文章目錄

• • 前言 ′･?･`
  • 通信電子電路是什么？
  • 背景知識
  • 選頻網(wǎng)絡(luò)作用
  • 選頻網(wǎng)絡(luò)性能的考量
  • LC諧振網(wǎng)絡(luò)
  • 分米波 厘米波 毫米波

前言 ′･?･`

• 本節(jié)主要講了
• 本篇內(nèi)容將會(huì)幫助你學(xué)習(xí)…
  • 1 通信電子電路是什么？
  • 2 選頻網(wǎng)絡(luò)作用
  • 3 選頻網(wǎng)絡(luò)的性能的考量參數(shù)
  • 4 諧振概念
  • 5 分米波 厘米波 毫米波 概念

通信電子電路是什么？

我們已經(jīng)學(xué)習(xí)了 電路分析 模擬電路 數(shù)字電路 乃至數(shù)字電路衍生的DSP數(shù)字信號處理，再加上我們現(xiàn)在學(xué)的通信電子電路，即 高頻（射頻）電路，實(shí)際上這些都是我們一個(gè)電子產(chǎn)品的一塊塊拼圖，我們看下面這張圖：
System Level就是系統(tǒng)級的架構(gòu)，一個(gè)電子產(chǎn)品的架構(gòu)包含模擬系統(tǒng)（analog），數(shù)字系統(tǒng)（digital），模擬系統(tǒng)又衍生為低頻模擬子系統(tǒng)和高頻（射頻）模擬子系統(tǒng) 即：

• System
  • 模擬 $analog$
    • 低頻 $low?frequency$
      $f_T<20MHz$
    • 高頻 $high?frequency$
      $f_T\ge 20MHz$
  • 數(shù)字 $digital$
    • 組合邏輯 $combinational?logic$
      順態(tài) 現(xiàn)在的結(jié)果只與現(xiàn)在的輸入有關(guān) 與過去 無關(guān)
      比如 與或非邏輯
    • 時(shí)序邏輯 $sequential?logic$
      因果的 有記憶功能的 現(xiàn)在的結(jié)果與過去和現(xiàn)在的都有關(guān)
      比如 寄存器 觸發(fā)器

那么通電是個(gè)什么玩意？字面意思 用于通信的電子電路，因?yàn)橥ㄐ诺念l率普遍偏高，一般是300MHz起步，和高頻的研究范圍很像 因此就等價(jià)于高頻（或者說射頻）

橫向?qū)Ρ?br /> 電路分析的升級版$\approx$模電
模電的升級版$\approx$通電

數(shù)電的升級版$\approx$信號與系統(tǒng)
信號與系統(tǒng)的升級版$\approx$數(shù)字信號處理

牛頓定律的升級版$\approx$愛因斯坦的相對論

那么我們這一節(jié)來回顧一下模電 或者說通電的基礎(chǔ)。

背景知識

阻抗一家：

符號英文中文解釋單位

R	Resistance	電阻	直流電路中 (電阻器)阻礙電流通過的程度大小	$\Omega$
X	Reactance	電抗	交流電路中 (電感-感抗 或 電容-容抗) 阻礙電流通過的程度大小	$\Omega$
Z	Impedance	阻抗	$$Z(j\omega )=R+X(j\omega )$$	$\Omega$

很好玩的是 因?yàn)閿?shù)學(xué)上把復(fù)雜的阻抗關(guān)系式做個(gè)倒數(shù)運(yùn)算會(huì)使得計(jì)算更簡單 更直觀，一幫數(shù)學(xué)家又把阻抗一家分別都做個(gè)倒數(shù) 變成了

導(dǎo)納一家：

符號英文中文解釋單位

G	conductance	電導(dǎo)	直流電路中 傳輸電流能力強(qiáng)弱程度的大小 $$G=\frac{1}{R}$$	$S$
B	Reactance	電納	交流電路中 (電感-感納 或 電容-容納) 傳輸電流能力強(qiáng)弱程度的大小$$B=\frac{1}{X}$$	$S$
Y	Impedance	導(dǎo)納	$$Y(j\omega )=G+B(j\omega )$$ $$Y(j\omega )=\frac{1}{Z(j\omega )}$$	$S$

然后就是這個(gè)兩個(gè)三角形要知道：

其實(shí)任何復(fù)數(shù)都這個(gè)套路

選頻網(wǎng)絡(luò)作用

選頻是啥意思呢？為什么要選頻？
第一篇文章我們知道，接收端的天線理論上會(huì)接受幾乎所有電磁波信號，但是特定的通信協(xié)議的頻率是固定在一定范圍的，比方，wifi頻率大概是2.400—2.4835GHz （這是其中一個(gè)常用頻段），那么你設(shè)計(jì)wifi接收天線的時(shí)候，在這個(gè)范圍之外的有必要收集嘛？當(dāng)然沒有，因?yàn)槭占降目隙ú皇莣ifi信號。

那么 我們就希望 有一個(gè)電路網(wǎng)絡(luò) 能夠選擇頻率在2.400—2.4835GHz這個(gè)范圍內(nèi) 這就是選頻網(wǎng)絡(luò) （frequency selective network）

很明顯 我們希望選頻率網(wǎng)絡(luò)的效果是這樣的：
頻率在2.4~2.4835GHZ內(nèi)的信號都保留，而其他的信號都去掉了。

不過我們可能見到的實(shí)際效果是：

選頻網(wǎng)絡(luò)性能的考量

那么 張三做了個(gè)選頻網(wǎng)絡(luò) 李四也做了個(gè)選頻網(wǎng)絡(luò) 誰的網(wǎng)絡(luò)選頻性能更好呢？這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)該怎么衡量？有兩個(gè)指標(biāo) 一個(gè)是質(zhì)量因素$Q$，一個(gè)是矩形系數(shù)（rectangular coefficient）

我們先看看矩形系數(shù)：
我們先設(shè)定$$\frac{U}{U_0}=\frac{選頻后的電信號強(qiáng)度}{選頻前的電信號強(qiáng)度}$$
目標(biāo)就是 我想要的信號 選頻后與選頻前盡量不衰減，比值控制在$\frac{1}{\sqrt{2}}$~1，
而其他無用信號 衰減得越厲害越好，比值控制在0~0.1，這樣我的選頻性能就比較好了。

這里就是理想和現(xiàn)實(shí)的對比：這里$f_1=2.4GHz$, $f_2=2.4835GHz$

既然理想電路 那個(gè)矩形的圖像代表最好的選頻特性 我們的圖像只需要更加契合 長得更加像矩形就好了
于是我們這么設(shè)置 $f_1?f_3$和$f_4?f_2$越小越好
你可以腦補(bǔ)一下 這樣是不是更像一個(gè)矩形？
當(dāng)然數(shù)學(xué)上就化成這個(gè)公式：
$$K_{0.1}=\frac{B_{0.1}}{B_{0.707}}$$
其中$B_{0.1}=f_4?f_3,B_{0.707}=f_2?f_1$
這個(gè)$B_{0.707}=f_2?f_1$就叫做通頻帶 一般記做$B_w$
很好理解 我們認(rèn)為這塊的信號保存的比較好 所以是通過信號的頻率 簡稱通頻帶

矩形系數(shù)描繪的其實(shí)也是一個(gè)曲線的陡峭程度，你看矩形的左右兩邊直線上升下降 我們只想做到 斜率盡量的大就行

那么如果我就想要處于2.4GHz頻率的信號呢？不再是一個(gè)范圍。這時(shí) 通頻帶越窄越好：）
比如張三的選頻網(wǎng)絡(luò)的通頻帶是2.3GHz~2.5GHz
李四的選頻網(wǎng)絡(luò)的通頻帶是2.39GHz~2.41GHz
明顯李四的選頻網(wǎng)絡(luò)性能更好 那么怎么表達(dá)？我們要不設(shè)計(jì)一個(gè)參數(shù) 與通頻帶成反比的參數(shù)
這個(gè)參數(shù)越大 通頻帶越窄 選頻性能越好
這里我們就揭示品質(zhì)因素的公式：$$Q=\frac{f_0}{B_w}$$
$f_0$是我們想要的頻率 也就是$f_0=2.4GHz$ 我們發(fā)現(xiàn) 通頻帶和Q是反比 意味著Q越大 通頻帶越窄
這樣是不是 Q越大 性能越好了呢：）
體會(huì)一下 “品質(zhì)因素” 這就是在講網(wǎng)絡(luò)的品質(zhì)啊

當(dāng)然實(shí)際上這個(gè)品質(zhì)還有別的很多含義，其實(shí)原本指的是電感的品質(zhì)，其另一個(gè)公式為
$$Q=\frac{{\omega }_{0}L}{r}$$
r指的是電感的直流電阻，所以Q是結(jié)合了電感的物理特性，表現(xiàn)了這個(gè)電感在諧振頻率，或者說是我們的想要的工作頻率${\omega }_0$條件下的品質(zhì)。所以在某些頻率下，你電感的Q值達(dá)不到要求，就要考慮用別的方法彌補(bǔ)了。

LC諧振網(wǎng)絡(luò)

我們選頻網(wǎng)絡(luò)，可以采用電感L和電容C諧振的方式來實(shí)現(xiàn)

當(dāng)然了 不只有LC諧振 這玩意是最簡單的 只能適用于$f_t<1GHz$的場合， 但是確實(shí)是選頻網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)，我們通過它了解諧振 以及選頻網(wǎng)絡(luò)的一些特性（剛剛講到了一些其實(shí)）

下面我們簡單了解諧振 作為這一節(jié)的結(jié)束：）

分米波 厘米波 毫米波

上物理公式：
$${\lambda }_T=u_c/f_T$$
其中$u_c=3\times 10^{8}m/s$

意味著 頻率在1GHz 是分米波，這種工作頻率我們就用LC選頻就好了，
但是對于厘米波 毫米波，我們就必須建立更加復(fù)雜的模型，一個(gè)概念后面會(huì)講 就是散射（scatter），評估散射的參數(shù)稱為S參數(shù) （S-parameter）
我們看圖

什么是散射？上面這個(gè)元件 我們用散射模型建模，發(fā)現(xiàn)他有6個(gè)端口，正常來說，假設(shè)所有端口是輸入端口，那么信號進(jìn)去，只進(jìn)不出，因此只留下$a_1$的軌跡才對，那為啥還有$b_1$的軌跡呢?
因?yàn)榈搅死迕撞酥粮〉牟ǘ?#xff0c;信號的反射、散射現(xiàn)象不可忽略了，就好像你高頻以后，電感里面的寄生電容不可忽略一樣，亦或是牛頓定律在接近光速的相對論效應(yīng)不可忽略一樣。

其實(shí)很好理解的，物理的波也有反射散射，電磁波也是波嘛 只不過平常我們欺負(fù)她頻率低 所以忽略而已

散射的模型更加復(fù)雜，因此 越高頻 電路越難做 你看，太赫茲電路 都不知道積累了多少年才出來，而普通電路比如電風(fēng)扇那些驅(qū)動(dòng)電路老早就有了

現(xiàn)在我問你 納米波的頻率數(shù)量級為多少，你回答的出來嗎？
$$10^{8+9}=10^{17}$$

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的通信电子电路（一）通电课程背景 以及选频网络概念的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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