高電第1章資料

本課程主要分析高頻電波信號(hào)的產(chǎn)生、放大、放射和接收的電路，因此稱為“高頻電子線路”。本課程學(xué)習(xí)哪些內(nèi)容？廣義的“高頻”指的是射頻(RadioFrequency，RF)，它是指適合無線電放射和傳播的頻率，其頻率范圍特別寬。只要電路尺寸比工作波長(zhǎng)小得多，可用集總參數(shù)來分析實(shí)現(xiàn)。當(dāng)電路尺寸大于工作波長(zhǎng)或相當(dāng)時(shí)，應(yīng)接受分布參數(shù)的方法來分析實(shí)現(xiàn)。本課程的第1～7章探討可用集中參數(shù)描述的高頻電路，而分布參數(shù)分析法在第8章介紹。第1章系統(tǒng)基礎(chǔ)學(xué)問第2章小信號(hào)選頻放大電路第3章高頻功率放大電路第4章正弦波振蕩電路第5章振幅調(diào)制、解調(diào)與混頻電路第6章角度調(diào)制與解調(diào)電路第7章反饋限制電路第8章高頻電路的分布參數(shù)分析第9章高頻電路的集成與EDA技術(shù)簡(jiǎn)介線性電路分析方法無線電報(bào)的獨(dú)創(chuàng)起先了無線電通信的時(shí)代，并逐步涉及陸地、海洋、航空、航天等固定和移動(dòng)無線通信領(lǐng)域，從1920年的無線電廣播、1930年的電視傳輸，直到1980年的移動(dòng)電話和1990年的全球定位系統(tǒng)及當(dāng)今的移動(dòng)通信和無線局域網(wǎng)，無線通信市場(chǎng)還在飛速發(fā)展，移動(dòng)通信手機(jī)、有線電視調(diào)制解調(diào)器以及射頻標(biāo)簽的電信產(chǎn)品快速地滲入我們的生活，變成大眾不行缺少的工具。學(xué)習(xí)本課程有何意義？高頻電子線路的發(fā)展推動(dòng)了無線通信技術(shù)的發(fā)展，是當(dāng)代無線通信的基礎(chǔ)，是無線通信設(shè)備的重要組成部分。第1章系統(tǒng)基礎(chǔ)學(xué)問無線電頻段是如何劃分的？無線通信為何要用高頻電磁波？高頻電子線路有什么特點(diǎn)？無線通信系統(tǒng)原委包括哪些電路？它們都有什么功用？表征高頻電路(系統(tǒng))性能的參數(shù)有哪些？1.1無線通信系統(tǒng)概述為了便于分析和應(yīng)用，人們對(duì)電磁波按頻率或波進(jìn)步行分段，分別稱為頻段或波段。各種頻率的電磁波都是不行再生的重要資源，國際社會(huì)和任何國家都必需對(duì)它進(jìn)行科學(xué)規(guī)劃、嚴(yán)格管理。無線通信系統(tǒng)電路的基本組成，由工作頻率的凹凸可分為射頻級(jí)、中頻級(jí)和基帶級(jí)三級(jí)電路，射頻級(jí)和中頻級(jí)屬于本書高頻電路的探討范疇，它們的基本功能電路應(yīng)當(dāng)包括：濾波器、放大器、高頻振蕩器、混頻或變頻器、調(diào)制與解調(diào)器。1.1.1電磁波頻段的劃分與應(yīng)用微波表1.1電磁波頻(波)段的劃分頻段名稱頻率范圍波段名稱波長(zhǎng)范圍極低頻(ELF)3～30Hz極長(zhǎng)波100～10Mm超低頻(SLF)30～300Hz超長(zhǎng)波10～1Mm特低頻(ULF)300～3000Hz特長(zhǎng)波1～0.1Mm甚低頻(VLF)3～30kHz甚長(zhǎng)波0.1Mm～10km低頻(LF)30～300kHz長(zhǎng)波10～1km中頻(MF)300～3000kHz中波1～0.1km高頻(HF)3～30MHz短波0.1km～10m甚高頻(VHF)30～300MHz超短波10～1m特高頻(UHF)300～3000MHz分米波1～0.1m超高頻(SHF)3～30GHz厘米波0.1m～10mm極高頻(EHF)30GHz～0.3THz毫米波10～1mm太赫茲(Tera-hertz)0.3～30THz亞毫米波1mm～10μm單位前綴：T=1012；G=109；M=106；k=103；m=10-3；μ=10-6；n=10-9；p=10-12T=1012；G=109；M=106；k=103；m=10-3；μ=10-6；n=10-9；p=10-12

極低頻（ELF)軍事潛艇通信

甚低頻（VLF)導(dǎo)航、聲納、航空

低頻（LF)航海與航空導(dǎo)航信標(biāo)、航空導(dǎo)航

中頻（MF)中波廣播、航海與航空導(dǎo)航信標(biāo)

高頻（HF)短波廣播、業(yè)余無線電甚高頻（VHF)電視與調(diào)頻廣播、無線尋呼、地面移動(dòng)通信

超高頻（UHF)電視與調(diào)頻廣播、無繩電話、個(gè)人無線電

特高頻（SHF)微波鏈路、衛(wèi)星通信

極高頻（EHF)雷達(dá)、射電天文學(xué)

微米波遠(yuǎn)程探測(cè)、激光通信、光空間通信

紅外光300kHz30MHz3000MHz300GHz3kHz頻率利用電離層的折射、反射和散射作用進(jìn)行傳播的方式稱為天波(短波)沿地球表面進(jìn)行傳播的電波傳播模式稱為地波（中波、長(zhǎng)波）在對(duì)流層中進(jìn)行的電波傳播方式稱為空間波(超短波、微波)電磁波在地面上遠(yuǎn)距離傳播的方式

常見用途的電波頻率中波廣播(AM)535～1605kHz短波廣播5.9～26.1MHz調(diào)頻廣播(FM)88～108MHz業(yè)余無線電50～54,144～148,216～220,222～225,420～450MHz電視廣播54～72,76～88,174～216,470～608MHz遙控72～73,75.2～76,218～219MHz移動(dòng)通信900MHz;1.8,1.9,2GHz無線局域網(wǎng)2.4～2.5GHz,5～6GHz衛(wèi)星直播電視12.2～12.7,24.75～25.05,25.05～25.25GHz全球定位系統(tǒng)(GPS)1215～1240,1350～1400,1559～1610MHz1.1.2無線通信系統(tǒng)的基本組成信源輸入變換器發(fā)送設(shè)備信道接收設(shè)備輸出變換器輸出通信：發(fā)送者與接收者之間的信息傳遞通信系統(tǒng)：利用電信號(hào)或光信號(hào)實(shí)現(xiàn)信息傳遞的系統(tǒng)通信系統(tǒng)基本組成基帶信號(hào)(低頻信號(hào))調(diào)制已調(diào)信號(hào)(高頻信號(hào))噪聲與干擾解調(diào)基帶信號(hào)輸入換能器輸入換能器主要任務(wù)是將發(fā)信者供應(yīng)的非電量消息(如聲音、景物等)變換為電信號(hào)，它應(yīng)能反映待發(fā)的全部消息，通常具有“低通型”頻譜結(jié)構(gòu)，故稱為基帶信號(hào)。當(dāng)輸入消息本身就是電信號(hào)時(shí)(如計(jì)算機(jī)輸出的二進(jìn)制信號(hào))，輸入換能器可省略而干脆進(jìn)入發(fā)送設(shè)備。發(fā)送設(shè)備用基帶信號(hào)去限制高頻信號(hào)的某一參數(shù)，使該參數(shù)依據(jù)基帶信號(hào)的規(guī)律變更的過程，稱為調(diào)制?；鶐盘?hào)也稱為調(diào)制信號(hào)；未調(diào)制的高頻信號(hào)稱為載波信號(hào)；經(jīng)調(diào)制后的高頻信號(hào)稱為已調(diào)信號(hào)用基帶信號(hào)去限制高頻信號(hào)的振幅，稱為調(diào)幅AM頻率，稱為調(diào)頻FM相位，稱為調(diào)相PM發(fā)送設(shè)備主要有兩大任務(wù)：一是調(diào)制、二是放大。調(diào)制為何要調(diào)制？1.天線尺寸大于信號(hào)波長(zhǎng)的四分之一，信號(hào)才能有效放射。例如f

=

1

kHz，則天線長(zhǎng)度需大75km，顯然是不現(xiàn)實(shí)的常用基帶信號(hào)頻率范圍：圖像信號(hào)0~6MHz語音300Hz~3.4kHz音樂16Hz~20kHz干脆進(jìn)行傳輸是不現(xiàn)實(shí)的。2.頻譜不會(huì)混疊所謂放大，是指對(duì)調(diào)制信號(hào)和已調(diào)信號(hào)的電壓和功率放大、濾波等處理過程，以保證送入信道足夠大的已調(diào)信號(hào)功率。放大信道信道是連接發(fā)、收兩端的信號(hào)通道，又稱傳輸媒介。通信系統(tǒng)中應(yīng)用的信道可分為兩大類：有線信道(如架空明線、電線、波導(dǎo)、光纖等)和無線信道(如海水、地球表面、自由空間等)。接收設(shè)備接收設(shè)備的任務(wù)是將信道傳送過來的已調(diào)信號(hào)進(jìn)行處理，以復(fù)原出與發(fā)送端相一樣的基帶信號(hào)。這種從已調(diào)波中復(fù)原基帶信號(hào)的處理過程，稱為解調(diào)。解調(diào)是調(diào)制的反過程。又由于信道的衰減特性，經(jīng)遠(yuǎn)距離傳輸?shù)竭_(dá)接收端的信號(hào)電平通常是很微弱的(微伏數(shù)量級(jí))，須要放大后才好解調(diào)。同時(shí)，在信道中還會(huì)存在很多干擾信號(hào)，因而接收設(shè)備還必需具有從眾多干擾信號(hào)中選擇有用信號(hào)、抑制干擾的實(shí)力(濾波）。輸出換能器輸出換能器的作用是將接收設(shè)備輸出的基帶信號(hào)變換成原來形式的消息，如聲音、景物等，供收信者運(yùn)用。無線通信系統(tǒng)的分類根據(jù)調(diào)制方式調(diào)幅、調(diào)頻、調(diào)相根據(jù)基帶信號(hào)不同分模擬通信系統(tǒng)數(shù)字通信系統(tǒng)雙工：發(fā)送者接收者如電話單工：發(fā)送者接收者如廣播、電視半雙工：發(fā)送者接收者如對(duì)講依據(jù)通信方式不同分根據(jù)工作頻段中波、短波、超短波、微波、衛(wèi)星等模擬無線通信系統(tǒng)模擬無線放射裝置模擬無線接收裝置以典型的中短波調(diào)幅廣播通信系統(tǒng)為例，介紹其組成及各部分作用產(chǎn)生頻率穩(wěn)定的載頻信號(hào)將高頻振蕩的頻率提高到所需的頻率將低頻信號(hào)加載到高頻載波上使輸出功率達(dá)到所需的放射功率電平模擬無線通信放射系統(tǒng)對(duì)輸入的微弱已調(diào)波信號(hào)進(jìn)行放大產(chǎn)生頻率穩(wěn)定的本地振蕩信號(hào)輸入的高頻已調(diào)波與本地振蕩信號(hào)混頻，得出中頻信號(hào)從中頻已調(diào)波中復(fù)原原低頻信號(hào)模擬無線通信接收系統(tǒng)在下圖所示電路中，為什么須要加入虛線框中的單元電路（將高頻信號(hào)與本地振蕩信號(hào)混頻產(chǎn)生中頻信號(hào)后進(jìn)行解調(diào)）而不干脆將高頻放大后的電路進(jìn)行解調(diào)？常用的通信功能電路符號(hào)(a)低通濾波器(b)高通濾波器(i)天線(c)帶通濾波器(d)帶阻濾波器(陷波器)(e)放大器(f)混頻或變頻器(也表示乘法器)(g)振蕩器(h)雙工器(天線開關(guān))數(shù)字無線通信系統(tǒng)1.2高頻電路中的元器件與分析模型主要是電阻(器)、電容(器)和電感(器)，它們都屬于線性元件，在高頻電路中通常起濾波、阻抗匹配、旁路、耦合、去耦、移相等作用。有源器件無源元件主要是半導(dǎo)體二極管、三極管和集成電路，它們本質(zhì)上都屬于非線性器件，在高頻電路中完成信號(hào)的放大、非線性變換等功能。分布電容引線電感電阻器高頻等效模型電阻器作用：降壓、分壓、限流等1.2.1高頻無源元件1、電阻器等效損耗引線電感電容器作用：濾波、旁路、耦合、去耦、移相、匹配電容器高頻等效模型2、電容器等效電感線圈電阻分布電容電感器高頻等效模型電感器作用：諧振、濾波、匹配、高頻扼流等品質(zhì)因數(shù)Q定義：3、電感器1.2.2高頻有源器件半導(dǎo)體二極管伏安特性1、半導(dǎo)體二極管在高頻中主要用于檢波、調(diào)制、解調(diào)、混頻等非線性變換中。電路符號(hào)雙極型晶體管的線性電路模型晶體管高頻共放射極混合π形等效電路基區(qū)體電阻放射結(jié)電阻折合到基極回路的等效電阻放射結(jié)電容集電結(jié)電容集電結(jié)-放射結(jié)電阻晶體管微變跨導(dǎo)2、半導(dǎo)體三極管當(dāng)輸出端短路后，rb′e、Cb′e和Cb′c三者并聯(lián)，此時(shí)（一）共射晶體管截止頻率fβ是晶體管發(fā)射極電流放大系數(shù)，其幅值隨頻率的增高而下降。當(dāng)下降到β0的時(shí)，對(duì)應(yīng)的頻率則為fβ(二）特征頻率fT定義：當(dāng)|β|下降到1時(shí)所對(duì)應(yīng)的頻率：當(dāng)|β|為1時(shí)，f即為fT當(dāng)工作頻率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于fβ時(shí)，

|β|值估算模擬乘法器模擬乘法器是一種志向的線性頻譜搬移電路3、集成電路例：已知某電視機(jī)高放管的fT=1000MHz，β0=100.求放大器分別工作在1MHz、10MHz、500MHz的相應(yīng)的|β|的值。1.3系統(tǒng)性能指標(biāo)增益、噪聲、非線性、靈敏度和動(dòng)態(tài)范圍是描述高頻電路最常用的指標(biāo)接收機(jī)所能接收的最低信號(hào)電平干脆受到其固有噪聲的限制，而它能接收的最高電平又受到非線性失真的限制1.3.1增益無載電壓增益(有載)電壓增益在高頻時(shí)，電路阻抗比直流或低頻的值小，常用功率增益來量度系統(tǒng)的放大實(shí)力系統(tǒng)信號(hào)源負(fù)載定義幾種類型的功率系統(tǒng)吸取(輸入)的功率源的額定輸出功率系統(tǒng)信號(hào)源負(fù)載負(fù)載消耗的功率系統(tǒng)的額定輸出功率基于上面四種類型的功率，可以定義下面四種功率增益系統(tǒng)信號(hào)源負(fù)載四種功率增益轉(zhuǎn)化功率增益(傳遞)功率增益額定(資用)功率增益最大功率增益Gp是人們常用的功率增益，也稱為工作功率增益，它表示系統(tǒng)實(shí)際輸出功率與輸入功率之比分析和計(jì)算噪聲問題時(shí)，用額定功率和額定功率增益用對(duì)數(shù)形式dB(分貝)值來表示比值功率增益的dB值定義電壓增益的dB值定義dBm(分貝毫瓦)定義：P(dBm)=10lg[P(mW)/1mW]dBW(分貝瓦)定義：P(dBW)=10lg[P(W)/1W]dBμV(分貝微伏)定義：U(dBμV)=20lg[U(μV)/1μV]dBV(分貝伏)定義：U(dBV)=20lg[U(V)/1V]留意：兩個(gè)dBm(dBmV)相減，結(jié)果為dB。dBm(dBmV)與dB之間可以加、減，結(jié)果仍為dBm(dBmV)在50Ω系統(tǒng)中，功率與電壓?jiǎn)挝粚?duì)應(yīng)關(guān)系P1W10mW1mW0.1mW10?11mW0dBW,30dBm10dBm0dBm?10dBm?110dBmUm

10V1.0V0.316V0.1V1μV20dBV0dBV,120dBμV-10dBV,110dBμV100dBμV0dBμV定義：放大電路或電子設(shè)備的輸出端與有用信號(hào)同時(shí)存在的一種隨機(jī)變更的的電流或電壓，沒有有用信號(hào)是時(shí)它也存在。噪聲與干擾區(qū)分：干擾：帶有確定的脈沖性和周期性噪聲：具有隨機(jī)性1.3.2噪聲和噪聲系數(shù)1．噪聲來源：電阻熱噪聲和半導(dǎo)體管噪聲放大電路的內(nèi)部噪聲主要來源于包括電阻熱噪聲和放大器件的噪聲。

一、放大電路內(nèi)部噪聲的來源和特點(diǎn)（一）電阻的熱噪聲特點(diǎn)：無外加電壓時(shí)，自由電子的無規(guī)則運(yùn)動(dòng)；值小，持續(xù)時(shí)間短，正負(fù)值的概率相同；某一瞬間的電壓是隨機(jī)的；噪聲電壓un(t)是隨機(jī)變更的，無法準(zhǔn)確地寫出它的數(shù)學(xué)表達(dá)式。而大量的實(shí)踐和理論分析已經(jīng)找出它們的規(guī)律性，可以用概率特性和功率譜密度來描述。例如，電阻熱噪聲電壓un(t)具有很寬的頻譜，它從零起先連綿不斷，而且各個(gè)頻率重量是相等的如下圖所示：噪聲電壓功率頻譜密度其中，k是波爾茲曼常數(shù)，其值為1.38×10-23J/K；T是電阻溫度，以確定溫度計(jì)算。噪聲電流功率頻譜密度頻帶寬為BW內(nèi)產(chǎn)生的熱噪聲均方值電流和均方值電壓為：

電阻的熱噪聲可以用一個(gè)噪聲電壓源和一個(gè)無噪聲的串聯(lián)電阻R等效,也可以用一個(gè)噪聲電流源和一個(gè)無噪聲的電阻R并聯(lián)等效。電抗元件，志向的則其沒有噪聲；實(shí)際電感的損耗不行忽視；實(shí)際電容的損耗可以忽視；電阻R的噪聲額定功率電阻的噪聲額定功率只與溫度及通頻帶有關(guān)，而與本身阻值和負(fù)載無關(guān)(留意，實(shí)際功率是與負(fù)載有關(guān)的)。這一結(jié)論可以推廣到任何無源二端網(wǎng)絡(luò)。

(二)晶體三極管的噪聲

晶體三極管的噪聲主要有四個(gè)來源。1.熱噪聲

晶體三極管的熱噪聲主要是基區(qū)電阻rbb’產(chǎn)生的熱噪聲。用噪聲電壓功率譜密度表示為

2.散粒噪聲由于少數(shù)載流子由放射極通過PN結(jié)注入基區(qū)時(shí),在單位時(shí)間內(nèi)注人的載流子數(shù)不同,是隨機(jī)起伏的。這種起伏會(huì)影響到集電極電流的起伏,由此引起的噪聲叫散粒噪聲3.安排噪聲

晶體管放射區(qū)注入到基區(qū)的少數(shù)載流子中,一部分經(jīng)過基極區(qū)到達(dá)集電極形成集電極電流,一部分在基極區(qū)復(fù)合。載流子復(fù)合時(shí),其數(shù)量是隨機(jī)起伏的。安排噪聲就是集電極電流隨基區(qū)載流子復(fù)合數(shù)量的變更而變更所引起的噪聲。4.閃爍噪聲

閃爍噪聲又稱為1/f噪聲。它主要在低頻(幾千赫以下)范圍起主要作用。這種噪聲產(chǎn)生的緣由與半導(dǎo)體材料制作時(shí)表面清潔處理和外加電壓有關(guān)，在高頻工作時(shí)通常不考慮它的影響。電子系統(tǒng)的噪聲來源比較困難，系統(tǒng)設(shè)計(jì)師為了衡量其噪聲性能的好壞，提出了噪聲系數(shù)這一性能指標(biāo)。二．噪聲系數(shù)信噪比SNR定義:信噪比是指四端網(wǎng)絡(luò)的某一端口處信號(hào)功率與噪聲功率之比。輸入信噪比：輸出信噪比：噪聲系數(shù)(NoiseFigure，NF)定義:輸入信噪比與輸出信噪比之比標(biāo)準(zhǔn)噪聲系數(shù)Pnoa：輸出噪聲額定功率Pnia：輸入噪聲額定功率噪聲系數(shù)表征了信號(hào)通過系統(tǒng)后，系統(tǒng)內(nèi)部噪聲造成信噪比惡化的程度。T0=290K無源四端網(wǎng)絡(luò)的噪聲系數(shù)無源四端網(wǎng)絡(luò)可以看成是一個(gè)電阻，因此其為：假如系統(tǒng)是無噪的，相應(yīng)的噪聲系數(shù)為1。有噪系統(tǒng)的噪聲系數(shù)均大于1。例:求下圖所示四端口網(wǎng)絡(luò)的額定功率增益以及噪聲系數(shù)解：對(duì)該電路的輸出部分做一個(gè)戴維南等效：系統(tǒng)內(nèi)部噪聲產(chǎn)生的輸出功率放大器級(jí)聯(lián)的噪聲代入:Pnoa1對(duì)于n級(jí)放大器為了減小多級(jí)放大器的噪聲系數(shù)，必需降低前級(jí)放大器(尤其是第一級(jí))的噪聲系數(shù)，而且增大前級(jí)放大器(尤其是第一級(jí))的額定功率增益。而:故:兩級(jí)放大器級(jí)聯(lián)等效輸入噪聲溫度噪聲溫度與噪聲系數(shù)的等效關(guān)系低噪聲時(shí)接受噪聲溫度比接受噪聲系數(shù)更簡(jiǎn)潔和更便利顯示其噪聲性能的差別?！纠?.1】某接收機(jī)由高放、混頻、中放三級(jí)電路組成。已知混頻器的額定功率增益Ga2=0.2，噪聲系數(shù)NF2=10dB，中放噪聲系數(shù)NF3=6dB，高放噪聲系數(shù)NF1=3dB。如要求加入高放后使整個(gè)接收機(jī)總噪聲系數(shù)降低為加入前的1/10，則高放的額定功率增益Ga1應(yīng)為多少？高放和混頻兩級(jí)的等效噪聲溫度為多少？解：先將噪聲系數(shù)分貝數(shù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，3dB、10dB、6dB分別對(duì)應(yīng)為2、10、4。因?yàn)槲醇痈叻艜r(shí)接收機(jī)噪聲系數(shù)為所以，加高放后接收機(jī)噪聲系數(shù)應(yīng)為又由于因此有高放和混頻兩級(jí)的噪聲系數(shù)為高放和混頻兩級(jí)的等效噪聲溫度為1.3.3非線性失真在由各種有源器件構(gòu)成的線性放大器中，由于有源器件的特性是非線性的，在放大過程中總會(huì)產(chǎn)生各種各樣的失真，因此，必需限制信號(hào)的大小，使失真限制在允許的范圍內(nèi)，才能實(shí)現(xiàn)線性放大。但在諸如混頻、調(diào)制和解調(diào)等頻譜搬移電路中，有源器件的非線性又正是實(shí)現(xiàn)這些功能電路所必需的。線性電路：由全部線性元件組成的電路時(shí)域：輸出信號(hào)波形與輸入信號(hào)波形相同，只是幅度發(fā)生了變更；頻域：輸出信號(hào)的頻率重量與輸入信號(hào)的頻率重量相同;非線性電路：包含有非線性元件所組成的電路輸出信號(hào)中出現(xiàn)了輸入信號(hào)中沒有的頻率重量。必需利用非線性元件實(shí)現(xiàn)。線性元件：元件特性與施加于其上的電壓或者電流無關(guān)。非線性元件：元件特性與施加于其上的電壓或者電流有關(guān)。1．非線性器件的描述方法指數(shù)函數(shù)分析法折線函數(shù)分析法冪級(jí)數(shù)分析法指數(shù)函數(shù)分析法其中,熱電壓UT≈26mV(當(dāng)T=300K時(shí))。晶體二極管的正向伏安特性可用指數(shù)函數(shù)描述為:（一）單個(gè)輸入信號(hào)作用于非線性器件晶體二極管的伏安特性適合分析輸入信號(hào)較小的電路：當(dāng)輸入信號(hào)較小時(shí)，符合指數(shù)特性。利用指數(shù)函數(shù)的冪級(jí)數(shù)綻開式輸出電流的頻率重量可表示為：ωo=nω

n=0,1,2,…

若輸入信號(hào)為含輸入頻率ω的項(xiàng)稱為“基頻”，高階項(xiàng)nω稱為“諧波”(Harmonics)折線函數(shù)分析法當(dāng)輸入電壓較大時(shí),晶體二極管的伏安特性可用兩段折線來靠近斜率g輸出電流的頻率重量可表示為：ωo=nω

n=0,1,2,…

冪級(jí)數(shù)分析法一個(gè)非線性電路系統(tǒng)的輸入x(t)和輸出y(t)可以描述成當(dāng)輸入信號(hào)為x(t)=Acost時(shí)，輸出信號(hào)為輸出電流的頻率重量可表示為：ωo=nω

n=0,1,2,…

假如一個(gè)正弦信號(hào)作用于一個(gè)非線性系統(tǒng)，輸出一般將包含輸入信號(hào)頻率的整數(shù)倍頻。基波重量是由各奇次項(xiàng)產(chǎn)生的，二次諧波是由二次及二次以上的偶次項(xiàng)產(chǎn)生的，三次諧波是由三次及三次以上的奇次項(xiàng)產(chǎn)生的n次諧波的幅度由正比于An的項(xiàng)及其他正比于A的更高次冪的項(xiàng)組成。若對(duì)于較小的A忽視后者，我們可以認(rèn)為n次諧波的幅度近似正比于An結(jié)論:在無線電技術(shù)中，還常常遇到兩個(gè)或多個(gè)不同頻率信號(hào)同時(shí)作用于非線性元件上的狀況，這時(shí)響應(yīng)電流中，除含有各自基波重量和諧波重量外，還會(huì)產(chǎn)生兩個(gè)信號(hào)的差頻與和頻，這正是后面將要探討混頻原理、調(diào)制、解調(diào)原理所須要的。（二）兩個(gè)輸入信號(hào)作用于非線性器件若將兩個(gè)不同頻率的小信號(hào)同時(shí)加到非線性元件上，這時(shí)可用冪級(jí)數(shù)靠近非線性元件的特性。設(shè)輸入信號(hào)為：u=UQ+u1+u2=UQ+A1cosω1t+A2cosω2t由冪級(jí)數(shù)綻開法，得：依據(jù)二項(xiàng)式公式則上式為：由此可見，當(dāng)兩個(gè)不同頻率信號(hào)同時(shí)作用到非線性元件上時(shí)，其響應(yīng)電流中出現(xiàn)眾多的該兩個(gè)信號(hào)不同方冪的相乘積（u1n-mu2m）項(xiàng)。假如令p=n－m、q=m，則u1pu2q之積必將產(chǎn)生降冪組合頻率重量，其頻率用ωp.q表示。其通式為：p=0，1，2……；q=0，1，2……組合頻率重量出現(xiàn)的規(guī)律為：1）、全部組合頻率都是成對(duì)出現(xiàn)的；2）、p＋q＝偶數(shù)的組合頻率重量，都是由冪級(jí)數(shù)中n為偶數(shù)，且n≥（p＋q）各偶次方項(xiàng)產(chǎn)生的；p＋q＝奇數(shù)的組合頻率重量，都是由冪級(jí)數(shù)中n為奇數(shù)，且n≥（p＋q）奇次方項(xiàng)產(chǎn)生的。3）、組合頻率最高階數(shù)p＋q≤n。4）、當(dāng)信號(hào)幅度較小時(shí)，各組合頻率重量振幅都隨階數(shù)p＋q增加而較快地較少。例：已知非線性器件的伏安特性為：若寫出電流i中有哪些組合頻率重量。指出其中是由i中的哪些項(xiàng)產(chǎn)生的。一個(gè)電路的小信號(hào)增益一般是在忽視諧波的假設(shè)下得到的。例如在上式中若a1A遠(yuǎn)大于全部其他任何含A的系數(shù)，那么小信號(hào)增益就等于a1。3．增益壓縮當(dāng)信號(hào)大到器件的高次項(xiàng)不能忽視時(shí)(設(shè)只考慮到三次項(xiàng))，由上式可知輸出基波信號(hào)為輸出基波信號(hào)為假如α1和α3的符號(hào)相反，則信號(hào)增益將隨幅度A的增大而減小，此現(xiàn)象稱為增益壓縮。1dB壓縮點(diǎn)處的輸入信號(hào)幅度為常用1dB壓縮點(diǎn)(1-dBcompressionpoint，輸入Pi1dB、輸出Po1dB)來度量放大器的線性1dB壓縮點(diǎn)4．大信號(hào)堵塞假如電路同時(shí)接收到一個(gè)有用信號(hào)A1cosω1t和一個(gè)干擾信號(hào)A2cosω2t，即則輸出信號(hào)基波重量為當(dāng)A2>>A1時(shí)，上式可簡(jiǎn)化為假如α1和α3的符號(hào)相反，有用信號(hào)所得到的增益將遠(yuǎn)小于α1，即有用信號(hào)被大干擾信號(hào)堵塞了，或者稱為“減敏”(Desensitization)，即放大器或接收器的靈敏度降低了。5．交調(diào)失真假如干擾信號(hào)含有調(diào)幅成分干擾調(diào)幅信號(hào)會(huì)通過非線性轉(zhuǎn)移到有用信號(hào)上：假如有用信號(hào)也為幅度調(diào)制信號(hào)，則解調(diào)后的信號(hào)含有干擾信號(hào)，產(chǎn)生了交叉調(diào)制。交調(diào)失真是由非線性器件的三次方項(xiàng)產(chǎn)生的。6．互調(diào)失真兩個(gè)頻率不同的正弦波通過非線性系統(tǒng)后輸出信號(hào)的頻率重量ωo=mω1+nω2(m和n不為0)稱為(│m│+│n│)階互調(diào)重量假如兩個(gè)輸入信號(hào)的幅度相等A1=A2=A，三階互調(diào)重量為由三階失真引起的互調(diào)重量稱為三階互調(diào)重量(IM3)，假如ω1和ω2差別很小，須要重點(diǎn)考慮的是2ω1?ω2和2ω2?ω1這兩項(xiàng)，因?yàn)樗鼈兙驮诨ㄖ亓颗赃呌脕砗饬炕フ{(diào)失真程度的參數(shù)主要是三階互調(diào)截點(diǎn)IP3(Third-orderInterceptPoint，對(duì)應(yīng)的輸入功率值稱為IIP3，而輸出功率值則稱為OIP3)三階互調(diào)截點(diǎn)三階互調(diào)截點(diǎn)三階互調(diào)截點(diǎn)處的輸入信號(hào)幅度為1dB壓縮點(diǎn)和IP3的關(guān)系IIP3的簡(jiǎn)潔測(cè)量：對(duì)數(shù)(dBm)域中：在W或mW域中：I