2025年射频电路考试题及答案

2025年射频电路考试题及答案一、选择题（每题3分，共30分）1.特性阻抗为50Ω的无耗传输线终端接负载阻抗Z_L=100+j50Ω，此时传输线的反射系数模值为（）A.0.316B.0.447C.0.577D.0.7072.史密斯圆图中，等反射系数圆与实轴交点对应的阻抗为（）A.纯电抗B.纯电阻C.复数阻抗D.开路或短路3.微带线的色散效应主要由（）引起A.介质损耗B.导体损耗C.电场分布随频率变化D.趋肤效应4.某射频放大器的噪声系数为3dB，其等效噪声温度约为（）（设参考温度T0=290K）A.290KB.580KC.870KD.1160K5.射频功率放大器的甲类工作状态效率较低，主要原因是（）A.静态电流过大B.输出功率过小C.输入信号幅度不足D.晶体管导通角过大6.设计带通滤波器时，若要求通带内插入损耗小于1dB，阻带内衰减大于30dB，则需重点优化（）A.中心频率B.3dB带宽C.矩形系数D.寄生通带抑制7.混频器的变频损耗定义为（）A.输入射频功率与输出中频功率之比B.输出中频功率与输入射频功率之比C.输入本振功率与输出中频功率之比D.输出射频功率与输入本振功率之比8.射频传输线的特性阻抗主要由（）决定A.传输线长度B.信号频率C.导体材料D.横截面尺寸和介质参数9.为减小射频电路中的趋肤效应影响，通常采用（）A.实心粗导线B.多股绞合线C.镀银导线D.铜芯铝绞线10.射频天线的增益与方向性系数的关系为（）（η为天线效率）A.增益=方向性系数×ηB.增益=方向性系数/ηC.增益=方向性系数+ηD.增益=方向性系数-η二、填空题（每空2分，共20分）1.无耗传输线的特性阻抗公式为Z0=______（L为单位长度电感，C为单位长度电容）。2.并联LC谐振回路的谐振频率f0=______（L为电感，C为电容）。3.射频电路中，噪声系数NF与噪声温度Te的关系为NF=______（以分贝表示）。4.微带线的有效介电常数ε_eff介于______和______之间（填“空气介电常数”或“介质基片介电常数”）。5.射频功率放大器的负载牵引（LoadPull）测试主要用于确定______。6.带阻滤波器的抑制带宽通常定义为衰减大于______dB的频率范围。7.混频器的三阶交调截点（IP3）越高，说明其______性能越好。8.射频传输线的输入阻抗Zin与负载阻抗Z_L、传输线长度l、特性阻抗Z0的关系为Zin=______（用双曲函数表示）。三、简答题（每题8分，共40分）1.简述传输线阻抗匹配的意义及常用匹配方法。2.比较微带线与带状线在射频电路中的优缺点。3.分析低噪声放大器（LNA）设计中需要重点考虑的参数及其原因。4.说明滤波器插入损耗与回波损耗的区别，并解释其对系统性能的影响。5.讨论混频器中选择肖特基二极管而非普通PN结二极管的主要原因。四、计算题（共60分）1.（12分）特性阻抗为50Ω的无耗传输线长度为λ/8（λ为工作波长），终端接负载Z_L=25-j50Ω。求传输线输入阻抗Zin，并画出史密斯圆图匹配过程（标注关键步骤）。2.（15分）某射频系统由三级放大器级联组成：第一级噪声系数NF1=2dB，功率增益G1=15dB；第二级NF2=4dB，G2=20dB；第三级NF3=6dB，G3=10dB。计算系统总噪声系数（以分贝表示）。3.（12分）设计一个微带低通滤波器，要求截止频率fc=2GHz，通带内最大衰减0.5dB，阻带在3GHz处衰减≥20dB。已知基片参数：ε_r=4.5，h=0.5mm，铜箔厚度t=0.035mm。计算最低阶切比雪夫滤波器的元件值（归一化低通原型g1=1.1018，g2=1.3061，g3=1.1018），并推导微带线特征阻抗与电长度的关系。4.（10分）某射频功率放大器工作于AB类，静态电流Icq=50mA，电源电压Vcc=12V，输出功率Pout=2W。计算放大器的直流功耗PDC和效率η。5.（11分）混频器输入射频信号频率fRF=2.4GHz，本振频率fLO=2.5GHz，输出中频信号需抑制镜像频率干扰。求中频频率fIF及镜像频率fIM，并说明抑制镜像干扰的常用方法。答案一、选择题1.B（反射系数Γ=(Z_L-Z0)/(Z_L+Z0)=(100+j50-50)/(100+j50+50)=(50+j50)/(150+j50)=(50√2∠45°)/(50√10∠18.43°)=√(2/10)∠26.57°，模值为√0.2≈0.447）2.B（实轴对应纯电阻，等反射系数圆与实轴交点为匹配点或极值点）3.C（微带线为非均匀介质填充，电场分布随频率变化导致相位速度色散）4.A（NF(dB)=10lg(1+Te/T0)，3dB≈10lg2，故Te=T0=290K）5.A（甲类放大器导通角360°，静态电流大，直流功耗高）6.C（矩形系数=阻带衰减30dB带宽/通带3dB带宽，反映滤波器矩形度）7.A（变频损耗=输入射频功率/输出中频功率，单位dB）8.D（Z0=√(L/C)，L和C由横截面尺寸和介质决定）9.C（镀银可降低表面电阻率，减小趋肤效应损耗）10.A（增益=方向性系数×效率，η≤1）二、填空题1.√(L/C)2.1/(2π√(LC))3.10lg(1+Te/T0)（T0=290K）4.空气介电常数；介质基片介电常数5.最佳负载阻抗（以获得最大输出功率或效率）6.20（或根据具体指标，通常≥20dB）7.线性（或抗干扰）8.Z0×(Z_L+jZ0tanβl)/(Z0+jZ_Ltanβl)（β=2π/λ为相位常数）三、简答题1.意义：减少反射，提高功率传输效率；避免驻波导致的信号失真和器件损坏；确保系统稳定性。常用方法：单枝节/双枝节匹配（并联或串联短截线）、L型/T型/π型集总参数匹配网络、渐变线匹配、变压器匹配（如λ/4阻抗变换器）。2.微带线优点：平面结构，易集成；单面接地，便于安装有源器件；成本低。缺点：辐射损耗大（高频时）；色散效应显著；功率容量小（因导体薄）。带状线优点：全屏蔽，辐射损耗小；色散低；功率容量大。缺点：双面接地，集成难度高；加工成本高；特性阻抗调节范围窄（受介质厚度限制）。3.重点参数：①噪声系数（NF）：LNA位于接收前端，需最小化系统噪声，NF直接影响接收灵敏度；②增益（G）：提供足够增益以抑制后级电路噪声，通常要求15-25dB；③输入匹配（S11）：需与天线阻抗匹配（通常50Ω），避免反射导致的信号损失；④线性度（如IP3）：防止强干扰信号引起的交调失真；⑤工作频率范围：需覆盖系统带宽，避免频率偏移。4.插入损耗（IL）：信号通过滤波器时的功率损失，IL=10lg(Pin/Pout)，反映滤波器自身损耗（导体/介质损耗）和失配损耗。回波损耗（RL）：输入/输出端反射功率与入射功率之比，RL=10lg(Pin/Pref)，反映滤波器与前后级的匹配程度。影响：IL过大会降低系统灵敏度（接收端）或输出功率（发射端）；RL过小会导致反射功率增大，可能引起自激振荡或信号失真。5.原因：①肖特基二极管为多数载流子器件，结电容小（<0.1pF），适合高频（GHz级）混频；②正向导通电压低（约0.3V），混频效率高；③开关速度快（皮秒级），非线性特性更尖锐，利于产生丰富的谐波分量；④噪声系数低（相比PN结二极管），适合低噪声混频场景；⑤反向恢复时间短，减少交调失真。四、计算题1.解：传输线长度l=λ/8，βl=2π/λ×λ/8=π/4。输入阻抗公式：Zin=Z0×(Z_L+jZ0tanβl)/(Z0+jZ_Ltanβl)=50×(25-j50+j50×1)/(50+j(25-j50)×1)=50×(25)/(50+j25+50)=50×25/(100+j25)=50×25/(25×(4+j1))=50/(4+j1)=50×(4-j1)/(17)=(200-j50)/17≈11.76-j2.94Ω。史密斯圆图匹配步骤：①将Z_L=25-j50Ω归一化（z_L=0.5-j1），标注在圆图上；②沿等反射系数圆向源方向旋转λ/8（对应电长度π/4），得到归一化输入阻抗z_in≈0.235-j0.059；③并联或串联匹配枝节（如并联短路枝节），将z_in匹配到1+j0。2.解：总噪声系数公式（线性值）：F_total=F1+(F2-1)/G1+(F3-1)/(G1G2)其中，F1=10^(0.2)=1.585，F2=10^(0.4)=2.512，F3=10^(0.6)=3.981；G1=10^(1.5)=31.62，G2=10^(2)=100。代入得：F_total=1.585+(2.512-1)/31.62+(3.981-1)/(31.62×100)=1.585+1.512/31.62+2.981/3162≈1.585+0.0478+0.00094≈1.6338。转换为分贝：NF_total=10lg(1.6338)≈2.13dB。3.解：切比雪夫低通滤波器归一化元件值g1=1.1018，g2=1.3061，g3=1.1018（3阶）。实际元件值需频率归一化（Ω=2πfc=2π×2e9=4πe9rad/s）和阻抗归一化（通常50Ω）：C1=g1/(ΩZ0)=1.1018/(4πe9×50)≈1.758pF；L2=g2×Z0/Ω=1.3061×50/(4πe9)≈5.20nH；C3=g3/(ΩZ0)=1.1018/(4πe9×50)≈1.758pF。微带线特征阻抗Z0与电长度θ的关系：对于低通滤波器，短截线对应电感（高阻抗线，Z0>50Ω，电长度θ<90°），并联枝节对应电容（低阻抗线，Z0<50Ω，电长度θ<90°）。具体Z0由基片参数计算：Z0=(60/√ε_eff)×ln(8h/w+w/(4h))（w为线宽），ε_eff=(ε_r+1)/2+(ε_r-1)/2×(1+12h/w)^(-0.5)。4.解：直流功耗PDC=Vcc×Icq=12V×0.05A=0.6W（注：AB类放大器静态电流为总电流的一部分，实际PDC需考虑动态电流，但题目简化为静态电流时）。效率η=Pout/PDC×100%=2W/0.6W≈333.3%（显然矛盾，正确应为AB类放大器的动态电流Ic=2Icq/π≈31.8mA，PDC=Vcc×(Icq+Ic/2)=12×(0.05+0.0159)=0.7