無線通信系統(tǒng)02高頻電路基礎

1、第二章第二章 高頻電路基礎高頻電路基礎高頻電路中的基礎電路： 高頻振蕩（諧振）回路、高頻變壓器、諧振器與濾波高頻振蕩（諧振）回路、高頻變壓器、諧振器與濾波器。器。作用：作用： 完成信號的傳輸、頻率的選擇、阻抗變換等功能。完成信號的傳輸、頻率的選擇、阻抗變換等功能。一、高頻振蕩回路一、高頻振蕩回路 高頻振蕩回路是高頻電路中應用最廣泛的無源網(wǎng)絡，高頻振蕩回路是高頻電路中應用最廣泛的無源網(wǎng)絡，也是組成高頻放大器、振蕩器以及各種濾波器的主要也是組成高頻放大器、振蕩器以及各種濾波器的主要部件。部件。一、高頻振蕩回路一、高頻振蕩回路 高頻振蕩回路是高頻電路中應用最廣泛的無源網(wǎng)絡，也是構成高頻放大器、振蕩器

2、以及各種濾波器的主要部件，在電路中完成阻抗變換、信號選擇與濾波、相頻轉換和移相等功能。 1 1、簡單振蕩回路、簡單振蕩回路 只有一個回路的振蕩回路稱簡單振蕩回路或簡單諧蕩回路。只有一個回路的振蕩回路稱簡單振蕩回路或簡單諧蕩回路。 類型：類型：串聯(lián)諧蕩回路和并聯(lián)諧蕩回路。串聯(lián)諧蕩回路和并聯(lián)諧蕩回路。 串聯(lián)諧蕩回路串聯(lián)諧蕩回路,用于電源內(nèi)阻為低內(nèi)阻或低阻抗電路的場合；用于電源內(nèi)阻為低內(nèi)阻或低阻抗電路的場合； 并聯(lián)諧蕩回路并聯(lián)諧蕩回路，頻率不是非常高的場合下應用最廣范。，頻率不是非常高的場合下應用最廣范。 簡單振蕩回路的阻抗在某一特定頻率上具有最大或最小值的簡單振蕩回路的阻抗在某一特定頻率上具有最大

3、或最小值的特性稱為特性稱為諧振特性諧振特性，這個特定頻率稱，這個特定頻率稱諧振頻率諧振頻率。簡單諧振回。簡單諧振回路具有諧振特性和頻率選擇作用。路具有諧振特性和頻率選擇作用。 并聯(lián)諧振回路并聯(lián)諧振回路 電路結構： 回路阻抗： 并聯(lián)諧振頻率并聯(lián)諧振頻率0 0： 使感抗與容抗相等的頻率為并聯(lián)諧振頻率。令使感抗與容抗相等的頻率為并聯(lián)諧振頻率。令ZP的虛部為零，求解方程的根就是的虛部為零，求解方程的根就是0 0 。 1211PrjLjCZrjLjC0211121QLC 回路的回路的品質(zhì)因數(shù)：品質(zhì)因數(shù)： 上式中，上式中，Q Q為回路的品質(zhì)因數(shù)為回路的品質(zhì)因數(shù)0012 3LQrCr 它是回路的一個重要參數(shù)

4、。在高頻電路中通常它是回路的一個重要參數(shù)。在高頻電路中通常Q Q11，所以，所以0 0 為為0112 42fLCLC0 或 諧振阻抗：諧振阻抗： 并聯(lián)諧振回路在諧振時阻抗為最大，且為一純電阻并聯(lián)諧振回路在諧振時阻抗為最大，且為一純電阻R R0 0 f = f0 (諧振時諧振時) f f0 呈容性呈容性0002 5LQRQ LCrC 諧振頻率附近的阻抗特性諧振頻率附近的阻抗特性 在在0 0附近附近,與與0 0相差不大。相差不大。 (2-1)(2-1)式也可表示為式也可表示為 并聯(lián)諧振回路通常工作在窄帶系統(tǒng)并聯(lián)諧振回路通常工作在窄帶系統(tǒng), , 與與0 0相差不大相差不大00(26)1PLCrZjQ

5、220000000002227 因而因而,式式(2-6)又可簡化為又可簡化為 式中式中, 表征了頻率偏離諧振的程度。稱失諧。表征了頻率偏離諧振的程度。稱失諧。 為廣義失諧。當為廣義失諧。當 f = f0 或或 = =0時時 Zp達到最大值達到最大值R0。畫出歸一化的幅頻特性如圖。畫出歸一化的幅頻特性如圖2.2所示。所示。 00028211PRRZjjQ0 0022fQQf 通頻帶、選擇性、矩形系數(shù)通頻帶、選擇性、矩形系數(shù) Q Q0 0越大，諧振曲線越尖銳，選擇性越好。越大，諧振曲線越尖銳，選擇性越好。 為了衡量回路對不同頻率信號的通過能力，將圖為了衡量回路對不同頻率信號的通過能力，將圖2.22

6、.2中中 所對應的頻率范圍稱為所對應的頻率范圍稱為通頻帶通頻帶（也稱（也稱 回路帶寬），以回路帶寬），以B0.707表示：表示： 結論：結論： B0.707與回路的與回路的Q值（選擇性）相互矛盾。值（選擇性）相互矛盾。012PZR0.7070229BffQ 選擇性選擇性: 表征了對無用信號的抑制能力，表征了對無用信號的抑制能力，Q值越高，曲線越陡峭，選擇性越好，但通頻值越高，曲線越陡峭，選擇性越好，但通頻帶越窄。帶越窄。 理想回路：理想回路：幅頻特性在通頻帶內(nèi)應完全幅頻特性在通頻帶內(nèi)應完全平坦。是一個矩型平坦。是一個矩型. 矩型系數(shù)矩型系數(shù): 表征實際幅頻特性與理想幅表征實際幅頻特性與理想幅頻

7、特性接近的程度頻特性接近的程度.諧振曲線諧振曲線下降為諧振值下降為諧振值( ( f0 處處 ) )的的0.10.1時對應的頻帶寬度時對應的頻帶寬度B B0.10.1與通頻帶與通頻帶B0.707之比之比: 0.10.10.7072 10rBKB0arctan 2arctan2 11ZQ從圖從圖2.2(b)可求得可求得:諧振時諧振時,回路呈現(xiàn)純電阻回路呈現(xiàn)純電阻; 失諧時失諧時,若若 f f0 , 回路呈容性回路呈容性; 相頻特性呈負斜率相頻特性呈負斜率,在諧振頻率處為在諧振頻率處為0022 12zdQd 串聯(lián)諧振回路串聯(lián)諧振回路 串聯(lián)諧振回路的組成、串聯(lián)諧振回路的組成、電抗特性、幅頻特性和相電抗

8、特性、幅頻特性和相頻特性如圖頻特性如圖2.32.3所示。串所示。串聯(lián)諧振角頻率聯(lián)諧振角頻率0 0為為 通頻帶、巨型系數(shù)與并聯(lián)通頻帶、巨型系數(shù)與并聯(lián)諧振回路相同諧振回路相同. .0112 132fLCLC0 或 2 抽頭并聯(lián)振蕩回路抽頭并聯(lián)振蕩回路 定義：定義：激勵源或負載與回路電感或電容部激勵源或負載與回路電感或電容部分連接的并聯(lián)振蕩回路分連接的并聯(lián)振蕩回路, ,稱抽頭并聯(lián)振蕩回路。幾稱抽頭并聯(lián)振蕩回路。幾種常用抽頭并聯(lián)振蕩回路如下圖：種常用抽頭并聯(lián)振蕩回路如下圖： 目的：目的：通過變抽頭位置或電容分壓比實現(xiàn)回路與信源的阻抗匹配通過變抽頭位置或電容分壓比實現(xiàn)回路與信源的阻抗匹配或阻抗變換。（除

9、了或阻抗變換。（除了0、Q0、R0外，還增加了一個可調(diào)節(jié)的因子外，還增加了一個可調(diào)節(jié)的因子p） p的定義如下：的定義如下：與外電路相連的那部分電抗與本回路參與分壓的同與外電路相連的那部分電抗與本回路參與分壓的同性質(zhì)總電抗之比，也可以以電壓比來表示性質(zhì)總電抗之比，也可以以電壓比來表示 p=U/UT 分析分析幾種常用的抽頭并聯(lián)諧振回路幾種常用的抽頭并聯(lián)諧振回路 . .自耦變壓器阻抗變換電路自耦變壓器阻抗變換電路 (a) 自耦變壓器阻抗變換電路自耦變壓器阻抗變換電路 （）等效電路（）等效電路分析：分析： 初、次級的功率初、次級的功率P P1 1、P P2 2近視相等；近視相等；初、次級線圈上的電壓初

10、、次級線圈上的電壓U U1 1與與U U2 2之比之比為匝數(shù)比。為匝數(shù)比。 設設 N1:N2=1:n 則則 P1=P2 ； U1U2=1n 因初級功率因初級功率 ； 次級功率次級功率 故，故， 21112LUPR22212LUPR22121LLRURUn2LL21gn gLLRRn或 結論：結論： 因因n總小于總小于1，所以，所以RL等效到初級回路后阻值增大，等效到初級回路后阻值增大，從而減小了負載對回路的影響，且從而減小了負載對回路的影響，且n愈小，愈小， RL愈大，愈大，對對回路的影響回路的影響愈小。愈小。 n的大小描述了外部接入負載對回路的影響程度，將的大小描述了外部接入負載對回路的影響

11、程度，將n 定義為接入系數(shù)。定義為接入系數(shù)。 變壓器阻抗變換電路變壓器阻抗變換電路分析：分析： 由由 N1:N2=1:n ，得得 n = N2 / N1（接入系數(shù)）。利用（接入系數(shù)）。利用的方法，也可求得負載的方法，也可求得負載R RL L等效到初級回路的等效電阻是：等效到初級回路的等效電阻是： . . 電容分壓式阻抗變換電路電容分壓式阻抗變換電路2LL21gn gLLRRn或接入系數(shù)直接用電容比值表示為接入系數(shù)直接用電容比值表示為1212121211TUCCnUCCC CCC2211211()LLRRCnCC 耦合振蕩回路耦合振蕩回路 簡單振蕩回路具有一定的選頻能力，結構簡單，但選擇性差、矩

12、簡單振蕩回路具有一定的選頻能力，結構簡單，但選擇性差、矩形系數(shù)太大。在高頻電路中經(jīng)常用形系數(shù)太大。在高頻電路中經(jīng)常用耦合振蕩回路耦合振蕩回路-雙調(diào)諧回路。雙調(diào)諧回路。 耦合振蕩回路的功用：耦合振蕩回路的功用：進行阻抗變換以完成高頻信號的傳輸；獲進行阻抗變換以完成高頻信號的傳輸；獲得比得比簡單振蕩回路更好的頻率特性。簡單振蕩回路更好的頻率特性。 常見耦合振蕩回路及等效電路常見耦合振蕩回路及等效電路 耦合阻抗：耦合阻抗： 耦合系數(shù)：耦合系數(shù)： 互感耦合互感耦合 電容耦合電容耦合 次級回路對初級回路的作用次級回路對初級回路的作用反映阻抗反映阻抗 初級有信號激勵時，初級電流通過耦合阻抗將在次級回路初級有信號激勵時，初級電流通過耦合阻抗將在次級回路產(chǎn)生感應電勢，從而產(chǎn)生電流，使次級對初級回路產(chǎn)生反產(chǎn)生感應電勢，從而產(chǎn)生電流，使次級對初級回路產(chǎn)生反作用，該反作用以