文章目錄

• • 前言 ′･?･`
  • 通信電子電路是什么？
  • 背景知識
  • 選頻網絡作用
  • 選頻網絡性能的考量
  • LC諧振網絡
  • 分米波 厘米波 毫米波

前言 ′･?･`

• 本節主要講了
• 本篇內容將會幫助你學習…
  • 1 通信電子電路是什么？
  • 2 選頻網絡作用
  • 3 選頻網絡的性能的考量參數
  • 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？

我們已經學習了 電路分析 模擬電路 數字電路 乃至數字電路衍生的DSP數字信號處理，再加上我們現在學的通信電子電路，即 高頻（射頻）電路，實際上這些都是我們一個電子產品的一塊塊拼圖，我們看下面這張圖：
System Level就是系統級的架構，一個電子產品的架構包含模擬系統（analog），數字系統（digital），模擬系統又衍生為低頻模擬子系統和高頻（射頻）模擬子系統 即：

• System
  • 模擬 $analog$
    • 低頻 $low?frequency$
      $f_T<20MHz$
    • 高頻 $high?frequency$
      $f_T\ge 20MHz$
  • 數字 $digital$
    • 組合邏輯 $combinational?logic$
      順態 現在的結果只與現在的輸入有關 與過去 無關
      比如 與或非邏輯
    • 時序邏輯 $sequential?logic$
      因果的 有記憶功能的 現在的結果與過去和現在的都有關
      比如 寄存器 觸發器

那么通電是個什么玩意？字面意思 用于通信的電子電路，因為通信的頻率普遍偏高，一般是300MHz起步，和高頻的研究范圍很像 因此就等價于高頻（或者說射頻）

橫向對比
電路分析的升級版$\approx$模電
模電的升級版$\approx$通電

數電的升級版$\approx$信號與系統
信號與系統的升級版$\approx$數字信號處理

牛頓定律的升級版$\approx$愛因斯坦的相對論

那么我們這一節來回顧一下模電 或者說通電的基礎。

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 因為數學上把復雜的阻抗關系式做個倒數運算會使得計算更簡單 更直觀，一幫數學家又把阻抗一家分別都做個倒數 變成了

導納一家：

符號英文中文解釋單位

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

然后就是這個兩個三角形要知道：

其實任何復數都這個套路

選頻網絡作用

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接受幾乎所有電磁波信號，但是特定的通信協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 （這是其中一個常用頻段），那么你設計wifi接收天線的時候，在這個范圍之外的有必要收集嘛？當然沒有，因為收集到的肯定不是wifi信號。

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

很明顯 我們希望選頻率網絡的效果是這樣的：
頻率在2.4~2.4835GHZ內的信號都保留，而其他的信號都去掉了。

不過我們可能見到的實際效果是：

選頻網絡性能的考量

那么 張三做了個選頻網絡 李四也做了個選頻網絡 誰的網絡選頻性能更好呢？這個標準應該怎么衡量？有兩個指標 一個是質量因素$Q$，一個是矩形系數（rectangular coefficient）

我們先看看矩形系數：
我們先設定$$\frac{U}{U_0}=\frac{選頻后的電信號強度}{選頻前的電信號強度}$$
目標就是 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。

這里就是理想和現實的對比：這里$f_1=2.4GHz$, $f_2=2.4835GHz$

既然理想電路 那個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
于是我們這么設置 $f_1?f_3$和$f_4?f_2$越小越好
你可以腦補一下 這樣是不是更像一個矩形？
當然數學上就化成這個公式：
$$K_{0.1}=\frac{B_{0.1}}{B_{0.707}}$$
其中$B_{0.1}=f_4?f_3,B_{0.707}=f_2?f_1$
這個$B_{0.707}=f_2?f_1$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

矩形系數描繪的其實也是一個曲線的陡峭程度，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？不再是一個范圍。這時 通頻帶越窄越好：）
比如張三的選頻網絡的通頻帶是2.3GHz~2.5GHz
李四的選頻網絡的通頻帶是2.39GHz~2.41GHz
明顯李四的選頻網絡性能更好 那么怎么表達？我們要不設計一個參數 與通頻帶成反比的參數
這個參數越大 通頻帶越窄 選頻性能越好
這里我們就揭示品質因素的公式：$$Q=\frac{f_0}{B_w}$$
$f_0$是我們想要的頻率 也就是$f_0=2.4GHz$ 我們發現 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：）
體會一下 “品質因素” 這就是在講網絡的品質啊

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

LC諧振網絡

我們選頻網絡，可以采用電感L和電容C諧振的方式來實現

當然了 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， 但是確實是選頻網絡的基礎，我們通過它了解諧振 以及選頻網絡的一些特性（剛剛講到了一些其實）

下面我們簡單了解諧振 作為這一節的結束：）

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雜的模型，一個概念后面會講 就是散射（scatter），評估散射的參數稱為S參數 （S-parameter）
我們看圖

什么是散射？上面這個元件 我們用散射模型建模，發現他有6個端口，正常來說，假設所有端口是輸入端口，那么信號進去，只進不出，因此只留下$a_1$的軌跡才對，那為啥還有$b_1$的軌跡呢?
因為到了厘米波乃至更小的波段，信號的反射、散射現象不可忽略了，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不可忽略一樣。

其實很好理解的，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她頻率低 所以忽略而已

散射的模型更加復雜，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扇那些驅動電路老早就有了

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

總結

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容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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