高頻電路原理

1、高頻電子線(xiàn)路高頻電子線(xiàn)路第第1章、引言章、引言l首先提如下幾個(gè)問(wèn)題：首先提如下幾個(gè)問(wèn)題：高頻與中低頻的區(qū)別是什么？高頻與中低頻的區(qū)別是什么？現(xiàn)在數(shù)字集成電路越來(lái)越普遍現(xiàn)在數(shù)字集成電路越來(lái)越普遍,高頻還有用么高頻還有用么?學(xué)習(xí)學(xué)習(xí)“高頻高頻”對(duì)就業(yè)和考研有幫助嗎？對(duì)就業(yè)和考研有幫助嗎？學(xué)好學(xué)好“高頻高頻”需要哪些基礎(chǔ)知識(shí)？需要哪些基礎(chǔ)知識(shí)？如何才能真正地學(xué)好如何才能真正地學(xué)好“高頻高頻”？高頻與低頻的主要區(qū)別（量變高頻與低頻的主要區(qū)別（量變-質(zhì)變）質(zhì)變）l高頻在傳輸線(xiàn)上產(chǎn)生駐波、輻射、反射等現(xiàn)象高頻在傳輸線(xiàn)上產(chǎn)生駐波、輻射、反射等現(xiàn)象l器件在高頻區(qū)表現(xiàn)出器件在高頻區(qū)表現(xiàn)出非理論特性非理論特性例如

2、，電阻和電容在高頻區(qū)表現(xiàn)出引線(xiàn)電感特性例如，電阻和電容在高頻區(qū)表現(xiàn)出引線(xiàn)電感特性并行的傳輸線(xiàn)在高頻區(qū)表現(xiàn)出電容特性并行的傳輸線(xiàn)在高頻區(qū)表現(xiàn)出電容特性三極管在高頻區(qū)放大倍數(shù)下降、波形畸變等等三極管在高頻區(qū)放大倍數(shù)下降、波形畸變等等l低頻常以電壓傳遞為目的，通常低頻常以電壓傳遞為目的，通常ZLZS；高頻；高頻常以功率傳遞為目的，通常常以功率傳遞為目的，通常ZL=ZS（即功率匹（即功率匹配）配）第第1章章 引言引言導(dǎo)線(xiàn)的高頻模型導(dǎo)線(xiàn)的高頻模型l理想情況l實(shí)際情況f(頻率)Z(阻抗)f(頻率)Z(阻抗)第第1章章 引言引言寄生電感量大小與導(dǎo)線(xiàn)寄生電感量大小與導(dǎo)線(xiàn)長(zhǎng)度和形狀有關(guān)長(zhǎng)度和形狀有關(guān)電阻、電容、

3、電感在高頻下模型電阻、電容、電感在高頻下模型也與理想狀況也不相同也與理想狀況也不相同第第0章章 引言引言低頻下理想模型低頻下理想模型高頻下實(shí)際模型高頻下實(shí)際模型學(xué)習(xí)高頻的必要性（學(xué)習(xí)高頻的必要性（1）l一般而言，電子電路可分為模擬電路與數(shù)字電一般而言，電子電路可分為模擬電路與數(shù)字電路。而模擬電路又可分為低頻電路與高頻電路路。而模擬電路又可分為低頻電路與高頻電路l忽視高頻電路而著手?jǐn)?shù)字與低頻電路的設(shè)計(jì)，忽視高頻電路而著手?jǐn)?shù)字與低頻電路的設(shè)計(jì)，雖然電路可能能正常工作，但雖然電路可能能正常工作，但可能存在不穩(wěn)定、可能存在不穩(wěn)定、通用性差等問(wèn)題，此類(lèi)事情不勝枚舉通用性差等問(wèn)題，此類(lèi)事情不勝枚舉l隨著人

4、們對(duì)儀器精度的更高要求，數(shù)字電路已隨著人們對(duì)儀器精度的更高要求，數(shù)字電路已經(jīng)朝著高速化發(fā)展了，即經(jīng)朝著高速化發(fā)展了，即現(xiàn)代實(shí)用數(shù)字電路中現(xiàn)代實(shí)用數(shù)字電路中不可避免高頻問(wèn)題不可避免高頻問(wèn)題第第1章章 引言引言-摘自摘自高頻電路設(shè)計(jì)與制作高頻電路設(shè)計(jì)與制作中的一段話(huà)中的一段話(huà)學(xué)習(xí)高頻的必要性（學(xué)習(xí)高頻的必要性（2）l雖然數(shù)字、集成電路越來(lái)越普遍，但高頻基本雖然數(shù)字、集成電路越來(lái)越普遍，但高頻基本理論對(duì)電子工藝的指導(dǎo)作用仍然存在理論對(duì)電子工藝的指導(dǎo)作用仍然存在l很多外圍電路（如天線(xiàn)、耦合設(shè)備）仍然必須很多外圍電路（如天線(xiàn)、耦合設(shè)備）仍然必須由模擬電路來(lái)實(shí)現(xiàn)由模擬電路來(lái)實(shí)現(xiàn)l高頻是從事射頻工作的理論基

5、礎(chǔ)課程高頻是從事射頻工作的理論基礎(chǔ)課程l很多高校的電子、通信專(zhuān)業(yè)研究生入學(xué)考試中很多高校的電子、通信專(zhuān)業(yè)研究生入學(xué)考試中包括高頻內(nèi)容包括高頻內(nèi)容第第1章章 引言引言高頻電子線(xiàn)路課程涉及的知識(shí)體系高頻電子線(xiàn)路課程涉及的知識(shí)體系第第1章章 引言引言本課程內(nèi)容高頻小信號(hào)放大選頻網(wǎng)絡(luò)電路基礎(chǔ)模擬電路信號(hào)與系統(tǒng)調(diào)制解調(diào)頻率變換高頻功率放大振蕩電路各類(lèi)無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)高速計(jì)算機(jī)系統(tǒng)基礎(chǔ)課程線(xiàn)性線(xiàn)性線(xiàn)性線(xiàn)性非線(xiàn)性非線(xiàn)性非線(xiàn)性非線(xiàn)性 非線(xiàn)性非線(xiàn)性非線(xiàn)性非線(xiàn)性先續(xù)課程的要求先續(xù)課程的要求l低頻電子線(xiàn)路l信號(hào)與系統(tǒng)，電路分析與基礎(chǔ)本課與其他課程的關(guān)系本課與其他課程的關(guān)系l與通信原理的關(guān)系二者都介紹了調(diào)制與

6、解調(diào)，所不同的是通信原理側(cè)重于原理分析；本課側(cè)重于具體電路。通信原理側(cè)重介紹數(shù)字調(diào)制解調(diào)；本課程側(cè)重介紹模擬調(diào)制解調(diào)。l與通信電子線(xiàn)路及非線(xiàn)性電路的關(guān)系通信電子線(xiàn)路一般會(huì)包含通信中所常用到的所有電路，包括高頻電路和一部分低頻電路。非線(xiàn)性電子線(xiàn)路一般只包含高頻電路中的非線(xiàn)性電路部分（例如高頻功放），不含線(xiàn)性電路（如小信號(hào)放大）部分第第1章章 引言引言*注：現(xiàn)代電子設(shè)備多為交叉運(yùn)用。注：現(xiàn)代電子設(shè)備多為交叉運(yùn)用。電的傳遞路徑方式與電的傳遞路徑方式與主要分析研究方法主要分析研究方法高頻電路高頻電路廣播、電視、通訊等頻率較廣播、電視、通訊等頻率較高高,電參數(shù)集中的高頻（射頻）應(yīng)用。電參數(shù)集中的高頻（射

7、頻）應(yīng)用。 顯著特點(diǎn)：工作頻率界于低頻電路和微波顯著特點(diǎn)：工作頻率界于低頻電路和微波 電路之間，內(nèi)電路之間，內(nèi)“路路”外外“場(chǎng)場(chǎng)”。微波電路微波電路通信、雷達(dá)、導(dǎo)航與電子對(duì)抗等通信、雷達(dá)、導(dǎo)航與電子對(duì)抗等 頻率高于高頻電路、集總參數(shù)應(yīng)用頻率高于高頻電路、集總參數(shù)應(yīng)用低頻電路低頻電路儀器、儀表、自動(dòng)化控制、醫(yī)療儀器、儀表、自動(dòng)化控制、醫(yī)療 電子、電話(huà)線(xiàn)等頻率較低的一般性應(yīng)用。電子、電話(huà)線(xiàn)等頻率較低的一般性應(yīng)用。特點(diǎn)：能量直接在線(xiàn)路上特點(diǎn)：能量直接在線(xiàn)路上 傳遞。傳遞。電磁場(chǎng)電磁場(chǎng) 完全非完全非“電路電路”傳輸，能量以傳輸，能量以“場(chǎng)場(chǎng)”的形式傳遞和的形式傳遞和接收接收頻率由低到高頻率由低到高強(qiáng)電

8、強(qiáng)電（高低壓）（高低壓）電力電子技術(shù)，發(fā)供電設(shè)備，電力拖動(dòng)，大功率電電力電子技術(shù)，發(fā)供電設(shè)備，電力拖動(dòng)，大功率電器等。器等。特點(diǎn)：特點(diǎn)： 能量以線(xiàn)路（電纜）形式傳遞，頻率能量以線(xiàn)路（電纜）形式傳遞，頻率50Hz（某些國(guó)家（某些國(guó)家60Hz）弱弱電電數(shù)字電路數(shù)字電路自動(dòng)化控制、計(jì)算機(jī)、數(shù)據(jù)通訊等自動(dòng)化控制、計(jì)算機(jī)、數(shù)據(jù)通訊等模模擬擬電電路路課程說(shuō)明理論體系理論體系學(xué)習(xí)中需要注意的幾點(diǎn)：學(xué)習(xí)中需要注意的幾點(diǎn)：l研究的兩大對(duì)象：信號(hào) 系統(tǒng) 注意信號(hào)的特性，系統(tǒng)（電子線(xiàn)路）的基本組成、原理、分析方法等，信號(hào)與系統(tǒng)的關(guān)系，如信號(hào)與系統(tǒng)的匹配等。l學(xué)習(xí)方法重點(diǎn)掌握各種功能的基本原理及由此導(dǎo)出的基本電路。掌

9、握近似的工程分析方法按要求適當(dāng)練習(xí)，作適當(dāng)實(shí)驗(yàn)第一節(jié)第一節(jié) 無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)概述無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)概述圖1-1 無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)的基本組成音頻放大器調(diào)制器激勵(lì)放大輸出功率放大載波振蕩器天線(xiàn)開(kāi)關(guān)高頻放大混頻器中頻放大與濾波解調(diào)器音頻放大器話(huà)筒本地振蕩器揚(yáng)聲器變頻器無(wú)線(xiàn)電超外差式接收機(jī)框圖及信號(hào)變化波形無(wú)線(xiàn)電超外差式接收機(jī)框圖及信號(hào)變化波形高 頻 放 大 fsfs本 地 振 蕩 fo混 頻 fofs=fifi低 頻 放 大 檢 波 中 頻 放 大 FF鏡像抑制接收機(jī)鏡像抑制接收機(jī)零頻接收機(jī)零頻接收機(jī)第一節(jié)第一節(jié) 無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)概述無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)概述l數(shù)字無(wú)線(xiàn)通信 數(shù)字無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)的組成與圖1-1相似，只需將模擬通信

10、終端換成數(shù)字通信終端或者在模擬通信終端與調(diào)制解調(diào)器之間分別增加模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)和數(shù)字-模擬轉(zhuǎn)換器（DAC）即可。數(shù)字無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)容易實(shí)現(xiàn)小型化，性能更加優(yōu)越 。 第一節(jié)第一節(jié) 無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)概述無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)概述l無(wú)論無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)如何變化，但其中必定要包含高頻電路，而且包含的高頻電路的基本內(nèi)容幾乎不變，主要包括以下內(nèi)容： 第一節(jié)第一節(jié) 無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)概述無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)概述 1.高頻振蕩器（信號(hào)源、載波信號(hào)或本地振蕩信號(hào)） 2.放大器（高頻小信號(hào)放大器及高頻功率放大器） 3.混頻或變頻高頻信號(hào)變換或處理 4.調(diào)制與解調(diào)高頻信號(hào)變換或處理音頻放大器調(diào)制器激勵(lì)放大輸出功率放大載波振蕩器天

11、線(xiàn)開(kāi)關(guān)高頻放大混頻器中頻放大與濾波解調(diào)器音頻放大器話(huà)筒本地振蕩器揚(yáng)聲器變頻器二、無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)的類(lèi)型二、無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)的類(lèi)型l無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)的類(lèi)型，可以根據(jù)不同的方法來(lái)劃分。按照無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)中關(guān)鍵部分的不同特性，有以下一些類(lèi)型： 二、無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)的類(lèi)型二、無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)的類(lèi)型l按照工作頻段或傳輸手段分類(lèi)：按照工作頻段或傳輸手段分類(lèi)： 中波通信、短波通信、超短波通信、微波通信和衛(wèi)星通信等。l按照通信方式來(lái)分類(lèi)按照通信方式來(lái)分類(lèi) （全）雙工、半雙工和單工方式。l按照調(diào)制方式的不同來(lái)劃分按照調(diào)制方式的不同來(lái)劃分 調(diào)幅、調(diào)頻、調(diào)相以及混合調(diào)制等。l按照傳送的消息的類(lèi)型分類(lèi)按照傳送的消息的類(lèi)型分類(lèi) 有模擬通信和

12、數(shù)字通信，也可以分為話(huà)音通信、圖像通信、數(shù)據(jù)通信和多媒體通信等。第二節(jié)第二節(jié) 信號(hào)、頻譜與調(diào)制信號(hào)、頻譜與調(diào)制l無(wú)線(xiàn)電信號(hào)有多方面的特性，主要有 ： 1.時(shí)間（域）特性 2.頻譜特性 3.調(diào)制特性 4.傳播特性 1. 時(shí)間特性指信號(hào)隨時(shí)間變化快慢的特性，通常用時(shí)域波形或數(shù)學(xué)表達(dá)式（電壓或電流）來(lái)表示。要求傳輸信號(hào)電路的時(shí)間特性（如時(shí)間常數(shù)）必須與該信號(hào)的時(shí)間特性相適應(yīng)。常用的信號(hào)表示方法l數(shù)學(xué)表達(dá)式法數(shù)學(xué)表達(dá)式法l波形表達(dá)方式波形表達(dá)方式常用的信號(hào)表示方法常用的信號(hào)表示方法1、數(shù)學(xué)表達(dá)式法、數(shù)學(xué)表達(dá)式法如：如：tsinAu階越函數(shù)階越函數(shù)) t (Au正弦波正弦波A2、波形表達(dá)方式、波形表達(dá)方

13、式例如例如：tsinAut第二節(jié)第二節(jié) 信號(hào)、頻譜與調(diào)制信號(hào)、頻譜與調(diào)制2、 頻譜特性頻譜特性l任何形式的信號(hào)都可以分解為許多不同頻率、不同幅度的正弦信號(hào)之和。l諧波次數(shù)越高，幅度越小，影響越小。任何信號(hào)都會(huì)占據(jù)一定的帶寬l從頻譜特性上看，帶寬就是信號(hào)能量主要部分（一般為90以上）所占據(jù)的頻帶。l由于任何復(fù)雜的信號(hào)，都可分解為許多不同頻率的正弦信號(hào)之和，因此，所謂“頻譜”即是指組成信號(hào)的各正弦分量按頻率分布的情況。l為了更直觀(guān)地了解信號(hào)的頻率組成和特點(diǎn)，我們通常采用作圖的方法來(lái)表示頻譜。用頻率f 作橫座標(biāo)，用信號(hào)的各正弦分量的相對(duì)振幅作縱座標(biāo)，通常稱(chēng)之為頻譜圖。l頻譜特性有幅頻特性和相頻特性?xún)?/p>

14、部分，分別反映信號(hào)中各個(gè)頻率分量的振幅和相位的分布情況。信號(hào)幅度ot信號(hào)分解F3F5F7Ff信號(hào)振幅o9F頻譜圖傅立葉展開(kāi)例如：下面所示為一般語(yǔ)音信號(hào)的頻譜示意圖例如：下面所示為一般語(yǔ)音信號(hào)的頻譜示意圖可以看到語(yǔ)音信號(hào)的頻譜是連續(xù)的，其主要能量集中在可以看到語(yǔ)音信號(hào)的頻譜是連續(xù)的，其主要能量集中在1000Hz左右。左右。電壓f/Hz3003400頻率特性 指無(wú)線(xiàn)電信號(hào)的頻率或波長(zhǎng)。對(duì)頻率或波長(zhǎng)進(jìn)行分段，稱(chēng)為頻段或波段。不同頻段信號(hào)的產(chǎn)生、放大和接收 的方法不同，傳播的方式也不同，因而它們的應(yīng)用范圍也不同。 本書(shū)涉及的頻段是從中頻（本書(shū)涉及的頻段是從中頻（MF）到超高頻（到超高頻（UHF）的頻率

15、范圍。的頻率范圍。電磁波輻射的波譜很寬, 如下圖 所示。 無(wú)線(xiàn)電波的頻段劃分、主要傳播方式和用途表如下表1所示 無(wú)線(xiàn)電波105紅外線(xiàn)1010可見(jiàn)光紫外線(xiàn)1015X射線(xiàn)1020宇宙 射線(xiàn)1025f/Hz/m31033102(3.87.8)10731073101231017圖圖1-6 電磁波波譜圖電磁波波譜圖波段名稱(chēng)波長(zhǎng)范圍電波名稱(chēng)頻率范圍傳播方式主要用途極長(zhǎng)波1105m極低頻ELF3000Hz主要靠地面波，超過(guò)幾千公里的遠(yuǎn)距離則靠天波。通訊、遠(yuǎn)洋導(dǎo)航等。超長(zhǎng)波1105104m甚低頻VLF330KHz長(zhǎng)波1104103m低頻LF30300KHz中波1103102m中頻MF3003000KHz白天靠

16、地波，晚上天波和地波均可傳播通訊、遠(yuǎn)洋導(dǎo)航及廣播等。短波110210m高頻HF330MHZ主要靠天波，但近距離靠地波米波101m甚高頻VHF30300MHz空間波通訊、電視、調(diào)頻雷達(dá)及導(dǎo)航微波分米波101分米特高頻UHF0.33GHz空間波、對(duì)流層傳播通訊、電視、雷達(dá)、導(dǎo)航、天文等厘米波101cm超高頻SHF330GHz毫米波101mm極高頻EHF30300GHz表表1 無(wú)線(xiàn)電波段的劃分表無(wú)線(xiàn)電波段的劃分表l本課程高頻（射頻）頻率范圍：l幾百幾百KHz幾百幾百M(fèi)Hzl例：例：300KHz300MHz:對(duì)應(yīng)波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)波長(zhǎng)1000m 1m l（低）音頻電磁波：低）音頻電磁波：20Hz 20KHz，l

17、對(duì)應(yīng)電磁波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)電磁波長(zhǎng)15 000 Km 15Km l中波（調(diào)幅）廣播段：中波（調(diào)幅）廣播段：535KHz 1605KHzl調(diào)頻廣播段：調(diào)頻廣播段：88 MHz 108 MHz第二節(jié)第二節(jié) 信號(hào)、頻譜與調(diào)制信號(hào)、頻譜與調(diào)制l傳播特性傳播特性 傳播特性指的是無(wú)線(xiàn)電信號(hào)的傳播方式、傳播距離、傳播特點(diǎn)等。無(wú)線(xiàn)電信號(hào)的傳播特性主要根據(jù)其所處的頻段或波段來(lái)區(qū)分。 圖1-6 無(wú)線(xiàn)電波的主要傳播方式（a）直射傳播；（b）地波傳播；（c）天波傳播；（d）散射傳播射線(xiàn)電離層對(duì)流層（a）（c）（b）（d）第二節(jié)第二節(jié) 信號(hào)、頻譜與調(diào)制信號(hào)、頻譜與調(diào)制l調(diào)制特性調(diào)制特性 所謂調(diào)制，就是把信號(hào)變換成適合于在信道（傳

18、輸鏈路）中進(jìn)行傳輸?shù)男问降囊环N過(guò)程。 調(diào)制在無(wú)線(xiàn)通信中的作用至關(guān)重要： 1.高頻適于天線(xiàn)輻射和無(wú)線(xiàn)傳播。 2.可以實(shí)現(xiàn)信道的復(fù)用，提高信道利用率。 第二節(jié)第二節(jié) 信號(hào)、頻譜與調(diào)制信號(hào)、頻譜與調(diào)制l無(wú)線(xiàn)通信中基本的調(diào)制方法： 使高頻載波信號(hào)的一個(gè)或幾個(gè)參數(shù)（振幅、頻率或相位）按照基帶調(diào)制信號(hào)的規(guī)律而變化。第二節(jié)第二節(jié) 信號(hào)、頻譜與調(diào)制信號(hào)、頻譜與調(diào)制 根據(jù)載波受調(diào)參數(shù)的不同，調(diào)制分為三種基本方式： 振幅調(diào)制（調(diào)幅） AM 頻率調(diào)制（調(diào)頻） FM 相位調(diào)制（調(diào)相） PM 當(dāng)調(diào)制信號(hào)為數(shù)字信號(hào)時(shí)，通常稱(chēng)為鍵控，三種基本的鍵控方式為： 振幅鍵控（ASK） 頻率鍵控（FSK） 相位鍵控（PSK）第二節(jié)第二節(jié) 信號(hào)、頻譜與調(diào)制信號(hào)、頻譜與調(diào)制l在高頻電路中，我們要處理的無(wú)線(xiàn)電信號(hào)主要有三種： 1.消息（基帶）信號(hào) 低頻信號(hào) 沒(méi)有進(jìn)行調(diào)制之前的原始信號(hào)，也稱(chēng)調(diào)制信號(hào) 2.高頻載波信號(hào) 高頻信號(hào) 用于調(diào)制的高頻振蕩（載波）信號(hào)和用于解調(diào)的本地振 蕩信號(hào)（或稱(chēng)恢復(fù)