高频电子线路第二版第2章高频基础电路.ppt
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高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 第第2 2章章 高频基础电路高频基础电路 本章本章教学基本要求教学基本要求 1.1.了解选频回路（滤波器）的种类及其在了解选频回路（滤波器）的种类及其在电路中的作用；掌握电路中的作用；掌握LC串、并联回路的组成、串、并联回路的组成、原理和特性原理和特性 2. 2.掌握几种常用的无源阻抗变换电路的结构、掌握几种常用的无源阻抗变换电路的结构、工作原理和分析设计方法工作原理和分析设计方法 3. 3.掌握掌握LC阻抗匹配网络的类型、原理及计阻抗匹配网络的类型、原理及计算方法 高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 本章本章教学教学内容内容 2.1 2.1 无源无源集总集总元件的电路模型及频率特性元件的电路模型及频率特性 2.2 2.2 LC串并联谐振回路串并联谐振回路 2.3 2.3 阻抗变换电路阻抗变换电路 2.4 2.4 信号的功率传输与匹配网信号的功率传输与匹配网络络 2.5 2.5 滤波器滤波器 高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 2.1 2.1 无源无源集总集总元件的电路模型及频率特性元件的电路模型及频率特性2.1.1 2.1.1 电阻器的电路模型及频率特性电阻器的电路模型及频率特性R为为电电阻阻; ;Ca为为电电阻阻引引脚脚极极板板间间等等效效电电容容; ; Cb为为引引线线间间的的电电容容; ;L为为电电阻阻引引线线电电感感。
显显然然，，分分布布电电容容和和引引线线电电感感越越小小，，则则电电阻阻的的高高频频特特性性越越好好在在实实际际应应用用时时，，要要选选用用分分布布电电容容和和引引线线电电感感尽尽可可能能小小的的即即高高频频特特性性好好的的电电阻阻，，即即需需要要根根据据电电路路工工作作频频率率的的高高低低选选用不同类型的电阻用不同类型的电阻 500Ω金属膜电阻 自谐振频率点自谐振频率点 高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 电电阻阻器器是是电电子子线线路路中中最最常常用用的的无无源源元元件件之之一一在在电电子子电电路路中中，，一一个个或或多多个个电电阻阻可可构构成成降降压压或或分分压压电电路路用用于于有有源源器器件件的的直直流流偏偏置置，，也也可可作作为为直直流流或或电电子子电电路路的负载电阻完成某些特定功能的负载电阻完成某些特定功能 电阻电阻的主要的主要类型：类型： 高密度碳介质合成的碳膜电阻高密度碳介质合成的碳膜电阻；； 鎳或其它材料的线绕电阻鎳或其它材料的线绕电阻；； 温度穏定材料的金属膜电阻温度穏定材料的金属膜电阻；； 铝或铍基材料薄膜片的表面贴装（铝或铍基材料薄膜片的表面贴装（SMD）电阻。
电阻 高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 电阻的高频特性与制作电阻的材料、电阻的封装电阻的高频特性与制作电阻的材料、电阻的封装形式和尺寸大小有密切关系一般来说，形式和尺寸大小有密切关系一般来说，金属膜电阻金属膜电阻比碳膜电阻的高频特性要好比碳膜电阻的高频特性要好；碳膜电阻比线绕电阻的；碳膜电阻比线绕电阻的高频特性要好；高频特性要好；表面贴装（表面贴装（SMD）电阻比上述引线电）电阻比上述引线电阻的高频特性要好阻的高频特性要好；小尺寸电阻比大尺寸电阻的高频；小尺寸电阻比大尺寸电阻的高频特性要好特性要好 当工作频率为高频时，可选用金属膜电阻和表面贴当工作频率为高频时，可选用金属膜电阻和表面贴装（装（SMD）电阻 表面贴装（表面贴装（SMD）电阻，尺寸小且无引线，其高）电阻，尺寸小且无引线，其高频特性好，多用于射频频段频特性好，多用于射频频段 高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 2.1.2 2.1.2 电电容容器的电路模型及频率特性器的电路模型及频率特性n C 为理想电容、为理想电容、L为引为引线和极板间等效电感线和极板间等效电感, , RS为引线的导体损耗电为引线的导体损耗电阻阻, ,Ge为介质损耗电导。
为介质损耗电导由于制造工艺的提高与由于制造工艺的提高与介质材料的优化，多数介质材料的优化，多数电容器在工作频率较低电容器在工作频率较低的频段，引线和极板间的频段，引线和极板间等效电感、引线的导体等效电感、引线的导体损耗电阻和介质损耗电损耗电阻和介质损耗电导的影响可以忽略，可导的影响可以忽略，可认为是一个理想电容认为是一个理想电容 47pF电容的阻抗频率特性 自谐振频率点自谐振频率点 高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 工作频率低于几百工作频率低于几百MHz时，电容器可近似为理想时，电容器可近似为理想电容电容 隨着频率的增大，等效的引线与介质损耗电阻不隨着频率的增大，等效的引线与介质损耗电阻不能忽略，引线与极板等效电感的影响也不能忽略，电能忽略，引线与极板等效电感的影响也不能忽略，电容的阻抗的绝对值减小，但仍显容抗值容的阻抗的绝对值减小，但仍显容抗值即即工作频率工作频率小于自谐振频率时，可作为电容应用；小于自谐振频率时，可作为电容应用； 当当工作频率等于自谐振频率时，电容等效为串联工作频率等于自谐振频率时，电容等效为串联谐振，阻抗最小；谐振，阻抗最小； 当当工作频率大于自谐振频率后工作频率大于自谐振频率后，等效电感影响加，等效电感影响加大，阻抗值增大为电感应用区，大，阻抗值增大为电感应用区，电容等效为电感电容等效为电感。
不同介质材料的电容器的阻抗频率特性不同，不不同介质材料的电容器的阻抗频率特性不同，不同电容值的电容器自谐振频率不相同同电容值的电容器自谐振频率不相同 高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 工作频率在几百工作频率在几百kHz～几百～几百MHz的频率段的频率段宜选用宜选用高频陶瓷电容、云母电容和金属化聚丙烯电容，用高频陶瓷电容、云母电容和金属化聚丙烯电容，用表面贴装式或插装式都能满足损耗很小表面贴装式或插装式都能满足损耗很小，可认为是，可认为是理想电容理想电容 工作频率进入射频频段宜选用片式多层陶瓷电工作频率进入射频频段宜选用片式多层陶瓷电容器、片式塑封交流瓷介电容器和片式有机薄膜电容器、片式塑封交流瓷介电容器和片式有机薄膜电容器但电容器的电容值不一定是理想值但电容器的电容值不一定是理想值 射频电路中经常需要旁路、电源去耦滤波和射射频电路中经常需要旁路、电源去耦滤波和射频接地等辅助电路，通常可以利用电容器具有自谐频接地等辅助电路，通常可以利用电容器具有自谐振频率的特点来实现。
振频率的特点来实现 高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学2.1.3 2.1.3 电电感感器的电路模型及频率特性器的电路模型及频率特性 L为理想电感,Cs为电感线间的分布电容,Rs为电感本身的损耗电阻自谐振频率，由L与Cs并联确定在工作频率低于自谐振频率之前，由于集肤效应，损耗电阻隨频率增加而显著增大，使等效阻抗升高很快可见在工作频率低于自谐振频率的范围为电感应用区相反，当工作频率高于自谐振频率时，分布电容Cs影响显著，显示电容特性 电感的阻抗频率特性 自谐振频率点自谐振频率点 高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学n电感器的成品类型较多，可以满足从低频到高频以及射频的不同需求在一般情况下，骨架为铁氧体的片式电感器仅限于在中、低频段工作，而骨架材料是铝、陶瓷或空心的片式电感器则可以在高频(HF) 段、甚高频(VHF) 段或超高频(UHF)段工作适用于HF和VHF段的电感器电感量一般为0.1～1000μH, 适用于UHF段的电感器电感量一般为1.5～100nHn对于工作频率在几百kHz～几百MHz范围內的高频电子线路来说, 电感器的选取或自制都应该使电感器的自谐振频率尽可能高, 即分布电容很小, 且品质因数要高。
在这样的条件下，电感器可忽略分布电容的影响，等效为电感与自损耗电阻串联 高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学2.2 2.2 LC串并联谐振回路串并联谐振回路2.2.1 2.2.1 电感电感、、电容电容元件元件的高频等效的高频等效 1.1.电感电感的高频等效的高频等效 ( (在几百在几百kHz～几百～几百MHz) ) 等效为理想电感与损耗电阻串联等效为理想电感与损耗电阻串联, ,如图如图(b)(b) 2.2.电容的高频等效电容的高频等效( (在几百在几百kHz～几百～几百MHz) ) 等效为理想电容等效为理想电容并联形式并联形式 高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学2.2.2 2.2.2 串联谐振回路串联谐振回路 1.1.无负载电阻的串联谐振回路无负载电阻的串联谐振回路 回路的阻抗回路的阻抗 ；；回路电阻回路电阻 谐振频率谐振频率 回路品质因数回路品质因数 为空载品质因数为空载品质因数 高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 2.有有负载电阻的串联谐振回路负载电阻的串联谐振回路 回路的阻抗回路的阻抗 回路电阻回路电阻 谐振频率谐振频率 回路品质因数回路品质因数 高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 流过电路的电流流过电路的电流谐振时，流过电路电流最大谐振时，流过电路电流最大 称为谐振电流。
称为谐振电流 相对电流为相对电流为相对幅频特性相对幅频特性 相对相频特性相对相频特性 高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 串联谐振的相对幅频特性与相频特性串联谐振的相对幅频特性与相频特性阻抗特性阻抗特性 等效纯电阻等效纯电阻 等效感抗等效感抗 等效容抗等效容抗相对幅频特性相对幅频特性 相对相频特性相对相频特性 高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学2.2.3 2.2.3 并联谐振回路并联谐振回路 1.1.无负载电阻的并联谐振回路无负载电阻的并联谐振回路 并联回路的导纳并联回路的导纳 高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学并联谐振回路谐振频率并联谐振回路谐振频率 其中其中, , 为回路无阻尼振荡频率为回路无阻尼振荡频率 为回路的空载品质因数为回路的空载品质因数 当当 时时, , ；； 较低时较低时, , 。
满足满足 条件时条件时谐振电阻谐振电阻 高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 2.2.有负载电阻的并联谐振回路有负载电阻的并联谐振回路在在 的条件下的条件下, , 而回路电阻为而回路电阻为 和和 并联并联并联回路的导納为并联回路的导納为 高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学有载品质因数有载品质因数 并联谐振回路的并联谐振回路的阻抗的模及相角阻抗的模及相角 高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 时回路谐振，为时回路谐振，为纯电阻，其阻值最大为纯电阻，其阻值最大为 ； 时，时，回路呈容抗特性回路呈容抗特性 ； 时，时，回路呈感抗特性回路呈感抗特性 相对幅频特性相对幅频特性 相对相频特性相对相频特性 高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 2.3 2.3 阻抗变换电路阻抗变换电路2.3.1 2.3.1 串并联阻抗的等效互换串并联阻抗的等效互换““等效等效””是指在工作频率是指在工作频率 相同相同 的条件下，的条件下，AB两端的阻抗相等两端的阻抗相等。
串联回路的品质因数串联回路的品质因数 , ,可得可得 为并联回路的品质因数为并联回路的品质因数 高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 可得 即即 当当 时时 串联电路转换为等效并联电路后，串联电路转换为等效并联电路后， 为串联电路为串联电路 的的 倍，倍，而而 与串联电路与串联电路 相同，保持不变相同，保持不变 高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学2.3.2 2.3.2 并联谐振回路的耦合连接与阻抗变换并联谐振回路的耦合连接与阻抗变换 1.1.变压器耦合连接的阻抗变换变压器耦合连接的阻抗变换 变压器耦合连接形式，因为变压器耦合连接形式，因为L1与与L2是绕在同一磁芯是绕在同一磁芯上，是紧耦合，可认为是理想变压器上，是紧耦合，可认为是理想变压器 二次侧负载电阻二次侧负载电阻RL得到的功率为得到的功率为P2，即一次侧提供，即一次侧提供给二次侧给二次侧RL的功率的功率P1等于等于P2。
, , 高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 2.2.自耦变压器耦合连接的阻抗变换自耦变压器耦合连接的阻抗变换 设设ac的圈数为的圈数为N1，， cb圈数为圈数为N2，， 总圈数为总圈数为N1+ N2则 自耦变压器耦合连接方式适用于与晶体管的连接，自耦变压器耦合连接方式适用于与晶体管的连接，它除了能实现阻抗变换外，还能为晶体管的集电极提它除了能实现阻抗变换外，还能为晶体管的集电极提供直流通路供直流通路 高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 自耦变压器耦合连接自耦变压器耦合连接采用电感与互感表示的形式采用电感与互感表示的形式 ac两端电感为两端电感为L1 , ,cb两端电感为两端电感为L2 , , 两电感线圈的互感两电感线圈的互感为为M, 同名端如图所示同名端如图所示, , 则则ac两端总感抗为两端总感抗为L1+ M, cb两两端总感抗为端总感抗为L2+ M将将L2+ M和和RL并联支路等效为串联支路并联支路等效为串联支路, ,在在 条件下条件下, , X不变,为 ,而 高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 再将再将RLS与与L1+L2+2M串联支路等效为并联支路串联支路等效为并联支路, , 在串在串联支路的联支路的 条件下条件下, ,等效后的电感值不变仍为等效后的电感值不变仍为L1+L2+2M, , 而电阻为而电阻为 因为在磁芯、线圈半径、导线等相同的条件下, 电感线圈的电感量 , , 。
两种表示方式的结论是一致的 高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 3.3.双电容分压耦合连接的变比关系双电容分压耦合连接的变比关系n首先将首先将RL与与C2组成的并联支路等效为串联支路组成的并联支路等效为串联支路, , 在在 条件下条件下, ,X不变，即不变，即C2不变，电阻不变，电阻RLS为为n再将再将RLS、、C1、、C2组成的串联支路等效为并联支路组成的串联支路等效为并联支路, , 在在 条件下条件下, ,C1、、C2仍串联不变，而电阻为仍串联不变，而电阻为 高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 因为，因为，C= C1 C2／(C1+ C2)，所以，所以 4. 4.接入系数与变换关系接入系数与变换关系 接入系数接入系数p定义为定义为负载负载RL两端电压两端电压（变换前负载电（变换前负载电压）压）与等效负载两端电压与等效负载两端电压（变换后等效负载电压）（变换后等效负载电压）之之比比 高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 根据根据定义定义，将电压比，将电压比 / / 变换为变换为变压器的变压器的线圈圈数线圈圈数比比( (或或容抗容抗、、感抗感抗比比), ), 则令则令p为为则变换关系为则变换关系为 高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学例例1 1：： 例例2 2：： 高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学例例3 3：：例例4 4：： 高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学例5： 高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学2.3.3 2.3.3 回路耦合连接的插入损耗回路耦合连接的插入损耗 理想的电感、电容是纯电抗理想的电感、电容是纯电抗, , 本身不含损耗电阻本身不含损耗电阻, , 理想的谐振回路在传送能量的过程中是不消耗能量的理想的谐振回路在传送能量的过程中是不消耗能量的。
在实际电路中电感电容不是理想元件在实际电路中电感电容不是理想元件, , 回路本身回路本身总存在总存在损耗损耗电阻电阻, ,信号源通过有损谐振回路传送能量时信号源通过有损谐振回路传送能量时必然会产生损耗必然会产生损耗, , 这就是插入损耗这就是插入损耗 回路的损耗应包含：回路的损耗应包含： ①①高频频段电感线圈的损耗电阻高频频段电感线圈的损耗电阻；； ②②射频频段的高端射频频段的高端, , 电容器的损耗电阻电容器的损耗电阻；； ③③回路两端并接的电阻回路两端并接的电阻( (例如扩展谐振放大器频带例如扩展谐振放大器频带宽的电阻宽的电阻) )但不是负载电阻但不是负载电阻 高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 回路插入损耗的定义回路插入损耗的定义：：是是回路有损耗时负载回路有损耗时负载 上获得的上获得的功率功率 和和回路无损耗时负载回路无损耗时负载 上获得的功率上获得的功率 之比之比 为为 时负载时负载 上获得的功率上获得的功率 而而 高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 因为 所以 用dB表示 高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学2.42.4 信号的功率传输与匹配网 信号的功率传输与匹配网络络 2.4.1 2.4.1 信号源到负载的功率传输信号源到负载的功率传输 负载阻抗为负载阻抗为 RL为负载电阻；为负载电阻；XL为负载电抗。
为负载电抗 源阻抗为源阻抗为 RS为源电阻；为源电阻；XS为源电抗为源电抗 电抗电抗XS和和XL可以是感抗或容抗，在一个高频信号可以是感抗或容抗，在一个高频信号周期内的平均功耗为周期内的平均功耗为0,0,并没有消耗功率并没有消耗功率信号源的功信号源的功率只能被传输到负载电阻率只能被传输到负载电阻RL上上信号源传输到负载电信号源传输到负载电阻阻RL上的功率为上的功率为 高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 I 是流过负载电阻上的电流（有效值）是流过负载电阻上的电流（有效值）, , 可得可得 2.4.2 2.4.2 无相移的最大功率传输无相移的最大功率传输 获得最大获得最大 的特定条件是的特定条件是 或或 达到最大极值的条件是达到最大极值的条件是 , ,可求得可求得 高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 可得可得 称为称为共轭阻抗匹配共轭阻抗匹配, , 或简称为或简称为阻抗匹配阻抗匹配。
共轭阻抗匹配不仅实现了功率的最大传输，共轭阻抗匹配不仅实现了功率的最大传输，而且消而且消除了功率从信号源到负载传输过程中的相移除了功率从信号源到负载传输过程中的相移这是由于这是由于共轭阻抗匹配之后在整个信号源到负载回路中只包含纯共轭阻抗匹配之后在整个信号源到负载回路中只包含纯电阻在共轭阻抗匹配条件下，传输到负载的最大功率在共轭阻抗匹配条件下，传输到负载的最大功率是是 高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 2.4.3 2.4.3 阻抗匹配网络的要求与分类阻抗匹配网络的要求与分类 信号源阻抗和负载阻抗不一定正好共轭匹配信号源阻抗和负载阻抗不一定正好共轭匹配, , 即即 因此信号源和负载之间必须插入阻抗匹配网络因此信号源和负载之间必须插入阻抗匹配网络，，满满足共轭阻抗匹配条件足共轭阻抗匹配条件, , 实现信号源到负载无相移最大功实现信号源到负载无相移最大功率传输 阻抗匹配网络分为有源匹配网络和无源匹配网络两类。
阻抗匹配网络分为有源匹配网络和无源匹配网络两类 高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 有源匹配网络是由有源和无源器件组成，例如射极有源匹配网络是由有源和无源器件组成，例如射极输出器、源极输出器和缓冲器等输出器、源极输出器和缓冲器等而无源匹配网络通常无源匹配网络通常釆用无源元件（电容和电感）組成釆用无源元件（电容和电感）組成 在满足阻抗匹配时在满足阻抗匹配时, , 无源阻抗匹配网络的基本类型无源阻抗匹配网络的基本类型分为分为L型匹配网络型匹配网络、、π型匹配网络型匹配网络和和T型匹配网络型匹配网络这三种基本类型匹配网络这三种基本类型匹配网络都是以信源阻抗为纯电阻，负载阻抗为纯电阻进行阻抗都是以信源阻抗为纯电阻，负载阻抗为纯电阻进行阻抗匹配分析对于实际不为純电阻的信源和负载电路，可匹配分析对于实际不为純电阻的信源和负载电路，可将电抗部分包含到匹配网络中去，只采用纯电阻将电抗部分包含到匹配网络中去，只采用纯电阻进行匹进行匹配计算网络参数，然后根据实际电路扣除信源和负载的配计算网络参数，然后根据实际电路扣除信源和负载的电抗部分。
电抗部分 高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学R 2.4.4 2.4.4 L型匹配网络型匹配网络 1. R2 ＜R1 的的L型匹配网络型匹配网络 X1 和和X2是电抗，两者电抗性质相反，是电抗，两者电抗性质相反，一个是感抗一个是感抗另一个必须是容抗另一个必须是容抗利用电抗与电阻串并联等效互换的利用电抗与电阻串并联等效互换的关系可以求得匹配网络参数的表示式关系可以求得匹配网络参数的表示式 将将 X2和和R2的串联支路等效为的串联支路等效为 和和 的并联电路的并联电路，，然后与然后与 X1再并联再并联 和和 的计算式为的计算式为 高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 在在 与与 、、 并联后并联后，要完成，要完成阻抗匹配必须满足阻抗匹配必须满足 ； ； 可得可得 ＜＜ 时，时，已知工作频率已知工作频率 、、 和和 的阻抗匹配的阻抗匹配网络的计算式网络的计算式 高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 R1>R2阻抗匹配网络的计算式怎样应用阻抗匹配网络的计算式怎样应用? 分析时用了串并联等效互换的关系,得到相应结果 关鍵是必须满足阻抗匹配条件必须满足阻抗匹配条件 由R1与R2决定Q,然后由串联支路计算X2 ,由并联支路计算X1。
关鍵式 高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 例2.4.1 已知信源的工作频率为10MHz，信源输岀电阻Ro=280Ω，负载电阻RL=50Ω试计算L型匹配网络参数值 (注意：Ro对应R1,RL对应R2 ) 题意分析：因为RL＜Ro ,只能采用下图电路形式 解题可先设X1为感抗,则X2必为容抗或设X1为容抗,则X2必为感抗)以确定电路形式 由R1与R2决定Q,然后由串联支路计算X2 ,由并联支路计算X1 高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 解： 1.设 为感抗，则 为容抗， (1) (2) 与RL串联支路,Q=X2/RL,则 (3) 与Ro并联支路,Q=Ro/X1,则 高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 2.设 为容抗，则 为感抗， (1) (2) 与RL串联支路,Q=X2/RL,则 (3) 与Ro并联支路,Q=Ro/X1,则 高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 2.2.R2>R1的的L型匹配网络型匹配网络 X1和和 X2是电抗，两者电抗性质相反是电抗，两者电抗性质相反，，一个是感抗一个是感抗另另一个必须是容抗一个必须是容抗。
利用电抗与电阻串并联等效互换的关利用电抗与电阻串并联等效互换的关系可以求得匹配网络参数的表示式系可以求得匹配网络参数的表示式 将将 X2和和R2的并联支路等效为的并联支路等效为 和和 的串联电路，的串联电路，然然后与后与 X1再串联再串联 和和 的计算式为的计算式为 ； ； 高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 在在 与与 、、 串联后串联后，要完成，要完成阻抗匹配必须满足阻抗匹配必须满足 可得可得R2>R1 时，时，已知工作频率已知工作频率 、、 和和 的阻抗匹配的阻抗匹配网络的计算式网络的计算式 高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 同理,R2>R1阻抗匹配网络的计算式怎样应用阻抗匹配网络的计算式怎样应用? 分析时用了串并联等效互换的关系,得到相应结果 关鍵是必须满足阻抗匹配条件必须满足阻抗匹配条件 由R1与R2决定Q,然后由并联支路计算X2 ,由串联支路计算X1。
关鍵式关鍵式 高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 L型匹配网络的特点型匹配网络的特点：： (1) (1)电路简单电路简单, ,易于调节易于调节 (2) (2)匹配网络匹配网络品质因数品质因数 , ,由由R1 1和和R2 2决决定定, ,是固定值是固定值 (3)L型匹配网络的总有载品质因数型匹配网络的总有载品质因数QL为为 Q/2则则L型匹型匹配网络的通频带宽为配网络的通频带宽为 在在R1 1和和R2 2确定后，确定后，L型匹配网络的型匹配网络的Q值是不可任意值是不可任意选择的，这样就有可能不满足滤波性能的要求选择的，这样就有可能不满足滤波性能的要求 高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 2.4.5 2.4.5 π型匹配网络型匹配网络 一个一个π型匹配网络可将型匹配网络可将XS分成两部分分成两部分 π π型网络就变成了两个型网络就变成了两个L型网络型网络, ,①负载电阻负载电阻R2经经XP2和和 XS2向左变换为中间假想电阻向左变换为中间假想电阻Rinter, , 必满足必满足Rinter ②②信源电阻信源电阻R1经经XP1和和XS1向右变换为中间假想电阻向右变换为中间假想电阻Rinter, , 必满必满足足Rinter 当当R2>R1时，时，则则Q2>Q1，，应选应选Q2=Qmax从从R2端开始进行端开始进行网络参数计算网络参数计算 π型网络的电路参数计算式为型网络的电路参数计算式为 (1) (1)R2>R1时时, ,从从R2端开始计算端开始计算, ,选定选定Q2应满足应满足 , , 则则 高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 (2) (2)R1>R2时时, ,从从R1端开始计算端开始计算, ,选定选定Q1应满足应满足 , ,则则 ππ型匹配网络具有阻抗匹配和选频的功能型匹配网络具有阻抗匹配和选频的功能, , 最基本最基本的组成是的组成是由由两个感抗和一个容抗两个感抗和一个容抗或或两个容抗和一个感抗两个容抗和一个感抗构成构成，，ππ型匹配网络型匹配网络共有六种基本电路形式共有六种基本电路形式 高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 π型网络的型网络的6种基本形式种基本形式：： (a)、(b) R1、R2 无限无限定条件定条件 (c)、(d)限定条件限定条件 R2>R1 (e)、(f)限定条件限定条件 R1>R2 高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 (a)典型电路典型电路1 1 将将XSL等效为等效为 , ,等效电路如图等效电路如图(b)。 计算匹配网络参数从电阻大的一端开始计算匹配网络参数从电阻大的一端开始, ,并并根据需根据需要设其品质因数要设其品质因数为最大值为最大值, ,需满足需满足 高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 例例2.4.22.4.2已知信源电阻已知信源电阻R1=20Ω, , 负载电阻负载电阻R2=120Ω, , 工作频率工作频率f=5MHz, , 通频带为通频带为1.2MHz设计一个设计一个ππ型匹型匹配网络 解：设解：设设计匹配网络设计匹配网络的关鍵依据的关鍵依据 高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 因为通频带要求因为通频带要求 , ,则则 由于由于R2>R1, ,从从R2端开始计算端开始计算, ,选取选取 , ,满足满足 中间电阻中间电阻 高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 负载端负载端L型网络的型网络的C2和R2并联支路并联支路Q2= =R2/ /XPC2,则 负载端负载端L型网络的型网络的L2和Rinter串联支路串联支路Q2= =XSL2/ /Rinter,则 信源端信源端L型网络的型网络的Q值值 高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 信源端信源端L型网络的型网络的R1和和C1并联支路并联支路Q1= =R1/ /XPC1,则 信源端信源端L型网络的型网络的L1和和Rinter串联支路串联支路Q1= =XSL1/ /Rinter,则 π型匹配网络的总电感型匹配网络的总电感 高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 (b)典型电路典型电路2 2的等效的等效 (c)(d)电路的等效电路的等效( (R2>R1) 高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 (e)(f)电路的等效电路的等效( (R1>R2) 高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 2.4.6 2.4.6 T型匹配网络型匹配网络 T型匹配网络可将型匹配网络可将XP分成两部分分成两部分, ,即即1/XP =1/XP1+1/XP2, 变成了两个变成了两个L型网络型网络。 一个一个L型网络是型网络是负载电阻负载电阻R2经经XS2和和XP2向左变换为中向左变换为中间假想电阻间假想电阻Rinter, , 必满足必满足Rinter> R2 另一个另一个L型网络是型网络是信源电阻信源电阻R1经经XS1和和XP1向右变换为向右变换为中间假想电阻中间假想电阻Rinter, , 必满足必满足Rinter> R1 满足两个中间电阻相等就能实现阻抗匹配满足两个中间电阻相等就能实现阻抗匹配 高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 ①①由由XS2和和XP2组成的组成的L型网络的型网络的Q为为 ②②由由XS1和和XP1组成的组成的L型网络的型网络的Q为为 Q1或或Q2要根据要根据匹配网络通频带匹配网络通频带的技术要求的技术要求, , 由设计由设计者自行设定者自行设定 ① ①当当R1>R2时，则时，则 Q1 始进行网络参数计算 高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 T型网络的电路参数计算式为 (1) (1)当当R1>R2时，从时，从R2端开始计算端开始计算, ,选取选取Q2=Qmax应满足应满足 则则 ① ② 高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 (2) (2)当当R1 题意分析：关键是Qmax的选取,有通频带要求,则由通频带确定,Qmax =2QL= 没有通频带要求,可自选但都必须满足 设L为L1和L2并联,即 高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 解：对于T型网络,R1>R2时Q2>Q1,从R2端开始计算 满足 的条件 (1)负载端C2和R2串联支路,Q2=XC2/R2,则 (2)负载端L2和Rinter并联支路,Q2=Rinter/XL2,则 高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 (3)信源端L型网络的Q1 (4)信源端C1和R1串联支路,Q1=XC1/R1,则 (5)信源端L1和Rinter并联支路,Q1=Rinter/XL1,则 高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 (6)总电感L 高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 2.5 2.5 滤波器滤波器 2.5.1 2.5.1 滤波器的分类及功能滤波器的分类及功能 滤波器是根据某一特定的性能要求实现对信号的频滤波器是根据某一特定的性能要求实现对信号的频谱进行处理的电路。 谱进行处理的电路 (1) (1)按频率特性可分为按频率特性可分为低通低通、、高通高通、、带通带通和和带阻带阻滤波器滤波器 高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 (2) (2)按所用器件的特点可分为按所用器件的特点可分为无源滤波器无源滤波器和和有源滤波器有源滤波器 无源滤波器是由无源器件构成，例如电感和电容组无源滤波器是由无源器件构成，例如电感和电容组成的成的LC滤波器，电阻和电容组成的滤波器，电阻和电容组成的RC滤波器，利用石滤波器，利用石英晶体构成的晶体滤波器还有陶瓷滤波器和声表面滤英晶体构成的晶体滤波器还有陶瓷滤波器和声表面滤波器等 有源滤波器指在所构成的滤波器中含有放大器等有有源滤波器指在所构成的滤波器中含有放大器等有源电路，例如源电路，例如RC滤波器、开关电容滤波器等滤波器、开关电容滤波器等 (3)按处理的信号形式可分为模拟滤波器、数字滤波器和按处理的信号形式可分为模拟滤波器、数字滤波器和抽样数据滤波器等抽样数据滤波器等 高频电路中目前应用较多的是高频电路中目前应用较多的是无源滤波器中的无源滤波器中的LC滤滤波器波器、、晶体滤波器晶体滤波器、、陶瓷滤波器陶瓷滤波器和和声表面滤波器声表面滤波器等，主等，主要用于实现带通滤波和低通滤波。 要用于实现带通滤波和低通滤波 高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 2.5.2 2.5.2 LC 滤波器滤波器 由无源元件电感器和电容器组成的最基本的滤波器由无源元件电感器和电容器组成的最基本的滤波器它是一种处理模拟信号的滤波器，它是一种处理模拟信号的滤波器，可以设计成低通、高可以设计成低通、高通、带通和带阻等类型的滤波器通、带通和带阻等类型的滤波器 虽然由分立元件电感器和电容器组成的虽然由分立元件电感器和电容器组成的LC滤波器滤波器体积较大，不适应射频、微波频段的需求，但是超小型体积较大，不适应射频、微波频段的需求，但是超小型和超轻量片式多层和超轻量片式多层LC滤波器等的研制成功，开辟了滤波器等的研制成功，开辟了LC滤波器在射频、微波频段应用的新领域，成为移动通信滤波器在射频、微波频段应用的新领域，成为移动通信等设备中使用的滤波器的重要选择等设备中使用的滤波器的重要选择 LC滤波器的物理概念清晰，理论分析严格，有大滤波器的物理概念清晰，理论分析严格，有大量工程设计数据表格提供使用，使其设计十分方便。 量工程设计数据表格提供使用，使其设计十分方便 LC滤波器的基本理论与计算方法是目前获得广泛滤波器的基本理论与计算方法是目前获得广泛应用的各种集成滤波器设计的主要基础应用的各种集成滤波器设计的主要基础 高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 LC并联谐振回路是最基本的带通滤波器并联谐振回路是最基本的带通滤波器，其负载电，其负载电阻和信源电阻将会直接影响带通滤波器的通频带宽实阻和信源电阻将会直接影响带通滤波器的通频带宽实际应用时会采用部分接入的方式际应用时会采用部分接入的方式用分立元件用分立元件LC并联谐并联谐振回路组成的带通滤波器振回路组成的带通滤波器, ,常用于选频放大器常用于选频放大器中中图(a)(a)是单调谐回路組成带通滤波是单调谐回路組成带通滤波, , 而图而图(b) (b) 是双调谐回路组是双调谐回路组成带通滤波成带通滤波, , 其中电容其中电容C3用于调两个谐振回路的耦合强用于调两个谐振回路的耦合强弱 高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 片式多层片式多层LC滤波器滤波器采用印刷工艺制成片式印制电采用印刷工艺制成片式印制电感线圈和印制电容器感线圈和印制电容器, , 然后叠积在一起然后叠积在一起, , 连接构成立体连接构成立体结构的结构的LC滤波器滤波器。 其特点是超小型其特点是超小型, , 既轻又薄；具有非既轻又薄；具有非常高的设计自由度常高的设计自由度, , 利用印制电感线圈和印制电容器利用印制电感线圈和印制电容器, , 可以设计岀各种各样的片式多层可以设计岀各种各样的片式多层LC滤波器滤波器, , 例如带通滤例如带通滤波器、低通滤波器和高通滤波器等通过改变印制电感波器、低通滤波器和高通滤波器等通过改变印制电感线圈和印制电容器的几何形状线圈和印制电容器的几何形状, , 可以改变滤波器的特性可以改变滤波器的特性结合用户的实际要求结合用户的实际要求, , 在很短的设计周期之内就可以设在很短的设计周期之内就可以设计出能满足用户要求的高性能片状多层结构计出能满足用户要求的高性能片状多层结构LC滤波器片状多层结构片状多层结构LC滤波器的频率覆盖范围从几十兆赫到滤波器的频率覆盖范围从几十兆赫到8GHz, , 任意选定某一频段都能设计岀不同特性并满足任意选定某一频段都能设计岀不同特性并满足用户要求的产品目前，国内有关公司和生产厂啇有多用户要求的产品目前，国内有关公司和生产厂啇有多种种LC滤波器成品（低通、高通、带通和带阻滤波器等）滤波器成品（低通、高通、带通和带阻滤波器等）可供不同频段选择使用可供不同频段选择使用。 高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 2.5.3 2.5.3 陶瓷滤波器与晶体滤波器陶瓷滤波器与晶体滤波器 1.1.陶瓷滤波器陶瓷滤波器 陶瓷滤波器是釆用压电陶瓷材料及工艺加工成压电陶瓷滤波器是釆用压电陶瓷材料及工艺加工成压电振子，利用振子极化后的压电效应及谐振特性制成的一振子，利用振子极化后的压电效应及谐振特性制成的一种对频率有选择作用的器件种对频率有选择作用的器件 陶瓷滤波器分为陶瓷滤波器分为带通滤波器带通滤波器和和带阻滤波器带阻滤波器两类 压电陶瓷带通滤波器简称为陶瓷滤波器；压电陶瓷压电陶瓷带通滤波器简称为陶瓷滤波器；压电陶瓷带阻滤波器被称作陶瓷陷波器带阻滤波器被称作陶瓷陷波器 陶瓷滤波器从陶瓷滤波器从结构和引脚分结构和引脚分为为二端二端和和三端三端两类 陶瓷滤波器等效品质因数很高陶瓷滤波器等效品质因数很高, , 体积小体积小, , 选择性好选择性好, , 可靠性高可靠性高, , 频率稳定特性好频率稳定特性好, , 广泛用于载波通信、无线广泛用于载波通信、无线移动通信、广播、电视、卫星、雷达等设备中。 移动通信、广播、电视、卫星、雷达等设备中 高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 (1)(1)两端陶瓷滤波器两端陶瓷滤波器 图图(a)(a)为符号为符号, , 图图(b)(b)为等效电路为等效电路, , 图图(c) (c) 为忽略为忽略rq后的后的 理想阻抗频率特性理想阻抗频率特性 二端陶瓷滤波器有二端陶瓷滤波器有两个谐振频率两个谐振频率即串联谐振频率串联谐振频率ωq和和并联谐振频率并联谐振频率ωp 等效短路；等效短路； 等效容抗；等效容抗； 等效感抗；等效感抗； 等效容抗等效容抗 高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 二端陶瓷滤波器正是利用二端陶瓷滤波器正是利用 时等效为短路元件时等效为短路元件的特点实现滤波的特点实现滤波 (2)(2)三端陶瓷滤波器三端陶瓷滤波器 由多个二端陶瓷滤波器串并联組成由多个二端陶瓷滤波器串并联組成L型或型或T型滤波网络型滤波网络。 图图(b) (b) 是由是由两个二端陶瓷滤波器串并联組成的两个二端陶瓷滤波器串并联組成的L型型带通陶瓷滤波器带通陶瓷滤波器图(c) (c) 是由是由五个二端陶瓷滤波器串并五个二端陶瓷滤波器串并联組成的联組成的T型带通陶瓷滤波器型带通陶瓷滤波器, , 这种电路的输入与输出这种电路的输入与输出端的特性可以设计制作完全相同的对称网络端的特性可以设计制作完全相同的对称网络, , 即输入端即输入端与输岀端可以互换与输岀端可以互换 高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 2. 2. 晶体滤波器晶体滤波器 晶体滤波器与陶瓷滤波器的性质相同晶体滤波器与陶瓷滤波器的性质相同, ,也是利用压也是利用压电效应实现谐振电效应实现谐振, , 晶体与陶瓷都可等效为晶体与陶瓷都可等效为RLC谐振回路谐振回路 陶瓷滤波器的品质因数比陶瓷滤波器的品质因数比LC滤波器高滤波器高, , 约约10102量级 晶体滤波器比陶瓷滤波器的品质因数要高很多晶体滤波器比陶瓷滤波器的品质因数要高很多, , 约约超超10104量级。 量级 陶瓷滤波器陶瓷滤波器和和晶体滤波器在滤波器的结构、性能和晶体滤波器在滤波器的结构、性能和应用方法上相同应用方法上相同, , 晶体滤波器的选频特性更好晶体滤波器的选频特性更好, , 通带更通带更窄窄, , 价格比陶瓷滤波器要高些价格比陶瓷滤波器要高些 高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 2.5.4 2.5.4 声表面波滤波器声表面波滤波器 声表面波滤波器声表面波滤波器(SAWF)是利用压电效应和声表面波是利用压电效应和声表面波(SAW)传播的物理特性制成的对频率有选择性的一种无传播的物理特性制成的对频率有选择性的一种无源器件，它是声学的表面波理论、压电学研究成果和微源器件，它是声学的表面波理论、压电学研究成果和微电子技术相結合的成果电子技术相結合的成果 SAWF常见符号常见符号 横向型横向型SAWF的基本结构的基本结构 高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 声表面波滤波器的主要特点是声表面波滤波器的主要特点是(1)(1)工作频率范围宽工作频率范围宽, , 可达可达10MHz～3GHz, ,相对带宽较宽相对带宽较宽, , 可做到百分之几到可做到百分之几到百分之几十。 百分之几十2)(2)选频性能很好选频性能很好, ,矩形系数可达到矩形系数可达到1.1～2, , 抑制高次谐波、镜频干扰、邻近频道干扰以及寄生抑制高次谐波、镜频干扰、邻近频道干扰以及寄生干扰的能力强干扰的能力强3) (3) 插入损耗小插入损耗小4)(4)设计灵活性大设计灵活性大, , 适应性强适应性强, , 不同功能的不同功能的SAWF易于实现組合化易于实现組合化 GSM接收前端用接收前端用SAWF特性特性 高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 便携式高频、中频电路便携式高频、中频电路 。
