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1、通信电路中的宽带放大器第1页，共26页，编辑于2022年，星期三概念简介宽带放大器：宽带放大器：以传输线变压器为耦合电路；以传输线变压器为耦合电路；用于通信中放大已调信号；用于通信中放大已调信号；下截频往往达到若干兆赫，不能用来放大基带信号。下截频往往达到若干兆赫，不能用来放大基带信号。宽带与窄带的宽带与窄带的区别区别：所含频谱带宽与中心频率之比大于所含频谱带宽与中心频率之比大于0.1即可算作为宽带；否则为窄即可算作为宽带；否则为窄带。带。第2页，共26页，编辑于2022年，星期三问问 题题u通信电路中宽带的含义u传输线方程u阻抗匹配第3页，共26页，编辑于2022年，星期三章章 节节第一节第
2、一节 传输线传输线第四节第四节 传输线变压器传输线变压器返回目录返回目录第二节第二节 宽频带放大器的阻抗匹配宽频带放大器的阻抗匹配第三节第三节 宽频带放大器的输出级宽频带放大器的输出级第五节第五节 功率合成器与功率分配器功率合成器与功率分配器第4页，共26页，编辑于2022年，星期三传输线理论-一维分布参数理论 v电磁场理论：精确-理论上可包含所有路理论 v电路理论：简单-近似 传输线介于二者之间,是微波电路设计的基础，在微波网络分析中也相当重要。v 基本思路：用电磁场理论解出等效分布电路参量；采用电路理论来分析。进行阻抗计算（匹配）可用史密斯圆图第5页，共26页，编辑于2022年，星期三 v
3、传输线方程传输线方程为基本方程，是描述传输线 电压、电流的变化规律及其相互关系的微分方程。v可以从场的角度以某种TEM传输线导出，也可以从路的角度，由分布参数得到的传输线电路模型导出。本章先采用电路理论分析，然后对时谐情况求解，最后研究传输线的特性参数。第6页，共26页，编辑于2022年，星期三基本概念 v长线（long line）几何长度与工作波长l可比拟，需用分布参数电路描述。v短线（short line）几何长度与工作波长l相比可以忽略不计，可用集总参数分析。v分布参数(distributed parameter)R、L、C和G 分布在传输线上（随频率改变）。单位长度上有：分布电阻、分布
4、电感、分布电容和分布电导。（均匀、非均匀）第7页，共26页，编辑于2022年，星期三第一节：传输线第一节：传输线传输线的分布参数传输线的分布参数传输线中各种分布参数产生的传输线中各种分布参数产生的原因原因：电容、电感、串联电阻、并联：电容、电感、串联电阻、并联电导。电导。因为这些参数是沿线分布的，这种电路称为因为这些参数是沿线分布的，这种电路称为分布参数分布参数电路。电路。在一定的工作频率下，某个参数在电路中所起的作用相对较小，可以被在一定的工作频率下，某个参数在电路中所起的作用相对较小，可以被忽略。这就是常见的忽略。这就是常见的集总参数。集总参数。第8页，共26页，编辑于2022年，星期三均
5、匀传输线的等效电路均匀传输线的等效电路：分别为导线单位长度的电阻和电感：分别为导线单位长度的电阻和电感：分别为导线单位长度的漏电导和电容：分别为导线单位长度的漏电导和电容注意注意：对于一对平行导线，当外加信号从而流过电流时，两根导线：对于一对平行导线，当外加信号从而流过电流时，两根导线的电流流向相反，因而互感为负，故总的电感是自感与互感相减。的电流流向相反，因而互感为负，故总的电感是自感与互感相减。第9页，共26页，编辑于2022年，星期三当信号施加于传输线的左边时，线上的电当信号施加于传输线的左边时，线上的电压压 和电流和电流 是时间是时间 和距离和距离 的函数的函数在在 时刻，考察点时刻，
6、考察点 以及点以及点 ，可得，可得均匀传输线方程均匀传输线方程：第10页，共26页，编辑于2022年，星期三均匀传输线方程在稳定正弦信号下的解均匀传输线方程在稳定正弦信号下的解设输入正弦信号的角频率为设输入正弦信号的角频率为 ，并使用复，并使用复数来表示正弦电压和电流，可得：数来表示正弦电压和电流，可得：第11页，共26页，编辑于2022年，星期三注意注意：为简单起见，已将复数量为简单起见，已将复数量 简化简化为为右端第一项代表由始端右端第一项代表由始端 向终端向终端 传播的入射电压波。随着传播的入射电压波。随着 的增大，的增大，项项按指数规律衰减。物理解释是因为按指数规律衰减。物理解释是因为
7、 和和 的存在而使能量不断消耗掉；的存在而使能量不断消耗掉；则代表则代表随随 的增大，波的相位不断滞后，这和电的增大，波的相位不断滞后，这和电压波由始端向终端前进所需的时间吻合。压波由始端向终端前进所需的时间吻合。右端第二项代表由终端向始端传播的反射入射电压波。右端第二项代表由终端向始端传播的反射入射电压波。第12页，共26页，编辑于2022年，星期三右端两项分别代表由始端向终端和由终端向始端传播的电压波。右端两项分别代表由始端向终端和由终端向始端传播的电压波。电压波和电流波之比等于传输线的特性阻电压波和电流波之比等于传输线的特性阻抗抗：均匀传输线的传播常数：均匀传输线的传播常数：均匀传输线的
8、特性阻抗：均匀传输线的特性阻抗第13页，共26页，编辑于2022年，星期三无损耗线无损耗线1.无损耗传输在正弦激励下的稳态解无损耗传输在正弦激励下的稳态解近似分析的前提：近似分析的前提：此时有：此时有：故：故：在传输线上传播的电压波和电流波只有在传输线上传播的电压波和电流波只有相位的变化相位的变化，而，而幅度保持幅度保持不变不变。第14页，共26页，编辑于2022年，星期三令传输线终端电压和电流分别为令传输线终端电压和电流分别为 和和 ，并在传输线终端接上一个等于特性阻抗并在传输线终端接上一个等于特性阻抗 的负载，可得：的负载，可得：传输线终端的传输线终端的阻抗匹配阻抗匹配：传输线终端所接负载
9、等于传输线的特性：传输线终端所接负载等于传输线的特性阻抗。阻抗。此时传输线上只有从信号源向负载传输的电压、电流波，称为此时传输线上只有从信号源向负载传输的电压、电流波，称为行波状态。行波状态。传输线终端所接负载和特性阻抗不等时，称为传输线终端所接负载和特性阻抗不等时，称为失配失配。此时传输线。此时传输线上电压、电流中存在着入射波（由始端向终端传播）和反射波（由上电压、电流中存在着入射波（由始端向终端传播）和反射波（由终端向始端传播）。终端向始端传播）。第15页，共26页，编辑于2022年，星期三当负载电阻大于特性阻抗时，电压发射波和电压入射波同相，电当负载电阻大于特性阻抗时，电压发射波和电压入
10、射波同相，电流反射波和电流入射波反相；反之，则流反射波和电流入射波反相；反之，则当传输线上同时存在入射波和反射波时，传输线上会存在当传输线上同时存在入射波和反射波时，传输线上会存在波腹波腹和和波节。波节。电压反射系数与电流反射系数：电压反射系数与电流反射系数：驻波系数：驻波系数：第16页，共26页，编辑于2022年，星期三 无损耗传输线阻抗变换器无损耗传输线阻抗变换器2.可求得输入阻抗为：可求得输入阻抗为：时：时：故而故而 的无损耗传输线可以作为阻的无损耗传输线可以作为阻抗变换器。抗变换器。第17页，共26页，编辑于2022年，星期三3.终端开路和短路的无损耗传输线终端开路和短路的无损耗传输线
11、此时此时 ，从而，从而终端开路终端开路即在传输线终端出现全反射，电压反射波和入射波大小相等且相位相即在传输线终端出现全反射，电压反射波和入射波大小相等且相位相同；电流反射波和入射波大小相等且相位相反。同；电流反射波和入射波大小相等且相位相反。对无损耗线来说，沿传输线的每一点，对无损耗线来说，沿传输线的每一点，电压波和电流波在时间上相位相差电压波和电流波在时间上相位相差 ，且在距离上也是相位相差，且在距离上也是相位相差注意：注意：电流、电压的节点、腹点位置电流、电压的节点、腹点位置第18页，共26页，编辑于2022年，星期三终端短路终端短路此时此时 ，从而，从而即在终端电压反射波变号，而电流反射
12、波不变号即在终端电压反射波变号，而电流反射波不变号第19页，共26页，编辑于2022年，星期三无损耗线：终端短路和终端开路的总结无损耗线：终端短路和终端开路的总结长度不同的传输线，可以等效为不同的电抗，也可以等效为短长度不同的传输线，可以等效为不同的电抗，也可以等效为短路或开路。路或开路。在通信电路中，常用传输线来构成谐振回路原件，因其在通信电路中，常用传输线来构成谐振回路原件，因其具有比集中参数元件较高的品质因数。具有比集中参数元件较高的品质因数。返回章节返回章节第20页，共26页，编辑于2022年，星期三电压电流的定解（小结）v时谐均匀传输线前面的解可见：传输线上的波是由信号源发出的入射波
13、和负载反射的波两部分叠加叠加组成。（呈行、驻波混合分布）v基本处理方法都是：1.将已知条件带入通解；2.解常数A1、A2;3.写出通解。第21页，共26页，编辑于2022年，星期三第二节宽频带放大器的阻抗匹配第二节宽频带放大器的阻抗匹配v微波电路和系统的设计（包括天线），不论无源还是有源电路，都必须考虑阻抗匹配问题。阻抗匹配网络是设计微波电路和系统时采用最多的电路元件。v根本原因是：微波电路传输的是导行电磁波，阻抗不匹配就会引起严重的发射。v阻抗匹配：降低连接线在负载端和信号源端阻抗不匹配而引起的频率失真。第22页，共26页，编辑于2022年，星期三一、阻抗匹配原理一、阻抗匹配原理 终端（或始
14、端）外接一些元件，连接线的特性阻抗终端（或始端）外接一些元件，连接线的特性阻抗为为ZC，则调节外接元件参数，便可实现阻抗匹配。，则调节外接元件参数，便可实现阻抗匹配。从从ab端向右看的等效阻抗：端向右看的等效阻抗：当当R1=R2=ZC,L/C=ZC2时，时，Z=ZC,其实质是认为产生一反射波，使之与实际负载的其实质是认为产生一反射波，使之与实际负载的反射波相抵消。反射波相抵消。第23页，共26页，编辑于2022年，星期三二、宽频带放大器阻抗匹配的典型电路二、宽频带放大器阻抗匹配的典型电路 宽频放大器：弥补阻抗匹配网络造成的功率损耗。宽频放大器：弥补阻抗匹配网络造成的功率损耗。常用的放大器：由两
15、个器件构成的常用的放大器：由两个器件构成的“反馈对反馈对”。（电压）串联型反馈对（电压）串联型反馈对 （电压）并联型反馈对（电压）并联型反馈对 同轴电缆特性阻抗：同轴电缆特性阻抗：75 、50第24页，共26页，编辑于2022年，星期三1、并联型反馈对的阻抗匹配电路放大器的输入阻抗是感性，等效电阻分量RiZC,故串联一电阻R1,满足 R1+Ri=R2=ZC L/C3=ZC2第25页，共26页，编辑于2022年，星期三2、并联型反馈对输出阻抗匹配电路放大器输出阻抗是感性，电阻分量RoZC，故 R4=R3+Ro=ZC L0/C4=ZC2 输出阻抗中的L0为等效电感第26页，共26页，编辑于2022年，星期三