Electroniccircuitofcommunication(通信電子線路)

1、文檔標題 | 作者姓名第一章：通信系統(tǒng)導(dǎo)論1. 為什么要有載波？為什么不直接將我們原始信號發(fā)射出去？首先，我們想到的是（聲信號為例子）將聲信號變?yōu)殡娦盘?，然后傳輸，因為聲信號損耗太快了。然而，轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘栔蟀l(fā)現(xiàn)頻率無法和天線匹配。聲信號的頻率為20Hz-20kHz，此時的波長是非常大的。我們不可能做出這么大的天線。同時，要是廣播電臺都用相同的頻段，就壓根不能正確接收我們想要的聲信號，因為大家都混在一起了。此時就需要將電信號加載在一個可調(diào)的載波上面，這個載波頻率很高，一般都是幾百千赫茲。這樣我們的天線就可以匹配了，并且大家可以分開使用不同的頻段。（PS：怪不得我們平時看到的廣播電臺的天線那么大

2、，之所以不用更高頻率的載波，為什么？）我們得明確，廣播是由具體的應(yīng)用場合決定的?，F(xiàn)階段，調(diào)頻和調(diào)幅都在用（調(diào)頻能達到100M左右的頻率），主要是受器件性能的限制。器件性能相同的情況下，兩者的效果相同。但是一般來講，調(diào)頻的抗干擾性能會好一點。頻率越高，天線尺寸可以越小。但是在相同距離下，路徑傳播損耗越大。要達到相同的接收點功率，發(fā)射功率就要更大。因此在實際中選擇調(diào)頻和調(diào)幅時，是根據(jù)具體的應(yīng)用場合選擇的。因為總會存在一種最優(yōu)的情形：成本最小，覆蓋范圍越大，器件易于實現(xiàn)，天線尺寸較小。2. 廣播發(fā)射機的組成？圖中的高頻振蕩最基本的是LC振蕩器。其產(chǎn)生的高頻波一般稱為載波，它的頻率成為載頻。然而倍頻只

3、是將高頻振蕩產(chǎn)生的載波繼續(xù)增大，因為一般的高頻載波為了維持頻率的穩(wěn)定度，就會低于理想的載波頻率的若干分之一。因此倍頻器是將載波頻率提高到所需要的數(shù)值。至于高頻放大，我們先不說，等學了第三章我們再來解釋。調(diào)制方法主要是有三種：調(diào)幅，調(diào)頻和調(diào)相。電視中的圖像是調(diào)幅，伴音是調(diào)頻。3. 超外差式接收機選擇性電路主要特點：把被接收到的高頻已調(diào)信號的載波頻率fs先變?yōu)轭l率較低的而且是固定不變的中頻fi，再利用中頻放大器加以放大，然后進行檢波。由于中頻是固定不變的，因此中頻的選擇性與增益都與接受的載波頻率無關(guān)。把高頻信號的載波頻率變?yōu)橹蓄l的任務(wù)是由混頻器來完成的?；祛l器的作用是將載頻fs和本地振蕩的載波f0

4、進行混合計算，得到的輸出波形仍然是調(diào)幅波，不過其載波頻率不是原來的fs，而是(f0+fs)或(f0-fs)。這種接收機的主要優(yōu)點是：變頻后的“載波”頻率是固定不變的，所以中頻放大器的諧振回路不需要隨時調(diào)整，不管信號頻率怎么變，中頻總是不變的（只需改變本地振蕩的值），選擇性容易做好。這樣就可以做成固定的模塊，這是一個巨大的優(yōu)勢。第二章：通信電子線路分析基礎(chǔ)2.1 選頻網(wǎng)絡(luò)選頻網(wǎng)絡(luò)的作用是選出我們需要的頻率分量并濾除不需要的分量。因此可分為諧振回路和濾波器。諧振回路主要分為串聯(lián)諧振和并聯(lián)諧振。濾波器主要包含LC集中濾波器、石英濾波器、陶瓷濾波器和聲表面波濾波器。（1） 串聯(lián)諧振回路串聯(lián)（并聯(lián)）諧振

5、回路是由電感、電容組成的并在諧振頻率或諧振頻率附近工作的單振蕩回路。我們需要討論諧振回路一系列的性質(zhì)。1.回路阻抗2.諧振頻率3.品質(zhì)因數(shù)4.廣義失諧系數(shù)5.諧振曲線6.通頻帶7.相頻特性曲線8.信號源內(nèi)阻及負載對串聯(lián)諧振回路的影響。1) 回路阻抗回路阻抗為z=R+jx=R+jL-1C=zejz，阻抗模為z=R2+X2=R2+(L-1C)2阻抗幅角為z=arctanxR=arctanL-1CR，必須清楚的是當回路頻率在中心頻率左右變化時，回路的性質(zhì)（感性or容性？）顯然，當=0時，阻抗幅角為0，此時電路處于諧振狀態(tài)。電流與電壓的相位差為0。當>0時，此時x>R，表明電路呈現(xiàn)感性，此

6、時電壓超前電流相位i<0。當回路諧振時的感抗或容抗，稱之為特性阻抗，用表示，即=0L=10C=LC。2) 諧振頻率f0當回路電抗為0時，此時電流達到最大值為I=vsR。此時回路的頻率稱為諧振頻率，因此0=1LC，f0=12LC3) 品質(zhì)因素Q定義：諧振時回路感抗值（或容抗值）與回路電阻R的比值稱為回路的品質(zhì)因素，以表示回路損耗的大小。Q=0LR=10CR=R=1R1LC當諧振時，此時電感或電容分配的電壓為vL0=vC0=I0=VsQ。因此串聯(lián)諧振時，電感L和電容C上的電壓達到最大值且為輸入信號電壓vs的Q倍。因此必須注意回路元件的耐壓問題。4) 廣義失諧系數(shù)是反映回路失諧大小的量，其定義

7、為=失諧時的電抗諧振時電阻=XR=L-1CR=Q0(0-0)當失諧不大時即0時，Q020=Q02ff0。當諧振時，失諧系數(shù)為0。5) 諧振曲線定義：串聯(lián)諧振回路中電流幅值與外加電動勢頻率之間的關(guān)系曲線稱為諧振曲線?？捎肗f表示諧振曲線的函數(shù)Nf=失諧處的電流I諧振點電流I0=RR+j(L-1C)Q值不同即損耗R不同時，對曲線有很大影響。Q值大曲線尖銳，選擇性好；Q值小曲線鈍，通帶寬。6) 通頻帶定義:回路外加電壓的幅值不變時，改變頻率，回路電流I下降到I0的12時，所對應(yīng)的頻率范圍稱為諧振回路的通頻帶,用B表示：B=20.7=2-1 or B=2f0.7=f2-f1。此時的廣義失諧系數(shù)為=&#

8、177;1。而有前面的公式，我們可以推導(dǎo)出20.7=0Q。因此通帶寬度為B=2f0.7=f0Q相對帶寬2f0.7f0=1Q。因此，B與Q成反比，Q增大，B減小。前面已經(jīng)分析過，若電流超前電壓，則阻抗幅角大于0,此時呈現(xiàn)容性；否則小于0。當諧振時，等于0。但是，Q不同，曲線的陡峭程度不一樣。圖中Q1>Q2。即品質(zhì)因數(shù)越高，曲線越陡峭。7) 相頻特性曲線8) 信號源內(nèi)阻及負載對串聯(lián)諧振回路的影響此時的品質(zhì)因數(shù)QL=0LR=0LR+Rs+RL。式中R為回路的本身的損耗；Rs為信號源的內(nèi)阻；RL為負載電阻。 由此看出，串聯(lián)諧振回路適合于Rs很?。ê銐涸矗┖蚏L不大的電路，只有這樣QL才不會太低，

9、保證回路具有較好的選擇性。（2） 并聯(lián)諧振回路因為一般的通信電子電路信號源內(nèi)阻較大，基本上可以看作是恒流源。因此不能用串聯(lián)諧振回路，而必須用并聯(lián)諧振回路。從R到Rp的變換是非線性的，與LC有關(guān)。1) 回路阻抗一般LR，所以z1RCL+j(C-1L)，并聯(lián)回路采用導(dǎo)納分析比較方便，齊導(dǎo)納為Y=1z=CRL+jC-1L=G+jB式中電導(dǎo)G=RCL，電納B=C-1L。2) 諧振頻率當諧振時z=Rp=(pL)2R。當>p時，L>1C，電容支路的分流作用強，因此回路呈現(xiàn)容性。當<p時，L<1C，電感支路分流作用強，因此回路呈現(xiàn)感性?？偟膩碚f，回路的性質(zhì)總是由兩支路中阻抗較小的那個

10、支路決定阻抗的性質(zhì)。當電納B=0時，v=v0=LRCIs，回路電壓與電流Is同相，稱之為并聯(lián)回路對外加信號源頻率發(fā)生并聯(lián)諧振，即諧振條件為B=pC-1pL=0，由于B=0，則 pC=1pL，因此可推導(dǎo)出并聯(lián)諧振回路的諧振頻率p=1LC or fp=12LC（這是在一定條件下的約等于，必須滿足回路阻抗遠大于電阻）。 3) 品質(zhì)因數(shù)類似的根據(jù)對品質(zhì)因數(shù)的定義，Qp=pLR=RppL=RpCL。式中Rp為并聯(lián)諧振回路的諧振電阻；R為串聯(lián)在電感支路的損耗電阻。Rp=Qp1pC，因此諧振時并聯(lián)振蕩回路的諧振電阻等于感抗或容抗的Qp倍。諧振時的支路的電流可以根據(jù)歐姆定律計算，得到的結(jié)論是諧振時電感或電容支

11、路電流為信號源電流的Qp倍。4) 諧振曲線類似的，不論>p還是<p，此時端電壓之比都小于1，表明唯有在諧振時傳輸功率才是較大的。當=p時，此時電路呈現(xiàn)純阻性，此時也達到諧振狀態(tài)，端電壓與信號源電壓相等。5) 通頻帶當端電壓下降到最大值的12時所對應(yīng)的頻率范圍稱之為并聯(lián)諧振回路的通頻帶，用B表示。此時的失諧系數(shù)為±1，絕對通頻帶為B=2f0.7=fpQp，相對通頻帶2f0.7fp=1Qp。6) 相頻特性串聯(lián)電路里面的相角是指回路電流I與信號源電壓vs的相角差。而并聯(lián)回路里的是指回路端電壓對信號源電流Is的相角差。因此當>p時，回路呈現(xiàn)容性，v<0；當<p時

12、，回路呈現(xiàn)感性,v>0。實質(zhì)上都只需看電流超前電壓還是滯后電壓，超前就是容性，滯后就是感性。7) 信號源內(nèi)阻和負載電阻對并聯(lián)諧振回路的影響類似于串聯(lián)諧振回路，考慮到內(nèi)阻和負載的影響后，QL=Qp1+RpRs+RpRL，因此我們可知當內(nèi)阻和負載較小時，品質(zhì)因數(shù)也越小，所以對并聯(lián)回路而言，并聯(lián)的電阻越大越好。因此并聯(lián)諧振回路適合于恒流源。在做題時，必須明確的是：確定無載Q值，然后根據(jù)負載情況計算有載Q值。計算出有載Q值后，根據(jù)通頻帶的計算公式就可以計算帶寬B。（3） 串、并聯(lián)阻抗等效與回路抽頭時的阻抗變換1) 串、并阻抗的等效互換結(jié)論：串聯(lián)電路轉(zhuǎn)換等效并聯(lián)回路后，電抗x2的性質(zhì)與x1相同，在

13、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+Rx大QL2倍。 當品質(zhì)因數(shù)很高時(大于10或者更大)，則有 2) 回路抽頭時阻抗的折合關(guān)系折合系數(shù)定義：抽頭電壓與端電壓的比值，即P=VabVdb。根據(jù)能量等效原則，Vab2Gs=Vdb2Gs'。因此Gs'=(VabVdb)2Gs=P2Gs Rs'=1P2Rs。由于Vab<Vdb，以此P是小于1的正數(shù)，即Rs'>Rs即由低抽頭到高抽頭轉(zhuǎn)換時，等效阻抗提高1P2倍。（阻抗折合），不考慮互感?？紤]互感，抽頭系數(shù) ，則電容抽頭系數(shù)P=C2C1+C2注意：當ab端的阻抗遠大于L或

14、1C時，抽頭系數(shù)P的等式成立。由低抽頭折合到回路高端時，等效導(dǎo)納降低了P2倍，即等效阻抗提高了1P2倍，Q值提高了許多。電流源折合根據(jù)折合前后，功率不變的原則。即IsVab=Is'Vdb，因此Is'=VabVdbIs=PIs。從ab端到bd端電壓表變換比為1P，在保持功率相同的條件下，電流變換比就是P倍，即由低抽頭向高抽頭變化時，電流源減小了P倍。負載電容的折合由前面阻抗的折合關(guān)系，得1CL'=1P21CL，因此CL'=P2CL，因此可知折合后電容減小，阻抗加大。插入損耗：由回路諧振電阻本身引起的阻抗損耗。回路無損耗時的輸出功率P1=V02GL=(IsGs+GL

15、)2GL。有損耗時的功率P1'=V12GL=(IsGs+GL+Gp)2GL。所以，插入損耗Kl=P1P1'=11-QLQ02,若用分貝表示KldB=10lg11-QLQ02=20lg11-QLQ0式中Qp=1GppL QL=Qp1+RpRs+RpRL therefore QL=1(Gp+Gs+GL)pL3) 耦合回路最常見的兩種耦合回路如下：耦合系數(shù)k，反映回路間耦合程度的強弱。對電容耦合回路，k=CMC1+CM(C2+CM)，一般C1=C2=C，所以k=CMC+CM。對電感耦合，k=ML1L2，若L1=L2，則k=ML。反射阻抗和耦合回路的等效阻抗 從左邊的耦合回路轉(zhuǎn)變?yōu)橛疫?/p>

16、的初級等效電路和次級等效電路。其中，各阻抗的對應(yīng)關(guān)系是可計算的。這里只列出幾點結(jié)論：1 反射阻抗永遠是正值。因為無論怎樣轉(zhuǎn)換，都是需要能量損耗的。2 反射阻抗的性質(zhì)與原回路總電抗的性質(zhì)總是相反的。3 反射阻抗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0。4 當初、次級回路同時調(diào)諧到與激勵頻率諧振時，反射阻抗為純阻。簡單的理一下計算思路：V1=R1+jL1-jC1I1-jMI2-jMI1+R2+jL2-jC2I2=0，根據(jù)此方程式，可以求解初級回路的電流和次級回路的電流。然后根據(jù)求解出的表達式做些簡化，引出自阻抗和反射阻抗等概念。如次級回路對初級的反射阻抗Z

17、f1=(M)2Z22，類似的初級對次級的反射阻抗為Zf2=(M)2Z11。其中Z22和Z11分別為次級和初級回路的自阻抗。然后將兩回路分別拆分開，此時就有初級等效回路和次級等效回路。因此，然后再將反射阻抗分為反射電抗和反射電阻，同樣是對表達式進行拆分。耦合回路的調(diào)諧(重點)分為：部分諧振，復(fù)諧振和全諧振。部分諧振：調(diào)節(jié)初級回路的電抗使初級回路達到總電抗為0。即回路本身電抗=-反射電抗。初級回路的電流達到最大值。初級回路在部分諧振時達到的電流最大值，僅是在所規(guī)定的調(diào)諧條件下達到的，即規(guī)定次級回路參數(shù)及耦合量不變的條件下所達到的電流最大值。用公式描述為：On condition:X11=-Xf1，

18、此時I1max=VsR11+(M)2z222R22. 此時初級回路達到最大電流值，次級回路的電流幅值I2=MI1Z22.但是這個電流幅值并不是回路可能達到的最大電流值，只是簡單的計算關(guān)系。部分諧振就是說初級諧振，次級不諧振?；蛘呤谴渭壷C振，初級不諧振。因此，當調(diào)節(jié)次級回路的電抗，使x22=-xf2，次級回路達到諧振，次級回路電流達到最大值。（始終都是部分的）復(fù)諧振：在部分諧振的條件上，再改變互感量，使反射電阻等于回路本身電阻，既滿足最大功率傳輸條件，使次級回路電流達到可能達到的最大值。此時初級回路不僅發(fā)生了諧振而且達到了匹配。反射電阻將獲得可能得到的最大功率，亦即次級回路將獲得可能得到的最大功

19、率，所以次級回路電流也達到可能到達的最大值。實質(zhì)上就是在部分諧振的基礎(chǔ)上加上功率匹配，即使電阻相等。全諧振：調(diào)節(jié)初級回路的電抗及次級回路的電抗，使兩個回路都單獨的達到與信號源頻率諧振，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。此時初級回路的總電抗x11=0，且次級回路總電抗x22=0。（僅僅只是自電抗，而沒有反射電抗，z11=R11,z22=R22）但是不一定能達到功率匹配，但是已經(jīng)可以稱得上全諧振了。當將功率匹配加上的話，就是R11=Rf1, R22=Rf2。此時電流能達到最大值I2max=Vs2R11R22，此時稱為最佳全諧振。最佳全諧振是復(fù)諧振的一個特例。存在問題：全諧振時，初級等效回路的電抗為零到底包含反射電抗不？這是一個誤區(qū)，當初級和次級回路分別諧振時，反射電抗為0，此時只存在反射阻抗！所以不存在包含反射電抗的說法！最佳全諧振時初、次級間的耦合稱為臨界耦合，與此相應(yīng)的耦合系數(shù)稱為臨界耦合系數(shù)，以kc表示。kc=McL11L22=R11R22R11L111Q1Q2，當Q1=Q2=Q時，kc=1Q。我們把耦合諧振回路兩回路的耦合系數(shù)與臨界耦合系數(shù)之比=KKc=KQ稱為耦合因素，是表示耦合諧振回路耦合相對強弱的一個重要參量。當>1,強耦合。<1,弱耦合。=1,臨界耦合。4) 耦合回路的頻率特性5) 耦合回