射频通信电路第1章选频回路与阻抗变换.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,功能：,选频、阻抗变换,应用：,射频系统的各个模块,放大、振荡、调制、解调,本章主要内容：,1.,选频回路的,主要指标,2.,LC,串、并联,选频回路,3.,窄带和宽带,无源阻抗变换网络,4.,简单介绍常用的,集中参数选频,滤波器,5.,简单介绍,集成电感,*教材上部分接入的阻抗变换不作要求。,第一章 选频回路与阻抗变换,功能：选出有用信号，滤除或抑制无用信号,LC,回路,种类,集中选择性滤波器（声表面波滤波器、陶瓷滤波器、,石英晶体滤波器）,电路特征,无源线性网络,幅频特性,性能描述,相频特性,1.1,选频回路的指标,(1),中心频率,(2),通频带,BW,3dB,(3),带内波动,(4),选择性与矩形系数,(5),插入损耗,(6),输入输出阻抗,R,in,R,out,P,out,P,in,选频,回路,BW,20dB,1,、幅频特性相频特性,斜率,：,称为,群时延,结果：通频带内不同频率信号延迟相同时间,要求：在通频带内,群时延为常数,表现：相频特性为,线性,不产生相位失真,2,、相频特性,电阻,r,电导,G,阻抗,Z,导纳,Y,电感,L,电容,C,电容,C,电感,L,电压源,V,S,电流源,I,S,电流,I,电压,V,电路的对偶性,串联,并联,I,1.2,LC,串并联谐振回路,1.,并联谐振回路,标准电路形式,回路输入导纳,谐振,的定义,:,为纯电阻,谐振频率,1.2.1,谐振,的基本概念与特性,1.,阻抗特性,2.,电压特性,输出电压最大且与信号源同相,3.,品质因数,Q,谐振时的特点,电感电流,电容电流,特点：,电抗支路的电流比信号源,大,Q,倍,4.,电流特性,表,1.2.1,串,并联特性对照表,并联,串联,电路结构,L.C.G,并联,C.L.r,串联,激励信号源,电流源,电压源,谐振角频率,谐振阻抗,品质因数,谐振时电流,(,电压,),2.,串联谐振回路,分析内容,:,回路输出电压,(,电流,),及回路阻抗,随频率变化特性,输出电压,:,广义失谐,:,说明,:,1.,输出电压是,复数,2.,输出电压,与频率有关,3.,阻抗,频率,特性与,电压,频率,特性相同,(,因为 ，而 为常数,),1.,并联谐振回路,1.2.2,选频特性,近似条件,:,其中：,公式：,讨论,谐振频率附近,的选频特性,（,1,归一化选频特性）,公式：,选择性,回路的,值越高，选择性越好,注意：,高的,选择性与,宽的,通频带对 的要求是矛盾的,通频带,令 得,:,大，通频带很难窄,高，通频带窄,矩形系数,进一步说明单并联回路对,高的选择性,与,宽的通频带,这对,矛盾不能兼顾,1,幅频特性,公式：,谐振时,含义：回路阻抗呈纯电阻，输出电压与信号电流同相,失谐时,当,时,，并联,回路阻抗呈,感性,；,当,时,，,并联,回路阻抗呈,容性,。,注意,:,回路的,阻抗性质,会随频率而,变,问题：,回路通频带点上,电抗特性曲线,（设回路 ）,相频特性曲线斜率,特点：,负斜率,越大，相频特性越陡,Q,大,（,2,）相频特性,线性相频范围,当 时，,相频特性 呈,线性,公式,：,特征：,相频特性呈线性关系的频率范围与 成反比,Q,大,变量对偶,时，,特性曲线,相同,变量相同,时,，,特性曲线,变化相反,对偶特性应用：,I,电路,相频特性,电抗特性,选频特性,V/V,0,2.,串联谐振回路的选频特性,1.,实际并联回路,考虑损耗的线圈的等效电路,串联小电阻,r,实际并联回路电路形式,分析方法,等效,1.,实际的线圈,(,或电容,),是有损耗的,-,等效电路如何,2.,并联回路的前后接有信号源与负载,-,对 的影响,讨论的意义：,1.2.3,实际并联回路与,有载,Q,等效：,实部相等：,虚部相等：,定义：,支路,串联支路,并联支路,两者相等,（,1,）串并联支路阻抗变换,虚部为零：,由于：,注意：,实际并联回路参数：,实际谐振频率,与,L,、,C,、,r,的关系,1.,电路结构,与,参数计算,当,，,则,L,网络如图示,L,网络,串联支路,电抗,L,网络,并联支路,电抗,例,1-3-2,已知信号源内阻,=12,，,并串有寄生电感,=1.2,。,负载电阻,为,=58,并带有并联的寄生电容,=1.8,PF,，,工作频率为,。,设计,L,匹配网络，使信号源与负载达共轭匹配。,例,1-3-2,2.,带宽,谐振阻抗,谐振，开路,谐振，短路,谐振阻抗,回路,带宽,回路,Q,=1/2,支路,Q,回路有载,回路,Q,=1/2,支路,Q,回路有载,引出：当对匹配网络有更高的滤波要求时，采用,三电抗元件,组成,和,T,型匹配网络,分析方法：,分解为两个,L,网络，,设置一个假想中间电阻,两个,L,网络的,Q,分别是,由于 是未知数，因此可以假设一个,Q,1,或,Q,2,假设,Q,的原则：,根据滤波要求，设置一个高,Q,当,时,，,Q,2,=,Q,当,时,，,Q,1,=,Q,网络的带宽：由高,Q,决定,1.3.4,和,T,型匹配网络,例,1-3-3,：,设计一个 型匹配网络，完成,源电阻,和,负载电阻,间的阻抗变换。,工作频率,MHz,，假设,大的一个有载,。,对应,L,网络的,Q,为：,解：用,L,网络,是否可以？回路有载,Q,为：,不满足题目要求，所以,必须,用,三电抗元件,的变换网络,设网络由,L,和,C,1,、,C,2,组成，,将,L,分成,L,1,和,L,2,两个电感。,网络,源端,L,网络,负载端,L,网络,R,inter,中间电阻,首先确定,此,大的,有载 ,4,是在源端还是负载端,？,必定,是,负载端,的,L,网络的有载,因为,设负载端,L,网络的,Q,为,Q,2,，则,由于 ，因此此设计,方案是可行,的,负载端,L,网络的,并联电容支路,为,负载端,串联,电感支路,为：,对,源端,的,L,网络，,其每条臂的,Q,值,为：,源端,串联电感支路,有,源端,并联电容支路,有,总电感,为：,Rinter,1.,阻抗园图的基本知识,圆图上的任何一点描述的是,电阻和电抗的串联,纯电抗,R=0,关键概念：,等电阻园、等电抗弧线,感性区、容性区,纯电阻线、纯电抗园,短路点、开路点,实际阻抗,参考阻抗,园图上表示归一化阻抗,1.3.5,用,Smith,圆图设计匹配网络,（,1,）,.,串并联支路互换,等效的两串并联支路互为倒数,在园图上的操作：,求点,M,（,Z,S,）关于园图中心的,中心对称点,N,（,Y,P,),串联支路,阻抗,并联支路,导纳,结论：,园图上寻找阻抗与其等效的导纳操作 旋转,180,度,2.,园图上的操作,阻抗园图：,图上的点表示电阻和电抗的串联,导纳园图：,园图上的点表示电导和电纳的并联,可以将,同一个园,既看作,阻抗园,又看作,导纳园,阻抗园,导纳园,归一化电阻和电抗串联,归一化电导和电纳并联,点,园,等电阻,等电导,上半园弧,正电抗（电感）,正电纳（电容）,下半园弧,负电抗（电容）,负电纳（电感）,最左点,短路,开路,最右点,开路,短路,（,2,）,.,串联一个元件,采用阻抗园图：,串联,电感,，沿等,r,园,顺时针,移动,串联,电容,，沿等,r,园,逆时针,移动,串联,电阻,，沿等,x,弧线移动,（,3,）,.,并联一个元件,采用导纳园图,并联,电感,，沿等,g,园,逆时针,移动,并联,电容,，沿等,g,园,顺时针,移动,(1)R,S,和,R,L,均为纯电阻,例,1-3-4,：,设 ，,设计一个,L,网络对其进行匹配。,解,:,由于,所以,L,网络如图,以高通型为例分析,和电感,L,并联,的操作是在,导纳圆图,上,归一化的负载,电导,为 ，,信号源内阻 与电容,C,串联,，采用,阻抗圆图,。,归一化的信号源,电阻,为,，,2.L,匹配网络设计,归一化负载,电导,点,A,归一化源,电阻,点,B,从点,A,出发,沿等 圆,逆时针,移动,终点,?,L,未知,但一定在半圆,Y,AB,上,串联电容,C,采用导纳圆图,采用阻抗圆图,负载 与电感,L,并联,将 与电感,L,并联,Y,AB,化为串联,求,Y,AB,的中心对称圆,Z,AB,但串联,C,的结果应变为纯电阻,即到达点,B,求串联电容,C,采用阻抗园图,求电感,L,从点,B,出发，沿等 画圆弧，与,Z,AB,相交于,点,M,，弧长,MB,即为归一化容抗,求点,M,的中心对称点,N,，,N,一定在半圆,Y,AB,上，弧长,AN,即为归一化感纳,C,未知？,1.,概述,理想变压器,阻抗变换比,实际变压器：,I,I,1,I,2,热损耗,理想变压器,磁芯损耗,分布电容,初级电感量,漏感,带宽无穷,无损耗、无漏感、初级电感量,L,1,无穷,影响频带主要因素,低端,高端,1.3.6,宽带阻抗变换网络,变压器,1,变压器,2,（,1,）,.,传输线的概念与应用条件,特性阻抗,行波状态,输入阻抗,无损耗,线长,线长 与传输信号的波长 可比拟,（,2,）,.,传输线变压器的结构,传输线、高导磁率磁芯、,V,1,V,2,I,2,I,1,V,1,=V,2,、,I,1,=I,2,2.,传输线变压器结构与特点,（,3,）,.,传输线变压器传输能量的方式,高频段,传输线方式,低频段,变压器方式,（,4,）,.,影响传输线变压器频带的因素,特点：,频带宽,高频宽带变压器,低端：,初级线圈电感量,高端：,线长,？,（,1,）,.,平衡与不平衡变换,匹配条件,3.,传输线变压器 的应用,（,2,）,.,阻抗变换,传输线变压器实现阻抗变换特点,特定的变换比,1,4,与,41,阻抗变换,结构：一对传输线变压器一根短路线,证明：,匹配条件：,匹配条件一般公式,1.4,集中选频滤波器,高频滤波器分类：,LC,滤波器、集中选频滤波器,常用集中选频滤波器：陶瓷滤波器、石英晶体滤波器、声表面波滤波器,集中选频滤波器特点：体积小、重量轻、矩形系数好、成本低,符号,主要指标（声表面波滤波器）,中心频率,MHz,10,1500,相对带宽,50%,以上,最小带宽,KHz,100,矩形系数,1.15,带外抑制,dB,60,以上,带内波动,dB,0.05,插入损耗,dB,6,25,使用注意事项,具有一定的插入损耗,输入、输出端应匹配,1.5,集成电感,1.5.1,螺旋电感,形状与结构,平面、螺旋,主要参数,:,r,（,2,）,Q,值,较小（,10,）,L,（,1,）,电感量,L nH,级,1.5.2,连接线电感,C,（,3,）,工作频率 （小于自谐振频率）,