射頻通信電路第章選頻回路與阻抗變換

功能：選頻、阻抗變換應(yīng)用：射頻系統(tǒng)的各個(gè)模塊——放大、振蕩、調(diào)制、解調(diào)本章主要內(nèi)容：1.選頻回路的主要指標(biāo)2.LC串、并聯(lián)選頻回路3.窄帶和寬帶無(wú)源阻抗變換網(wǎng)絡(luò)4.簡(jiǎn)單介紹常用的集中參數(shù)選頻濾波器5.簡(jiǎn)單介紹集成電感*教材上部分接入的阻抗變換不作要求。第一章選頻回路與阻抗變換功能：選出有用信號(hào)，濾除或抑制無(wú)用信號(hào)LC回路種類集中選擇性濾波器（聲表面波濾波器、陶瓷濾波器、石英晶體濾波器）電路特征——無(wú)源線性網(wǎng)絡(luò)

幅頻特性性能描述相頻特性1.1選頻回路的指標(biāo)(1)中心頻率(2)

通頻帶BW3dB(3)帶內(nèi)波動(dòng)(4)選擇性與矩形系數(shù)(5)插入損耗(6)輸入輸出阻抗

RinRoutPoutPin選頻回路BW20dB1、幅頻特性相頻特性斜率：稱為—群時(shí)延結(jié)果：通頻帶內(nèi)不同頻率信號(hào)延遲相同時(shí)間要求：在通頻帶內(nèi)群時(shí)延為常數(shù)表現(xiàn)：相頻特性為線性不產(chǎn)生相位失真2、相頻特性電阻r

電導(dǎo)G阻抗Z

導(dǎo)納Y電感L

電容C電容C

電感L電壓源VS

電流源IS電流I

電壓V電路的對(duì)偶性串聯(lián)并聯(lián)I1.2LC串并聯(lián)諧振回路1.并聯(lián)諧振回路標(biāo)準(zhǔn)電路形式回路輸入導(dǎo)納諧振的定義:為純電阻諧振頻率1.2.1諧振的基本概念與特性1.阻抗特性2.電壓特性

輸出電壓最大且與信號(hào)源同相3.品質(zhì)因數(shù)Q諧振時(shí)的特點(diǎn)電感電流電容電流特點(diǎn)：電抗支路的電流比信號(hào)源大Q倍4.電流特性表1.2.1串﹑并聯(lián)特性對(duì)照表

并聯(lián)

串聯(lián)

電路結(jié)構(gòu)

L.C.G并聯(lián)

C.L.r串聯(lián)

激勵(lì)信號(hào)源

電流源

電壓源

諧振角頻率

諧振阻抗

品質(zhì)因數(shù)諧振時(shí)電流(電壓)2.串聯(lián)諧振回路分析內(nèi)容:回路輸出電壓(電流)及回路阻抗隨頻率變化特性輸出電壓:廣義失諧:說(shuō)明:1.輸出電壓是復(fù)數(shù)2.輸出電壓與頻率有關(guān)3.阻抗~

頻率特性與電壓

~頻率特性相同

(因?yàn)?，而為常?shù))1.并聯(lián)諧振回路1.2.2選頻特性近似條件:其中：公式：討論諧振頻率率附近的選頻特特性（1）（歸一化化選頻特特性）公式：

①

選擇性回路的

值越高，選擇性越好

注意：高的選擇性與寬的通頻帶對(duì)的要求是矛盾的

②通頻帶令得:大，通頻帶很難窄高，通頻帶窄

③矩形系數(shù)

進(jìn)一步說(shuō)明單并聯(lián)回路對(duì)高的選擇性與寬的通頻帶這對(duì)矛盾不能兼顧>>1幅頻特性性公式：①諧振時(shí)含義：回路阻抗呈純電阻，輸出電壓與信號(hào)電流同相②失諧時(shí)當(dāng)時(shí)，并聯(lián)回路阻抗呈感性；當(dāng)時(shí)

，并聯(lián)回路阻抗呈容性。

注意:回路的阻抗性質(zhì)會(huì)隨頻率而變問(wèn)題：回路通頻帶點(diǎn)上④電抗特性曲線（設(shè)回路）③相頻特性曲線斜率

特點(diǎn)：①負(fù)斜率

②越大，相頻特性越陡

Q大（2）相相頻特性性⑤線性相頻頻范圍當(dāng)時(shí)，相頻特性呈線性公式：特征：相頻特性呈線性關(guān)系的頻率范圍與成反比Q大變量對(duì)偶時(shí)，特性曲線相同變量相同時(shí)，特性曲線

變化相反對(duì)偶特性應(yīng)用：I電路相頻特性電抗特性選頻特性V/V02.串串聯(lián)諧振振回路的的選頻特特性1.實(shí)際并聯(lián)聯(lián)回路考慮損耗的線圈的等效電路串聯(lián)小電阻r

實(shí)際并聯(lián)回路電路形式分析方法等效1.實(shí)際的線圈(或電容)是有損耗的----等效電路如何

2.并聯(lián)回路的前后接有信號(hào)源與負(fù)載-----對(duì)的影響討論的意義：1.2.3實(shí)實(shí)際并聯(lián)聯(lián)回路與與有載Q等效：實(shí)部相等：虛部相等：定義：支路串聯(lián)支路并聯(lián)支路兩者相等（1）串串并聯(lián)支支路阻抗抗變換虛部為零：由于：注意：實(shí)際并聯(lián)回路參數(shù)：實(shí)際諧振振頻率——與L、C、r的關(guān)系<（其中是支路Q）高Q（r很?。r(shí)、、回路Q等于支路Q等效理想實(shí)際有損耗無(wú)損耗理想并聯(lián)回路參數(shù)：諧振阻抗無(wú)窮Q＝有耗回路諧振頻率根據(jù)定義計(jì)算：（2）實(shí)實(shí)際并聯(lián)聯(lián)回路分分析討論信號(hào)號(hào)源內(nèi)阻阻及負(fù)載載對(duì)回路路的影響響諧振阻抗和不影響回路諧振頻率只影響諧振阻抗和回路Q有載為：結(jié)果：通頻帶變變寬，選選擇性變變差回路損耗對(duì)應(yīng)-----空載：＞＞1

高Q等效2.有有載品質(zhì)質(zhì)因數(shù)Q阻抗變換的必要性（3）保證濾波器性能（1）實(shí)現(xiàn)最大功率傳輸——共軛匹配（2）改善噪聲系數(shù)對(duì)變換網(wǎng)絡(luò)的要求：寬帶：變壓器、傳輸線變壓器窄帶：LC網(wǎng)絡(luò)（2）帶寬（1）損耗小——用純電抗阻抗變換網(wǎng)絡(luò)1.3無(wú)無(wú)源源阻抗變變換變壓器參數(shù)：初級(jí)電感量次級(jí)電感量耦合系數(shù)互感變壓器種類：

空心變壓器磁芯變壓器——耦合緊，漏感小(),磁芯損耗隨頻率升高增大理想變壓壓器：無(wú)損耗、、耦合系系數(shù)為1，初級(jí)電電感量為為無(wú)窮理想變壓器阻抗變換：電壓電流阻抗注意電流方向（負(fù)號(hào)、圖中方向）磁芯變壓壓器可近似為為理想變壓壓器1.3.1變變壓器器阻抗變變換②窄帶網(wǎng)絡(luò)－－－兩電抗抗元件不不同性質(zhì)質(zhì)，有選選頻濾波波性能特征：①兩電抗元件組成－－結(jié)構(gòu)形式同L討論問(wèn)題：1.

已知工作頻率，欲將變換為，求：電路結(jié)構(gòu)和、2.L網(wǎng)絡(luò)的帶帶寬1.3.3L網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)阻抗抗變換變換依據(jù):

串并聯(lián)互換串聯(lián)支路并聯(lián)支路諧振，開(kāi)路＝串并聯(lián)互互換公式式注意：由于等效效，串聯(lián)聯(lián)支路Q＝并聯(lián)聯(lián)支路Q，由變換電阻可求出Q則:,已知L、C(條件:)>1.電路結(jié)構(gòu)構(gòu)與參數(shù)計(jì)算算當(dāng)<時(shí)變換L網(wǎng)絡(luò)形式式并聯(lián)支路串聯(lián)支路諧振，短路總結(jié)：L匹配網(wǎng)絡(luò)支路的

Q值可以表示為L(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)缺點(diǎn)點(diǎn):當(dāng)兩個(gè)要要阻抗變變換的源源和負(fù)載載電阻值值確定后后，L網(wǎng)絡(luò)的Q值也確定了，是不能選擇擇的，因此此該窄帶網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的濾波性能能不能選擇擇。注意：不不一定是是高Q＝其中解：先將將信號(hào)源源端的寄生電感感和負(fù)載端端的寄生電容容歸并到L網(wǎng)絡(luò)中。由于

>

，則L網(wǎng)絡(luò)如圖示L網(wǎng)絡(luò)串聯(lián)支路電抗

L網(wǎng)絡(luò)并聯(lián)支路電抗

例1-3-2已知信號(hào)源內(nèi)阻

=12，并串有寄生電感

=1.2。負(fù)載電阻為

=58并帶有并聯(lián)的寄生電容=1.8PF，工作頻率為。設(shè)計(jì)

L

匹配網(wǎng)絡(luò)，使信號(hào)源與負(fù)載達(dá)共軛匹配。例1-3-22.帶寬諧振阻抗諧振，開(kāi)路諧振，短路諧振阻抗回路帶寬回路Q=1/2支路Q回路有載回路Q=1/2支路Q回路有載引出：當(dāng)對(duì)匹配網(wǎng)絡(luò)有更高的濾波要求時(shí)，采用三電抗元件組成

和T

型匹配網(wǎng)絡(luò)分析方法：分解為兩個(gè)L網(wǎng)絡(luò)，設(shè)置一個(gè)假想中間電阻兩個(gè)L網(wǎng)絡(luò)的Q分別是由于是未知數(shù)，因此可以假設(shè)一個(gè)Q1

或

Q2假設(shè)Q的原則：：根據(jù)濾波波要求，，設(shè)置一一個(gè)高Q當(dāng)>時(shí)，Q2=Q當(dāng)<時(shí)，Q1=Q網(wǎng)絡(luò)的帶寬：由高Q

決定1.3.4和T型匹配網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)例1-3-3：設(shè)計(jì)一個(gè)型匹配網(wǎng)絡(luò)，完成源電阻和負(fù)載電阻間的阻抗變換。工作頻率MHz，假設(shè)大的一個(gè)有載

。

對(duì)應(yīng)L網(wǎng)絡(luò)的Q為：解：用L網(wǎng)絡(luò)是否可以？回路有載Q為：不滿足題目要求，所以必須用三電抗元件的變換網(wǎng)絡(luò)設(shè)網(wǎng)絡(luò)由由L和C1、C2組成，將L分成L1和L2兩個(gè)電感感。網(wǎng)絡(luò)源端L網(wǎng)絡(luò)負(fù)載端L網(wǎng)絡(luò)Rinter中間電阻首先確定此大的有載＝4是在源端還是負(fù)載端？必定是負(fù)載端的L網(wǎng)絡(luò)的有載

因?yàn)樵O(shè)負(fù)載端L網(wǎng)絡(luò)的Q

為Q2

，則由于，因此此設(shè)計(jì)方案是可行的負(fù)載端L網(wǎng)絡(luò)的并聯(lián)電容容支路為負(fù)載端串聯(lián)電感支路為：對(duì)源端的L網(wǎng)絡(luò)，其每條臂的Q值為：源端串聯(lián)電感支路有 源端并聯(lián)電容支路有總電感為：Rinter1.阻抗園圖圖的基本本知識(shí)圓圖上的的任何一一點(diǎn)描述述的是電阻和電電抗的串串聯(lián)純電抗R=0關(guān)鍵概念：等電阻園、等電抗弧線感性區(qū)、容性區(qū)純電阻線、純電抗園短路點(diǎn)、開(kāi)路點(diǎn)實(shí)際阻抗參考阻抗園圖上表示歸一化阻抗1.3.5用用Smith圓圖設(shè)設(shè)計(jì)匹配配網(wǎng)絡(luò)（1）.串并聯(lián)支支路互換換等效的兩串并聯(lián)支路互為倒數(shù)在園圖上的操作：求點(diǎn)M（ZS）關(guān)于園圖中心的中心對(duì)稱點(diǎn)N（YP)串聯(lián)支路阻抗并聯(lián)支路導(dǎo)納結(jié)論：園圖上尋找阻抗與其等效的導(dǎo)納操作旋轉(zhuǎn)180度2.園圖圖上的操操作阻抗園圖圖：圖上的點(diǎn)點(diǎn)表示電電阻和電電抗的串串聯(lián)導(dǎo)納園圖圖：園圖上的的點(diǎn)表示示電導(dǎo)和和電納的的并聯(lián)可以將同一個(gè)園園既看作阻抗園又看作導(dǎo)納園阻抗園導(dǎo)納園歸一化電阻和電抗串聯(lián)歸一化電導(dǎo)和電納并聯(lián)點(diǎn)園等電阻等電導(dǎo)上半園弧正電抗（電感）正電納（電容）下半園弧負(fù)電抗（電容）負(fù)電納（電感）最左點(diǎn)短路開(kāi)路最右點(diǎn)開(kāi)路短路（2）.串聯(lián)一個(gè)個(gè)元件采用阻抗園圖：串聯(lián)電感，沿等r

園順時(shí)針移動(dòng)串聯(lián)電容，沿等r

園逆時(shí)針移動(dòng)串聯(lián)電阻，沿等x

弧線移動(dòng)（3）.并聯(lián)一個(gè)個(gè)元件采用導(dǎo)納園圖并聯(lián)電感，沿等g

園逆時(shí)針移動(dòng)并聯(lián)電容，沿等g

園順時(shí)針移動(dòng)(1)RS和RL均為純電電阻例1-3-4：

設(shè)，，設(shè)計(jì)一個(gè)L網(wǎng)絡(luò)對(duì)其進(jìn)行匹配。

解:由于,所以L網(wǎng)絡(luò)如圖以高通型型為例分分析和電感L并聯(lián)的操作是在導(dǎo)納圓圖上歸一化的負(fù)載電導(dǎo)為，信號(hào)源內(nèi)阻與電容C串聯(lián)，采用阻抗圓圖。歸一化的信號(hào)源電阻為，

2.L匹配配網(wǎng)絡(luò)設(shè)設(shè)計(jì)歸一化負(fù)載電導(dǎo)

點(diǎn)A歸一化源電阻

點(diǎn)B從點(diǎn)A出發(fā),沿等圓逆時(shí)針移動(dòng)終點(diǎn)?L未知,但一定在半圓YAB上②串聯(lián)電容容C采用導(dǎo)納圓圖采用阻抗圓圖,①負(fù)載與電感L并聯(lián)將與電感L并聯(lián)YAB化為串聯(lián)求YAB的中心對(duì)稱圓ZAB,但串聯(lián)C的結(jié)果應(yīng)變?yōu)榧冸娮?即到達(dá)點(diǎn)B③求串聯(lián)電電容C采用阻抗園圖④求電感L從點(diǎn)B出發(fā)，沿等畫圓弧，與ZAB相交于點(diǎn)M，弧長(zhǎng)MB即為歸一化容抗求點(diǎn)M的中心對(duì)稱點(diǎn)N，N一定在半圓YAB上，弧長(zhǎng)AN即為歸一化感納C未知？1.概述理想變壓器阻抗變換比實(shí)際變壓器：II1I2熱損耗理想變壓器磁芯損耗分布電容初級(jí)電感量漏感帶寬無(wú)窮——無(wú)損耗、、無(wú)漏感感、初級(jí)級(jí)電感量量L1無(wú)窮影響頻帶主要因素低端高端1.3.6寬寬帶帶阻抗變變換網(wǎng)絡(luò)絡(luò)變壓器1變壓器2（1）.傳輸線的的概念與與應(yīng)用條條件特性阻抗行波狀態(tài)輸入阻抗無(wú)損耗線長(zhǎng)線長(zhǎng)與傳輸信號(hào)的波長(zhǎng)可比擬（2）.傳輸線變變壓器的的結(jié)構(gòu)傳輸線、、高導(dǎo)磁磁率磁芯芯、V1V2I2I1V1=V2、I1=I22.傳傳輸線線變壓器器結(jié)構(gòu)與與特點(diǎn)（3）.傳輸線變變壓器傳傳輸能量量的方式式高頻段——傳輸線方式低頻段——變壓器方式（4）.影響傳輸輸線變壓壓器頻帶帶的因素素特點(diǎn)：頻帶寬——高頻寬帶帶變壓器器低端：初級(jí)線圈電感量高端：線長(zhǎng)

？（1）.平衡與不不平衡變變換匹配條件3.傳傳輸線線變壓器器的應(yīng)應(yīng)用（2）.阻抗抗變變換換傳輸輸線線變變壓壓器器實(shí)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)阻阻抗抗變變換換特特點(diǎn)點(diǎn)———特定定的的變變換換比比14與41阻抗抗變變換換結(jié)構(gòu)：一對(duì)傳輸線變壓器＋一根短路線證明：匹配條件：匹配條件一般公式1.4集中中選選頻頻濾濾波波器器高頻頻濾濾波波