射频通信电路第一章选频回路ppt课件.ppt

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1、第一章第一章 选频回路与阻抗变换选频回路与阻抗变换 功能：功能：选频、阻抗变换选频、阻抗变换应用：应用：射频系统的各个模块射频系统的各个模块放大、振荡、调制、解调放大、振荡、调制、解调本章主要内容：本章主要内容：1. 1. 选频回路的选频回路的主要指标主要指标2. 2. LCLC串、并联串、并联选频回路选频回路3. 3. 窄带和宽带窄带和宽带无源阻抗变换网络无源阻抗变换网络4. 4. 简单介绍常用的简单介绍常用的集中参数选频集中参数选频滤波器滤波器5. 5. 简单介绍简单介绍集成电感集成电感1.1 1.1 选频回路的指标选频回路的指标功能：选出有用信号，滤除或抑制无用信号功能：选出有用信号，滤

2、除或抑制无用信号电路特征电路特征无源线性网络无源线性网络 幅频特性幅频特性性能描述性能描述 相频特性相频特性种类种类LCLC回路回路集中选择性滤波器（声表面波滤波器、陶瓷滤波器、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）石英晶体滤波器）(1) (1) 中心频率中心频率 f0(2) (2) 通频带通频带 BW3dB(3) (3) 带内波动带内波动(4) (4) 选择性与矩形系数选择性与矩形系数1 1、幅频特性、幅频特性 RinRout PoutPin选频选频回路回路BW20dB选择性选择性( (或称或称带外衰减带外衰减)通频带外的某一特定频率通频带外的某一特定频率上的传输系

3、数与中心频率上的传输系数与中心频率处的传输系数之比处的传输系数之比0()()A fSfA f用来描述选频网络对处于通频带外的各种干扰用来描述选频网络对处于通频带外的各种干扰信号的抑制能力。信号的抑制能力。S S( (f) )越小，选择性越好，抑越小，选择性越好，抑制能力越强（带外衰减越大）。制能力越强（带外衰减越大）。实际滤波特性接近理想矩形的程度。实际滤波特性接近理想矩形的程度。矩形系矩形系数数描述描述0.10.10.7BWKBW即：滤波器的传输系数下降到中心频率对应值的即：滤波器的传输系数下降到中心频率对应值的0.10.1倍处的带宽（倍处的带宽（20dB20dB带宽）与其带宽）与其3dB3

4、dB带宽之比。带宽之比。选频特性为理想矩形的滤波器，矩形系数等于选频特性为理想矩形的滤波器，矩形系数等于1，此时通频带外的（无用）信号全部衰减，具有此时通频带外的（无用）信号全部衰减，具有最佳选频特性。通常最佳选频特性。通常K0.11，其数值越小越好。，其数值越小越好。(5) (5) 插入损耗插入损耗inoutPLP(6) (6) 输入输出阻抗输入输出阻抗定义为：通频带内滤波器插入前后负载所得功率之比定义为：通频带内滤波器插入前后负载所得功率之比无源滤波器都有一定损耗，要求损耗越小越好。无源滤波器都有一定损耗，要求损耗越小越好。滤波器的性能指标都是在其输入输出端匹配时测得。滤波器的性能指标都是

5、在其输入输出端匹配时测得。应用时必须知道其输入输出阻抗，并且很好匹配，才应用时必须知道其输入输出阻抗，并且很好匹配，才能使滤波器发挥其最佳性能。能使滤波器发挥其最佳性能。2 2、相频特性、相频特性dd)(相频特性相频特性斜率斜率 称为称为群时延群时延结果：通频带内不同频率信号延迟相同时间结果：通频带内不同频率信号延迟相同时间表现：相频特性为表现：相频特性为线性线性不产生相位失真不产生相位失真( )要求：在通频带内要求：在通频带内群时延群时延为常数为常数1.2 1.2 LC 串并联谐振回路串并联谐振回路电阻电阻 r 电导电导G阻抗阻抗Z 导纳导纳Y电感电感L 电容电容C电容电容C 电感电感L电压

6、源电压源VS 电流源电流源IS电流电流 I 电压电压 V电路的对偶性电路的对偶性串联串联 并联并联I()Z jC1.2.1 谐振谐振的基本概念与特性的基本概念与特性1. 并联谐振回路并联谐振回路标准电路形式标准电路形式回路输入导纳回路输入导纳1()Y jGj Cj L谐振谐振的定义的定义:()Y j为纯电导为纯电导谐振频率谐振频率LCfoo12谐振时谐振时的特点的特点1.阻抗特性阻抗特性GY)(0CL001谐振时，回路的感抗与容抗相等，相互抵消谐振时，回路的感抗与容抗相等，相互抵消 为回路为回路特性阻抗特性阻抗（谐振时的感抗或容抗）（谐振时的感抗或容抗）回路导纳最小，为纯电导回路导纳最小，为纯

7、电导或阻抗最大，为或阻抗最大，为 0()ZR2.电压特性电压特性 RIVSo输出电压最大输出电压最大且与信号源且与信号源同相同相3.3.品质因数品质因数 QRTVCVQ/2222能谐振时回路一周内的耗谐振时回路总的储能RLRGCQ00回路品质因数回路品质因数Q Q，描述了回路储能与其耗能之比。，描述了回路储能与其耗能之比。一个由有耗的空心线圈和电容组成的回路，其一个由有耗的空心线圈和电容组成的回路，其Q值约为几十到一、二百值约为几十到一、二百4.4.电流特性电流特性谐振时谐振时,流过电感流过电感L和电容和电容C的电流大小相等的电流大小相等,方方向相反向相反SsLIjQLjRILjVI000电感

8、电流电感电流( (滞后电压滞后电压 ) )SSCIjQRICjVCjI000电容电流（超前电压电容电流（超前电压 ）特点：特点：电抗支路的电流比信号源电抗支路的电流比信号源大大Q倍倍谐振时，电容谐振时，电容C C上的能量和电感上的能量和电感L L上的能量相互上的能量相互转换，产生振荡，而信号源的能量用来补充电转换，产生振荡，而信号源的能量用来补充电阻阻R R上的损耗。上的损耗。谐振时，流过线圈和电容的电流，是信号源电谐振时，流过线圈和电容的电流，是信号源电流的流的Q倍，选择线圈时应注意线径大小以承受电倍，选择线圈时应注意线径大小以承受电流的容量。流的容量。2.2.串联谐振回路串联谐振回路（r

9、r为回路中的固有损耗电阻，主要是电感中的为回路中的固有损耗电阻，主要是电感中的导线电阻和磁芯损耗导线电阻和磁芯损耗, ,因为一般来说，与电感中因为一般来说，与电感中的损耗相比，电容损耗可忽略。）的损耗相比，电容损耗可忽略。）2. 串联谐振回路串联谐振回路表表 1.2.1 串串并联特性对照表并联特性对照表SISVLCf1200LCf1200GY)(0rZ)(0 并联并联 串联串联 电路结构电路结构 L.C.G并联并联 C.L.r串联串联 激励信号源激励信号源 电流源电流源 电压源电压源 谐振角频率谐振角频率 谐振阻抗谐振阻抗 品质因数品质因数谐振时电流谐振时电流(电压电压)LRGCQP00Crr

10、LQ001SCLQIIISCLQVVV1.2.2 1.2.2 选频特性选频特性选频特性选频特性: :选频回路的选频回路的输出电压输出电压( (电流电流) )或回路阻抗或回路阻抗随输入信号频率变化的特性随输入信号频率变化的特性。表示不同频率信号通。表示不同频率信号通过电路的能力。过电路的能力。000/()( )1( )1()1()SSsIII GVVYjG jCjQL输出电压输出电压: :1. 1. 并联谐振回路并联谐振回路广义失谐广义失谐: :)(00 Q说明说明: :1. 1. 输出电压是输出电压是复数复数2. 2. 输出电压与输出电压与频率频率有关有关3. 3. 阻抗阻抗 频率频率特性与特

11、性与电压电压 频率频率特性相同特性相同 ( ( 因为因为 ，而，而 为常数为常数 ) )SVZISI000002000000()()2()()2()2QQQQQ jseQVjQVjQGIV2000000)2(1)(21)()(21/)(输出电压输出电压讨论讨论谐振频率附近谐振频率附近的选频特性（窄带选频网的选频特性（窄带选频网络信号频率络信号频率 位于谐振频率位于谐振频率 附近，因此附近，因此可将可将 代入，得广义失谐代入，得广义失谐0002arctgQ相频特性相频特性（1 1）幅频特性（归一）幅频特性（归一 化选频特性）化选频特性） 选择性选择性200( )1( )21VSVQ12S 通频带

12、通频带令令 得得: :QffBWdB032大，通频带很难窄大，通频带很难窄高，通频带窄高，通频带窄0fQ谐振频率上谐振频率上,输出电压最大输出电压最大,回路阻抗最大；失谐回路阻抗最大；失谐时下降。时下降。回路的回路的 值越高，选择性越好值越高，选择性越好。即对应同一失。即对应同一失谐频率谐频率 , , 值越大时，回路输出电压值越小。值越大时，回路输出电压值越小。QQ 矩形系数矩形系数 进一步说明进一步说明单并联单并联回路对回路对高的选择性高的选择性与与宽的宽的通频带通频带这对矛盾这对矛盾不能兼顾不能兼顾0.10.139.96dBBWKBW1注意：注意：高高的选择性与的选择性与宽宽的通频带对的通

13、频带对 的要的要 求是矛盾的求是矛盾的Q（2 2）相频特性）相频特性02arctgQ公式：公式： 谐振时谐振时0)(0含义：回路阻抗呈纯电阻，输出电压与信号电流同相含义：回路阻抗呈纯电阻，输出电压与信号电流同相 失谐时失谐时当当 时时 ，并联，并联回路阻抗呈回路阻抗呈感性感性；当当 时时 ，并联，并联回路阻抗呈回路阻抗呈容性容性。 00)(00)(Q大大注意注意: : 回路的回路的阻抗性质阻抗性质会随频率而会随频率而变变问题：问题：回路通频带点上回路通频带点上( ) ? 相频特性曲线斜率相频特性曲线斜率 020Qdd特点：特点： 负斜率负斜率 越大，相越大，相频特性越陡频特性越陡 QQ大大 电

14、抗特性曲线电抗特性曲线（设回路（设回路 ）0G 线性相频范围线性相频范围 02arctgQ公式公式：Q大大600)(2)(Q当当 时，时，)(相频特性相频特性 呈呈线性线性Q特征：特征： 相频特性呈线性关系的频率范围与相频特性呈线性关系的频率范围与 成反比成反比 2. 串联谐振回路的选频特性串联谐振回路的选频特性变量对偶变量对偶时，时，特性曲线特性曲线相同相同变量相同变量相同时时，特性曲线特性曲线 变化相反变化相反对偶特性应用：对偶特性应用：电路电路相频特性相频特性电抗特性电抗特性选频特性选频特性V/V0I()x j1.2.3 1.2.3 实际并联回路与实际并联回路与有载有载Q1.1.实际并联

15、回路实际并联回路考虑损耗的线圈的等效电路串联小电阻考虑损耗的线圈的等效电路串联小电阻 r r 1. 1. 实际的线圈实际的线圈( (或电容或电容) )是有损耗的是有损耗的 - - 等等 效电路如何效电路如何 2.2.并联回路的前后接有信号源与负载并联回路的前后接有信号源与负载-对对 的影响的影响Q讨论的意义：讨论的意义： 实际并联回路电路形式实际并联回路电路形式分析方法分析方法等效等效（1 1）串并联支路阻抗变换）串并联支路阻抗变换22111SSSSSSPPXrjXrjXrjXR等效：等效：)1 ()(1 (2222QrrxrrxrRsssssssP实部相等：实部相等：虚部相等：虚部相等：)1

16、1 ()(1 (2222QxxrxxxrXsssssssP定义：定义：支路支路 Q串联支路串联支路ssxQr并联支路并联支路PPRQX（2 2）实际并联回路分析）实际并联回路分析01LC无损耗无损耗理想并联回路理想并联回路参数：参数：谐振阻抗无穷谐振阻抗无穷Q理想理想0PPssXRrxQ两者相等两者相等等效等效实际有损耗实际有损耗PPLjCjRjBGY1)(1)(P有耗回路有耗回路谐振频率谐振频率 根据定义计算：根据定义计算：LpRp01PPPLjCjjB虚部为零：虚部为零：22(1)()PPrLLL由于：由于：22002011111pCrCrL CLLQ实际谐振频率实际谐振频率 与与L L、

17、C C、r r 的关系的关系0注意：注意：实际并联回路参数：实际并联回路参数： PPQPRrLQ00（其中（其中 是支路是支路Q Q） 00PPPPLRQQLr0P高高Q Q（r r很小）时很小）时20PLRQ rCr、回路回路Q Q等于支路等于支路Q Q2. 2. 有载品质因数有载品质因数 Q Q讨论信号源内阻及负载对回路的影响讨论信号源内阻及负载对回路的影响谐振阻抗谐振阻抗PLSTRRRR/ 和和 不影响回路谐振频率只影响不影响回路谐振频率只影响谐振阻抗谐振阻抗和和回路回路Q QSRLR等效等效0001QRRRRQLRRQLPSPTTe有载有载 为：为：eQ结果：结果：通频带变宽，选择性变差通频带变宽，选择性变差000PLRQrL1 1 高高Q Q回路损耗对应回路损耗对应-空载空载 ：0Q