通信電路原理ppt2

笫2章濾波器本章主要內(nèi)容：2.1濾波器的基本概念濾波器的功能、作用、主要參數(shù)和分類(lèi)濾波器特性的描述2.2

LC

濾波器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)2.2.1最簡(jiǎn)單的LC濾波器--LC

串、并聯(lián)諧振回路2.2.2匹配網(wǎng)絡(luò)2.2.3傳輸線阻抗變換器2.2.4

一般LC低通濾波器的逼近方法、特點(diǎn)及設(shè)計(jì)步驟。2.3聲表面波濾波器2.4有源RC濾波器1

1、用于形成傳輸電路中通頻帶，對(duì)信號(hào)進(jìn)行限帶處理。

2、選擇所需頻率分量,在頻分復(fù)用系統(tǒng)中完成解復(fù)用功能

3、對(duì)傳輸信道的頻率特性進(jìn)行校正和消除有用信號(hào)

頻帶外的干擾信號(hào)。4、用于信號(hào)的延時(shí)和阻抗匹配與阻抗變換(例如部分接入的LC并聯(lián)回路）

濾波器的功能－－對(duì)信號(hào)頻譜進(jìn)行處理（對(duì)某些分量保留、衰減。某范圍內(nèi)分量修正幅度和相位相對(duì)關(guān)系）。濾波：在信號(hào)中選擇部分頻率分量通過(guò)或者阻止部分頻率分量通過(guò)。用途：2.1濾波器的基本概念22.1.1濾波器的分類(lèi)按其幅度頻率特性分:（a)低通、(b)高通、(c)帶通、（d）帶阻濾波器。濾波器的理想幅度-頻率特性曲線通帶阻帶通帶通帶阻帶理想：通帶內(nèi)信號(hào)無(wú)衰減，帶外全抑制3濾波器的分類(lèi)（續(xù)）用衰耗特性A()（幅度-頻率特性的倒數(shù)）表示低通（a)、高通(b)、帶通(c)和帶阻濾波器(d)。濾波器的理想衰耗-頻率特性曲線（黑處阻帶）4濾波器的分類(lèi)（續(xù)）按其所用器件的特點(diǎn)分:無(wú)源和有源濾波器。

無(wú)源濾波器是由無(wú)源器件構(gòu)成。

電阻、電感和電容組成的RLC濾波器。

集中選頻濾波器：晶體濾波器（石英晶體薄片構(gòu)成）陶瓷濾波器（鋯鈦酸鉛陶瓷材料組成）聲表面波濾波器(SAW)（壓電材料為基體構(gòu)成的一種電聲換能元件）介質(zhì)濾波器（介質(zhì)諧振腔組成，用于1GHz以上）有源濾波器是指在所構(gòu)成的濾波器中，除無(wú)源器件外還含有放大器等有源電路。

RC有源濾波器（含有運(yùn)算放大器）。開(kāi)關(guān)電容濾波器等

5濾波器的分類(lèi)（續(xù)）按處理的信號(hào)形式分類(lèi)模擬濾波器數(shù)字濾波器抽樣數(shù)據(jù)濾波器如：開(kāi)關(guān)電容濾波器、開(kāi)關(guān)電流濾波器等6濾波器的主要技術(shù)參數(shù)：輸入、輸出阻抗（匹配）中心（帶通）或截止頻率3dB帶寬帶內(nèi)衰減（插入損耗）帶內(nèi)不平度（紋波系數(shù)）帶外衰減（阻帶抑制）（選擇性）群延時(shí)等。2.1.2濾波器的主要技術(shù)參數(shù)72.1.2

濾波器的特性描述濾波器為一線性時(shí)不變系統(tǒng)。線性系統(tǒng)的特性通常用其傳輸函數(shù)/轉(zhuǎn)移函數(shù)來(lái)描述。由于負(fù)載對(duì)濾波器頻響特性有很大的影響，因此射頻線性系統(tǒng)的傳輸函數(shù)中必須包含負(fù)載和信源內(nèi)阻的影響。濾波器的特性都是在輸入、輸出端匹配的條件下測(cè)得的。濾波器（模擬）示意圖8濾波器的特性描述—幅頻與相頻特性幅頻特性相頻特性幅頻特性：9

延時(shí)與失真信號(hào)與延時(shí)后的信號(hào)（已知一信號(hào)是另一信號(hào)的延時(shí)）信號(hào)描述：延時(shí)信號(hào)：瞬時(shí)相位：延時(shí)量：只有延時(shí)，不存在失真！10系統(tǒng)的相位延時(shí)與群延時(shí)系統(tǒng)傳輸函數(shù)：相位延時(shí)—一個(gè)角頻率為的正弦信號(hào)通過(guò)濾波器后產(chǎn)生的延時(shí)。（希望線性）群延時(shí)—一群不同頻率的信號(hào)通過(guò)濾波器產(chǎn)生的延時(shí)。（希望為常數(shù)且?。┤貉訒r(shí)描述一群不同頻率的信號(hào)通過(guò)濾波器后所產(chǎn)生的時(shí)間延遲，是相頻特性曲線在不同頻率處的斜率。11群延時(shí)與線性失真如果群延時(shí)為常數(shù)，表示信號(hào)各個(gè)頻率分量的延時(shí)相同，不會(huì)產(chǎn)生波形失真(見(jiàn)書(shū)P14圖b、c）如果群延時(shí)不為常數(shù)，不同頻率分量的信號(hào)延時(shí)不同，產(chǎn)生波形失真(見(jiàn)書(shū)P14圖d、e）對(duì)于用相位傳輸信息的信號(hào)如QPSK、16QAM等群延時(shí)特性非常重要，希望其值為常數(shù)且小。信號(hào)無(wú)失真?zhèn)鬏敆l件：（通頻帶內(nèi)）幅頻特性為常數(shù)，相頻特性為線性若幅頻特性不為常數(shù)，則幅度失真若相頻特性不為線性，則相位失真122.2LC濾波器2.2.1LC串并聯(lián)諧振回路LC諧振回路是最簡(jiǎn)單的LC濾波器電路形式課堂上重點(diǎn)討論并聯(lián)諧振回路的特性并聯(lián)諧振回路陸續(xù)出現(xiàn)在后續(xù)章節(jié)中，如諧振放大器，LC振蕩器，調(diào)制與解調(diào)電路LC諧振回路要求搞清以下問(wèn)題：

1、回路品質(zhì)因數(shù)Q（無(wú)載Q、有載Q）

2、回路阻抗（導(dǎo)納）、電抗特性。

3、回路諧振特性和諧振頻率。

4、頻率特性（幅頻特性與相頻特性）。

5、通頻帶、矩形系數(shù)和諧波抑制度

。

6、實(shí)際信號(hào)源和負(fù)載對(duì)諧振回路的影響。

7、阻抗變換電路與匹配網(wǎng)絡(luò)131.LC并聯(lián)諧振回路電路形式電感元件的固有損耗電阻包括電感線圈導(dǎo)線的歐姆電阻、由趨膚效應(yīng)引起高頻損耗電阻。大Q低。

固有損耗也可等效為并聯(lián)諧振電阻

為負(fù)載阻

抗。

(a)(b)特點(diǎn)：儲(chǔ)能元件（電感和電容）并聯(lián)；電流驅(qū)動(dòng)，電壓輸出，傳輸函數(shù)具有阻抗的量綱。如何等效？14串、并聯(lián)支路阻抗等效互換－匹配網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)電感-電阻支路的串并互換等效原理：在工作頻率上，從AB端看進(jìn)去的阻抗（導(dǎo)納）與A’B’端相等。令15串、并聯(lián)支路阻抗等效互換(續(xù))高Q情況下，得：由實(shí)部、虛部分別相等得：同理可得阻-容串并聯(lián)支路的互換等效前后Q不變！16阻抗串并聯(lián)支路等效互換（續(xù)）統(tǒng)一的阻抗變換公式返回172．并聯(lián)回路諧振點(diǎn)特性諧振：如果在某個(gè)頻率點(diǎn)上，施加在回路兩端的電流和其所產(chǎn)生的電壓是同相位的，則該頻率點(diǎn)為諧振頻率點(diǎn)。在諧振頻率點(diǎn)上，回路兩端視入的阻抗（或?qū)Ъ{）為純阻（或純電導(dǎo)）。諧振頻率：（rad/s),為回路無(wú)阻尼振蕩頻率。當(dāng)Q>>1諧振阻抗：純阻特征阻抗：諧振回路固有的阻抗特征，大小等于諧振頻率點(diǎn)上的電抗值

18諧振點(diǎn)特性（續(xù)）品質(zhì)因數(shù)Q

：儲(chǔ)能和耗能之比。Q值越大，回路損耗越小，即Rs越小，Rp越大。

并聯(lián)回路諧振性質(zhì)：電流諧振。諧振點(diǎn)上，流過(guò)電抗（電感和電容）支路的電流是信源電流的Q倍。193.阻抗特性204.頻率特性、帶寬歸一化幅頻特性以時(shí)的輸出電壓對(duì)歸一化相頻特性在附近帶寬：時(shí)對(duì)應(yīng)的兩頻點(diǎn)之距離。Q越高，頻帶越窄。頻帶邊界處相位？指215.矩形系數(shù)和諧波抑制度

諧波抑制度例：設(shè)Q=100,則二次諧波抑制度并聯(lián)回路相對(duì)幅頻特性矩形系數(shù)－－實(shí)際幅頻特性偏離矩形的程度頻率特性、通頻帶、矩形系數(shù)和諧波抑制度都表征了回路的選擇性。226.回路電抗特性并聯(lián)回路電抗特性串聯(lián)回路電抗：呈現(xiàn)容性

：呈現(xiàn)感性：呈現(xiàn)容性：呈現(xiàn)感性237.

信號(hào)源內(nèi)阻和負(fù)載電阻對(duì)回路的影響Q減小，通頻帶加寬，選擇性變壞。

在有信號(hào)源內(nèi)阻和負(fù)載電阻情況下，為減小對(duì)并聯(lián)諧振回路的影響，需要應(yīng)用阻抗變換電路。影響諧振回路諧振頻率。

并聯(lián)諧振回路希望用恒流源激勵(lì)。248.

阻抗變換電路（為減小對(duì)回路影響）從功率等效角度證明：理想變壓器無(wú)損耗：(1)全耦合變壓器等效

為變壓器初、次級(jí)匝數(shù)對(duì)Q影響25(2)雙電容耦合電路--部分接入法11負(fù)載電阻是通過(guò)雙電容抽頭接入并聯(lián)諧振回路的,稱(chēng)為部分接入法,令接入系數(shù)p可得(p<1)接入系數(shù)為實(shí)際負(fù)載兩端電壓和諧振回路兩端（指電感兩端）電壓之比.*近似條件：對(duì)Q影響26(3)雙電感抽頭耦合電路--部分接入法負(fù)載電阻是通過(guò)雙電感抽頭接入并聯(lián)諧振回路的,稱(chēng)為部分接入法,令接入系數(shù)(P<1)L1、L2之間無(wú)互感可得*條件：假定27部分接入法的選頻電路舉例接入系數(shù)對(duì)回路有載品質(zhì)因數(shù)影響明顯減小?；芈穬啥酥鸽姼袃啥?8為了減小信源與負(fù)載并在回路兩端對(duì)回路性能的影響（Q下降，fo改變，失配），采用部分接入（抽頭）方式。接入系數(shù)P即為抽頭與回路兩端（指電感兩端）的電壓比,

而且P<1---有條件近似（負(fù)載無(wú)分流）。信源與負(fù)載從抽頭接入，等效折合到回路兩端（即從部分變換到整體），電阻變大倍，電容減小倍，電流源減小P倍。

等效折合的原則：等效前后的功率不變阻抗變換電路小結(jié)29串聯(lián)回路諧振點(diǎn)特性串聯(lián)回路電壓源激勵(lì)。諧振時(shí)，電感、電容器上電壓是激勵(lì)電壓的Q倍，故串聯(lián)諧振又稱(chēng)電壓諧振。品質(zhì)因數(shù)Q可用Q表測(cè)量。串聯(lián)諧振回路30例1：串聯(lián)回路如下圖所示。

信號(hào)源頻率F=1MHz。電壓振幅V=0.1V。將1-1端短接，電容C調(diào)到100PF時(shí)諧振。此時(shí)，電容C兩端的電壓為10V。如1-1端開(kāi)路再串接一阻抗Z（設(shè)兩個(gè)元件串聯(lián)而成）則回路失諧，電容C調(diào)到200PF時(shí)重新諧振。此時(shí)，電容C兩端的電壓為2.5V。試求：線圈的電感L，回路品質(zhì)因數(shù)

及未知阻抗Z。31例2：并聯(lián)回路如下圖所示。

==8PF，=40K（外接）試求：（1）無(wú)阻尼諧振頻率；（2）等效諧振電阻R；（3）不接，BW如何變？＝

提示：由Q322.4阻抗匹配什么是匹配（match）？射頻電路中一般所說(shuō)的匹配，是指為了實(shí)現(xiàn)最大功率傳輸，負(fù)載阻抗與信源阻抗之間的關(guān)系如果是匹配的，那么負(fù)載可以獲得最大的功率-共軛匹配（幅度）33射頻電路設(shè)計(jì)中的其他阻抗匹配概念最小噪聲系數(shù)匹配信源內(nèi)阻有一個(gè)最佳內(nèi)阻，可以保證二端口線性網(wǎng)絡(luò)的噪聲系數(shù)最?。ǖ谌掠懻摚┳畲蠊β瘦敵銎ヅ涔β史糯笃髟谀硞€(gè)特定負(fù)載下具有最大的線性功率輸出（第三章討論）頻率特性匹配LC濾波器網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)是針對(duì)特定的信源內(nèi)阻RG和負(fù)載電阻RL的，如果阻抗不匹配，濾波器頻率特性將改變，將不符合設(shè)計(jì)指標(biāo)穩(wěn)定性匹配放大器中往往存在著寄生反饋環(huán)路，使得放大器可能出現(xiàn)不穩(wěn)定，但如果選擇的信源內(nèi)阻和負(fù)載電阻合適（匹配），或者通過(guò)有損匹配，使得放大器無(wú)條件穩(wěn)定除了一般意義上的最大功率傳輸匹配，還有34匹配網(wǎng)絡(luò)的作用為了使得系統(tǒng)的某個(gè)性能達(dá)到最優(yōu)，希望負(fù)載阻抗為某個(gè)特定的和系統(tǒng)參數(shù)有關(guān)的一個(gè)最佳值，但實(shí)際的負(fù)載不一定和它相符。匹配網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)匹配網(wǎng)絡(luò)，將負(fù)載阻抗ZL變換為匹配網(wǎng)絡(luò)為一個(gè)二端口阻抗變換器，一端接了負(fù)載ZL后從另一端看進(jìn)去的阻抗應(yīng)該等于在系統(tǒng)和負(fù)載之間加上一個(gè)匹配網(wǎng)絡(luò)（阻抗變換網(wǎng)絡(luò)），可以使系統(tǒng)的這個(gè)性能達(dá)到最優(yōu)。35LC阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)最常見(jiàn)的窄帶阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)（也就是所謂的阻抗變換網(wǎng)絡(luò)）的電路形式分別為L(zhǎng)型、型及T型結(jié)構(gòu)。窄帶阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)功能：阻抗變換和濾波。濾波效果取決于網(wǎng)絡(luò)的Q值。對(duì)這三種匹配網(wǎng)絡(luò)的集總參數(shù)的分析與設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)是串、并聯(lián)阻抗互換。(a)(b)L型(c)型(d)T型36L型匹配網(wǎng)絡(luò)（兩種）R0>RLR0<RL規(guī)律：并臂一側(cè)的電阻大于串臂一側(cè)電阻。RL經(jīng)L型匹配網(wǎng)絡(luò)后在特定頻率上轉(zhuǎn)換為R037L型匹配網(wǎng)絡(luò)元件選擇思路：（1）串－并聯(lián)轉(zhuǎn)換：將串臂Xs、RL變換成并聯(lián)形式。（2）使Xp與Xsp在工作頻率上諧振，即Xp=Xsp，電抗抵消。（3）令R0=Rp。由串、并聯(lián)轉(zhuǎn)換公式得：（1）38L型匹配網(wǎng)絡(luò)的帶