高頻電子技術(shù)第2章高頻電路基礎(chǔ)知識學(xué)習(xí)目標F了解高頻電路中常用的概念和術(shù)語F了解無線電波的傳播途徑、無線電波頻（波）段的劃分F了解常見電子元器件的高頻電路特性F掌握串、并聯(lián)諧振回路諧振頻率、諧振曲線、品質(zhì)因數(shù)、諧振電阻等特性參數(shù)的意義及計算F了解幾種高頻電路中無源網(wǎng)絡(luò)的高頻特性本章知識結(jié)構(gòu)第2章高頻電路基礎(chǔ)知識案例一：認識元器件通過實物圖片認識常見元器件。圖2.1是電阻實物圖，圖2.2是電容實物圖，圖2.3是電感實物圖。圖2.1電阻實物圖圖2.2電容實物圖圖2.3電感實物圖（包括：環(huán)形電感貼片電感阻流電感）案例二：認識變壓器圖2.4變壓器實物圖第2章高頻電路基礎(chǔ)知識2.1概念、術(shù)語

基帶信號，載波，調(diào)制、解調(diào)、超外差接收機、品質(zhì)因數(shù)、諧振、諧振頻率、諧振電阻第2章高頻電路基礎(chǔ)知識載波就像是“交通工具”超外差原理最早是由E.H.阿姆斯特朗于1918年提出的，1919年利用超外差原理制成超外差接收機。品質(zhì)因數(shù)Q：表征一個儲能器件(如電感、電容等)、諧振電路所儲能量同每周損耗能量之比的一種質(zhì)量指標.元件的Q值愈大,用該元件組成的電路或網(wǎng)絡(luò)的選擇性愈佳.Q=無功功率/有功功率Q值越大,曲線越尖銳,通頻帶越窄,電路的選擇性越好.為何要調(diào)制？天線尺寸大于信號波長的十分之一，信號才能有效發(fā)射。天線尺寸大于信號波長的十分之一，信號才能有效發(fā)射。常用基帶信號頻率范圍：語音300Hz-3.4kHz圖像信號0-6MHz音樂信號16Hz-20kHz例1

如果廣播電臺發(fā)射的信號頻率為fc=936kHz，接收機中頻fI=455KHz，求接收機本振頻率fL是多少？

例2

如果高頻載波頻率為150MHz，問λ/4天線應(yīng)多長？

f=c/λλ=c/f第2章高頻電路基礎(chǔ)知識2.2無線電波的傳播與頻段劃分2.2.1無線電波的傳播特性

無線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）散射傳播電波的傳播方式主要有：直射（視距）(a):

電視、調(diào)頻廣播，移動通信，中繼與衛(wèi)星等；超短波

繞射（地波）(b):

波長長，地面吸收少，繞射能力強；廣播、通信；中長波；

折射和反射（天波）(c):借助60~600km的電離層；廣播、通信；短波；

散射傳播(d):借助10~12km的對流層，適合400~6000MHz信號；條件：阻擋物體多，體積小于波長。

2.2.2無線頻段的劃分

電磁波波普圖如下。第2章高頻電路基礎(chǔ)知識無線電波只是一種波長較長電磁波，占據(jù)的頻率范圍很廣，波長和頻率的關(guān)系如下：第2章高頻電路基礎(chǔ)知識對頻率或波長進行分段，稱為頻段或波段2.3

高頻電路中的電子器件和無源網(wǎng)絡(luò)

2.3.1高頻電路中的電子器件

各種高頻電路基本上是由有源器件、無源元件和無源網(wǎng)絡(luò)組成的。高頻電路中使用的元器件與在低頻電路中使用的元器件基本相同,但要注意它們在高頻使用時的高頻特性。第2章高頻電路基礎(chǔ)知識高頻電路中的元件主要是電阻(器)、電容(器)和電感(器),

它們都屬于無源的線性元件一個實際的電阻器,在低頻時主要表現(xiàn)為電阻特性,但在高頻使用時不僅表現(xiàn)有電阻特性的一面,而且還表現(xiàn)有電抗特性的一面。一個電阻R的高頻等效電路如下圖所示,其中,CR為分布電容,LR為引線電感,R為電阻。1.

電阻

電阻的高頻等效電路●頻率越高，電阻的高頻特性越明顯

●LR、CR越小，高頻特性越好，因此希望電阻的引線要短。●在實際使用時，要盡量減小電阻器的高頻特性，使之表現(xiàn)為純電阻。2.電容一個高頻電路中電容器的等效電路如圖（a）所示。RC——極間絕緣電阻（由于兩導(dǎo)體間介質(zhì)的非理想所致）；LC——分布電感或極間電感●在實際使用時，高頻電路分析中可以忽略電容的高頻特性。3.電感高頻電路中，電感線圈對高頻電信號的損耗是不能忽略的。頻率越高，高頻電感的損耗（等效交流電阻）越大。一般交流電阻遠大于直流電阻，故高頻電感器的損耗電阻主要指交流電阻。一般用品質(zhì)因素Q來表征高頻電感的損耗性能。品質(zhì)因素Q定義為高頻電感的感抗與其串聯(lián)損耗電阻之比。Q值越高，表示電感的儲能作用越強，損耗越小。

4.

高頻電路中的有源器件

高頻電路中的有源器件主要有二極管，晶體管以及集成電路，完成信號的放大、非線性變換等功能。

半導(dǎo)體二極管在高頻中主要用于檢波、調(diào)制、解調(diào)及混頻等非線性變換電路中,工作在低電平。主要有點觸式二極管、表面勢壘二極管以及變?nèi)荻O管。1）二極管2）晶體管與場效應(yīng)管（FET）

高頻晶體管有兩大類型:一類是作小信號放大的高頻小功率管,對它們的主要要求是高增益和低噪聲;另一類為高頻功率放大管,除了高增益外,要求其在高頻有較大的輸出功率。1、高頻振蕩回路2.3.2高頻電路中的無源網(wǎng)絡(luò)第2章高頻電路基礎(chǔ)知識（a）串聯(lián)諧振電路（b）并聯(lián)諧振電路簡單LC諧振電路主要完成阻抗變換、信號選擇等任務(wù)，并可直接作為負載使用。串聯(lián)諧振回路第2章高頻電路基礎(chǔ)知識回路電抗時，電路產(chǎn)生串聯(lián)諧振，回路阻抗值最小，流過回路的電流最大。諧振電流為

回路的品質(zhì)因數(shù)為第2章高頻電路基礎(chǔ)知識并聯(lián)諧振回路根據(jù)諧振的定義，Zp的虛部為零，可得而品質(zhì)因數(shù)所以當時回路諧振時阻抗最大，Q值越小，線性范圍越寬。諧振電阻R0為:通頻帶B為:例3

設(shè)一放大器以簡單并聯(lián)振蕩回路為負載,信號中心頻率f0=10MHz,回路電容C=50pF,(1)試計算所需的線圈電感值。

(2)若線圈品質(zhì)因數(shù)為Q=100,試計算回路諧振電阻及回路帶寬。

(3)若放大器所需的帶寬B=0.5MHz,則應(yīng)在回路上并聯(lián)多大電阻才能滿足放大器所需帶寬要求?解

(1)計算L值。(2)回路諧振電阻和帶寬。回路帶寬為回路總電阻為

需要在回路上并聯(lián)7.97kΩ的電阻。設(shè)回路上并聯(lián)電阻為R1,并聯(lián)后的總電阻為R1∥R0,總的回路有載品質(zhì)因數(shù)為QL。由帶寬公式,有此時要求的帶寬B=0.5MHz,故(3)求滿足0.5MHz帶寬的并聯(lián)電阻。第2章高頻電路基礎(chǔ)知識抽頭并聯(lián)振蕩回路激勵源或負載與回路電感（或電容）部分連接構(gòu)成的并聯(lián)振蕩回路，即抽頭并聯(lián)振蕩回路。通過改變抽頭位置或電容分壓比來實現(xiàn)回路與信號源的阻抗匹配，或者進行阻抗變換。常見的幾種振蕩回路形式如圖所示。第2章高頻電路基礎(chǔ)知識耦合振蕩回路在高頻電路中，有時會用到相互耦合的兩個振蕩電路，其中接激勵信號源的回路稱初級回路，與負載相連的回路稱為次級回路或負載回路。常見的耦合回路如圖所示。（a）互感耦合電路(b)電容耦合電離耦合振蕩回路在高頻電路中的主要作用：(1)進行阻抗變換以完成高頻信號的傳輸；（2）形成更好的頻率特性。在應(yīng)用時，滿足兩個條件：一是回路都對信號頻率調(diào)諧；二是都為高Q電路。第2章高頻電路基礎(chǔ)知識2、高頻變壓器和傳輸線變壓器（自學(xué)內(nèi)容）高頻變壓器兩個線圈在緊耦合時就構(gòu)成變壓器，若耦合系數(shù)近似為1，變壓器的性能接近理想狀態(tài)。高頻變壓器與低頻變壓器的結(jié)構(gòu)基本相同，在忽略了各種損耗和漏感情況下，其電路符號和等效電路如下圖所示。（a）電路符號（b）等效電路高頻變壓器以某種磁性材料作公共的磁路，為增加線圈間的耦合，減少損耗，常用磁導(dǎo)率μ高、高頻損耗小的軟磁材料作磁芯，如鐵氧體材料（錳鋅鐵氧體、鎳鋅鐵氧體）；用于小信號場合，尺寸小，線圈匝數(shù)少，所以磁芯采用環(huán)形結(jié)構(gòu)和罐形結(jié)構(gòu)，如上圖所示。（a）環(huán)形結(jié)構(gòu)(b)罐形結(jié)構(gòu)（c）雙孔磁芯第2章高頻電路基礎(chǔ)知識在某些高頻電路中也用到具有中心抽頭的三繞組高頻變壓器，稱為中心抽頭變壓器，如圖下所示。它可以實現(xiàn)多個輸入信號的加或減，在某些端口間有隔離，另一些端口間有最大的功率輸出。（a）等效電路（b）四端口應(yīng)用第2章高頻電路基礎(chǔ)知識傳輸線變壓器典型結(jié)構(gòu)如圖所示（a）結(jié)構(gòu)示意圖（b）電路圖傳輸線變壓器中的傳輸線主要是指用來傳輸高頻信號的雙導(dǎo)線、同軸線，圖（a）就是互相絕緣的雙導(dǎo)線結(jié)構(gòu)。傳輸線就是兩導(dǎo)線間（同軸線內(nèi)外導(dǎo)體間）的分布電容和分布電感形成一電磁波的傳輸系統(tǒng)。波速、波長表達式為第2章高頻電路基礎(chǔ)知識從原理上講，傳輸線變壓器既可以看做是繞在磁環(huán)上的傳輸線，也可以看成是雙線并繞的1:1變壓器，因此它兼有傳輸線和高頻變壓器二者的特點。其工作模式有兩種：傳輸線工作模式和變壓器工作模式，如圖所示。（a）傳輸線模式（b）變壓器模式在傳輸線工作模式下，傳輸線上任一點上，兩導(dǎo)線流過的電流大小相等、方向相反，兩導(dǎo)線上電流所產(chǎn)生的磁通只存在于兩導(dǎo)線之間，磁芯中沒有磁通和損耗。當負載電阻RL和ZC相等而匹配時，兩導(dǎo)線間的電壓沿線均勻分布。在變壓器工作模式下，信號源加在一個繞組的兩端，在初級線圈中有勵磁電流，在磁環(huán)中產(chǎn)生磁通。由于有磁芯，勵磁電感較大，在工作頻率上感抗值遠大于特性阻抗ZC和負載阻抗。兩線圈端口有相同的電壓。第2章高頻電路基礎(chǔ)知識3、諧振器石英晶體諧振器，如圖所示。

（a）外形(b)內(nèi)部結(jié)構(gòu)(c)電路符號●反壓電效應(yīng)————當晶體兩面加電壓時，晶體又會發(fā)生機械形變。石英晶體之所以能成為電的諧振器，是由于它具有壓電效應(yīng)。●壓電效應(yīng)（正壓電效應(yīng)）————當晶體受外力作用（如伸縮、切變、扭曲等）而變形時，就在它對應(yīng)的表面上產(chǎn)生正負電荷，呈現(xiàn)出電壓。石英晶體諧振器等效電路如所示。一般Lq很大，Cq很小。由圖可知，電路有兩個諧振頻率，一是串聯(lián)諧振頻率為：另外還有一個并聯(lián)諧振頻率為：晶體震蕩器的特點：（1）晶體的諧振頻率f0和fq很穩(wěn)定，因為晶體參數(shù)由其尺寸決定，受外界因素影響小；（2）品質(zhì)因素很大，數(shù)值上萬；（3）接入系數(shù)很小，10e-3；（4）晶體在工作頻率附近阻抗變化率很大，有很高的并聯(lián)諧振阻抗。應(yīng)用：除了可作振蕩器的震蕩回路外，還可以頻率窄帶濾波器當或時，回路呈容性；當時，回路呈感性。

2.等效電路及阻抗特性第2章高頻電路基礎(chǔ)知識4、濾波器（自學(xué)內(nèi)容）

高頻電路中除了使用諧振回路和耦合回路作選頻網(wǎng)絡(luò)外，還可以用濾波器完成選頻作用。常用的濾波器形式有：LC集中選頻濾波器、石英晶體濾波器、陶瓷濾波器和表面聲波濾波器。C型集中選擇性濾波器(b)LC式集中選擇性濾波器(a)單節(jié)LC濾波器第2章高頻電路基礎(chǔ)知識陶瓷濾波器四端陶瓷濾波器表面聲波(surfacewave)是利用局部擾動產(chǎn)生一種通過固體介質(zhì)內(nèi)和沿表面?zhèn)魉偷牟ā１砻媛暡V波器第2章高頻電路基礎(chǔ)知識衰減器與匹配器衰減器是對