第2章——无源器件 [兼容模式]

1传输线变压器
i v
2i v
RL
Rs
vs(t)
Ri
i
2v Ri i Ri 4 RL v RL 2i 37
传输线变压器
• 1:4传输线变压器
• 多个传输线变压器组合连接实现多种阻抗比变换
38
v RL 2i Ri 2v 4 RL i Ri
16
微波常用单位
dBW(分贝瓦): 定义：P1(dBW) = 10 log10 (P1(W)) dBm(分贝毫瓦): 定义: P1(dBm) = 10 log10 (P1(mW)) dBmW(分贝微瓦): 定义：P1(dBmW) = 10 log10 (P1 (μW))
17
一般为电感
一般为电容
L型匹配网络（RS>RL）
23
L匹配网络的等效变换（RS>RL）
24
•要使串并联网络等效，则两个网络阻抗(导纳)相等：
1 1 1 RL jX 2 RP jX P
L匹配网络的等效变换（RS>RL）
•则转换关系如下：
2 2 RL X2 RP RL (1 Qe2 ) RL
Q n 1
29
本章内容

信号的选频滤波 LC谐振回路滤波器 无源阻抗变换网络 传输线变压器阻抗变换
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功率合成技术
• 在通信系统中，往往需要在很宽的频率范围 内合成很大的输出功率 • 当需要输出的功率超过单个晶体管的输出功 率时，可将多个功率管放大的功率叠加，这 就是功率合成技术 • 功率合成电路：由功率分配网络，功率放大 器以及功率合成网络三部分组成
第2章 选频回路与阻抗变换
1
本章内容
信号的选频滤波 LC谐振回路滤波器 无源阻抗变换网络 传输线变压器阻抗变换。
2
信号的选频滤波
• 通信系统中接收设备需要抑制和滤除一些无用信 号和噪声干扰。通信中这一功能通常由一个重要 部件“选频滤波器”来实现。
选频滤波器按实现功能分: 预选滤波器 中频通道滤波器
幅频特性:
A( ) U om U pm 1
o 2 1 Q ( ) o
2 p
• 3dB带宽定义为A(ω)下降到最 大值的0.707时的频率范围
0 1 B Qp Rp0C Rp C
•带宽取决于Rp和C，而与谐振频 率无关
13
0
LC谐振回路滤波器
相频特性:
o ( ) arctgQp ( ) o
Qe
RL 1 RS
1 1 C X 1 2fX 1 X2 L 2f
28
X 1 RL Qe X 2 Qe RS
X2
L型加载并联谐振回路的参数计算
f0 频带宽度 B Q
带外抑制因子（又称之滤波度） n 2 n n为谐波次数 匹配网络的变换效率 k 由输入功率 Pi 和负载 功率 PL 决定。 PL Q 其中 Q 为固有品质因素 k 1 0 Pi Q0
2 2 1 RL X2 XP X 2 (1 2 ) X2 Qe 网络有载品质因数
RP X 2 Qe X P RL
25
L型匹配网络的计算
匹配条件（匹配滤波器）：前级与负载为复共轭，即
Rs jX1 RP jX P
由匹配条件 RP = RS 得：
Rs RP RL (1 Qe2 )
微波常用单位
dB(分贝): :描述功率相对增益或功率相对插损，若 有功率P1(输入)和P2(输出) N=10log10(P1/P2) 若N为正，则可说P1比P2要高N分贝(dB) 若N为负，则可说P1比P2要低N分贝(dB) dB(分贝): 描述电压传输增益或插损或相对电平,若 有电压V1(输入)和V2(输出) GV(dB) = 20 log10 (V2/V1)
.
.
.
10
LC谐振回路滤波器

IS

C
Rp
L VO

• 并联阻抗Z(jω)
Z ( j ) 1 1 1 jC Rp j L

Rp 1 jQp (
0 ) 0
其中0
Rp 1 ，Q p R p 0 C 0 L LC
• ω0:谐振角频率，Qp:回路品质因素 • ω =ω0时Z(ω0)=Rp，谐振阻抗(为回路阻抗的最大值)
0 2f 0
1 LC
回路谐振时，回路的感抗和容抗抵消，回路导纳最 小，回路阻抗最大。 通常将谐振时的容抗和感抗 称为回路特性阻抗
1 0 L 0C
8
LC谐振回路滤波器——电压特性
V 0 ISR
谐振时回路两端的电压值最大,并和信号电流同相。
• 品质因数:描述了回路的储能与它的耗能之比。
Qe RS 1 RL
26
L型匹配网络的计算
RP X2 Qe X P RL
由匹配条件 X1+Xp= 0 ，Rs = Rp 得：
X1 X P RS RS Qe RL RS RL
X 2 RLQe RL ( RS RL )
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L匹配网络的等效变换（RS<RL）
一般为电感 一般为电容
1 • 理论和实践证明，传输线的长度l min 时，在 8
S
上限频率范围内可近似认为，线上电压和电流处 处相等，即传输线变压器的特性阻抗为 Z C v i
40
21
阻抗匹配网络
• 对匹配网络的要求：
能实现阻抗变换，实现级间、输出端与负载之 间匹配 具有滤波功能，实际它是一个滤波网络 插入损耗应尽可能小 22
阻抗匹配网络
• RS --- 信号源内阻或 前级放大器所要求 的最佳负载。 • RL --- 负载阻抗或天 线阻抗。 • X1 ,X2 --- 匹配网络 元件。
18
微波常用单位
mW与dBm和dBW变换示例 P = 1 mW→P = 0 dBm P = 10 mW→P = 10 dBm P = 0.1 mW→P =-10 dBm P = 1 mW→P (dBW)=-30 dBW P = 10 mW→P(dBW) =-20 dBW P = 0.1 mW→P(dBW) =-40 dBW
11
• 并联谐振回路的输出电压
VO I S Z ( j )


0 1 jQP ( ) 0
I s RP

• 将失谐频率ω对应的输出电压幅度与谐振时的输出电压幅度之比 称为回路的归一化选频特性(频响特性)
AV ( j ) VO VP
VO VP



1 1 jQP (
传输线变压器
• 1:1倒相变压器
•Ri=V/I=Zc=RL •Vo(t) =-V
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本章小结
• 从众多的噪声和干扰中选取有用信号，必须采用 选频滤波技术，滤波器是完成该功能的重要部件。 • LC并联谐振滤波器的带宽B和带外衰减性能均与 回路的品质因素Qp有关，且相互矛盾。Qp增加， B减小，带外衰减变陡，即选择性变好。 • 阻抗匹配是复共轭阻抗匹配Z L Z 。 • L型匹配网络的带宽B，滤波度 n 和 k 都与回路 Q值有关。
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功率合成与传输线变压器
功率合成一般依靠上限工作频率高达几千兆 赫兹的传输线变压器来实现 传输线变压器的结构 由绕在铁氧体磁环上的射频传输线构成 射频传输线经常用多股双绞线或双芯带 状线 磁环一般采用镍锌高导磁率(μ=100~400) 铁氧体磁环
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功率合成与传输线变压器
• 传输线变压器的工作原理 传输线原理和变压器原理的结合 磁环没有损耗，仅仅依靠传输线进行能量的 传输，始端和终端功率都为iv 线圈绕在磁环上有磁耦合作用，因此传输线 变压器具有变压器的作用，可以实现阻抗变 换
33
传输线变压器
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传输线变压器
• 符号
• 特性
传输线的长度l≤λmin/8 (λmin为上限频率fH对 应的波长)时，可以认为线上电压和电流处 处相等，即均为v和i 传输线变压器的特性阻抗ZC=v/i
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常用传输线变压器
1:1倒相变压器
v Ri Z C RL i V0 (t ) v 36
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本章内容
信号的选频滤波 LC谐振回路滤波器 无源阻抗变换网络 传输线变压器阻抗变换
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阻抗匹配网络
射频放大器中，阻抗匹配网络介于功率管和 负载之间 设计射频放大器目的是输出最大功率； 匹配目的是实现功放的级与级间的最佳能量 传输，即意味着从功率源传递给负载提供最 大的RF功率。
.
.
谐振时回路总的储能 Q 2 谐振时回路一周内的耗能
R R Q G 0 L
0C
9
LC谐振回路滤波器——电流特性
• 谐振时流过电感L和电容C的电流相等，且为信号 电流的Q倍。
. IS R IL jQ I S j 0 L j 0 L
V0
.
.
I C j0C V 0 j0C I S R jQ I S
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LC谐振回路滤波器
LC储能元件组成的谐振回路滤波器的通带 宽度和选择性是矛盾的 通带宽度和选择性与回路品质因素QP值有 关。QP增加，选择性变好，带宽变窄；QP 减小，带宽加宽，选择性变差
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LC谐振回路滤波器
• 例1.8.1 设一个LC并联回路的谐振频率 f0=10.7KHz，已知回路电容C＝100pF,则回 路电感L为多少？若要求信号偏离f0为 500KHz处的衰减为20dB,则回路的有载品质 QP为多少？通频带B又为多少？回路对三次 谐波衰减量又是多少？