高频与射频电路第一章

高频电路周鹰联系方式：yzhou@通信电子线路手机WiFiBluetoothRadioTV（CMMB）GPSRFID……电视机收音机单兵电台电视信号发射机移动应急车无线发射机基本框图无线接收机基本框图高频电子线路高频电路高频小信号放大器

高频功率放大器正弦波振荡器振幅调制与解调角度调制及解调波段名称波长范围频率范围频段名称主要用途长波103~104m30~300kHz低频(LF)电力通信、导航中波102~103m300kHz~3MHz中频(MF)调幅广播、导航短波10~102m3~30MHz高频(HF)调幅广播超短波1~10m30~300MHz甚高频(VHF)调频广播、电视、移动通信分米波10~102cm300MHz~3GHz特高频(UHF)电视、移动通信、雷达厘米波1~10cm3~30GHz超高频(SHF)微波通信、卫星通信毫米波1~10mm30~300GHz极高频(EHF)微波通信无线电通信波段L波段S波段C波段X波段Ku波段K波段Ka波段U波段V波段E波段W波段F波段1~2GHz2~4GHz4~8GHz8~12GHz12~18GHz18~26GHz26~40GHz40~60GHz50~75GHz60~90GHz75~110GHz90~140GHz手机GSM：上行890MHz-915MHzCDMA：上行825MHz-835MHzCDMA2000：上行1920MHz-1980MHz下行2110MHz-2170MHzWCDMA与CDMA2000一样TD-SCDMA：1880MHz-1920MHz2010MHz-2025MHz下行936MHz-960MHz上行1710MHz-1785MHz下行1805MHz-1880MHz下行870MHz-880MHzGPS：L1载波1575.42MHzL2载波1227.60MHzWiFi：2400MHz-2484MHz,5GHzBluetooth：2400MHz-2484MHzRadio：AM:中波530kHz-1610kHz短波5.9MHz-26.1MHzFM：88MHz-108MHzTV：48.6MHz-72.5MHz，76MHz-92MHz167MHz-223MHz，470MHz-566MHz606MHz-958MHz中高频13.56MHz、27.12MHz超高频433MHz，902MHz-928MHz2.45GHz，5.8GHz遥控玩具：26.975MHz-27.255MHz40.61MHz-40.85MHz72.13MHz-72.87MHzRFID：低频125kHz、133kHz业余无线电：1.8MHz-2.0MHz，3.5MHz-3.9MHz，7MHz-7.1MHz，14MHz-14.35MHz，21MHz-21.45MHz，28MHz-29.7MHz，50MHz-54MHz，144MHz-148MHz，430MHz-440MHz，1260MHz-1300MHz参考书籍1、《高频电子线路》（第五版），张肃文，高教出版社，2009年。2、《高频电路原理与分析》（第四版），曾兴雯等编著，西安电子科技大学出版社，2006年。3、《射频电路设计》（第三版），[美]Joseph等著，电子工业出版社，2001年。4、《高频电子线路》，杨绍城等编著，电子科技大学出版社，1993年。第一章高频小信号放大器一、概述高频宽带放大器高频窄带放大器从所接收的众多电信号中，选出有用信号并加以放大（或对已调制信号放大），而对其它无用信号、干扰与噪声进行抑制，以提高信号的质量和抗干扰能力。高频窄带放大器作用：应用：广播、电视、通信、雷达、测量等设备中。主要性能指标：增益（电压增益、功率增益）通频带选择性稳定性噪声增益：电压增益：功率增益：通频带：一般指3dB带宽，即放大器的增益比谐振增益下降3dB时，所对应的频率范围。选择性：指放大器从含有各种不同频率信号总和中，选出有用信号排除干扰信号的能力。用矩形系数表示。矩形系数：二、谐振回路串联谐振回路并联谐振回路耦合谐振回路高频电路中的基本单元电路可用于:谐振放大器正弦振荡器调制与解调电路1、串联谐振回路

R表示L和C的总损耗电阻L和C为理想元件电流谐振时，有：

幅度达到最大，且与同相即：谐振角频率此时，定义：特性阻抗：空载品质因数：广义失谐：广义失谐：窄带近似条件：所以：谐振频率回路电流可表示为：回路电流幅度：回路电流相位：若则回路电流相位：归一化谐振曲线：注意：广义失谐是一个变量。相对于谐振频率的变化量电路参数：通频带：矩形系数：幅频特性相频特性Q变化导致通带变化，但不会改变矩形系数！通常情况下，要求Q越高越好！讨论：谐振时，电感两端的电压电容两端的电压电容、电感要注意耐压问题！2、并联谐振回路R为L的损耗电阻L和C为理想元件。，忽略电容损耗。电压：LC回路阻抗：谐振时，有：

幅度达到最大，且与同相此时：谐振角频率由于很小，通常情况下因此有：特性阻抗：空载品质因数：谐振时的阻抗为：所以：LC回路阻抗为：由于因此：谐振时：输出电压幅度：输出电压相位：若则输出电压相位：归一化谐振曲线：电路参数：通频带：矩形系数：与串联谐振回路完全一样！幅频特性相频特性为了计算和分析方便，通常将并联谐振回路画为其等效谐振电路。3、信号源内阻和负载对LC回路的影响有载品质因数：有载品质因数：回路实际通频带：为了减小信号源内阻和负载对回路参数的影响，需要在信号源与回路，负载与回路之间加入阻抗变换电路。4、常用的阻抗变换电路①互感耦合变压器阻抗变换接入系数要求耦合系数②自耦变压器阻抗变换要求耦合系数③电感分压阻抗变换要求耦合系数④电容分压阻抗变换讨论：①变换关系的阻抗与导纳表达②变换对信号源的影响5、耦合谐振回路（双调谐回路）互感耦合谐振电容耦合谐振耦合系数：耦合系数：Cm为耦合电容为了简化分析和计算，假设初次级回路完全一样，即：由于这里耦合因数输出幅频特性：输出相频特性：上式虽然是由电容耦合回路推导出来，但同样适用于电感耦合回路。归一化幅频特性：所以：上式有三个极点：极点的分布与有关。①（临界耦合）此时：三个极点合并为一个，且为极大点。通频带：矩形系数：②（弱耦合）只有一个极点，且为极大点。此时：极弱耦合时，有：通频带：矩形系数：（强耦合）③三个极点：极小值极大值峰间距：最大有效通频带：当时通频带：矩形系数：三、晶体管等效模型混合π参数模型共射Y参数模型基区体电阻发射结结电阻发射结结电容集电结结电阻集电结结电容集电极输出电阻跨导输入导纳：输出导纳：正向传输导纳：反向传输导纳：忽略由于因此而可以认为：简化共射Y参数模型注：共射、共基以及共集Y参数可以相互转换。四、单调谐放大器集电极回路耦合变压器作用：①为LC回路提供电感②阻抗变换③隔离Cb、Ce为高频旁路电容分析方法：①直流等效，计算工作点；②交流等效；③代入简化Y参数等效模型，计算电路参数。交流等效代入Y参数模型阻抗变换电阻、电容代替导纳A.假设负载是与本级相同的放大器；B.注意LC回路的等效谐振电阻Rp。化简复增益增益幅频特性：谐振时增益：归一化增益特性：通频带：矩形系数：功率增益：（假设负载是与本级一样的放大器）令：注意：最大功率增益匹配损耗插入损耗失谐损耗增益带宽积：若电路结构确定，则：为确定值。因此：在同一电路中，高增益与宽带宽是矛盾的！五、单调谐放大器的级联目的：为了获得高增益！同步调谐参差调谐各级放大器谐振于同一频点。各级放大器谐振于不同频点。为了讨论方便，假设所有级联的放大器参数完全一样！1、同步调谐增益：归一化幅度特性：通频带：矩形系数：级联后的通带小于单级放大器的通带！矩形系数有所改善。2、参差调谐双参差三参差双参差假设：由于是窄带放大器，有考虑到频率只有细微差别，因此仍有：两级放大器的电路参数完全一样！增益：令：而：广义调偏量所以：归一化幅度特性：与双调谐回路特性相似。三参差六、双调谐放大器假设：①初、次级回路完全一样。②Q1和Q2完全一样。交流等效代入Y参数模型阻抗变换电路化简要求：根据耦合谐振回路特性，有：增益：归一化幅度特性：通频带、矩形系数完全由耦合谐振回路决定。七、谐振放大器稳定性分析考虑信号源简化放大器模型如果则：放大器不稳定！由有：即

考虑到本级放大器是中间级放大器，前后均有谐振回路。则：假设输入回路与输出回路相同，即所以：写成幅度和相位条件：由于低于谐振频率可能产生自激振荡！若不考虑接入系数，定义稳定系数：自激振荡稳定由于一般要求稳定所以有最大稳定增益：由可知增益越高，放大器越不稳定！通常需要牺牲增益来获得放大器的稳定！提高放大器稳定的方法：核心就是减小内部反馈！①中和法选择中和电容CN只能中和特定条件下的反馈电流。②失配法若则：器件单向化！此时，负载失配！牺牲增益获得稳定，适用于各种条件下。共射—共基组合电路很大，可以认为是对第一级放大器失配。共基放大器反馈很小。共射放大器有电流放大。共基放大器有电压放大。八、放大器的噪声干扰与噪声干扰(外部)自然干扰人为干扰天电干扰宇宙干扰大地干扰工业干扰无线电台干扰(电磁污染)噪声(内部)自然噪声人为噪声热噪声散粒噪声闪烁噪声交流哼声感应噪声接触不良噪声放大器的噪声主要是构成放大器的电阻和晶体管产生的。电感与电容产生的噪声很小，可以忽略。1、电阻热噪声热噪声功率谱密度：玻尔曼兹常数绝对温度电阻值与频率无关（白噪声）等效噪声频带宽度2、晶体管的噪声①热噪声白噪声②散粒噪声白噪声电子电荷射极工作点电流③分配噪声集电极工作点电流电流放大系数高频噪声④闪烁噪声噪声低频噪声晶体管噪声模型3、噪声的表达方法