第2章 高频电路基础知识.ppt

第2章高频电路基础知识 第2章高频电路基础知识 2 1高频电路中的元器件2 2天线2 3噪声与干扰 2 1高频电路中的元器件 2 1 1高频电路中的元件电阻高频电路中的电阻不仅表现有电阻特性的一面 而且还表现有电抗特性的一面 高频特性 高频电路中的电阻的等效电路 其中 CR分布电容 LR引线电感 R电阻 电容高频电路中的电容不仅表现有电容的特性 而且还具有电感和电阻的特性 其等效电路如图所示 其中 RC损耗电阻 LC引线电感 C电容 高频电路中的电容容抗与频率的关系如图所示 电感高频电路中的电感不仅具有电感的特性 还具有电阻和电容的特性 其等效电路如图所示 其中 RL损耗电阻 CL分布电容 L电感 高频电路中电感的阻抗与频率的关系如图所示 2 1 2高频电路中的有源器件二极管半导体二极管在高频电路中主要用于检波 调制 解调以及混频等非线性电路中 利用它的非线性特性 变容二极管主要应用于压控振荡器 角度调制 角度解调以及反馈控制电路中 利用它的等效电容的可控特性 晶体管与场效应管高频小功率管 用于高频小信号放大 要求有高增益和低噪声 高频功率管 用于高频信号功率放大 要求有较大的允许管耗和较大的输出功率 集成电路通用型 如 集成模拟乘法器MC1496 MC1495等可用于调幅 检波 调频 鉴频等 专用型 如 正交鉴频器5G32 窄带发射集成电路MC2833 窄带接收集成电路MC3361等 2 2天线 在高频电路中天线主要用于发射与接收电磁波信号 它是无线通信系统中不可缺少的一部分 天线的发射与接收作用是可逆的 同一天线用作发射与接收的性能是相同的 性能良好的天线可以改善信号分布 增大信噪比 降低比特率 以及能克服覆盖范围内的薄弱环节 甚至可以降低功率损耗 天线有各种各样的形式 常用的两种天线为 线式天线和面式天线 线式天线 由半径远小于波长的导线构成 如 对称天线和单极天线 主要用于长 中短波波段 面式天线 由尺寸大于波长的金属或介质构成的面状天线 如 抛物面天线和微带天线 主要用于微波波段 2 2 1对称天线和单极天线对称天线 偶极天线 结构如图所示 半波谐振 阻抗为72 垂直偶极天线 方位辐射图 垂直面辐射图 单极天线结构如图所示 相当于以无限大平面为一个臂的对称天线 如中 长波的铁塔天线 超短波的鞭形天线 单极天线为1 4波长谐振 阻抗为36 2 2 2抛物线天线和微带天线抛物线天线抛物线天线的工作具有类似光学系统的性能 该天线具有良好的电气特性 在微波通信和卫星通信等方面得到了广泛的应用 单极天线示意图 抛物面天线光学性质 微带天线微带天线具有很多其它天线没有的特点 优点是尺寸小 重量轻 价格低廉 尤其是它具有很小的剖面高度 允许附着于任何金属表面 最适合安装在高速运行的物体上 如飞机 火箭 导弹上 微带天线缺点是工作频带很窄 微带天线的基本结构如图所示 微带天线的基本结构 2 3噪声与干扰 所谓噪声 或干扰 就是除有用信号以外的一切不需要的信号及各种电磁骚动的总称 噪声一般指内部噪声 又分自然和人为两类 自然噪声有热噪声 散粒噪声和闪烁噪声等 人为噪声有交流噪声 感应噪声等 干扰一般指外部干扰 也分自然和人为两类 自然干扰有天电干扰 宇宙干扰和大地干扰等 人为干扰有工业干扰和无线电台干扰 2 3 1电路内部噪声的来源和特性电路内部噪声的主要来源是电阻的热噪声和放大器件的噪声 1 电阻的热噪声电阻的热噪声是由电阻内部的自由电子无规则热运动所产生的 如下图所示 噪声电压 或电流 是上下起伏变化的 但在一定时间内其平均值为零 起伏噪声的频谱在极宽的范围内 且有均匀的功率谱密度 故也称为白噪声 电阻热噪声电压波形 2 晶体管的噪声晶体管的噪声主要有热噪声 散粒噪声 分配噪声和闪烁噪声 热噪声主要由基区体电阻所产生 散粒噪声是由于晶体管内部基区少数载流子注入率的随机性引起的 是主要噪声来源 分配噪声是由于晶体管内部基区少数载流子复合量的随机性引起的 闪烁噪声的产生与半导体制作时表面清洁处理度和外加电压有关 主要考虑低频情况 晶体管的噪声主要决定于热噪声 散粒噪声和分配噪声 在很宽的频率范围内随频率变化是很小的 3 场效应管的噪声场效应管的噪声主要考虑沟道电阻产生的热噪声 2 3 2噪声系数1 信噪比电路某处的信号功率与噪声功率之比称为信噪比 用符号S N表示 通常用信噪比来表示噪声对信号的影响 信噪比越大 信号质量越好 2 噪声系数下图为一线性四端网络 它的噪声系数定义为输入端的信噪比 S N i与输出端的信噪比 S N o的比值 即 图中 KP为电路的功率传输系数 或功率放大倍数 用Na表示线性电路内部附加噪声功率在输出端的输出 考虑到KP o Si 式 3 26 可以表示为 3 26 3 27 3 28 噪声系数通常用dB表示 用dB表示的噪声系数为多级放大器网络的噪声系数从式 3 30 可以看出 当放大器的额定功率增益远大于1时 系统的总噪声系数主要取决于第一级的噪声系数 越是后面的网络 对噪声系数的影响就越小 这是因为越到后级信号的功率越大 后面网络内部噪声对信噪比的影响就不大了 因此 对第一级来说 不但希望噪声系数小 也希望增益大 以便减小后级噪声的影响 3 29 3 30 例 下图是一接收机的前端电路 高频放大器和场效应管混频器的噪声系数和功率增益如图所示 试求前端电路的噪声系数 设本振产生的噪声忽略不计 解 将图中的噪声系数和增益化为倍数 有因此 前端电路的噪声系数为 2 3 3常用减小噪声系数的措施1 选用低噪声的元器件 2 正确选择放大器的静态工作点 3