡(jiǎn)單串并聯(lián)諧振回路與雙調(diào)諧耦合諧振回路1串聯(lián)電路的總阻抗：1、串聯(lián)諧振回路 （書P58）（1）串聯(lián)諧振電路的結(jié)構(gòu)A總阻抗的輻模（幅頻特性）： B總阻抗的輻角（相頻特性）： 2諧振頻率： 使得串聯(lián)諧振電路總阻抗的虛部等于零時(shí)的 角頻率0 或頻率 f0 ，稱為電路的諧振頻率。3串聯(lián)諧振特點(diǎn)： 諧振時(shí)，總阻抗達(dá)到最小，其電流達(dá)到大。A 回路電流：時(shí)，回路電流最大， ,電流電壓 同相位。B 電壓： 時(shí)， 4串聯(lián)電路歸一化諧振曲線 1.5.1 簡(jiǎn)單串并聯(lián)諧振回路的基本特

4、性并聯(lián)諧振回路等效電路電導(dǎo);電納并聯(lián)諧振回路諧振時(shí)諧振頻率諧振時(shí),并聯(lián)諧振回路阻抗等于回路的諧振電阻端電壓的表達(dá)式諧振時(shí)流過(guò)電容的電流 品質(zhì)因數(shù) 諧振時(shí)流過(guò)電感的電流 并聯(lián)諧振回路的品質(zhì)因數(shù) 并聯(lián)諧振回路中電感電容分支電流的相位關(guān)系簡(jiǎn)單并聯(lián)諧振回路的歸一化抑制比：1）并聯(lián)諧振回路歸一化抑制比的表達(dá)式： 廣義失諧 任意頻率下電路端電壓 與諧振時(shí)電路電壓 之比。A）歸一化幅頻特性 歸一化幅頻特性圖： B）歸一化相頻特性歸一化相頻特性圖： 串聯(lián)與并聯(lián)諧振回路具有相同的歸一化抑制比表達(dá)式。 并聯(lián)回路諧振時(shí)的特點(diǎn)：（1）電路阻抗為純電阻性，（2）在電源電壓一定時(shí)， 總電流最小， （3）電感電容分支電流是

5、總電流的Q倍。串聯(lián)回路諧振時(shí)的特點(diǎn)（1） 電路的阻抗最小（2） 電感電壓和電容電壓遠(yuǎn)大于信號(hào)源電壓(Q倍)1.5.2信號(hào)源內(nèi)阻與負(fù)載電阻對(duì)諧振回路品質(zhì)因數(shù)的影響 定義串聯(lián)諧振回路的有載品質(zhì)因數(shù) 定義并聯(lián)諧振回路的有載品質(zhì)因數(shù) 串聯(lián)電阻小有載品質(zhì)因數(shù)大 并聯(lián)電阻大(并聯(lián)電導(dǎo)小)有載品質(zhì)因數(shù)大 1.5.3 品質(zhì)因數(shù)的物理意義電容上的瞬時(shí)電壓： 諧振時(shí)電容中的儲(chǔ)能： 諧振時(shí)電感中的儲(chǔ)能： 諧振時(shí)串聯(lián)回路中的總儲(chǔ)能： 由電容端電壓與電流的關(guān)系可知品質(zhì)因數(shù)是2乘以系統(tǒng)總儲(chǔ)能與系統(tǒng)一個(gè)振蕩周期內(nèi)耗能的比值 一個(gè)振蕩周期中的耗能： 品質(zhì)因數(shù)實(shí)際上描繪的是系統(tǒng)儲(chǔ)能與耗能之間的關(guān)系。 定義特性阻抗 品質(zhì)因數(shù)可表

6、示為1.5.4 簡(jiǎn)單串、并聯(lián)諧振回路的通頻帶與選擇性三分貝(3dB)通頻帶(半功率點(diǎn)通頻帶) ：歸一化抑制比的模下降到 時(shí)的通頻帶。 矩形系數(shù)總是大于1，越接近1，選擇性越好。 矩形系數(shù)：歸一化抑制比降到0.1時(shí)的通頻帶與降到0.707時(shí)的通頻帶之比。三分貝(3dB)求-3dB通頻帶求解得簡(jiǎn)單串并聯(lián)回路的矩形系數(shù)計(jì)算求-20dB通頻帶求解得簡(jiǎn)單串并聯(lián)回路的矩形系數(shù)計(jì)算矩形系數(shù)：歸一化抑制比降到0.1時(shí)的通頻帶與降到0.707時(shí)的通頻帶之比。1.5.5 簡(jiǎn)單串并聯(lián)回路的相頻特性群延時(shí)特性單音調(diào)幅波 稱為載波角頻率,為調(diào)制信號(hào)角頻率, 為調(diào)幅指數(shù)單音調(diào)幅波包含三個(gè)頻譜分量，分別為載頻分量 、上邊頻

7、和下邊頻頻帶寬度調(diào)幅指數(shù)下降為 產(chǎn)生相移產(chǎn)生延時(shí)單音調(diào)幅波通過(guò)諧振回路后仍為單音調(diào)幅波1.5.6 簡(jiǎn)單串、并聯(lián)諧振回路的部分接入及阻抗變化折合回路的品質(zhì)因數(shù)串并聯(lián)互換前后的品質(zhì)因數(shù)不變，諧振頻率不變?？梢赃M(jìn)一步化簡(jiǎn) 也就是 當(dāng)電路品質(zhì)因數(shù)高這個(gè)結(jié)果表明：串聯(lián)電路轉(zhuǎn)換成等效并聯(lián)電路后，電抗X2的性質(zhì)與X1相同，在QL較高的情況下，其電抗X基本不變，而并聯(lián)電路的電阻R2比串聯(lián)電路的電阻R1大 倍。 采用部分接人的辦法，降低信號(hào)源內(nèi)阻及負(fù)載電阻對(duì)諧振回路的影響，提高回路的有載品質(zhì)因數(shù)，阻抗匹配諧振回路的部分接入并聯(lián)電容為C電感線圈的總電感 (忽略回路互感的影響) 電感線圈 的匝數(shù)電感線圈 的匝數(shù)接入

8、系數(shù)令變換前后的諧振頻率不變 諧振時(shí)阻抗串并互換 由中間抽頭向高抽頭轉(zhuǎn)換時(shí)，等效阻抗提高 倍。由高抽頭向中間抽頭轉(zhuǎn)換時(shí)，等效阻抗降低 倍電容分壓式部分接入,阻抗變比折合關(guān)系電流折合關(guān)系幾種常見(jiàn)的部分接入的并聯(lián)諧振回路的接入系數(shù)如下： (a) (b) (c) 有互感：（抽頭到回路）（回路到抽頭）電阻的折算：電導(dǎo)的折算：（抽頭到回路）（回路到抽頭）阻抗的折算：（抽頭到回路）（回路到抽頭）電壓源的折算：（回路到電源）（電源到回路）（電源到回路）電流源的折算：（回路到電源）（選頻特性好，具有較小的矩形系數(shù)，且可以實(shí)現(xiàn)阻抗變換） 1基本概念 耦合回路 ： 在高頻電路中, 兩個(gè)或兩個(gè)以上的單振蕩回路組成互

9、相耦合的振蕩回路。其中由兩個(gè)單振蕩回路組成的耦合回路也稱為雙調(diào)諧回路。 初級(jí)回路：接有激勵(lì)信號(hào)源的回路。 次級(jí)回路：與負(fù)載相接的回路，也稱為負(fù)載回路。 1.5.7雙調(diào)諧耦合諧振回路耦合系數(shù)k：表明回路間的耦合程度。耦合回路中耦合元件電抗絕對(duì)值與初、次級(jí)回路中同性元件電抗的幾何平均值之比?；ジ旭詈舷禂?shù)，其中，M為互感系數(shù)。電容耦合系數(shù)，其中，CM為電容互感系數(shù)。兩種常見(jiàn)的耦合回路 圖 1 86（a）是互感耦合電路, 圖 1 86（b）是電容耦合回路。受控源等效電路 反射阻抗是用來(lái)說(shuō)明一個(gè)回路對(duì)耦合的另一回路電流的影響。對(duì)初次級(jí)回路的相互影響，可用一反射阻抗來(lái)表示。 現(xiàn)以下圖所示的互感耦合串聯(lián)回路

10、為例來(lái)分析耦合回路的阻抗特性。在初級(jí)回路接入一個(gè)角頻率為的正弦電壓V1，初、次級(jí)回路中的電流分別以i1和i2表示，并標(biāo)明了各電流和電壓的正方向以及線圈的同名端關(guān)系。1.5.7.1 互感耦合雙調(diào)諧諧振回路初、次級(jí)回路電壓方程可寫為式中Z11為初級(jí)回路的自阻抗，即Z11=R11+jX11,Z22為次級(jí)回路的自阻抗，即Z22=R22+jX22。解上列方程組可分別求出初級(jí)和次級(jí)回路電流的表示式：稱為次級(jí)回路對(duì)初級(jí)回路的反射阻抗稱為初級(jí)回路對(duì)次級(jí)回路的反射阻抗而 為次級(jí)開路時(shí)，初級(jí)電流 在次級(jí)線圈L2中所感應(yīng)的電動(dòng)勢(shì)，用電壓表示為在初級(jí)和次級(jí)回路中，并不存在實(shí)體的反射阻抗。所謂反射阻抗，只不過(guò)是用來(lái)說(shuō)明

11、一個(gè)回路對(duì)另一個(gè)相互耦合回路的影響。例如，Zf1表示次級(jí)電流通過(guò)線圈L2時(shí)，在初級(jí)線圈L1中所引起的互感電壓對(duì)初級(jí)電流的影響，且此電壓用一個(gè)在其上通過(guò)電流的阻抗來(lái)代替，這就是反射阻抗的物理意義。將自阻抗Z22和Z11各分解為電阻分量和電抗分量，分別代入上式，得到初級(jí)和次級(jí)反射阻抗表示式為 考慮到反射阻抗對(duì)初、次級(jí)回路的影響，最后可以寫出初、次級(jí)等效電路的總阻抗的表示式： 由上兩式可見(jiàn)，反射阻抗由反射電阻Rf與反射電抗Xf所組成。由以上反射電阻和反射電抗的表示式可得出如下幾點(diǎn)結(jié)論： 2）反射電抗的性質(zhì)與原回路總電抗的性質(zhì)總是相反的。以Xf1為例，當(dāng)X22呈感性(X220)時(shí)，則Xf1呈容(Xf1

12、0)；反之，當(dāng)X22呈容性(X220)。 1）反射電阻永遠(yuǎn)是正值。無(wú)論是初級(jí)回路反射到次級(jí)回路，還是從次級(jí)回路反射到初級(jí)回路，反射電阻總是損耗能量的。 3）當(dāng)初、次級(jí)回路同時(shí)調(diào)諧到激勵(lì)頻率時(shí)（即X11=X22=0），反射阻抗為純阻。其作用相當(dāng)于在初級(jí)回路中增加一電阻分量， 且反射電阻與原回路電阻成反比。 4）反射電阻和反射電抗的值與耦合阻抗的平方值（M）2成正比。當(dāng)互感量M=0時(shí)，反射阻抗也等于零。這就是單回路的情況。 對(duì)于耦合諧振回路，凡是達(dá)到了初級(jí)等效電路的電抗為零，或次級(jí)等效電路的電抗為零或初級(jí)回路的電抗同時(shí)為零，都稱為回路達(dá)到了諧振。調(diào)諧的方法可以是調(diào)節(jié)初級(jí)回路的電抗，調(diào)節(jié)次級(jí)回路的電

13、抗及兩回路間的耦合量。根據(jù)調(diào)諧參數(shù)不同，可分為部分諧振、復(fù)諧振、全諧振三種情況。1.5.7.2 雙調(diào)諧耦合諧振回路的調(diào)諧特性初次級(jí)回路的電流的模的表達(dá)式 1）部分諧振：如果固定次級(jí)回路參數(shù)及耦合量不變，調(diào)節(jié)初級(jí)回路的電抗使初級(jí)回路達(dá)到x11 + xf1 = 0。即回路本身的電抗 = 反射電抗，我們稱初級(jí)回路達(dá)到部分諧振，這時(shí)初級(jí)回路的電抗與反射電抗互相抵消，初級(jí)回路的電流達(dá)到最大值若初級(jí)回路參數(shù)及耦合量固定不變，調(diào)節(jié)次級(jí)回路電抗使x22 + xf2 = 0，則次級(jí)回路達(dá)到部分諧振，次級(jí)回路電流達(dá)最大值 次級(jí)電流的最大值并不等于初級(jí)回路部分諧振時(shí)次級(jí)電流的最大值。2）全諧振： 調(diào)節(jié)初級(jí)回路的電抗

14、及次級(jí)回路的電抗，使兩個(gè)回路都單獨(dú)的達(dá)到與信號(hào)源頻率諧振，即x11 = 0，x22 = 0，這時(shí)稱耦合回路達(dá)到全諧振。在全諧振條件下，兩個(gè)回路的阻抗均呈電阻性。 z11 = R11，z22 = R22，但 R11 Rf1，Rf2 R22。 次級(jí)電流達(dá)到可能達(dá)到的最大值如果改變M，使R11 = Rf1，R22 = Rf2，滿足匹配條件，則稱為最佳全諧振。此時(shí)，1.5.7.3 雙調(diào)諧耦合諧振回路的頻率特性：設(shè)初次級(jí)具有相同的參數(shù)，即初次級(jí)具有相同的參數(shù)，即廣義失諧令列出2個(gè)節(jié)點(diǎn)方程聯(lián)立求解可得于是有定義耦合因子求出V2的極大值全諧振時(shí) 于是求得歸一化抑制比為耦合因子1時(shí)，諧振曲線是雙峰曲線，還出現(xiàn)凹坑，這種情況稱為強(qiáng)耦合凹坑的幅度耦合回路的通頻帶 根據(jù)前述單回路通頻帶的定義， 當(dāng) ，Q1 = Q2 = Q，01 = 02 = 時(shí)可導(dǎo)出 若 = 1時(shí)， 若與高頻晶體管