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.信號源內(nèi)阻與負載電阻對諧振回路品質(zhì)因數(shù)的影響4.品質(zhì)因數(shù)的物理意義5.簡單串、并聯(lián)諧振回路的通頻帶與選擇性6.簡單串并聯(lián)回路的相頻特性群延時特性7. 簡單串、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 上完第一章時交表1-1 通信頻段及主要用途頻 段 名 稱頻 率 范 圍波 長用 途甚低頻VLF3kHz30kHz10010km音頻、電話、數(shù)據(jù)終端、長距離導航、時標低頻LF30300kHz101km導航、信標、電力線通信中頻MF300kHz3 MHz10001

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

3、 射頻無源器件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： 諧振時，總阻抗達到最小，其電流達到大。A 回路電流：時，回路電流最大， ,電流電壓 同相位。B 電壓： 時， 4串聯(lián)電路歸一化諧振曲線 1.5.1 簡單串并聯(lián)諧振回路的基本特

4、性并聯(lián)諧振回路等效電路電導;電納并聯(lián)諧振回路諧振時諧振頻率諧振時,并聯(lián)諧振回路阻抗等于回路的諧振電阻端電壓的表達式諧振時流過電容的電流 品質(zhì)因數(shù) 諧振時流過電感的電流 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式： 廣義失諧 任意頻率下電路端電壓 與諧振時電路電壓 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式。 并聯(lián)回路諧振時的特點：（1）電路阻抗為純電阻性，（2）在電源電壓一定時， 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)回路諧振時的特點（1） 電路的阻抗最?。?） 電感電壓和電容電壓遠大于信號源電壓(Q倍)1.5.2信號源內(nèi)阻與負載電阻對諧振回路品質(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電壓： 諧振時電容中的儲能： 諧振時電感中的儲能： 諧振時串聯(lián)回路中的總儲能： 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)總儲能與系統(tǒng)一個振蕩周期內(nèi)耗能的比值 一個振蕩周期中的耗能： 品質(zhì)因數(shù)實際上描繪的是系統(tǒng)儲能與耗能之間的關(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(半功率點通頻帶) ：歸一化抑制比的模下降到 時的通頻帶。 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時的通頻帶與降到0.707時的通頻帶之比。三分貝(3dB)求-3dB通頻帶求解得簡單串并聯(lián)回路的矩形系數(shù)計算求-20dB通頻帶求解得簡單串并聯(lián)回路的矩形系數(shù)計算矩形系數(shù)：歸一化抑制比降到0.1時的通頻帶與降到0.707時的通頻帶之比。1.5.5 簡單串并聯(lián)回路的相頻特性群延時特性單音調(diào)幅波 稱為載波角頻率,為調(diào)制信號角頻率, 為調(diào)幅指數(shù)單音調(diào)幅波包含三個頻譜分量，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)生延時單音調(diào)幅波通過諧振回路后仍為單音調(diào)幅波1.5.6 簡單串、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一步化簡 也就是 當電路品質(zhì)因數(shù)高這個結(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，降低信號源內(nèi)阻及負載電阻對諧振回路的影響，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 諧振時阻抗串并互換 由中間抽頭向高抽頭轉(zhuǎn)換時，等效阻抗提高 倍。由高抽頭向中間抽頭轉(zhuǎn)換時，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)，且可以實現(xiàn)阻抗變換） 1基本概念 耦合回路 ： 在高頻電路中, 兩個或兩個以上的單振蕩回路組成互

9、相耦合的振蕩回路。其中由兩個單振蕩回路組成的耦合回路也稱為雙調(diào)諧回路。 初級回路：接有激勵信號源的回路。 次級回路：與負載相接的回路，也稱為負載回路。 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值與初、次級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 反射阻抗是用來說明一個回路對耦合的另一回路電流的影響。對初次級回路的相互影響，可用一反射阻抗來表示。 現(xiàn)以下圖所示的互感耦合串聯(lián)回路

10、為例來分析耦合回路的阻抗特性。在初級回路接入一個角頻率為的正弦電壓V1，初、次級回路中的電流分別以i1和i2表示，并標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、次級回路電壓方程可寫為式中Z11為初級回路的自阻抗，即Z11=R11+jX11,Z22為次級回路的自阻抗，即Z22=R22+jX22。解上列方程組可分別求出初級和次級回路電流的表示式：稱為次級回路對初級回路的反射阻抗稱為初級回路對次級回路的反射阻抗而 為次級開路時，初級電流 在次級線圈L2中所感應的電動勢，用電壓表示為在初級和次級回路中，并不存在實體的反射阻抗。所謂反射阻抗，只不過是用來說明

11、一個回路對另一個相互耦合回路的影響。例如，Zf1表示次級電流通過線圈L2時，在初級線圈L1中所引起的互感電壓對初級電流的影響，且此電壓用一個在其上通過電流的阻抗來代替，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，得到初級和次級反射阻抗表示式為 考慮到反射阻抗對初、次級回路的影響，最后可以寫出初、次級等效電路的總阻抗的表示式： 由上兩式可見，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X22呈感性(X220)時，則Xf1呈容(Xf1

12、0)；反之，當X22呈容性(X220)。 1）反射電阻永遠是正值。無論是初級回路反射到次級回路，還是從次級回路反射到初級回路，反射電阻總是損耗能量的。 3）當初、次級回路同時調(diào)諧到激勵頻率時（即X11=X22=0），反射阻抗為純阻。其作用相當于在初級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。當互感量M=0時，反射阻抗也等于零。這就是單回路的情況。 對于耦合諧振回路，凡是達到了初級等效電路的電抗為零，或次級等效電路的電抗為零或初級回路的電抗同時為零，都稱為回路達到了諧振。調(diào)諧的方法可以是調(diào)節(jié)初級回路的電抗，調(diào)節(jié)次級回路的電

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)諧特性初次級回路的電流的模的表達式 1）部分諧振：如果固定次級回路參數(shù)及耦合量不變，調(diào)節(jié)初級回路的電抗使初級回路達到x11 + xf1 = 0。即回路本身的電抗 = 反射電抗，我們稱初級回路達到部分諧振，這時初級回路的電抗與反射電抗互相抵消，初級回路的電流達到最大值若初級回路參數(shù)及耦合量固定不變，調(diào)節(jié)次級回路電抗使x22 + xf2 = 0，則次級回路達到部分諧振，次級回路電流達最大值 次級電流的最大值并不等于初級回路部分諧振時次級電流的最大值。2）全諧振： 調(diào)節(jié)初級回路的電抗

14、及次級回路的電抗，使兩個回路都單獨的達到與信號源頻率諧振，即x11 = 0，x22 = 0，這時稱耦合回路達到全諧振。在全諧振條件下，兩個回路的阻抗均呈電阻性。 z11 = R11，z22 = R22，但 R11 Rf1，Rf2 R22。 次級電流達到可能達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，1.5.7.3 雙調(diào)諧耦合諧振回路的頻率特性：設(shè)初次級具有相同的參數(shù)，即初次級具有相同的參數(shù)，即廣義失諧令列出2個節(jié)點方程聯(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 于是求得歸一化抑制比為耦合因子1時，諧振曲線是雙峰曲線，還出現(xiàn)凹坑，這種情況稱為強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 ，Q1 = Q2 = Q，01 = 02 = 時可導出 若 = 1時， 若與高頻晶體管