通信电路原理 第03章mhy2

本章主要内容：滤波器简介选频回路的主要指标：幅频、相频特性3.LC滤波器：并、串联选频回路

谐振的基本概念与特性

选频特性实际并联回路与有载Q4.窄带无源阻抗变换网络5.集中参数选频滤波器简介第三章选频回路与阻抗变换1应用：射频系统的各个模块——放大、振荡、混频、调制、解调等1、选频回路是做什么用的？

选出有用信号，滤除或抑制无用信号即：对信号的频谱进行滤波处理的电路2、射频电路中为何需阻抗变换？

1）实现最大功率传输——共轭匹配2）在天线、低噪声放大器或混频器等接收机前端可以改善噪声系数3）滤波器或选频回路前后匹配可保证滤波器性能4)长线传输中，阻抗不匹配会产生反射2并联调谐选频回路应用例(图13-13p400)

31、用于形成传输电路通频带，对信号进行限带处理。

2、选择所需频率分量,在频分复用系统中完成解复用功能.

3、对传输信道的频率特性进行校正和消除有用信号频带外的干扰信号。4、用于阻抗匹配与阻抗变换.滤波器的功能－－对信号频谱进行处理（对某些分量保留或衰减；对某范围内分量修正幅度和相位相对关系）。3.1滤波器基本概念43.1.1滤波器的分类按其幅度频率特性分:（a)低通、(b)高通、(c)带通、（d）带阻滤波器。滤波器的理想幅度-频率特性曲线通带阻带通带通带阻带理想：通带内信号无衰减，带外全抑制5滤波器的分类（续）按其所用器件的特点分:无源和有源滤波器。

无源滤波器是由无源器件构成。

电阻、电感和电容组成的RLC滤波器。

集中选频滤波器：晶体滤波器（石英晶体薄片构成）陶瓷滤波器（锆钛酸铅陶瓷材料组成）声表面波滤波器(SAW)（压电材料为基体构成的一种电声换能元件）介质滤波器（介质谐振腔组成，用于1GHz以上）有源滤波器是指在所构成的滤波器中，除无源器件外还含有放大器等有源电路。

本章主要讨论RLC选频回路61.滤波器的特性描述—幅频与相频特性幅频特性：3.2

选频回路的指标7(1)中心频率(2)

通频带BW3dB(3)带内波动(4)选择性(带外衰减)与矩形系数(5)带内衰减（插入损耗）(6)输入、输出阻抗（匹配）

RinRoutPoutPin选频回路BW20dB幅频特性由于负载对滤波器频响特性有很大的影响，因此射频线性系统的传输函数中必须包含负载和信源内阻的影响。滤波器的特性都是在输入、输出端匹配的条件下测得的。8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相频特性群延时描述一群不同频率的信号通过滤波器后所产生的时间延迟，是相频特性曲线在不同频率处的斜率。9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VS

电流源IS电流I

电压V电路的对偶性串联

并联LC

串并联谐振回路3.3LC滤波器I101.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(或纯电导）谐振频率3.3.1谐振的基本概念与特性111）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4）储能元件（电感和电容）并联；电流驱动，电压输出12电感电流电容电流特点：电抗支路的电流比信号源大Q倍5）电流特性13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14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1.并联谐振回路3.3.2选频特性15近似条件:其中：公式：讨论谐振频率附近的选频特性16（1）公式：①

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②通频带令得:大，通频带很难窄高，通频带窄③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17公式：①谐振时含义：回路阻抗呈纯电阻，输出电压与信号电流同相②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:回路的阻抗性质会随频率而变Q大（2）并联谐振回路相频特性18

线性相频范围当时，相频特性呈线性公式：Q大Q值是影响回路性能的最重要参数，它描述的是回路中的电抗与损耗之比，它的影响体现在选频特性上。③相频特性曲线斜率

特点：①负斜率

②越大，相频特性越陡

19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串并联支路阻抗变换20讨论信号源内阻及负载对回路的影响谐振阻抗和不影响回路谐振频率只影响谐振阻抗和回路Q有载为：结果：通频带变宽，选择性变差回路损耗对应-----空载：＞＞1

高Q等效有载品质因数Q在有信号源內阻和负载电阻情况下，为减小对并联谐振回路的影响，外电路可采用阻抗变换电路。集成电路中可采用负阻电路。21例1：采用下图所示电路，要求实现谐振频率为f0=100MHz，网络的带宽要求为BW3dB=2MHz，电阻R=50欧，求L、C的值。22例2：已知一RLC并联谐振回路的中心频率f0=465kHz,Q0=120,L=100mH试问：回路的C=?,BW3dB=?,并联电阻R=?矩形系数=？23匹配网络的作用为了使得系统的某个性能达到最优，希望负载阻抗为某个特定的和系统参数有关的一个最佳值，但实际的负载不一定和它相符。匹配网络系统匹配网络，将负载阻抗变换为匹配网络为一个二端口阻抗变换器，一端接了负载

后从另一端看进去的阻抗应该等于在系统和负载之间加上一个匹配网络（阻抗变换网络），可以使系统的这个性能达到最优。3.4无源阻抗变换24阻抗变换的必要性（3）保证滤波器性能：LC滤波器网络设计是针对特定的信源内阻RG和负载电阻RL的，如果阻抗不匹配，滤波器频率特性将改变，将不符合设计指标（1）实现最大功率传输——共轭匹配。（2）最小噪声系数匹配：信号源内阻有一个最佳内阻，可以保证二端口线性网络的噪声系数最小对变换网络的要求：宽带：传输线变压器（略）窄带：LC网络（2）带宽（1）损耗小——用纯电抗阻抗变换网络实际中负载阻抗与信号源阻抗并不一定匹配，往往需要插入电抗网络来进行阻抗变换，以满足匹配的要求。25变压器参数：初级电感量次级电感量耦合系数互感变压器种类：

空心变压器磁芯变压器——耦合紧，漏感小(),磁芯损耗随频率升高增大选择磁芯时，要注意它的导磁率和损耗理想变压器：无损耗、耦合系数为1，初级电感量为无穷理想变压器阻抗变换：电压电流阻抗注意电流方向，负号表示实际方向与假设方向相反磁芯变压器可近似为理想变压器3.4.1变压器阻抗变换263.4.2部分接入进行阻抗变换采用电抗元件部分接入时，将电阻R接在两个相同性质的电抗元件X1与X2之间，计算其折合到整个并联支路的等效电阻。等效折合的原则：等效前后的功率不变（根据电阻上的功率相等来等效）这种阻抗变换网络一般是窄带的，采用另一个异性电抗与X1与X2的串联电抗谐振，电抗互相抵消，完成纯电阻间的阻抗变换。部分接入折合到全部R0271.电感抽头耦合电路负载电阻是通过双电感抽头接入并联谐振回路的,接入系数(P<1)L1、L2之间无互感可得*条件：假定并联支路Q值足够大接入系数p为接入部分电抗值与总电抗值之比.282.电容耦合电路--部分接入法11负载电阻是通过双电容抽头接入并联谐振回路的,称为电容部分接入法可得(p<1)*近似条件：并联支路Q值足够大29例3：采用下图所示电路，要求实现在频率f0=1GHz处，完成将电阻R2=5欧变换为R1=50欧，且该网络的带宽要求为BW3dB=25MHz，求L、C1、C2的值。30②窄带网络－－两电抗元件不同性质，有滤波作用特征：①两电抗元件组成－－结构形式同L讨论问题：1.

已知工作频率，欲将变换为，求：电路结构和、2.L网络的带宽3.4.3L网络阻抗变换分析与设计的基础是串、并联阻抗互换。31变换依据:

串并联互换串联支路

并联支路

谐振，开路＝串并联互换公式求出Q则:,已知L、C(条件:)>1.电路结构与参数计算步骤：32当<时变换L网络形式并联支路串联支路

谐振，短路总结：L匹配网络支路的

Q值可以表示为L网络缺点:

当两个要阻抗变换的源和负载电阻值确定后,L网络的Q

值也确定了，是不能选择的，因此该窄带网络的滤波性能不能选择。注意：不一定是高