_通信射频电路_选频回路与阻抗匹配资料
3__通信射频电路_选频回路与阻抗匹配
归一化选频特性曲 线如侧图所示。
由该归一化特性可以得出以下几点结论: 1)选择性 回路的Q值越高,选择性越好
BW3dB f0 2f Q
1 BW3dB Q f0
2)通频带。 回路的Q值越小,通频带越宽
也或,相对带宽越窄,要求回路的Q值越 高。即在很高的频率时,窄带选频回路要求 极高的Q。
(1)电容部分接入
Pc X C2 X C1 X C2
X L2 X L1 X L2
C1 C1 C2
L2 M L1 L2 M
(2)线圈部分接入
P L
R R 2 PL
'
无互感时取M=0 2. 并联支路Q值不够大(不满足Q>>1)
式(1.3.3)不成立,必须采用串、并联互 换公式进行计算。祥见书中例1.3.1 。
1.2.2 选频特性
选频特性------不同频率的输入信号通过回 路的能力。 并联谐振回路 并联谐振回路的选频特性如下:
IS IS IS G V ( ) V ( ) Y ( ) G j (C 1 ) 1 jQ( 0 ) 1 j L 0
.
RS Q
当RS <RL 时,则可选用图1.3.4(b)所示的左 L网络进行阻抗匹配。至于电感L和电容C的 计算,只要将RS和RL互换即可。 L匹配网络支路的
Q R( 大值 ) R (小值) 1
源和负载电阻值确定后,L 网络的Q值也确定了!
如果源阻抗ZS 或负载阻抗ZL 不是纯电阻。 (1)可以先将它们的电抗值归并到L网络中, 求出完成源和负载电阻之间匹配的L网络,然 后从L网络中扣除相应的电抗,得到L网络外 接的电感L与电容C。祥见书中例 1.3.2 。 (2)先用串联或并联的电抗,将源端和负载 端的寄生电抗都抵消,然后设计一个L网络, 在纯电阻RL 和RS 进行变换匹配。
2第一章 选频回路与阻抗变换
第一章
选频回路与阻抗变换
②电压特性。谐振时回路两端的电压最 大,并与信号电流同相。 ③品质因数。回路品质因数描述了回路 的储能与它的耗能之比。定义为
一个由有耗的空心线圈和电容组成 的回路的Q值大约是几十到一、二百。
第一章
选频回路与阻抗变换
④电流特性。谐振时,流过电感I_和电 容C的电流相等,方向相反,且为信号电 流的Q倍,如式(1.2.6)或图1.2.2所示。 这可以理解为,谐振时,电容上的能量 和电感上的能量互相转换,产生振荡, 而信号源的能量仅补充电阻R上的损耗。 谐振时,流过线圈和电容的电流是信号 源电流的Q倍,选择线圈导线时应注意线 径大小以承受电流的容量。
第一章
选频回路与阻抗变换
③矩形系数。令S=1/10,求出输出 电压下降为谐振时的1/10的带宽BW0.1, 则并联谐振回路的矩形系数为:
简单并联谐振回路的矩形系数较大,即说明了它对宽的通频带和高的选 择性这对矛盾不能兼顾。
第一章
选频回路与阻抗变换
参差调谐放大器:采用单调谐回路和双调谐回路组成的 参差调谐放大器的频率特性
第一章
选频回路与阻抗变换
2.串联谐振回路
根据电路中的对偶定理,对偶关系如下:串联并联L-C, C-L,G-r,V-I分别对偶,所以可以直 接将上面的并联谐振回路的特性推广到串联谐 振回路中。
第一章
选频回路与阻抗变换
第一章
选频回路与阻抗变换
1.2.2 选频特性 1.并联谐振回路
并联谐振回路的阻抗或输出电压随输人信 号频率而变化的特性称为回路的选频特性。分 析选频特性,也就是分析不同频率的输人信号 通过回路的能力。写出图1.2.1所示并联谐振回 路的输出电压表达式如下:
第一章
射频集成电路设计第3章 无源RLC网络和阻抗匹配
使用双分支匹配电路可以把任意有耗负载ZL(阻 抗实数部分不为零)匹配到输入阻抗Zin。
3.5 总结
• • • • 无源RLC网络的基本特性 串并联阻抗等效变换 阻抗匹配网络 阻抗匹配设计方法
第三章
3.1 3.2 3.3 3.4 3.5
无源RLC网络和阻抗匹配
无源RLC网络 串并联阻抗变换 抽头回路阻抗变换 阻抗匹配 总结
3.1
3.1.1
无源RLC网络
串联RLC网络
3.1
无源RLC网络
谐振:
L C
1 LC
L C
即
0
串联RLC网络的阻抗特性
3.1
谐振时:
无源RLC网络
50.0
25.0
100
200 10.0
ZL Z0
0.08 0.2 0.04 0.02 0.01 0.004 0.04 100 200
500.0
0.2
500.0
0.004 0.08 50.0 25.0 10.0 0.01 0.02
3.4.2 匹配禁区和频率响应
确定匹配禁区的过程
并电容后阻抗的变化范围
共轭匹配
3.4 阻抗匹配
• 匹配电路的概念 • 目的:
获得最大功率传输 获得最小系统噪声 获得最佳频率响应 获得最大功率容量等多种标准
• 应用:
低噪声放大电路 宽频带放大电路 功率放大电路等射频电路中
3.4.1 集总参数L形匹配电路
分立元件的8种电路结构
Smith圆图匹配的方法
• 目的
– 从负载点出发向匹配点移动;
再串电感后阻抗ZMS的范围
确定匹配禁区的过程
50.0 25.0 100
射频信号对阻抗的要求
射频信号对阻抗的要求射频信号在无线通信中扮演着重要的角色,而阻抗则是射频电路中一个关键的参数。
射频信号对阻抗的要求直接影响着信号的传输质量和系统的稳定性。
本文将从不同角度探讨射频信号对阻抗的要求。
射频信号对阻抗的要求与信号的传输质量密切相关。
在射频电路中,信号的阻抗匹配是保证信号传输最大化的重要因素之一。
当信号源的输出阻抗与负载的输入阻抗匹配时,信号能够最大限度地传输到负载中,避免信号的反射和损耗,从而提高信号的传输质量。
因此,射频信号对阻抗的要求是要求信号源的输出阻抗与负载的输入阻抗相匹配,以减少信号的反射和损耗。
射频信号对阻抗的要求与系统的稳定性密切相关。
在射频电路中,阻抗不匹配会引起信号的反射和干扰,导致信号的失真和降低系统的稳定性。
特别是在高频率下,阻抗不匹配会引起信号的多径传播和干扰,影响信号的接收和解调。
因此,射频信号对阻抗的要求是要求信号源和负载的阻抗匹配,以保证信号的传输稳定性和系统的正常工作。
射频信号对阻抗的要求还与信号的功率传输密度有关。
在射频电路中,功率传输密度是指单位面积内的功率传输量。
当阻抗匹配不良时,信号的功率会被部分反射回信号源,导致功率传输密度降低。
为了提高功率传输效率,射频信号对阻抗的要求是要求信号源和负载的阻抗匹配,以最大限度地提高功率传输密度。
射频信号对阻抗的要求还与信号的频率特性有关。
在不同的频率下,射频信号对阻抗的要求可能会有所不同。
例如,在高频率下,射频信号对阻抗的要求更加严格,因为高频信号的传输受到更多的衰减和干扰。
因此,在设计射频电路时,需要根据信号的频率特性来确定合适的阻抗匹配方案,以满足射频信号对阻抗的要求。
射频信号对阻抗的要求对于信号的传输质量、系统的稳定性、功率传输密度和频率特性等方面都有重要影响。
在射频电路设计中,需要合理选择合适的阻抗匹配方案,以满足射频信号对阻抗的要求,从而实现高质量的信号传输和稳定的系统运行。
射频巴伦电路阻抗匹配
射频巴伦电路阻抗匹配
射频巴伦电路的阻抗匹配是指将电路的输入阻抗和输出阻抗调整到与传输线特性阻抗相等,以消除反射,提高传输效率。
以下是关于阻抗匹配的一些常见措施:
1.使用匹配网络:在电路中加入一个或多个元件,形成一个特定的网络,该网络在特定频率下可以使得输入阻抗和输出阻抗变得与传输线特性阻抗相等。
常见的匹配网络有L型、T型和π型等。
2.调整电路元件:通过调整电路中的电阻、电容、电感等元件的值,可以改变电路的阻抗,使其与传输线特性阻抗相匹配。
3.使用变压器:在某些情况下,可以使用变压器来实现阻抗匹配。
通过调整变压器的匝数比,可以将电路的输入阻抗和输出阻抗调整到适当的值。
4.采用共轭匹配:如果已知传输线的特性阻抗和负载的复阻抗,可以使用共轭匹配的方法,使得传输线的输出电压和负载输入电压达到最大值。
共轭匹配不需要使用任何额外的元件,只需要简单地调整传输线的长度或角度即可。
总之,阻抗匹配是射频巴伦电路中非常重要的一个环节,它能够提高信号传输的效率,减小信号反射和能量损失,从而保证电路的正常工作和性能。
射频阻抗匹配(1)
Feb. 18. 2011Feb. 18. 2011Feb. 18. 2011无线通信系统通常可由射频电路和数字电路两部分所组成,但两者在设计规则和应用场合的不同使之具有很大的差别,主要表现在阻抗、阻抗匹配、吸入电流、在系统的位置以及传输的类型等方面。
Feb. 18. 2011Feb. 18. 2011当数字电路的数据传输速率接近或达到射频频率时,高速数字电路的结构和特点会发生变化,其阻抗匹配变得尤为重要。
高速数字电路的设计需要的设计经验和背景。
Feb. 18. 2011当信号源阻抗和负载阻抗不是正好共轭匹配时,为了实现信号源到负载之间的无相移最大功率传输,就需Feb. 18. 2011Feb. 18. 2011 Feb. 18. 2011Feb. 18. 2011 Feb. 18. 2011Feb. 18. 2011廉、性能最可靠、调节最简便为第一目标基于集总元件的匹配电路拓扑结构Feb. 18. 2011Feb. 18. 2011From SEIEE SJTU•从连接结构上来看,可以有串联连接和并联连接的不同连接,•从滤波特性上来看,可以有低通滤波器和高通滤波器之分•从匹配特性上来看,可以分别适用于Zs>ZL 或者Zs<ZLFeb. 18. 2011Feb. 18. 2011From SEIEE SJTU1Feb. 18. 2011Feb. 18. 2011Feb. 18. 2011From SEIEE SJTURs<R LRs>R LFeb. 18. 2011(1) R S <R L选择LC 低通或CL 高通滤波结构的匹配电路:C S S f X L π2=S C S X f C π21=Feb. 18. 2011S L LL L S S S 选择CL 低通或LC 高通滤波结构的匹配电路:S C P f X L X f C ππ221==C S P f X L π2=Feb. 18. 2011Feb. 18. 2011Feb. 18. 2011••Feb. 18. 2011Feb. 18. 2011Feb. 18. 2011From SEIEE SJTUSmith 圆图匹配网络图解设计示意图Feb. 18. 2011Feb. 18. 20116. Feb. 18. 2011From SEIEE SJTUSmith 圆图上的四个区域:区域1:低电阻(或高电导):区域2:高电阻(或低电导):区域3:低电阻低电导正电抗:区域4:低电阻低电导正电抗:Feb. 18. 2011From SEIEE SJTUFeb. 18. 2011From SEIEE SJTUFeb. 18. 2011From SEIEE SJTUFeb. 18. 2011From SEIEE SJTUFeb. 18. 2011From SEIEE SJTU 匹配P2线路结构只可应用于区域1和4,而不能应用于区域2和3。
在射频电路设计中的阻抗匹配分析
4λ/ 4 阻抗调谐 λ/ 4 阻抗调谐器用于串联连接在旅行驻波的工作状态下远离不匹配载荷位于电压节点或波 环的一段或多段长度是λ/ 4 具有不同的特性阻抗的传输线。但λ/ 4 调谐器的工作频带宽非 常狭窄,有必要采取λ/ 4 阻抗调谐来宽带工作。 通常一个源阻抗不共轭,随着负载的阻抗匹配,即 。在为了最大限度地能量运输,
匹配网路的不同拓补结构的优缺点
拓扑(一)cp1-ls-cp2,不包含电感但是有 3 个 电容。这种拓扑结构的优点是: 1)不存在直流短路和直流阻塞问题; 2)它的成本在所有的拓扑结构最少,因为电容通常比电感便宜多了;
3)电感的面积通常比在 RF 电路设计的电容大的多,因此它具有最小芯片面积; 4)在 RF 电路设计一个电容的 Q 值高于电感。因此这是最受欢迎的拓扑结构。然而,应该 指出的是,该拓扑是唯一适合初始阻抗的拓补结构。它 位于 3 区的史密斯圆图。如图 1 所示。
图1 另一个上述 8 个中的 3 种拓扑结构, 只包含一个电感。 它们是: cp1-cs-lp2 (B) , (C) cp1-ls-cp2, 和(E)lp1-cs-cp2。再对比这两种拓扑结构,拓扑(E)lp1-cs-cp2 是一个更好的,因为在它 的下一阶段没有直流阻塞或直流短路问题。除此之外,它的电容 CP2 可以减少由下个夹断 电容引起的偏差。 如图 2 所示 这种拓扑结构是有时称为“挖掘”电容匹配网络。最后的 4பைடு நூலகம்个拓扑包含两个或三个电感。他 们的是拓扑结构(d),(f),(G),和(H)。他们通常被认为是不适合用于电路设计 是因为他们太贵了。作为匹配网络,它的输入输出端口的匹配电路如图 3 所示
表格 1 当
不匹配引起的额外能量损失:
第一行表明了当 =0,没有额外功率损失。第二行和第三行表明 大于 0 小于 10%,额外功 率损失很小。从起始的-30dBm 减少不到 0.5dBm.但是,当 大于 50%,额外的能量损失将 很明显,额外能力损失将超过 1dB。不匹配电路设计引起的额外功率损失将严重破坏传输系
射频阻抗匹配
关于高频阻抗匹配阻抗匹配(Impedance matching)是微波电子学里的一部分,主要用于传输线上,来达至所有高频的微波信号皆能传至负载点的目的,不会有信号反射回来源点,从而提升能源效益。
大体上,阻抗匹配有两种,一种是透过改变阻抗力(lumped-circuit matching),另一种则是调整传输线的波长(transmission line matching)。
要匹配一组线路,首先把负载点的阻抗值,除以传输线的特性阻抗值来归一化,然后把数值划在史密夫图表上。
改变阻抗力把电容或电感与负载串联起来,即可增加或减少负载的阻抗值,在图表上的点会沿著代表实数电阻的圆圈走动。
如果把电容或电感接地,首先图表上的点会以图中心旋转180度,然后才沿电阻圈走动,再沿中心旋转180度。
重覆以上方法直至电阻值变成1,即可直接把阻抗力变为零完成匹配。
调整传输线由负载点至来源点加长传输线,在图表上的圆点会沿著图中心以逆时针方向走动,直至走到电阻值为1的圆圈上,即可加电容或电感把阻抗力调整为零,完成匹配。
阻抗匹配则传输功率大,对于一个电源来讲,单它的内阻等于负载时,输出功率最大,此时阻抗匹配。
最大功率传输定理,如果是高频的话,就是无反射波。
对于普通的宽频放大器,输出阻抗50Ω,功率传输电路中需要考虑阻抗匹配,可是如果信号波长远远大于电缆长度,即缆长可以忽略的话,就无须考虑阻抗匹配了。
阻抗匹配是指在能量传输时,要求负载阻抗要和传输线的特征阻抗相等,此时的传输不会产生反射,这表明所有能量都被负载吸收了.反之则在传输中有能量损失。
高速PCB布线时,为了防止信号的反射,要求是线路的阻抗为5 0欧姆。
这是个大约的数字,一般规定同轴电缆基带50欧姆,频带75欧姆,对绞线则为100欧姆,只是取个整而已,为了匹配方便。
阻抗从字面上看就与电阻不一样,其中只有一个阻字是相同的,而另一个抗字呢简单地说,阻抗就是电阻加电抗,所以才叫阻抗;周延一点地说,阻抗就是电阻、电容抗及电感抗在向量上的和。
A 第2.6章 阻抗匹配
∵ f =500MHz
b ∴ C = 2p fZ = 0.92( pF ) 0 L= xZ 0 = 38.8(nH ) 2p f
如果是向下半圆移动交1+jb于yA=0.4-j0.5, 则并联电纳b=-0.7,转换至阻抗圆则得 z=1+j1.2,则串联电抗为x=-1.2。即为并联 电感L和串联电容C的匹配网络。 在f = 500MHz时,
式中
yL = 1 zL
即rL>1
Z0
jX jB ZL
图a. zL在1+jx圆内用
jX
Z0
jB
ZL
图b.zL在1+jx圆外用
例1
设计一个L节匹配网络,在500MHz使负载阻抗
Z L 200 j100与特性阻抗 Z 0 100 的传输线匹配。
解:归一化阻抗:
zL Z L 200 j100 2 j1 Z0 100
选择d使G=Y0=1/Z0,代入可得t的二次方程:
2 2 Z 0 (RL Z 0 )t 2 2 X L Z 0t (RL Z0 RL X L ) 0
解得
X R [(Z R ) 2 X 2 ] / Z L 0 L L 0 L , RL Z 0 RL Z 0 t X L , RL Z 0 2Z 0
图a. zL在1+jx圆内用
即应在r =1的电阻圆上;而从zA到zin需 在r=1的圆上沿等电阻圆移动一段距离;
Q
1 y A = = g A + jbA zA
在圆图上为zA旋转180⁰,即gA<1
而zA为jb与yL的并联后的阻抗,当yL与jb并联时,即在 圆图上沿等电导圆移动相应的距离, yA = jb + yL = g L + jb + bL g + jbA 即gL=gA<1
通信系统中射频与天线阻抗匹配的调试方法
通信系统中射频与天线阻抗匹配的调试方法
RF工程师在设计芯片和天线间的阻抗匹配时是否也遇到过这样的问题,根据数据手册的参数进行匹配设计,最后测试发现实际结果和手册的性能大相径庭,你是否考虑过为什么会出现这么大的差别?还有,匹配调试过程中不断的尝试不同的电容、电感,来回焊接元器件,这样的调试方法我们还能改善吗?
一、理想的匹配
通信系统的射频前端一般都需要阻抗匹配来确保系统有效的接收和发射,在工业物联网的无线通信系统中,国家对发射功率的大小有严格要求,如不高于+20dBm;若不能做到良好的匹配,就会影响系统的通信距离。
射频前端最理想的情况就是源端、传输线和负载端都是50Ω,如图1。
但是这样的情况一般不存在。
即使电路在设计过程中仿真通过,板厂制作过程中,线宽、传输线与地平面间隙和板厚都会存在误差,一般会预留焊盘调试使用。
图1理想的阻抗匹配
二、造成与芯片手册推荐电路偏差大的原因?
从事RF电路设计的工程师都有过这样的经验,做匹配电路时,根据数据手册给的S参数、电路拓扑结构、元器件的取值进行设计,最后得到的结果和手册上的差别很大。
这是为什么呢?
其主要原因是对射频电路来说,“导线”不再是导线,而是具有特征阻抗。
如图2所示,射频传输线看成由电阻、电容和电感构成的网络,此时需要用分布参数理论进行分析。
图2传输线模型
特征阻抗与信号线的线宽(w)、线厚(t)、介质层厚度(h)和介质常数()有关。
其计算公式如下:
由公式可以知道,特征阻抗和介质层厚度成正比,可以理解为绝缘厚度越厚,信号穿过其。
微波射频学习笔记7.阻抗匹配
阻抗匹配
1.阻抗匹配的目的
阻抗匹配主要用于传输线上,以此来达到所有高频的微波信号均能传递至负载点的目的,而且几乎不会有信号反射回来源点,从而提升能源效益。
Ps:波的反射会造成驻波,从这点看来:插损一部分是介质和导体本身带来的系统损耗,还有一部分就是阻抗失配带来的VSWR,反射功率是要会抵消部分发射功率。
所以我应该大概可以认为VSWR不好,使设计问题,这时候的插损是可以通过优化设计改善,但如果驻波已经很好了,说明阻抗匹配,插损也就差不多了。
2.阻抗匹配的几种方法
(1)L网络(集总元件匹配)
使用场景:频率f≤1GHz
构造:串联电感L同时并联电容C/串联电容C同时并联电感L;
①输入电阻R0<负载电阻R1,两个元件适合先串联后并联;
②输入电阻R0>负载电阻R1,两个元件适合先并联后串联。
特点:成本低(只有两个元件)、Q值低(BW宽,选频性能差,挤滤波能力差),还有π型/T型网络都可以分解成两个L型网络分析,咱也看不懂,咱就不学了,都是利用了LC谐振。
计算方法:网上找小工具...
(2)短截线调谐
阻抗匹配的过程被称为调谐(大概),波导中常用,以下省略500字。
(3)四分之一波长变换器
当Z
in =Z
,波长为λ/4的奇数倍时,反射系数Γ=0,完全匹配,此时馈线上
没有驻波,不过λ/4匹配段内会有驻波存在,所以λ/4波长可用作阻抗变换;
注意:只能在一个频点获得完全匹配,附近频点越远,失配越严重。
①单节四分之一波长变换,匹配段的特征阻抗:Z
1= √(Z
Z
L
),相对带宽:
(f
2-f
1
)/f
0 。
《射频通信电路》第6章_匹配和偏置电路
Z01=50W Zin
0.02
6.3.2 单分支匹配电路
设计一个单分支匹配电路将负载ZL=15+j10W的阻抗转 换到Zin=50W的输入阻抗。要求使用特征阻抗为50W 的传输线,并且并联分支为终端开路的传输线。
50.0 25.0 100
lL=0.044l
A
VSWR=3.5
200
Zin ZL
10.0
6.2.5 T形和形匹配电路
在1GHz的频率下,设计两个T形匹配网络 把负载阻抗变换到,并且要求匹配电路 节点品质因数为
50.0 25.0 100
Q=5.0
10.0
200
L1=20.6nH
500.0
L2=13.4nH
0.2 0.08 0.2 0.04 0.02 0.01 0.004
Z0
200
500.0
50.0
25.0
100
等电导圆
Z1
10.0
200
Z2
500.0
等驻波系数
0.2 0.08 0.2 0.04 0.02 0.01 0.004 0.04 100 0.004 0.08 50.0 25.0
Z0
200
500.0
GL
10.0 0.01
0.02
VC
RB 1kW
VB
RC CC 1000pF RFC RFC Cc T 100pF D
I1 Rin RL N1 V1 N2 V2
2
I2
V1 N1 V2 N 2
P V1 I1 P2 V2 I 2 1
I1 N 2 I 2 N1
V1 V2 N1 Rin / RL I1 I 2 N2
射频技术-阻抗变换与匹配
•例
•计算三节二项式变换器,匹配50Ω的负载到100Ω
传输线。计算Гm=0.05时带宽。
•解: A2NZLZ0235 0100 0.04167
ZLZ0
5 0100
ff0 24arcc 1 2o0 s0..0 04 511/37 7% 1
如果上述指标满足要求,查表〔N=3,ZL/Z0=2, 注 意取50Ω为特征阻抗〕得
1.阻抗归一化:
Z L ( 6 j 0 4 )/7 5 0 5 .8 j0 .6 YL0.8j0.6
Zin1j1.2
Yin0.410j0.492
2.求YL沿等电导圆和Zin的等反射系数圆的交点,见图 上A、B,并由图读出相应阻抗导纳。
YA0.8j1.05
YB0.8j1.05
*?射频电路设计?p291
•三角渐变线
阻抗变化特性
Z(z)Z0eZ(40ze/L 2(z2/zL2)/2Ll2nZ1L )l/nZZ0L/Z0
0zL/2 L/2zL
反射特性 lnZ(L 2/Z0)ejLsiL nL2
•Klopfenstein渐变线 阻抗变化特性
通带内最大波纹
•渐变线比照
课堂作业
•设计四分之一波长微带阻抗变换器,在1GHz附 近实现50 Ω和10 Ω微带的阻抗变换。其中微带线 设计选择为在0.5mm厚的介质基片Rogers 5880 上的微带线,传播常数为28.65弧度/米 @1GHz 〔这里假设不同阻抗的微带有同样的传播常数〕。
-12
-14
-16
-18
-20
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
4.0
freq, GHz
三、单短截线匹配电路
阻抗匹配详解及高频阻抗匹配实例
英文名称:impedance matching基本概念信号传输过程中负载阻抗和信源内阻抗之间的特定配合关系。
一件器材的输出阻抗和所连接的负载阻抗之间所应满足的某种关系,以免接上负载后对器材本身的工作状态产生明显的影响。
对电子设备互连来说,例如信号源连放大器,前级连后级,只要后一级的输入阻抗大于前一级的输出阻抗5-10倍以上,就可认为阻抗匹配良好;对于放大器连接音箱来说,电子管机应选用与其输出端标称阻抗相等或接近的音箱,而晶体管放大器则无此限制,可以接任何阻抗的音箱。
匹配条件①负载阻抗等于信源内阻抗,即它们的模与辐角分别相等,这时在负载阻抗上可以得到无失真的电压传输。
②负载阻抗等于信源内阻抗的共轭值,即它们的模相等而辐角之和为零。
这时在负载阻抗上可以得到最大功率。
这种匹配条件称为共轭匹配。
如果信源内阻抗和负载阻抗均为纯阻性,则两种匹配条件是等同的。
阻抗匹配是指负载阻抗与激励源内部阻抗互相适配,得到最大功率输出的一种工作状态。
对于不同特性的电路,匹配条件是不一样的。
在纯电阻电路中,当负载电阻等于激励源内阻时,则输出功率为最大,这种工作状态称为匹配,否则称为失配。
当激励源内阻抗和负载阻抗含有电抗成份时,为使负载得到最大功率,负载阻抗与内阻必须满足共扼关系,即电阻成份相等,电抗成份绝对值相等而符号相反。
这种匹配条件称为共扼匹配。
阻抗匹配(Impedance matching)是微波电子学里的一部分,主要用于传输线上,来达至所有高频的微波信号皆能传至负载点的目的,不会有信号反射回来源点,从而提升能源效益。
史密夫图表上。
电容或电感与负载串联起来,即可增加或减少负载的阻抗值,在图表上的点会沿著代表实数电阻的圆圈走动。
如果把电容或电感接地,首先图表上的点会以图中心旋转180度,然后才沿电阻圈走动,再沿中心旋转180度。
重覆以上方法直至电阻值变成1,即可直接把阻抗力变为零完成匹配。
共轭匹配在信号源给定的情况下,输出功率取决于负载电阻与信号源内阻之比K,当两者相等,即K=1时,输出功率最大。
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应用对偶特性时应注意:如果变量是对偶的,则 公式与曲线形状是相同的,若变量相同,则曲线形 状相反。
3.2.3 实际并联回路与有载Q
本节讨论一个有损耗的实际线圈用于谐 振回路以及当并联谐振回路接在电路中,负 载和信号源内阻对其发生的影响。
(1)串并联支路阻抗互换
图1.2.8(a)中的电阻rS 与电抗Xs串联支 路变换成图(b)电阻RP与电抗Xp并联支路。 对图(a)有
• 3) 矩形系数。 并联谐振回路的矩形系数为 BW0.1 K0.1 9.96 BW3dB
对简单并联谐振回路,宽通频带和高选择 性这是对矛盾,不能兼顾。
(2)相频特性
根据公式(1.2.9)画出相频特性如下图所示。
分析并联回路的相频特性有: 1)谐振时,回路呈纯电阻,输出电压与信号 电流源同相。 2)失谐时,当频率 低于谐振频率时,回 路阻抗呈感性;当频 率低于谐振频率,回 路阻抗呈容性。
1.并联谐振回路
Y ( ) G jc
1 jL (1.2.1)
(1.2.2)
1 0 2f 0 Lc
并联谐振回路特点:
1)阻抗特性。 回路谐振时,回路的感抗与容抗大小相等,极性 相反,互相抵消,回路导纳最小。
回路特性阻抗
1 Y (0 ) G R
1 0 L 0c
2
归一化选频特性曲 线如侧图所示。
由该归一化特性可以得出以下几点结论: 1)选择性 回路的Q值越高,选择性越好
BW3dB f0 2f Q
1 BW3dB Q f0
2)通频的Q值越 高。即在很高的频率时,窄带选频回路要求 极高的Q。
(1.2.3)
2)电压特性。 谐振时回路两端的电压最大,并与信号电流同相。
I R V 0 0
• 3)品质因数。回路品质因数描述了回路的 储能与它的耗能之比。定义为
由于 ,则对图1.2.1所示的并联谐振回路, G若视为回路的损耗,其品质因数为
一个由有耗的空心线圈和电容组成的回路的 Q值大约是几十到一、二百。
2
0
P
P L
2
0
r
P
1 Cr 2 Cr 2 1 1 0 1 0 1 2 LC L L Q0
.
.
.
.
-----广义失谐
当信号频率位于谐振频率附近时,有:
可以看出当输入信号频率不在谐振频率时, 输出电压的幅度和相位都发生变化。
(1)幅频特性
实际频率对应的输出电压幅度与谐振时的 输出电压幅度之比称为谐振回路的归一化选 频特性: V ( ) 1
S V (0 ) 2 1 Q 0
选频网络(滤波器)主要指标:
1.中心频率f0。在此频率点其传输系数最大 2.通频带BW3dB。传输系数下降为中心频率f0对 应值的 (-3dB)时对应的上下限的频率之差 3.带内波动。通频带内传输系数的最大波动值 4.选择性(或称带外衰减) 矩形系数:描述实际滤波器接近理想滤波器矩 形的程度
K 0.1
• 4)电流特性。谐振时,流过电感L和电容C 的电流相等,方向相反,且均为信号电流的 Q倍。
2. 串联谐振回路
串联谐振回路如图1.2.3所示。 根据电路分析中的对偶定理, 对偶关系如下:串联—并联, L—C,C—L,G—r,V—I 分别对偶,所以可以直接将 上面的并联谐振回路的特性 推广到串联谐振回路中,串、 并联特性对照表见表1.2.1 所示。
第三章 选频回路与阻抗匹配
(书中第一章)
电子科技大学 游长江
本章主要介绍选频与阻抗变换等方 面的基础知识。
它们是射频系统需要考虑的两个很重要的功 能电路(器件),广泛应用于放大、振荡、调 制与解调等各个单元电路中。 在射频系统中常采用无源网络来实现这些功能
3.1 选频回路的指标
• 典型选频网络的传输特性如图1.1.1所示, 分为幅频特性和相频特性两个方面。
3)相频特性曲线的斜率
d 2Q | 0 d 0
相频特性呈负斜率,且Q越高,斜率越大, 曲线越陡。 4)线性相频范围 当
6
0 2Q 0
相频特性近似呈线性关系。可见线性 相频范围与Q成反比
2.串联回路的选频特性
应用串并联对偶特性可得之
1.2.2 选频特性
选频特性------不同频率的输入信号通过回 路的能力。 并联谐振回路 并联谐振回路的选频特性如下:
IS IS IS G V ( ) V ( ) Y ( ) G j (C 1 ) 1 jQ( 0 ) 1 j L 0
.
BW0.1 BW 2
5.插入损耗。插入损耗定义为通频带内滤波器输入 与输出功率之比。
P in L P out
6.输入输出阻抗。Rin、Rout 7.相频特性。 群延时
d ( ) d
3.2 LC串并联谐振回路
射频通信电路中的选频电路,都是基于(等 效)电感L与电容C的串/并联回路。它们除具 有选频功能外,还可以进行阻抗变换。
z rs jX s
对图(b)有
1 1 1 z R p jX p
两者阻抗等效
则实部、虚部分别相等,有
2 XS r X 2 RP rS 1 r 1 Q S rS r S 2 2 2 rS X S rS 1 XP X S 1 X 1 S 2 XS X Q S 2 S 2 S
Q
X S RP rS XP
等效并联支路的Q值。
从上面可以看到:进行串、并联转换后, 电抗与电阻值的大小都发生了变化,这就 为阻抗变换奠定了基础。
(2)实际并联回路分析
按照式(1.2.15)、(1.2.16),可将图 1.2.7(a)示的实际并联谐振回路化为图 1.2.7(b)所示的并联谐振回路。 由于等效,转换前后回路的谐振频率保持 L 不变,有: L L r Q 1