通信电路原理ppt2.

1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2.2LC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21、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32.1.1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4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)。ps1212(a)(b)(c)(d)0000A()A()A()A()滤波器的理想衰耗-频率特性曲线（黑处阻带）5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6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7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82.1.2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9滤波器的特性描述—幅频与相频特性jejHjH频率特性：jHjHjHReImarctanarg相频特性：120logAHj衰减特性：幅频特性相频特性)(jH幅频特性：10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：tAtAtxcos))(cos()(tt)(1)(cos)()(cos)(11tAtxtAtx)(txt01)(tt只有延时，不存在失真！11系统的相位延时与群延时系统传输函数：)()()(jejHjH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）)()(p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）ddg)()(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。12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132.2LC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141.LC并联谐振回路电路形式CCLLPR)(jZPsR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。sRPRgIgILICI固有损耗也可等效为并联谐振电阻为负载阻抗。)(jYPLRLR(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。PPsssssssgoPjXRCLRCCLLRjCRCLjRCjLjRCjLjRCjLjRjIjVjZ2222211111)()()(oV如何等效？sR15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。2222221LRLjLRRLjRYABPPPPBALjRLjRY1111令BAABYYLRAB16串、并联支路阻抗等效互换(续))1(2QRRP)1()1(2222222QRRLRRLRRP)11(2QCCP)11(22222QLLLRLP高Q情况下，得：LLRQRPP,2由实部、虚部分别相等得：同理可得阻-容串并联支路的互换CRABPPLRRLQPPRCCRQ1等效前后Q不变！17阻抗串并联支路等效互换（续）统一的阻抗变换公式sRsXPRPXPpsssssssssPsssssssPXRRXQQXXRXXXRXQRRXRRXRR)11())(1()1())(1(22222222返回22111SSSSSSppXRjXRjXRjXR182．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Q1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pRjZ)(0LC10)(210HzLCfCLCLZ000120211()1PRLCLQ0p19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。sssCRRLCLRQ0011LRGCQPPP0000jIjQjIgL00jIjQjIgC00jIjIgRpgI203.阻抗特性GLCjZPiIoV001PPjQGjYPjPPPPeZjQGjYjZ00111：回路品质因数：无阻尼固有频率LGGCQLCP00011)()()(1)(1)(002002arctgQQRjYjZPPPPPZP220：容性：：感性：0000PPPR2PR12214.频率特性、带宽归一化幅频特性02200002200()1()()1()11221()1()vPppVjVjQfQQf以时的输出电压对归一化0)(00jV)(0jV相频特性002()()2()vPParctgQfarctgQf在附近0000312dBpfBWQCR带宽：1/2V时对应的两频点之距离。Q越高，频带越窄。频带边界处相位？dBBW3指225.矩形系数和谐波抑制度22)1(1lg10lg10)(nnQdBnn1.0K0.10.10.7BWKBW谐波抑制度基波成分输出功率各种谐波成分输出功率例：设Q=100,则二次谐波抑制度并联回路相对幅频特性dB52.23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。7.0B1.0B236.回路电抗特性并联回路电抗特性fX0ffQOfX0ffQO串联回路电抗00X00X：呈现容性00X：呈现感性00X：呈现容性：呈现感性247.信号源內阻和负载电阻对回路的影响LCPRgRgCLCLgPRRRR////LRQL0Q减小，通频带加宽，选择性变坏。LgCCCC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。gI影响谐振回路谐振频率。并联谐振回路希望用恒流源激励。LR258.阻抗变换电路（为减小对回路影响）12NNLRVP222'211LRVP12PP'2122LLRVRV221221'NNVVRRLLLLLLRRRNNR'221'从功率等效角度证明：理想变压器无损耗：gRgRgCgCLR1L1L2L121'LR1N2N'1'1'21V2VgIgI21,NN(1)全耦合变压器等效为变压器初、次级匝数对Q影响26(2)双电容耦合电路--部分接入法LRLRLL'LRgRgR'11'112C2C1C1C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p211CCCp可得2'pRRLL(p1)gIgI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：21LRc对Q影响27(3)双电感抽头耦合电路--部分接入法LR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212LLLp(P1)L1、L2之间无互感可得2'pRRLLLR'LR1L2L1L2L+1V1V*条件：假定2LRL28部分接入法的选频电路举例接入系数,2111CCCp2122LLLp22'pRRLL21'pRRggggIpI1'''////LgPRRRRLRQL0对回路有载品质因数影响明显减小。'Ig回路两端指电感两端29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P1---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21P2P30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。SV00jVjQjVSL00