通信电路原理ppt2

笫2章滤波器本章主要内容：2.1滤波器的基本概念滤波器的功能、作用、主要参数和分类滤波器特性的描述2.2

LC

滤波器的设计与实现2.2.1最简单的LC滤波器--LC

串、并联谐振回路2.2.2匹配网络2.2.3传输线阻抗变换器2.2.4

一般LC低通滤波器的逼近方法、特点及设计步骤。2.3声表面波滤波器2.4有源RC滤波器1

1、用于形成传输电路中通频带，对信号进行限带处理。

2、选择所需频率分量,在频分复用系统中完成解复用功能

3、对传输信道的频率特性进行校正和消除有用信号

频带外的干扰信号。4、用于信号的延时和阻抗匹配与阻抗变换(例如部分接入的LC并联回路）

滤波器的功能－－对信号频谱进行处理（对某些分量保留、衰减。某范围内分量修正幅度和相位相对关系）。滤波：在信号中选择部分频率分量通过或者阻止部分频率分量通过。用途：2.1滤波器的基本概念22.1.1滤波器的分类按其幅度频率特性分:（a)低通、(b)高通、(c)带通、（d）带阻滤波器。滤波器的理想幅度-频率特性曲线通带阻带通带通带阻带理想：通带内信号无衰减，带外全抑制3滤波器的分类（续）用衰耗特性A()（幅度-频率特性的倒数）表示低通（a)、高通(b)、带通(c)和带阻滤波器(d)。滤波器的理想衰耗-频率特性曲线（黑处阻带）4滤波器的分类（续）按其所用器件的特点分:无源和有源滤波器。

无源滤波器是由无源器件构成。

电阻、电感和电容组成的RLC滤波器。

集中选频滤波器：晶体滤波器（石英晶体薄片构成）陶瓷滤波器（锆钛酸铅陶瓷材料组成）声表面波滤波器(SAW)（压电材料为基体构成的一种电声换能元件）介质滤波器（介质谐振腔组成，用于1GHz以上）有源滤波器是指在所构成的滤波器中，除无源器件外还含有放大器等有源电路。

RC有源滤波器（含有运算放大器）。开关电容滤波器等

5滤波器的分类（续）按处理的信号形式分类模拟滤波器数字滤波器抽样数据滤波器如：开关电容滤波器、开关电流滤波器等6滤波器的主要技术参数：输入、输出阻抗（匹配）中心（带通）或截止频率3dB带宽带内衰减（插入损耗）带内不平度（纹波系数）带外衰减（阻带抑制）（选择性）群延时等。2.1.2滤波器的主要技术参数72.1.2

滤波器的特性描述滤波器为一线性时不变系统。线性系统的特性通常用其传输函数/转移函数来描述。由于负载对滤波器频响特性有很大的影响，因此射频线性系统的传输函数中必须包含负载和信源内阻的影响。滤波器的特性都是在输入、输出端匹配的条件下测得的。滤波器（模拟）示意图8滤波器的特性描述—幅频与相频特性幅频特性相频特性幅频特性：9

延时与失真信号与延时后的信号（已知一信号是另一信号的延时）信号描述：延时信号：瞬时相位：延时量：只有延时，不存在失真！10系统的相位延时与群延时系统传输函数：相位延时—一个角频率为的正弦信号通过滤波器后产生的延时。（希望线性）群延时—一群不同频率的信号通过滤波器产生的延时。（希望为常数且小）群延时描述一群不同频率的信号通过滤波器后所产生的时间延迟，是相频特性曲线在不同频率处的斜率。11群延时与线性失真如果群延时为常数，表示信号各个频率分量的延时相同，不会产生波形失真(见书P14图b、c）如果群延时不为常数，不同频率分量的信号延时不同，产生波形失真(见书P14图d、e）对于用相位传输信息的信号如QPSK、16QAM等群延时特性非常重要，希望其值为常数且小。信号无失真传输条件：（通频带内）幅频特性为常数，相频特性为线性若幅频特性不为常数，则幅度失真若相频特性不为线性，则相位失真122.2LC滤波器2.2.1LC串并联谐振回路LC谐振回路是最简单的LC滤波器电路形式课堂上重点讨论并联谐振回路的特性并联谐振回路陆续出现在后续章节中，如谐振放大器，LC振荡器，调制与解调电路LC谐振回路要求搞清以下问题：

1、回路品质因数Q（无载Q、有载Q）

2、回路阻抗（导纳）、电抗特性。

3、回路谐振特性和谐振频率。

4、频率特性（幅频特性与相频特性）。

5、通频带、矩形系数和谐波抑制度

。

6、实际信号源和负载对谐振回路的影响。

7、阻抗变换电路与匹配网络131.LC并联谐振回路电路形式电感元件的固有损耗电阻包括电感线圈导线的欧姆电阻、由趋肤效应引起高频损耗电阻。大Q低。

固有损耗也可等效为并联谐振电阻

为负载阻

抗。

(a)(b)特点：储能元件（电感和电容）并联；电流驱动，电压输出，传输函数具有阻抗的量纲。如何等效？14串、并联支路阻抗等效互换－匹配网络的基础电感-电阻支路的串并互换等效原理：在工作频率上，从AB端看进去的阻抗（导纳）与A’B’端相等。令15串、并联支路阻抗等效互换(续)高Q情况下，得：由实部、虚部分别相等得：同理可得阻-容串并联支路的互换等效前后Q不变！16阻抗串并联支路等效互换（续）统一的阻抗变换公式返回172．并联回路谐振点特性谐振：如果在某个频率点上，施加在回路两端的电流和其所产生的电压是同相位的，则该频率点为谐振频率点。在谐振频率点上，回路两端视入的阻抗（或导纳）为纯阻（或纯电导）。谐振频率：（rad/s),为回路无阻尼振荡频率。当Q>>1谐振阻抗：纯阻特征阻抗：谐振回路固有的阻抗特征，大小等于谐振频率点上的电抗值

18谐振点特性（续）品质因数Q

：储能和耗能之比。Q值越大，回路损耗越小，即Rs越小，Rp越大。

并联回路谐振性质：电流谐振。谐振点上，流过电抗（电感和电容）支路的电流是信源电流的Q倍。193.阻抗特性204.频率特性、带宽归一化幅频特性以时的输出电压对归一化相频特性在附近带宽：时对应的两频点之距离。Q越高，频带越窄。频带边界处相位？指215.矩形系数和谐波抑制度

谐波抑制度例：设Q=100,则二次谐波抑制度并联回路相对幅频特性矩形系数－－实际幅频特性偏离矩形的程度频率特性、通频带、矩形系数和谐波抑制度都表征了回路的选择性。226.回路电抗特性并联回路电抗特性串联回路电抗：呈现容性

：呈现感性：呈现容性：呈现感性237.

信号源內阻和负载电阻对回路的影响Q减小，通频带加宽，选择性变坏。

在有信号源內阻和负载电阻情况下，为减小对并联谐振回路的影响，需要应用阻抗变换电路。影响谐振回路谐振频率。

并联谐振回路希望用恒流源激励。248.

阻抗变换电路（为减小对回路影响）从功率等效角度证明：理想变压器无损耗：(1)全耦合变压器等效

为变压器初、次级匝数对Q影响25(2)双电容耦合电路--部分接入法11负载电阻是通过双电容抽头接入并联谐振回路的,称为部分接入法,令接入系数p可得(p<1)接入系数为实际负载两端电压和谐振回路两端（指电感两端）电压之比.*近似条件：对Q影响26(3)双电感抽头耦合电路--部分接入法负载电阻是通过双电感抽头接入并联谐振回路的,称为部分接入法,令接入系数(P<1)L1、L2之间无互感可得*条件：假定27部分接入法的选频电路举例接入系数对回路有载品质因数影响明显减小。回路两端指电感两端28为了减小信源与负载并在回路两端对回路性能的影响（Q下降，fo改变，失配），采用部分接入（抽头）方式。接入系数P即为抽头与回路两端（指电感两端）的电压比,

而且P<1---有条件近似（负载无分流）。信源与负载从抽头接入，等效折合到回路两端（即从部分变换到整体），电阻变大倍，电容减小倍，电流源减小P倍。

等效折合的原则：等效前后的功率不变阻抗变换电路小结29串联回路谐振点特性串联回路电压源激励。谐振时，电感、电容器上电压是激励电压的Q倍，故串联谐振又称电压谐振。品质因数Q可用Q表测量。串联谐振回路30例1：串联回路如下图所示。

信号源频率F=1MHz。电压振幅V=0.1V。将1-1端短接，电容C调到100PF时谐振。此时，电容C两端的电压为10V。如1-1端开路再串接一阻抗Z（设两个元件串联而成）则回路失谐，电容C调到200PF时重新谐振。此时，电容C两端的电压为2.5V。试求：线圈的电感L，回路品质因数

及未知阻抗Z。31例2：并联回路如下图所示。

==8PF，=40K（外接）试求：（1）无阻尼谐振频率；（2）等效谐振电阻R；（3）不接，BW如何变？＝

提示：由Q322.4阻抗匹配什么是匹配（match）？射频电路中一般所说的匹配，是指为了实现最大功率传输，负载阻抗与信源阻抗之间的关系如果是匹配的，那么负载可以获得最大的功率-共轭匹配（幅度）33射频电路设计中的其他阻抗匹配概念最小噪声系数匹配信源内阻有一个最佳内阻，可以保证二端口线性网络的噪声系数最小（第三章讨论）最大功率输出匹配功率放大器在某个特定负载下具有最大的线性功率输出（第三章讨论）频率特性匹配LC滤波器网络设计是针对特定的信源内阻RG和负载电阻RL的，如果阻抗不匹配，滤波器频率特性将改变，将不符合设计指标稳定性匹配放大器中往往存在着寄生反馈环路，使得放大器可能出现不稳定，但如果选择的信源内阻和负载电阻合适（匹配），或者通过有损匹配，使得放大器无条件稳定除了一般意义上的最大功率传输匹配，还有34匹配网络的作用为了使得系统的某个性能达到最优，希望负载阻抗为某个特定的和系统参数有关的一个最佳值，但实际的负载不一定和它相符。匹配网络系统匹配网络，将负载阻抗ZL变换为匹配网络为一个二端口阻抗变换器，一端接了负载ZL后从另一端看进去的阻抗应该等于在系统和负载之间加上一个匹配网络（阻抗变换网络），可以使系统的这个性能达到最优。35LC阻抗匹配网络最常见的窄带阻抗匹配网络（也就是所谓的阻抗变换网络）的电路形式分别为L型、型及T型结构。窄带阻抗匹配网络功能：阻抗变换和滤波。滤波效果取决于网络的Q值。对这三种匹配网络的集总参数的分析与设计的基础是串、并联阻抗互换。(a)(b)L型(c)型(d)T型36L型匹配网络（两种）R0>RLR0<RL规律：并臂一侧的电阻大于串臂一侧电阻。RL经L型匹配网络后在特定频率上转换为R037L型匹配网络元件选择思路：（1）串－并联转换：将串臂Xs、RL变换成并联形式。（2）使Xp与Xsp在工作频率上谐振，即Xp=Xsp，电抗抵消。（3）令R0=Rp。由串、并联转换公式得：（1）38L型匹配网络的带