第一章 通信电路中的宽带放大器

第一章通信电路中的宽带放大电路概念简介宽带放大器：以传输线变压器为耦合电路；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。宽带与窄带的区别：所含频谱带宽与中心频率之比大于0.1即可算作为宽带；否则为窄带。问题通信电路中宽带的含义传输线方程阻抗匹配章节第一节传输线第四节传输线变压器返回目录第二节宽频带放大器的阻抗匹配第三节宽频带放大器的输出级第五节功率合成器与功率分配器传输线理论-----------一维分布参数理论电磁场理论：精确----理论上可包含所有路理论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。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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。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。基本概念长线（longline）几何长度与工作波长l可比拟，需用分布参数电路描述。短线（shortline）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。分布参数(distributedparameter)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、分布电感、分布电容和分布电导。（均匀、非均匀）第一节：传输线传输线的分布参数传输线中各种分布参数产生的原因：电容、电感、串联电阻、并联电导。因为这些参数是沿线分布的，这种电路称为分布参数电路。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，可以被忽略。这就是常见的集总参数。均匀传输线的等效电路,rL：分别为导线单位长度的电阻和电感,gC：分别为导线单位长度的漏电导和电容注意：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。当信号施加于传输线的左边时，线上的电压和电流是时间和距离的函数iutx在时刻，考察点以及点，可得均匀传输线方程：xdxtx,uiiuriLguCxtxt均匀传输线方程在稳定正弦信号下的解,uiiuriLguCxtxt设输入正弦信号的角频率为，并使用复数来表示正弦电压和电流，可得：1212xxxjxxjxUAeAeAeeAee1212xxxjxxjxCCCCAAAAIeeeeeeZZZZ注意：为简单起见，已将复数量简化为,UI,UI1212xxxjxxjxUAeAeAeeAee右端第一项代表由始端向终端传播的入射电压波。随着的增大，项按指数规律衰减。物理解释是因为和的存在而使能量不断消耗掉；则代表随的增大，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。(0)x(0)xxxergjxex右端第二项代表由终端向始端传播的反射入射电压波。1212xxxjxxjxCCCCAAAAIeeeeeeZZZZ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抗CZjCCjZze：均匀传输线的传播常数：均匀传输线的特性阻抗无损耗线1.无损耗传输在正弦激励下的稳态解近似分析的前提：,rLgC此时有：,/CjLCZLC故：1212jLCxjLCxjLCxjLCxCCUAeAeAAIeeZZ在传输线上传播的电压波和电流波只有相位的变化，而幅度保持不变。令传输线终端电压和电流分别为和，并在传输线终端接上一个等于特性阻抗的负载，可得：2U2I/CZLC222sin()2sin()/CuUtLCxiUtLCxZ传输线终端的阻抗匹配：传输线终端所接负载等于传输线的特性阻抗。此时传输线上只有从信号源向负载传输的电压、电流波，称为行波状态。传输线终端所接负载和特性阻抗不等时，称为失配。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（由终端向始端传播）。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，传输线上会存在波腹和波节。电压反射系数与电流反射系数：2222CLCuiCLCUIZZZqqUIZZZ驻波系数：11qKq驻波最大值驻波最小值/4无损耗传输线阻抗变换器2.可求得输入阻抗为：cossincossinLCiCCLZljZlZZZljZl/4l时：2/iCLZZZ故而的无损耗传输线可以作为阻抗变换器。/43.终端开路和短路的无损耗传输线此时，从而LZ1,1uiqq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同；电流反射波和入射波大小相等且相位相反。/2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，且在距离上也是相位相差/2注意：电流、电压的节点、腹点位置tanKiKCKUZjZcxI终端短路此时，从而0LZ1,1uiqq即在终端电压反射波变号，而电流反射波不变号tandidCdUZjZxI无损耗线：终端短路和终端开路的总结终端短路终端开路终端短路终端开路长度l串联谐振并联谐振0长度l04l感抗容抗4串联谐振并联谐振2l串联谐振并联谐振42l感抗容抗324l感抗容抗34l串联谐振并联谐振34l感抗容抗l串联谐振并联谐振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。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。返回章节电压电流的定解（小结）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和负载反射的波两部分叠加组成。（呈行、驻波混合分布）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。第二节宽频带放大器的阻抗匹配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。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。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。一、阻抗匹配原理终端（或始端）外接一些元件，连接线的特性阻抗为ZC，则调节外接元件参数，便可实现阻抗匹配。从ab端向右看的等效阻抗：当R1=R2=ZC,L/C=ZC2时，Z=ZC,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。jWCjWLRRjWCRjWLRCLRRjWLRjWCRjWLRjWCRZ1212121211)2)(11(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。常用的放大器：由两个器件构成的“反馈对”。（电压）串联型反馈对（电压）并联型反馈对同轴电缆特性阻抗：75Ω、50Ω1、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=ZCL/C3=ZC22、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=ZCL0/C4=ZC2输出阻抗中的L0为等效电感