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文档简介
第4章 射频谐振电路,谐振电路有多种应用,可以在滤波器、振荡器和匹配电路中使用,其功能是有选择地让一部分频率的源信号通过,同时衰减通带外的信号。 当频率不高时,谐振电路由集总参数元件组成,但当频率达到微波波段时,谐振电路通常由各种形式的传输线实现。 谐振电路可以用谐振频率、品质因数、输入阻抗和带宽等描述。本章将对谐振电路作一简述,讨论串联谐振电路、并联谐振电路, 传输线谐振电路的构成和参数。,4.1 串联谐振电路,串联谐振电路如图4.1所示, 由电阻R、电感L和电容C串联而成。,图4.1 串联谐振电路,电路中的电感L储存磁能并提供感抗; 电容C储存电能并提供容抗; 当电感L储存的平均磁能与电容C储存的平均电能相等时,电路产生谐振。 此时电感L的感抗和电容C的容抗相互抵消,输入阻抗为纯电阻R。,4.1.1 谐振频率 图4.1所示的电路,只有当频率为某一特殊值时,才能产生谐振,此频率称为谐振频率。,电感L储存的平均磁能:,电容C储存的平均电能:,由于,所以,电流:,输入阻抗:,当电感L储存的平均磁能Wm与电容C储存的平均电能We相等时,产生谐振。 由式(4.1)和式(4.3)可以得到,谐振时的角频率为 由式(4.4)可以看出,只有当=0时电路才能产生谐振。,4.1.2 品质因数 品质因数描述了能耗这一谐振电路的重要内在特征。品质因数定义为 (4.5),式中,4.1.3 输入阻抗,当=0时, 当与0不等时, 为复数。,4.1.4 带宽,图4.2 串联谐振电路的带宽,带宽可以由品质因数和谐振频率求得:,4.1.5 有载品质因数 前面定义的Q称为无载品质因数,体现了谐振电路自身的特性。实际应用中,谐振电路总是要与外负载RL相耦合,由于外负载消耗能量,使总的品质因数下降。,外部品质因数:,总的品质因数:,三个品质因数的关系:,4.2 并联谐振电路,并联谐振电路如图4.3所示,由电阻R、电感L和电容C并联而成。,图4.3 并联谐振电路,谐振电路上的复功率:,其中,,4.2.1 谐振频率,式(4.25)表明只有当=0时电路才能产生谐振。比较式(4.25)和式(4.4)可以看出,并联谐振电路与串联谐振电路的谐振频率都取决于 。,4.2.2 品质因数 并联谐振电路的平均储能为,4.2.3 输入导纳 输入导纳为 (4.30),当=0时, 当与0不等时, 为复数。,4.2.4 带宽,图4.4 并联谐振电路的带宽,4.2.5 有载品质因数,串联谐振电路和并联谐振电路的参量见表4.1.,例4.1 设计一个由理想电感和理想电容构成的并联谐振电路,要求在负载RL=50及f=142.4MHz时的有载品质因数QL=1.1,讨论改变电感电容提高有载品质因数的途径。 解:可将电感值降低20倍,电容值提高20倍,改进电路如图(b)。,图4.5 例4.1用图,4.3 传输线谐振电路,传输线谐振电路通常称为谐振器。 微波频段,不易集总元件实现,通常用终端短路或开路的传输线作为谐振器。 传输线谐振器有四种类型:,图4.6 传输线谐振器,其中,,有耗传输线输入阻抗:,(4.42),4.3.1 终端短路 传输线,品质因数:,相当于串联谐振电路。,4.3.2 终端短路 传输线,相当于并联谐振电路。,4.3.3 终端开路 传输线 在微带电路中,谐振器通常由终端开路的传输线构成。终端开路传输线 ,由式(4.42)可以得到
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