高頻電路基礎知識課件

第2章高頻電路基礎知識第2章高頻電路基礎知識2.1高頻電路中的元器件2.2天線2.3噪聲與干擾2.1高頻電路中的元器件2.1.1高頻電路中的元件電阻高頻電路中的電阻不僅表現(xiàn)有電阻特性的一面，而且還表現(xiàn)有電抗特性的一面（高頻特性）。高頻電路中的電阻的等效電路。其中：CR分布電容，LR引線電感，R電阻。電感高頻電路中的電感不僅具有電感的特性，還具有電阻和電容的特性。其等效電路如圖所示。其中：RL損耗電阻，CL分布電容，L電感。高頻電路中電感的阻抗與頻率的關系如圖所示。2.1.2高頻電路中的有源器件二極管半導體二極管在高頻電路中主要用于檢波、調制、解調以及混頻等非線性電路中，利用它的非線性特性。變?nèi)荻O管主要應用于壓控振蕩器、角度調制、角度解調以及反饋控制電路中，利用它的等效電容的可控特性。晶體管與場效應管高頻小功率管：用于高頻小信號放大，要求有高增益和低噪聲。高頻功率管：用于高頻信號功率放大，要求有較大的允許管耗和較大的輸出功率。集成電路通用型，如：集成模擬乘法器MC1496、MC1495等可用于調幅、檢波、調頻、鑒頻等。專用型，如：正交鑒頻器5G32，窄帶發(fā)射集成電路MC2833，窄帶接收集成電路MC3361等。線式天線：由半徑遠小于波長的導線構成。如：對稱天線和單極天線。主要用于長、中短波波段。面式天線：由尺寸大于波長的金屬或介質構成的面狀天線。如：拋物面天線和微帶天線。主要用于微波波段。2.2.1對稱天線和單極天線對稱天線（偶極天線）結構如圖所示。半波諧振，阻抗為72Ω。垂直偶極天線方位輻射圖垂直面輻射圖單極天線結構如圖所示。相當于以無限大平面為一個臂的對稱天線。如中、長波的鐵塔天線，超短波的鞭形天線。單極天線為1/4波長諧振，阻抗為36Ω。2.2.2拋物線天線和微帶天線拋物線天線

拋物線天線的工作具有類似光學系統(tǒng)的性能。該天線具有良好的電氣特性，在微波通信和衛(wèi)星通信等方面得到了廣泛的應用。單極天線示意圖拋物面天線光學性質微帶天線

微帶天線具有很多其它天線沒有的特點，優(yōu)點是尺寸小、重量輕、價格低廉，尤其是它具有很小的剖面高度，允許附著于任何金屬表面，最適合安裝在高速運行的物體上，如飛機、火箭、導彈上。微帶天線缺點是工作頻帶很窄。微帶天線的基本結構如圖所示。微帶天線的基本結構2.3.1電路內(nèi)部噪聲的來源和特性

電路內(nèi)部噪聲的主要來源是電阻的熱噪聲和放大器件的噪聲。1）電阻的熱噪聲

電阻的熱噪聲是由電阻內(nèi)部的自由電子無規(guī)則熱運動所產(chǎn)生的。如下圖所示，噪聲電壓（或電流）是上下起伏變化的，但在一定時間內(nèi)其平均值為零。起伏噪聲的頻譜在極寬的范圍內(nèi)，且有均勻的功率譜密度，故也稱為白噪聲。電阻熱噪聲電壓波形2）晶體管的噪聲

晶體管的噪聲主要有熱噪聲、散粒噪聲、分配噪聲和閃爍噪聲。

熱噪聲主要由基區(qū)體電阻所產(chǎn)生；散粒噪聲是由于晶體管內(nèi)部基區(qū)少數(shù)載流子注入率的隨機性引起的，是主要噪聲來源；分配噪聲是由于晶體管內(nèi)部基區(qū)少數(shù)載流子復合量的隨機性引起的；閃爍噪聲的產(chǎn)生與半導體制作時表面清潔處理度和外加電壓有關，主要考慮低頻情況。

晶體管的噪聲主要決定于熱噪聲、散粒噪聲和分配噪聲，在很寬的頻率范圍內(nèi)隨頻率變化是很小的。3）場效應管的噪聲

場效應管的噪聲主要考慮溝道電阻產(chǎn)生的熱噪聲。2.3.2噪聲系數(shù)1）信噪比

電路某處的信號功率與噪聲功率之比稱為信噪比，用符號S/N表示。通常用信噪比來表示噪聲對信號的影響，信噪比越大，信號質量越好。2）噪聲系數(shù)

下圖為一線性四端網(wǎng)絡,它的噪聲系數(shù)定義為輸入端的信噪比(S/N)i與輸出端的信噪比(S/N)o的比值,即

噪聲系數(shù)通常用dB表示,用dB表示的噪聲系數(shù)為

多級放大器網(wǎng)絡的噪聲系數(shù)

從式(3-30)可以看出,當放大器的額定功率增益遠大于1時,系統(tǒng)的總噪聲系數(shù)主要取決于第一級的噪聲系數(shù)。越是后面的網(wǎng)絡,對噪聲系數(shù)的影響就越小,這是因為越到后級信號的功率越大,后面網(wǎng)絡內(nèi)部噪聲對信噪比的影響就不大了。因此,對第一級來說,不但希望噪聲系數(shù)小,也希望增益大,以便減小后級噪聲的影響。(3-29)（3-30）

例：下圖是一接收機的前端電路,高頻放大器和場效應管混頻器的噪聲系數(shù)和功率增益如圖所示。試求前端電路的噪聲系數(shù)(設本振產(chǎn)生的噪聲忽略不計)。解：將圖中的噪聲系數(shù)和增益化為倍數(shù),有因此,前端電路的噪聲系數(shù)為

2.3.3常