Electroniccircuitofcommunication(通信电子线路)

1、文档标题 | 作者姓名第一章：通信系统导论1. 为什么要有载波？为什么不直接将我们原始信号发射出去？首先，我们想到的是（声信号为例子）将声信号变为电信号，然后传输，因为声信号损耗太快了。然而，转变为电信号之后发现频率无法和天线匹配。声信号的频率为20Hz-20kHz，此时的波长是非常大的。我们不可能做出这么大的天线。同时，要是广播电台都用相同的频段，就压根不能正确接收我们想要的声信号，因为大家都混在一起了。此时就需要将电信号加载在一个可调的载波上面，这个载波频率很高，一般都是几百千赫兹。这样我们的天线就可以匹配了，并且大家可以分开使用不同的频段。（PS：怪不得我们平时看到的广播电台的天线那么大

2、，之所以不用更高频率的载波，为什么？）我们得明确，广播是由具体的应用场合决定的。现阶段，调频和调幅都在用（调频能达到100M左右的频率），主要是受器件性能的限制。器件性能相同的情况下，两者的效果相同。但是一般来讲，调频的抗干扰性能会好一点。频率越高，天线尺寸可以越小。但是在相同距离下，路径传播损耗越大。要达到相同的接收点功率，发射功率就要更大。因此在实际中选择调频和调幅时，是根据具体的应用场合选择的。因为总会存在一种最优的情形：成本最小，覆盖范围越大，器件易于实现，天线尺寸较小。2. 广播发射机的组成？图中的高频振荡最基本的是LC振荡器。其产生的高频波一般称为载波，它的频率成为载频。然而倍频只

3、是将高频振荡产生的载波继续增大，因为一般的高频载波为了维持频率的稳定度，就会低于理想的载波频率的若干分之一。因此倍频器是将载波频率提高到所需要的数值。至于高频放大，我们先不说，等学了第三章我们再来解释。调制方法主要是有三种：调幅，调频和调相。电视中的图像是调幅，伴音是调频。3. 超外差式接收机选择性电路主要特点：把被接收到的高频已调信号的载波频率fs先变为频率较低的而且是固定不变的中频fi，再利用中频放大器加以放大，然后进行检波。由于中频是固定不变的，因此中频的选择性与增益都与接受的载波频率无关。把高频信号的载波频率变为中频的任务是由混频器来完成的。混频器的作用是将载频fs和本地振荡的载波f0

4、进行混合计算，得到的输出波形仍然是调幅波，不过其载波频率不是原来的fs，而是(f0+fs)或(f0-fs)。这种接收机的主要优点是：变频后的“载波”频率是固定不变的，所以中频放大器的谐振回路不需要随时调整，不管信号频率怎么变，中频总是不变的（只需改变本地振荡的值），选择性容易做好。这样就可以做成固定的模块，这是一个巨大的优势。第二章：通信电子线路分析基础2.1 选频网络选频网络的作用是选出我们需要的频率分量并滤除不需要的分量。因此可分为谐振回路和滤波器。谐振回路主要分为串联谐振和并联谐振。滤波器主要包含LC集中滤波器、石英滤波器、陶瓷滤波器和声表面波滤波器。（1） 串联谐振回路串联（并联）谐振

5、回路是由电感、电容组成的并在谐振频率或谐振频率附近工作的单振荡回路。我们需要讨论谐振回路一系列的性质。1.回路阻抗2.谐振频率3.品质因数4.广义失谐系数5.谐振曲线6.通频带7.相频特性曲线8.信号源内阻及负载对串联谐振回路的影响。1) 回路阻抗回路阻抗为z=R+jx=R+jL-1C=zejz，阻抗模为z=R2+X2=R2+(L-1C)2阻抗幅角为z=arctanxR=arctanL-1CR，必须清楚的是当回路频率在中心频率左右变化时，回路的性质（感性or容性？）显然，当=0时，阻抗幅角为0，此时电路处于谐振状态。电流与电压的相位差为0。当>0时，此时x>R，表明电路呈现感性，此

6、时电压超前电流相位i<0。当回路谐振时的感抗或容抗，称之为特性阻抗，用表示，即=0L=10C=LC。2) 谐振频率f0当回路电抗为0时，此时电流达到最大值为I=vsR。此时回路的频率称为谐振频率，因此0=1LC，f0=12LC3) 品质因素Q定义：谐振时回路感抗值（或容抗值）与回路电阻R的比值称为回路的品质因素，以表示回路损耗的大小。Q=0LR=10CR=R=1R1LC当谐振时，此时电感或电容分配的电压为vL0=vC0=I0=VsQ。因此串联谐振时，电感L和电容C上的电压达到最大值且为输入信号电压vs的Q倍。因此必须注意回路元件的耐压问题。4) 广义失谐系数是反映回路失谐大小的量，其定义

7、为=失谐时的电抗谐振时电阻=XR=L-1CR=Q0(0-0)当失谐不大时即0时，Q020=Q02ff0。当谐振时，失谐系数为0。5) 谐振曲线定义：串联谐振回路中电流幅值与外加电动势频率之间的关系曲线称为谐振曲线。可用Nf表示谐振曲线的函数Nf=失谐处的电流I谐振点电流I0=RR+j(L-1C)Q值不同即损耗R不同时，对曲线有很大影响。Q值大曲线尖锐，选择性好；Q值小曲线钝，通带宽。6) 通频带定义:回路外加电压的幅值不变时，改变频率，回路电流I下降到I0的12时，所对应的频率范围称为谐振回路的通频带,用B表示：B=20.7=2-1 or B=2f0.7=f2-f1。此时的广义失谐系数为=&#

8、177;1。而有前面的公式，我们可以推导出20.7=0Q。因此通带宽度为B=2f0.7=f0Q相对带宽2f0.7f0=1Q。因此，B与Q成反比，Q增大，B减小。前面已经分析过，若电流超前电压，则阻抗幅角大于0,此时呈现容性；否则小于0。当谐振时，等于0。但是，Q不同，曲线的陡峭程度不一样。图中Q1>Q2。即品质因数越高，曲线越陡峭。7) 相频特性曲线8) 信号源内阻及负载对串联谐振回路的影响此时的品质因数QL=0LR=0LR+Rs+RL。式中R为回路的本身的损耗；Rs为信号源的内阻；RL为负载电阻。 由此看出，串联谐振回路适合于Rs很小（恒压源）和RL不大的电路，只有这样QL才不会太低，

9、保证回路具有较好的选择性。（2） 并联谐振回路因为一般的通信电子电路信号源内阻较大，基本上可以看作是恒流源。因此不能用串联谐振回路，而必须用并联谐振回路。从R到Rp的变换是非线性的，与LC有关。1) 回路阻抗一般LR，所以z1RCL+j(C-1L)，并联回路采用导纳分析比较方便，齐导纳为Y=1z=CRL+jC-1L=G+jB式中电导G=RCL，电纳B=C-1L。2) 谐振频率当谐振时z=Rp=(pL)2R。当>p时，L>1C，电容支路的分流作用强，因此回路呈现容性。当<p时，L<1C，电感支路分流作用强，因此回路呈现感性。总的来说，回路的性质总是由两支路中阻抗较小的那个

10、支路决定阻抗的性质。当电纳B=0时，v=v0=LRCIs，回路电压与电流Is同相，称之为并联回路对外加信号源频率发生并联谐振，即谐振条件为B=pC-1pL=0，由于B=0，则 pC=1pL，因此可推导出并联谐振回路的谐振频率p=1LC or fp=12LC（这是在一定条件下的约等于，必须满足回路阻抗远大于电阻）。 3) 品质因数类似的根据对品质因数的定义，Qp=pLR=RppL=RpCL。式中Rp为并联谐振回路的谐振电阻；R为串联在电感支路的损耗电阻。Rp=Qp1pC，因此谐振时并联振荡回路的谐振电阻等于感抗或容抗的Qp倍。谐振时的支路的电流可以根据欧姆定律计算，得到的结论是谐振时电感或电容支

11、路电流为信号源电流的Qp倍。4) 谐振曲线类似的，不论>p还是<p，此时端电压之比都小于1，表明唯有在谐振时传输功率才是较大的。当=p时，此时电路呈现纯阻性，此时也达到谐振状态，端电压与信号源电压相等。5) 通频带当端电压下降到最大值的12时所对应的频率范围称之为并联谐振回路的通频带，用B表示。此时的失谐系数为±1，绝对通频带为B=2f0.7=fpQp，相对通频带2f0.7fp=1Qp。6) 相频特性串联电路里面的相角是指回路电流I与信号源电压vs的相角差。而并联回路里的是指回路端电压对信号源电流Is的相角差。因此当>p时，回路呈现容性，v<0；当<p时

12、，回路呈现感性,v>0。实质上都只需看电流超前电压还是滞后电压，超前就是容性，滞后就是感性。7) 信号源内阻和负载电阻对并联谐振回路的影响类似于串联谐振回路，考虑到内阻和负载的影响后，QL=Qp1+RpRs+RpRL，因此我们可知当内阻和负载较小时，品质因数也越小，所以对并联回路而言，并联的电阻越大越好。因此并联谐振回路适合于恒流源。在做题时，必须明确的是：确定无载Q值，然后根据负载情况计算有载Q值。计算出有载Q值后，根据通频带的计算公式就可以计算带宽B。（3） 串、并联阻抗等效与回路抽头时的阻抗变换1) 串、并阻抗的等效互换结论：串联电路转换等效并联回路后，电抗x2的性质与x1相同，在

13、QL较高的情况下，其电抗x基本不变，而并联电路的电阻R2比串联电路的电阻R1+Rx大QL2倍。 当品质因数很高时(大于10或者更大)，则有 2) 回路抽头时阻抗的折合关系折合系数定义：抽头电压与端电压的比值，即P=VabVdb。根据能量等效原则，Vab2Gs=Vdb2Gs'。因此Gs'=(VabVdb)2Gs=P2Gs Rs'=1P2Rs。由于Vab<Vdb，以此P是小于1的正数，即Rs'>Rs即由低抽头到高抽头转换时，等效阻抗提高1P2倍。（阻抗折合），不考虑互感。考虑互感，抽头系数 ，则电容抽头系数P=C2C1+C2注意：当ab端的阻抗远大于L或

14、1C时，抽头系数P的等式成立。由低抽头折合到回路高端时，等效导纳降低了P2倍，即等效阻抗提高了1P2倍，Q值提高了许多。电流源折合根据折合前后，功率不变的原则。即IsVab=Is'Vdb，因此Is'=VabVdbIs=PIs。从ab端到bd端电压表变换比为1P，在保持功率相同的条件下，电流变换比就是P倍，即由低抽头向高抽头变化时，电流源减小了P倍。负载电容的折合由前面阻抗的折合关系，得1CL'=1P21CL，因此CL'=P2CL，因此可知折合后电容减小，阻抗加大。插入损耗：由回路谐振电阻本身引起的阻抗损耗。回路无损耗时的输出功率P1=V02GL=(IsGs+GL

15、)2GL。有损耗时的功率P1'=V12GL=(IsGs+GL+Gp)2GL。所以，插入损耗Kl=P1P1'=11-QLQ02,若用分贝表示KldB=10lg11-QLQ02=20lg11-QLQ0式中Qp=1GppL QL=Qp1+RpRs+RpRL therefore QL=1(Gp+Gs+GL)pL3) 耦合回路最常见的两种耦合回路如下：耦合系数k，反映回路间耦合程度的强弱。对电容耦合回路，k=CMC1+CM(C2+CM)，一般C1=C2=C，所以k=CMC+CM。对电感耦合，k=ML1L2，若L1=L2，则k=ML。反射阻抗和耦合回路的等效阻抗 从左边的耦合回路转变为右边

16、的初级等效电路和次级等效电路。其中，各阻抗的对应关系是可计算的。这里只列出几点结论：1 反射阻抗永远是正值。因为无论怎样转换，都是需要能量损耗的。2 反射阻抗的性质与原回路总电抗的性质总是相反的。3 反射阻抗和反射电抗的值与耦合阻抗的平方值(M)2成正比。当互感量M=0时，反射阻抗也等于0。4 当初、次级回路同时调谐到与激励频率谐振时，反射阻抗为纯阻。简单的理一下计算思路：V1=R1+jL1-jC1I1-jMI2-jMI1+R2+jL2-jC2I2=0，根据此方程式，可以求解初级回路的电流和次级回路的电流。然后根据求解出的表达式做些简化，引出自阻抗和反射阻抗等概念。如次级回路对初级的反射阻抗Z

17、f1=(M)2Z22，类似的初级对次级的反射阻抗为Zf2=(M)2Z11。其中Z22和Z11分别为次级和初级回路的自阻抗。然后将两回路分别拆分开，此时就有初级等效回路和次级等效回路。因此，然后再将反射阻抗分为反射电抗和反射电阻，同样是对表达式进行拆分。耦合回路的调谐(重点)分为：部分谐振，复谐振和全谐振。部分谐振：调节初级回路的电抗使初级回路达到总电抗为0。即回路本身电抗=-反射电抗。初级回路的电流达到最大值。初级回路在部分谐振时达到的电流最大值，仅是在所规定的调谐条件下达到的，即规定次级回路参数及耦合量不变的条件下所达到的电流最大值。用公式描述为：On condition:X11=-Xf1，

18、此时I1max=VsR11+(M)2z222R22. 此时初级回路达到最大电流值，次级回路的电流幅值I2=MI1Z22.但是这个电流幅值并不是回路可能达到的最大电流值，只是简单的计算关系。部分谐振就是说初级谐振，次级不谐振。或者是次级谐振，初级不谐振。因此，当调节次级回路的电抗，使x22=-xf2，次级回路达到谐振，次级回路电流达到最大值。（始终都是部分的）复谐振：在部分谐振的条件上，再改变互感量，使反射电阻等于回路本身电阻，既满足最大功率传输条件，使次级回路电流达到可能达到的最大值。此时初级回路不仅发生了谐振而且达到了匹配。反射电阻将获得可能得到的最大功率，亦即次级回路将获得可能得到的最大功

19、率，所以次级回路电流也达到可能到达的最大值。实质上就是在部分谐振的基础上加上功率匹配，即使电阻相等。全谐振：调节初级回路的电抗及次级回路的电抗，使两个回路都单独的达到与信号源频率谐振，这时称耦合回路达到全谐振。在全谐振条件下，两个回路的阻抗均呈电阻性。此时初级回路的总电抗x11=0，且次级回路总电抗x22=0。（仅仅只是自电抗，而没有反射电抗，z11=R11,z22=R22）但是不一定能达到功率匹配，但是已经可以称得上全谐振了。当将功率匹配加上的话，就是R11=Rf1, R22=Rf2。此时电流能达到最大值I2max=Vs2R11R22，此时称为最佳全谐振。最佳全谐振是复谐振的一个特例。存在问题：全谐振时，初级等效回路的电抗为零到底包含反射电抗不？这是一个误区，当初级和次级回路分别谐振时，反射电抗为0，此时只存在反射阻抗！所以不存在包含反射电抗的说法！最佳全谐振时初、次级间的耦合称为临界耦合，与此相应的耦合系数称为临界耦合系数，以kc表示。kc=McL11L22=R11R22R11L111Q1Q2，当Q1=Q2=Q时，kc=1Q。我们把耦合谐振回路两回路的耦合系数与临界耦合系数之比=KKc=KQ称为耦合因素，是表示耦合谐振回路耦合相对强弱的一个重要参量。当>1,强耦合。<1,弱耦合。=1,临界耦合。4) 耦合回路的频率特性5) 耦合回