第2章 高頻電路基礎(chǔ)知識

1、高頻電子技術(shù)第2章 高頻電路基礎(chǔ)知識學習目標學習目標F F 了解高頻電路中常用了解高頻電路中常用的概念和術(shù)語的概念和術(shù)語F F 了解無線電波的傳播了解無線電波的傳播途徑、無線電波頻（波）途徑、無線電波頻（波）段的劃分段的劃分F F 了解常見電子元器件了解常見電子元器件的高頻電路特性的高頻電路特性F F 掌握串、并聯(lián)諧振回掌握串、并聯(lián)諧振回路諧振頻率、諧振曲線、路諧振頻率、諧振曲線、品質(zhì)因數(shù)、諧振電阻等特品質(zhì)因數(shù)、諧振電阻等特性參數(shù)的意義及計算性參數(shù)的意義及計算F F 了解幾種高頻電路中了解幾種高頻電路中無源網(wǎng)絡(luò)的高頻特性無源網(wǎng)絡(luò)的高頻特性本章知識結(jié)構(gòu)本章知識結(jié)構(gòu)第2章 高頻電路基礎(chǔ)知識案例一：

2、認識元器件案例一：認識元器件通過實物圖片認識常見元器件。圖通過實物圖片認識常見元器件。圖2.12.1是電阻實物圖，圖是電阻實物圖，圖2.22.2是電容實物圖，圖是電容實物圖，圖2.32.3是電感實物圖。是電感實物圖。圖圖2.1電阻實物圖電阻實物圖圖圖2.2 電容實物圖電容實物圖圖圖2.3 電感實物圖（包括：環(huán)形電感電感實物圖（包括：環(huán)形電感 貼片電感貼片電感 阻流電感阻流電感 ）案例二：認識變壓器案例二：認識變壓器圖圖2.4變壓器實物圖變壓器實物圖第2章 高頻電路基礎(chǔ)知識2.1概念、術(shù)語 基帶信號，載波，調(diào)制、解調(diào)、超外差接收機、品基帶信號，載波，調(diào)制、解調(diào)、超外差接收機、品質(zhì)因數(shù)、諧振、諧振

3、頻率、諧振電阻質(zhì)因數(shù)、諧振、諧振頻率、諧振電阻第2章 高頻電路基礎(chǔ)知識載波就像是載波就像是“交通工具交通工具”超外差原理最早是由超外差原理最早是由E.H.阿姆斯特朗于阿姆斯特朗于1918年提出的，年提出的，1919年利用超外差原理制成超外差接收機。年利用超外差原理制成超外差接收機。品質(zhì)因數(shù)品質(zhì)因數(shù)Q：表征一個儲能器件：表征一個儲能器件(如電感、電容等如電感、電容等)、諧振電路所儲能量同每周損耗能量、諧振電路所儲能量同每周損耗能量之比的一種質(zhì)量指標之比的一種質(zhì)量指標.元件的元件的Q值愈大值愈大,用該元件組成的電路或網(wǎng)絡(luò)的選擇性愈佳用該元件組成的電路或網(wǎng)絡(luò)的選擇性愈佳.Q=無功功率無功功率/有功功

4、率有功功率Q值越大值越大,曲線越尖銳曲線越尖銳,通頻帶越窄通頻帶越窄,電路的選擇性越好電路的選擇性越好.為何要調(diào)制？為何要調(diào)制？ 天線尺寸大于信號波長的十分之一，信號才能有效發(fā)射。天線尺寸大于信號波長的十分之一，信號才能有效發(fā)射。 天線尺寸大于信號波長的十分之一，信號才能有效發(fā)射。天線尺寸大于信號波長的十分之一，信號才能有效發(fā)射。常用基帶信號頻率范圍：常用基帶信號頻率范圍：語音語音 300Hz-3.4kHz圖像信號圖像信號 0-6MHz音樂信號音樂信號 16Hz-20kHz例例 1 如果廣播電臺發(fā)射的信號頻率為fc=936kHz，接收機中頻fI=455KHz，求接收機本振頻率fL是多少？ z1

5、391k455936fHfffLCLI例例 2 如果高頻載波頻率為150MHz，問/4天線應多長？ f=c/=c/f210*150/10*368）（米）0.5/4 第2章 高頻電路基礎(chǔ)知識2.2 無線電波的傳播與頻段劃分無線電波的傳播與頻段劃分2.2.1 2.2.1 無線電波的傳播特性無線電波的傳播特性(a)射線(b)(c)電離層(d)對流層無線電波的主要傳播方式無線電波的主要傳播方式（a） 直射傳播直射傳播; （b） 地波傳播地波傳播; （c） 天波傳播天波傳播; （d） 散射傳播散射傳播電波的傳播方式主要有： 直射（視距）(a): 電視、調(diào)頻廣播，移動通信，中繼與衛(wèi)星等；超短波 繞射（地波

6、）(b): 波長長，地面吸收少，繞射能力強；廣播、通信；中長波； 折射和反射（天波）(c):借助60600km的電離層；廣播、通信；短波； 散射傳播(d):借助1012km的對流層，適合4006000MHz信號；條件：阻擋物體多，體積小于波長。 2.2.2 2.2.2 無線頻段的劃分無線頻段的劃分 電磁波波普圖如下。電磁波波普圖如下。第2章 高頻電路基礎(chǔ)知識無線電波只是一種波長較長電磁波，占據(jù)的頻率范無線電波只是一種波長較長電磁波，占據(jù)的頻率范圍很廣，波長和頻率的關(guān)系如下：圍很廣，波長和頻率的關(guān)系如下：fc第2章 高頻電路基礎(chǔ)知識波段名稱波段名稱波長范圍波長范圍頻率范圍頻率范圍頻段名稱頻段名稱

7、主要傳播方式、用途主要傳播方式、用途傳輸媒質(zhì)傳輸媒質(zhì)長波（LW）103104m30300kHz低頻（LF）地波；遠距離通信雙線地波中波（MW）10210m300kHz3MHz 中頻（MF）地波、天波；廣播、通信、導航電離層反射同軸電纜地波短波（SW）10100m330MHz高頻（HF）天波、地波；廣播、通信電離層反射同軸電纜超短波（VSW）110m30300MHz甚高頻（VHF）直線傳播、對流層散射；通信、電視廣播、調(diào)頻廣播、雷達天波同軸線 微 波分米波（USW）10100cm300MHz3GHz 超高頻（UHF）直線傳播、散射傳播；通信、中繼與衛(wèi)星通信電視廣播、雷達視線中繼對流層散射厘米波（

8、SSW）110cm330GHz特高頻（SHF）直線傳播；中繼與衛(wèi)星通信、雷達視線中繼電離層傳輸毫米波（ESW）110mm30300GHz極高頻（EHF）直線傳播；微波通信、雷達視線傳輸對頻率或波長進行分段，稱為頻段或波段對頻率或波長進行分段，稱為頻段或波段2.3 高頻電路中的電子器件和無源網(wǎng)絡(luò) 2.3.1 2.3.1 高頻電路中的電子器件高頻電路中的電子器件 各種高頻電路基本上是由各種高頻電路基本上是由有源器件、有源器件、 無源元件無源元件和和無源網(wǎng)絡(luò)無源網(wǎng)絡(luò)組成的。組成的。 高頻電路中使用的元器件與在低頻電路中使用的元器件基本相同高頻電路中使用的元器件與在低頻電路中使用的元器件基本相同, 但

9、要注意但要注意它們在高頻使用時的它們在高頻使用時的高頻特性高頻特性。第2章 高頻電路基礎(chǔ)知識高頻電路中的元件主要是高頻電路中的元件主要是電阻電阻(器器)、 電容電容(器器)和和電感電感(器器), 它們它們都屬于無源的線性元件都屬于無源的線性元件一個實際的電阻器, 在低頻時主要表現(xiàn)為電阻特性, 但在高頻使用時不僅表現(xiàn)有電阻特性的一面, 而且還表現(xiàn)有電抗特性的一面。 一個電阻R的高頻等效電路如下圖所示, 其中, CR為分布電容, LR為引線電感, R為電阻。 1. 電阻電阻 電阻的高頻等效電路 頻率越高，電阻的高頻特性越明顯 LR、CR越小，高頻特性越好，因此希望電阻的引線要短。在實際使用時，要盡

10、量減小電阻器的高頻特性，使之表現(xiàn)為純電阻。2. 電容電容一個高頻電路中電容器的等效電路如圖（a）所示。RC極間絕緣電阻（由于兩導體間介質(zhì)的非理想所致）；LC分布電感或極間電感在實際使用時，高頻電路分析中可以忽略電容的高頻特性。3.電感電感高頻電路中，電感線圈對高頻電信號的損耗是不能忽略的。頻率越高，高頻電感的損耗（等效交流電阻）越大。一般交流電阻遠大于直流電阻，故高頻電感器的損耗電阻主要指交流電阻。一般用品質(zhì)因素Q來表征高頻電感的損耗性能。品質(zhì)因素Q定義為高頻電感的感抗與其串聯(lián)損耗電阻之比。Q值越高，表示電感的儲能作用越強，損耗越小。 4. 高頻電路中的有源器件高頻電路中的有源器件 高頻電路中

11、的有源器件主要有二極管，晶體管以及集成電路，完成信號的放大、非線性變換等功能。 半導體二極管在高頻中主要用于檢波、 調(diào)制、 解調(diào)及混頻等非線性變換電路中, 工作在低電平。 主要有點觸式二極管、表面勢壘二極管以及變?nèi)荻O管。1） 二極管 2） 晶體管與場效應管（FET） 高頻晶體管有兩大類型: 一類是作小信號放大的高頻小功率管, 對它們的主要要求是高增益和低噪聲; 另一類為高頻功率放大管, 除了高增益外, 要求其在高頻有較大的輸出功率。 1、高頻振蕩回路2.3.2 高頻電路中的無源網(wǎng)絡(luò)第2章 高頻電路基礎(chǔ)知識（a a）串聯(lián)諧振電路）串聯(lián)諧振電路 （b b）并聯(lián)諧振電路）并聯(lián)諧振電路 簡單簡單LC

12、LC諧振電路諧振電路主要完成阻抗變換、信號選擇主要完成阻抗變換、信號選擇等任務，并可直接作為負載使用。等任務，并可直接作為負載使用。串聯(lián)諧振回路第2章 高頻電路基礎(chǔ)知識11()SZrj LrjLj CC回路電抗回路電抗時，電路產(chǎn)生串聯(lián)諧振，回路阻抗值最小，流過回路時，電路產(chǎn)生串聯(lián)諧振，回路阻抗值最小，流過回路的電流最大。的電流最大。01LC00122fLC諧振電流為諧振電流為 回路的品質(zhì)因數(shù)為回路的品質(zhì)因數(shù)為 II0Q1 Q2Q1Q20第2章 高頻電路基礎(chǔ)知識并聯(lián)諧振回路1()1prj Lj CZrj Lj C根據(jù)諧振的定義，根據(jù)諧振的定義，ZpZp的虛部為零，可得的虛部為零，可得20111Q

13、LC而品質(zhì)因數(shù)而品質(zhì)因數(shù) 所以當所以當 時回路諧振時阻抗最大，時回路諧振時阻抗最大，Q值越小，線性范圍越寬。值越小，線性范圍越寬。諧振電阻諧振電阻R R0 0為為: : 通頻帶通頻帶B B為為: : QfB0例例 3 設(shè)一放大器以簡單并聯(lián)振蕩回路為負載, 信號中心頻率f0=10MHz, 回路電容C=50 pF, (1) 試計算所需的線圈電感值。 (2) 若線圈品質(zhì)因數(shù)為Q=100, 試計算回路諧振電阻及回路帶寬。 (3) 若放大器所需的帶寬B=0.5 MHz, 則應在回路上并聯(lián)多大電阻才能滿足放大器所需帶寬要求?5.07Lu解解 (1) 計算L值。2220011(2 )LCf C01LC(2)

14、 回路諧振電阻和帶寬。kLQR8 .311018. 31007. 510210046700回路帶寬為 kHzQfB1000回路總電阻為7601001202105.07 106.37LR RQLkRR 需要在回路上并聯(lián)7.97 k的電阻。 設(shè)回路上并聯(lián)電阻為R1, 并聯(lián)后的總電阻為R1R0, 總的回路有載品質(zhì)因數(shù)為QL。 由帶寬公式, 有20LQ 此時要求的帶寬B=0.5 MHz, 故0LfQB0106.377.976.37RRkR (3) 求滿足0.5 MHz帶寬的并聯(lián)電阻。 第2章 高頻電路基礎(chǔ)知識抽頭并聯(lián)振蕩回路抽頭并聯(lián)振蕩回路 激勵源或負載與回路電感（或電容）部分連接構(gòu)成的并聯(lián)振蕩回路，

15、激勵源或負載與回路電感（或電容）部分連接構(gòu)成的并聯(lián)振蕩回路，即抽頭并聯(lián)振蕩回路。通過改變抽頭位置或電容分壓比來實現(xiàn)回路與信號即抽頭并聯(lián)振蕩回路。通過改變抽頭位置或電容分壓比來實現(xiàn)回路與信號源的阻抗匹配，或者進行阻抗變換。常見的幾種振蕩回路形式如圖所示。源的阻抗匹配，或者進行阻抗變換。常見的幾種振蕩回路形式如圖所示。LCR0UUT(a)LC2R0UUTC1(b)LR1UC2C1(c)LR1UTC1C2(e)U1R1UT(d)U1LCUTIIL第2章 高頻電路基礎(chǔ)知識耦合振蕩回路耦合振蕩回路 在高頻電路中，有時會用到相互耦合的兩個振蕩電路，其中接激勵信號在高頻電路中，有時會用到相互耦合的兩個振蕩電

16、路，其中接激勵信號源的回路稱初級回路，與負載相連的回路稱為次級回路或負載回路。常見的源的回路稱初級回路，與負載相連的回路稱為次級回路或負載回路。常見的耦合回路如圖所示。耦合回路如圖所示。（a a）互感耦合電路）互感耦合電路 (b)(b)電容耦合電離電容耦合電離 耦合振蕩回路在高頻電路中的主要作用：耦合振蕩回路在高頻電路中的主要作用：(1)(1)進行阻抗變換以完成高頻信號進行阻抗變換以完成高頻信號的傳輸；（的傳輸；（2 2）形成更好的頻率特性。在應用時，滿足兩個條件：一是回路都對）形成更好的頻率特性。在應用時，滿足兩個條件：一是回路都對信號頻率調(diào)諧；二是都為高信號頻率調(diào)諧；二是都為高Q Q電路。

17、電路。第2章 高頻電路基礎(chǔ)知識2 2、高頻變壓器和傳輸線變壓器（自學內(nèi)容）高頻變壓器 兩個線圈在緊耦合時就構(gòu)成變壓器，若耦合系數(shù)近似為兩個線圈在緊耦合時就構(gòu)成變壓器，若耦合系數(shù)近似為1 1，變壓器的性能接近理想狀態(tài)。，變壓器的性能接近理想狀態(tài)。高頻變壓器與低頻變壓器的結(jié)構(gòu)基本相同，在忽略了各種損耗和漏感情況下，其電路符號和高頻變壓器與低頻變壓器的結(jié)構(gòu)基本相同，在忽略了各種損耗和漏感情況下，其電路符號和等效電路如下圖所示。等效電路如下圖所示。（a a）電路符號）電路符號 （b b）等效電路）等效電路 高頻變壓器以某種磁性材料作公共的磁路，為增加線圈間的耦合，減少損耗，常高頻變壓器以某種磁性材料作

18、公共的磁路，為增加線圈間的耦合，減少損耗，常用磁導率用磁導率高、高頻損耗小的軟磁材料作磁芯，如鐵氧體材料（錳鋅鐵氧體、鎳鋅鐵高、高頻損耗小的軟磁材料作磁芯，如鐵氧體材料（錳鋅鐵氧體、鎳鋅鐵氧體）；用于小信號場合，尺寸小，線圈匝數(shù)少，所以磁芯采用環(huán)形結(jié)構(gòu)和罐形結(jié)構(gòu)，氧體）；用于小信號場合，尺寸小，線圈匝數(shù)少，所以磁芯采用環(huán)形結(jié)構(gòu)和罐形結(jié)構(gòu)，如上圖所示。如上圖所示。（a a）環(huán)形結(jié)構(gòu)）環(huán)形結(jié)構(gòu) (b)(b)罐形結(jié)構(gòu)罐形結(jié)構(gòu) （c c）雙孔磁芯）雙孔磁芯第2章 高頻電路基礎(chǔ)知識 在某些高頻電路中也用到具有中心抽頭的三繞組高頻變壓器，稱為在某些高頻電路中也用到具有中心抽頭的三繞組高頻變壓器，稱為中心抽

19、頭變壓器，如圖下所示。它可以實現(xiàn)多個輸入信號的加或減，在中心抽頭變壓器，如圖下所示。它可以實現(xiàn)多個輸入信號的加或減，在某些端口間有隔離，另一些端口間有最大的功率輸出。某些端口間有隔離，另一些端口間有最大的功率輸出。（a a）等效電路）等效電路 （b b）四端口應用）四端口應用第2章 高頻電路基礎(chǔ)知識傳輸線變壓器傳輸線變壓器典型結(jié)構(gòu)如圖所示典型結(jié)構(gòu)如圖所示（a a）結(jié)構(gòu)示意圖）結(jié)構(gòu)示意圖 （b b）電路圖）電路圖傳輸線變壓器中的傳輸線主要是指用來傳輸高頻信號的雙導線、同軸線，圖（傳輸線變壓器中的傳輸線主要是指用來傳輸高頻信號的雙導線、同軸線，圖（a a）就是互相絕緣的雙導線結(jié)構(gòu)。）就是互相絕緣的

20、雙導線結(jié)構(gòu)。傳輸線就是兩導線間（同軸線內(nèi)外導體間）的分布電容和分布電感形成一電磁波的傳輸系統(tǒng)。傳輸線就是兩導線間（同軸線內(nèi)外導體間）的分布電容和分布電感形成一電磁波的傳輸系統(tǒng)。波速、波長表達式為波速、波長表達式為rcv0rvf第2章 高頻電路基礎(chǔ)知識 從原理上講，傳輸線變壓器既可以看做是繞在磁環(huán)上的傳輸線，也可以看成是雙線從原理上講，傳輸線變壓器既可以看做是繞在磁環(huán)上的傳輸線，也可以看成是雙線并繞的并繞的1:11:1變壓器，因此它兼有傳輸線和高頻變壓器二者的特點。其工作模式有兩種：傳變壓器，因此它兼有傳輸線和高頻變壓器二者的特點。其工作模式有兩種：傳輸線工作模式和變壓器工作模式，如圖所示。輸線

21、工作模式和變壓器工作模式，如圖所示。（a a）傳輸線模式）傳輸線模式 （b b）變壓器模式）變壓器模式 在傳輸線工作模式下，傳輸線上任一點上，兩導線流過的電流大小相等、方向相反，兩在傳輸線工作模式下，傳輸線上任一點上，兩導線流過的電流大小相等、方向相反，兩導線上電流所產(chǎn)生的磁通只存在于兩導線之間，磁芯中沒有磁通和損耗。當負載電阻導線上電流所產(chǎn)生的磁通只存在于兩導線之間，磁芯中沒有磁通和損耗。當負載電阻R RL L和和Z ZC C相等而匹配時，兩導線間的電壓沿線均勻分布。相等而匹配時，兩導線間的電壓沿線均勻分布。 在變壓器工作模式下，信號源加在一個繞組的兩端，在初級線圈中有勵磁電流，在在變壓器工

22、作模式下，信號源加在一個繞組的兩端，在初級線圈中有勵磁電流，在磁環(huán)中產(chǎn)生磁通。由于有磁芯，勵磁電感較大，在工作頻率上感抗值遠大于特性阻抗磁環(huán)中產(chǎn)生磁通。由于有磁芯，勵磁電感較大，在工作頻率上感抗值遠大于特性阻抗Z ZC C和負和負載阻抗。兩線圈端口有相同的電壓。載阻抗。兩線圈端口有相同的電壓。第2章 高頻電路基礎(chǔ)知識3 3、諧振器石英晶體諧振器，如圖所示石英晶體諧振器，如圖所示。 （a a）外形）外形 (b) (b) 內(nèi)部結(jié)構(gòu)內(nèi)部結(jié)構(gòu) (c) (c) 電路符號電路符號反壓電效應反壓電效應當晶體兩面加電壓時，晶體又會發(fā)生機械形變。當晶體兩面加電壓時，晶體又會發(fā)生機械形變。石英晶體之所以能成為電的

23、諧振器，石英晶體之所以能成為電的諧振器，是由于它具有壓電效應。是由于它具有壓電效應。壓電效應（正壓電效應）壓電效應（正壓電效應）當晶體受外力作用（如伸縮、切變、扭曲當晶體受外力作用（如伸縮、切變、扭曲等）而變形時，就在它對應的表面上產(chǎn)生正負電荷，呈現(xiàn)出電壓。等）而變形時，就在它對應的表面上產(chǎn)生正負電荷，呈現(xiàn)出電壓。石英晶體諧振器等效電路如所示。石英晶體諧振器等效電路如所示。一般一般Lq很大，很大， Cq很小。很小。由圖由圖可知，電路有兩個諧振頻率，可知，電路有兩個諧振頻率，一是串聯(lián)諧振頻率為：一是串聯(lián)諧振頻率為：qqqCL1另外還有一個并聯(lián)諧振頻率為：另外還有一個并聯(lián)諧振頻率為：CLCCCCL

24、qqqqp1100晶體震蕩器的特點：晶體震蕩器的特點：（1）晶體的諧振頻率）晶體的諧振頻率f0和和fq很穩(wěn)定，很穩(wěn)定，因為晶體參數(shù)由其尺寸決定，受外因為晶體參數(shù)由其尺寸決定，受外界因素影響??；界因素影響小；（2）品質(zhì)因素很大，數(shù)值上萬；）品質(zhì)因素很大，數(shù)值上萬；（3）接入系數(shù)很小，）接入系數(shù)很小，10e-3；（4）晶體在工作頻率附近阻抗變化）晶體在工作頻率附近阻抗變化率很大，有很高的并聯(lián)諧振阻抗。率很大，有很高的并聯(lián)諧振阻抗。應用：除了可作振蕩器的震蕩回路外，還可以頻率窄帶濾波器應用：除了可作振蕩器的震蕩回路外，還可以頻率窄帶濾波器當當 或或 時，回路呈容性；時，回路呈容性； 當當 時，回路呈感性。時，回路呈感性。 qff0ff0qfff2.等效電路及阻抗特性等效電路及阻抗特性第2章 高頻電路基礎(chǔ)知識4 4、濾波器（自學內(nèi)容） 高頻電路中除了使用諧振回路和耦合回路作選頻網(wǎng)絡(luò)外，還可以用濾波器完成選高頻電路中除了使用諧振回路和耦合回路作選頻網(wǎng)絡(luò)外，還可以用濾波器完成選頻作用。常用的濾波器形式有：頻作用。常用的濾