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发表于 2007-12-7 0:18:51

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《射频通信电路设计》学习笔记(二)

2.1 频带宽度表示法

2.1.1 绝对带宽

                  BW(Hz)=ƒH - ƒL                              (式2.1)

                  ƒH----高端截止频率        ƒL----低端截止频率

2.1.2 相对带宽

相对带宽常用的表达方式有两种:百分比法和倍数法

         百分比法:RBW=BW / ƒ0                     ƒ=( ƒH + ƒL) / 2

         倍数法:    K=ƒH /  ƒL          或 K(dB)=20lg (ƒH / ƒL )

       采用倍数法表示的相对带宽有时也用倍频程的概念进行描述。如1~2GHz的射频放大电路,K=2(或6dB),具有一个倍频程的带宽。

       百分比法适合于表示较窄的带宽,倍数法适合于表示较宽的带宽。

2.1.3 窄带和宽带

      窄带和宽带是一个相对的概念,没有严格的定义,通常认为当相对带宽达到一个倍程以上(K≥2),则属于宽带

2.2 分贝表示法

   在射频电路设计中,经常引入分贝(dB)作为一个通用的参考单位。分贝为一个对数函数,可以方便地表述数量级相差很大的数值。它是个无量纲的比值,用来表示物理量相对值,如电压放大倍数和功率放大倍数等,有时也跟某些物理单位一起使用,用来表示物理量的绝对数值,如用dBmW来表示功率,用dBµV来表示电压。如下表:

P

0.01mW

0.1mW

1mW

10mW

100mW

1W

P/dBm

-20

-10

0

10

20

30

V

0.01µV

0.1µV

1µV

10µV

100µV

1mV

V/dBµV

-40

-20

0

20

40

60

即   P(dBm)=10lg(P/1mW)

       V(dBµV)=20lg(V/1µV)

在射频系统中,单元电路的输入阻抗和输出阻抗都要求设计匹配为Z0。如果放大电路的输入电压为VIN,输出电压为VOUT,选择合适的系数可以使电压增益GV与功率增益GP具有相同的分贝值,因此,定义电压增益GV的分贝值为

                 GV (dB)=GP(dB)=10lg [ ( V2OUT/ Z0 ) / ( V2IN/ Z0 ) ]=20lg ( VOUT / VIN  )

类似的还可以定义电流、电场强度等物理量的分贝表示法:

                                    I(dBµA)=20lg ( I / 1µA )

2.3 LC谐振电路的特性

2.3.1 串联谐振电路(如图所示)

等效阻抗Z为

          Z="R"+jωL+1/ jωC

            =R+j(ωL-1/ωC)=R+jX          (X=ωL-1/ωC表示电抗)

          I=VS / Z=VS /(R+jX)=| I | e

                  | I |=VS / (√R2+X2)

当满足条件X=0时,串联谐振电路中的电抗为零,电路呈现谐振状态,其谐振频率ω0

                                         ω= ω0 =1/(√LC)

串联谐振电路的阻抗在谐振频率处呈现为实数电阻,并且阻抗的模值达到最小值| Z |min = R,电压和电流的相位差φ=0,串联谐振电路中电流的模值| I |达到最大值,因此也称串联谐振为电流谐振。

当串联电路谐振时,阻抗降为最低值,电流达到最大值

在谐振状态下,电感中的电压VL和电容上的电压VC分别为

                                       VL =I * jω0L=jω0L*VS/R=j√(L/C) VS/R

                                       VC =I * 1/(jω0C)=1/(jω0C)*VS/R=-j√(L/C) VS/R

显然VL+VC=0,如果满足√(L/C)>>R,则电感和电容上电压的模值也会远大于电源电压| VS |

定义品质因数:                           Q0=1/R *√(L/C)

可推:   Q0=ω0L/R=1/ω0C *1/R

根据谐振状态下电感和电容压值算法公式可得,在谐振频率下:

                                                   |VL|=|VC|=Q0*|VS|

由等效阻抗Z的基本算法公式可推:

                              Z="R"+jQ0R(ω/ω0 -ω0 /ω)

可见,当工作频率ω低于谐振频率ω0时,电路呈现容抗;当工作频率ω高于谐振频率ω0时,电路呈现感抗,当工作频率ω等于谐振频率时,电路呈现纯电阻特性

**在串联谐振电路中,Q值超高,电容和电感上的电压也就越高。因此在一些实际射频谐振电路设计中,需要注意电容和电感的耐压问题。