高频电路

高频电路中的无源组件或无源网络主要有高频振荡(谐振)回路、高频变压器、谐振器与滤波器等，它们完成信号的传输、频率选择及阻抗变换等功能。

高频振荡回路是高频电路中应用最广的无源网络，也是构成高频放大器、振荡器以及各种滤波器的主要部件，在电路中完成阻抗变换、信号选择等任务，并可直接作为负载使用。

振荡回路是由电感和电容组成。只有一个回路的振荡回路称为简单振荡回路或单振荡回路，分为串联谐振回路或并联谐振回路。

图1-4串联震荡回路及其特性

若在串联振荡回路两端加一恒压信号，则发生串联谐振时因阻抗最小，流过电路的电流最大，称为谐振电流，其值为:

在任意频率下的回路电流与谐振电流之比为:

其模为:

其中，

称为回路的品质因数，它是振荡回路的另一个重要参数。根据式(1-6)画出相应的曲线如图1-5所示，称为谐振曲线。

图1-5串联谐振回路的谐振曲线:

图1-6串联回路在谐振时的电流、电压关系:

在实际应用中，外加信号的频率ω与回路谐振频率ω0之差Δω=ω-ω0表示频率偏离谐振的程度，称为失谐。当ω与ω0很接近时，

令ξ为广义失谐，则式(1-5)可写成

当保持外加信号的幅值不变而改变其频率时，将回路电流值下降为谐振值的时对应的频率范围称为回路的通频带，也称回路带宽，通常用B来表示。令式(1-9)等于，则可推得ξ=±1，从而可得带宽为

串联谐振回路适用于电源内阻为低内阻(如恒压源)的情况或低阻抗的电路(如微波电路)。

图1-7并联谐振回路及其等效电路、阻抗特性和辐角特性:

(a)并联谐振回路;(b)等效电路;(c)阻抗特性;(d)辐角特性

并联谐振回路的并联阻抗为:

定义使感抗与容抗相等的频率为并联谐振频率ω0，令Zp的虚部为零，求解方程的根就是ω0，可得

式中，Q为回路的品质因数，有

当时，。回路在谐振时的阻抗最大，为一电阻R0

因为:

并联回路通常用于窄带系统，此时ω与ω0相差不大，式(1-13)可进一步简化为

式中，Δω=ω-ω0。对应的阻抗模值与幅角分别为

图1-8表示了并联振荡回路中谐振时的电流、电压关系。

例1设一放大器以简单并联振荡回路为负载，信号中心频率fs=10MHz，回路电容C=50pF，

(1)试计算所需的线圈电感值。

(2)若线圈品质因数为Q=100，试计算回路谐振电阻及回路带宽。

(3)若放大器所需的带宽B=0.5MHz，则应在回路上并联多大电阻才能满足放大器所需带宽要求?

解

(1)计算L值。由式(1-2)，可得

将f0以兆赫兹(MHz)为单位，C以皮法(pF)为单位，L以微亨(μH)为单位，上式可变为一实用计算公式:

将f0=fs=10MHz代入，得

(2)回路谐振电阻和带宽。由式(1-12)

回路带宽为

(3)求满足0.5MHz带宽的并联电阻。设回路上并联电阻为R1，并联后的总电阻为R1∥R0，总的回路有载品质因数为QL。由带宽公式，有

此时要求的带宽B=0.5MHz，故

回路总电阻为

需要在回路上并联7.97kΩ的电阻。

图1-9几种常见抽头振荡回路

对于图1-9(b)的电路，其接入系数p可以直接用电容比值表示为

图1-10电流源的折合谐振时的回路电流IL和IC与I的比值要小些，而不再是Q倍。由

例2如图1-11，抽头回路由电流源激励，忽略回路本身的固有损耗，试求回路两端电压u(t)的表示式及回路带宽。

图1-11例2的抽头回路解:由于忽略了回路本身的固有损耗，因此可以认为Q→∞。由图可知，回路电容为

谐振角频率为电阻R1的接入系数等效到回路两端的电阻为

回路两端电压u(t)与i(t)同相，电压振幅U=IR=2V，故

回路有载品质因数

回路带宽

在高频电路中，有时用到两个互相耦合的振荡回路，也称为双调谐回路。把接有激励信号源的回路称为初级回路，把与负载相接的回路称为次级回路或负载回路。图1-12是两种常见的耦合回路。图1-12(a)是互感耦合电路，图1-12(b)是电容耦合回路图1-12两种常见的耦合回路及其等效电路

对于图1-12(b)电路，耦合系数为

初次级串联阻抗可分别表示为

耦合阻抗为

由图1-12(c)等效电路，转移阻抗为

由次级感应电势产生，有

考虑次级的反映阻抗，则

变压器是靠磁通交链，或者说是靠互感进行耦合的。

(1)为了减少损耗，高频变压器常用导磁率μ高、高频损耗小的软磁材料作磁芯。

(2)高频变压器一般用于小信号场合，尺寸小，线圈的匝数较少。

图1-14高频变压器的磁芯结构

(a)环形磁芯;(b)罐形磁芯;(c)双孔磁芯

图1-15高频变压器及其等效电路

(a)电路符号;(b)等效电路图1-16(a)是一中心抽头变压器的示意图。

初级为两个等匝数的线圈串联，极性相同，设初次级匝比n=N1/N2。作为理想变压器看待，线圈间的电压和电流关系分别为

图1-16中心抽头变压器电路

(a)中心抽头变压器电路;(b)作四端口器件应用3.2传输线变压器

传输线变压器就是利用绕制在磁环上的传输线而构成的高频变压器。图1-17为其典型的结构和电路图。

图1-17传输线变压器的典型结构和电路

(a)结构示意图;(b)电路

图1-18传输线变压器的工作方式

(a)传输线方式;(b)变压器方式

图1-19传输线变压器的应用举例?

(a)高频反相器;(b)不平衡-平衡变换器;(c)1∶4阻抗变换器;(d)3分贝耦合器

频率按照规定划分，以便有专业的交流语言:超低频:0.03-300Hz;极低频:300-3000Hz(音频) ;甚低频:3-30KHz;长 波:30-300KHz ;中 波:300-3000KHz;短 波:3-30兆;甚高频:30-300兆;超高频:300-3000兆;特高频:3-30G;极高频:30-300G; 远红外:300-3000G。

一个实际的电阻器，在低频时主要表现为电阻特性，但在高频时不仅表现出电阻特性，而且还表现出了电抗特性。电阻器的电抗特性反映的就是其高频特性。

一个电阻R的高频等效电路;其中，CR为分布电容，LR为引线电感，R为电阻。

由介质隔开的两导体构成电容。一个理想电容器的容抗为1/(jωC)，电容器的容抗与频率的关系如图1-2(b)虚线所示，其中f为工作频率，ω=2πf。

一个实际电容C的高频等效电路如图所示，其中Rc为损耗电阻 ，Lc为引线电感。容抗与频率的关系如图1-2(b)实线所示，其中f为工作频率，ω=2πf。

(a)电容器的等效电路;(b)电容器的阻抗特性;

理想高频电感器L的感抗为jωL，其中ω为工作角频率。

实际高频电感器存在分布电容和损耗电阻;自身谐振频率SRF。在SRF上，高频电感阻抗的幅值最大，而相角为零。

(一)二极管

半导体二极管在高频中主要用于检波、调制、解调及混频等非线性变换电路中。

晶体管与场效应管(FET)

在高频中应用的晶体管仍然是双极型晶体管和各种场效应管，在外形结构方面有所不同。高频晶体管有两大类型:一类是作小信号放大的高频小功率管，对它们的主要要求是高增益和低噪声;另一类为高频功率管，其在高频工作时允许有较大管耗，且输出功率较大。

(二)集成电路

用于高频的集成电路的类型和品种主要分为通用型和专用型两种。

(一)物理特性

石英晶体谐振器是由天然或人工生成的石英晶体切片制成。

(二)等效电路及阻抗特性

图1-22是石英晶体谐振器的等效电路。

由图1-22(b)可看出，晶体谐振器是一串并联的振荡回路，其串联谐振频率fq和并联谐振频率f0

图1-20石英晶体的形状及各种切型的位置

(a)形状;(b)不同切型位置;(c)电路符号

图1-21石英晶体谐振器(a)外形;(b)内部结构

图1-22晶体谐振器的等效电路

(a)包括泛音在内的等效电路;(b)谐振频率附近的等效电路

图1-22(b)所示的等效电路的阻抗的一般表示式为

在忽略rq后，上式可化简为

图1-23晶体谐振器的电抗曲线

图1-24晶体滤波器的电路与衰减特性?(a)滤波器电路;(b)衰减特性

(一)陶瓷滤波器

图1-25陶瓷滤波器电路

图1-26声表面波滤波器的结构和幅频特性(a)结构示意图(b)均匀对称的幅频特性

(二)声表面波滤波器

图1-26(a)中的声表面波滤波器的传输函数为

图1--27一种用于通信机中的声表面波滤波器

(三)衰减器与匹配器

高频衰减，匹配器

图1-28T型和Π型网络

1.1 无线通信系统概述

1.1.1 无线通信系统的组成

1.1.2 无线通信系统的类型

1.2 信号、频谱与调制

1.3 本课程的特点

参考文献

思考题与习题

2.1 高频电路中的元件、器件和组件

2.1.1 高频电路中的元器件

2.1.2 高频电路中的组件

2.2 电子噪声

2.2.1 概述

2.2.2 电子噪声的来源与特性

2.2.3 噪声系数和噪声温度

2.2.4 噪声系数的计算

2.2.5 噪声系数的测量

参考文献

思考题与习题

3.1 高频小信号放大器

3.1.1 高频小信号谐振放大器的工作原理

3.1.2 放大器性能分析

3.1.3 高频谐振放大器的稳定性

3.1.4 多级谐振放大器

3.1.5 高频集成放大器

3.2 高频功率放大器的原理和特性

3.2.1 工作原理

3.2.2 高频谐振功率放大器的工作状态

3.2.3 高频功放的外部特性

3.3 高频功率放大器的高频效应

3.4 高频功率放大器的实际线路

3.4.1 直流馈电线路

3.4.2 输出匹配网络

3.4.3 高频功放的实际线路举例

3.5 高频功放、功率合成与射频模块放大器

3.5.1 D类高频功率放大器

3.5.2 功率合成器

3.5.3 射频模块放大器

附表余弦脉冲分解系数表

参考文献

思考题与习题

4.1 反馈振荡器的原理

4.1.1 反馈振荡器的原理分析

4.1.2 平衡条件

4.1.3 起振条件

4.1.4 稳定条件

4.1.5 振荡线路举例--互感耦合振荡器

4.2 LC振荡器

4.2.1 振荡器的组成原则

4.2.2 电容反馈振荡器

4.2.3 电感反馈振荡器

4.2.4 两种改进型电容反馈振荡器

4.2.5 场效应管振荡器

4.2.6 '压控振荡器

4.2.7 E1648单片集成振荡器

4.3 频率稳定度

4.3.1 频率稳定度的意义和表征

4.3.2 振荡器的稳频原理

4.3.3 提高频率稳定度的措施

4.4 LC振荡器的设计考虑

4.5 石英晶体振荡器

4.5.1 石英晶体振荡器频率稳定度

4.5.2 晶体振荡器电路

4.5.3 高稳定晶体振荡器

4.6 振荡器中的几种现象

4.6.1 间歇振荡

4.6.2 频率拖曳现象

4.6.3 振荡器的频率占据现象

4.6.4 寄生振荡

参考文献

思考题与习题

5.1 非线性电路的分析方法

5.1.1 非线性函数的级数展开分析法

5.1.2 线性时变电路分析法

5.2 二极管电路

5.2.1 单二极管电路

5.2.2 二极管平衡电路

5.2.3 二极管环形电路

5.3 差分对电路

5.3.1 单差分对电路

5.3.2 双差分对电路

5.4 其它频谱线性搬移电路

5.4.1 晶体三极管频谱线性搬移电路

5.4.2 场效应管频谱线性搬移电路

参考文献

思考题与习题

6.1 振幅调制

6.1.1 振幅调制信号分析

6.1.2 振幅调制电路

6.2 调幅信号的解调

6.2.1 调幅解调的方法

6.2.2 二极管峰值包络检波器

6.2.3 同步检波

6.3 混频

6.3.1 混频的概述

6.3.2 混频电路

6.4 混频器的干扰

6.4.1 信号与本振的自身组合干扰

6.4.2 外来干扰与本振的组合干扰

6.4.3 交叉调制干扰(交调干扰)

6.4.4 互调干扰

6.4.5 包络失真和阻塞干扰

6.4.6 倒易混频

参考文献

思考题与习题

7.1 调频信号分析

7.1.1 调频信号的参数与波形

7.1.2 调频波的频谱

7.1.3 调频波的信号带宽

7.1.4 调频波的功率

7.1.5 调频波与调相波的比较

7.2 调频器与调频方法

7.2.1 调频器

7.2.2 调频方法

7.3 调频电路

7.3.1 直接调频电路

7.3.2 间接调频电路

7.4 鉴频器与鉴频方法

7.4.1 鉴频器

7.4.2 鉴频方法

7.5 鉴频电路

7.5.1 叠加型相位鉴频电路

7.5.2 比例鉴频器

7.5.3 正交鉴频器

7.5.4 其它鉴频电路

7.5.5 限幅电路

7.6 调频收发信机及特殊电路

7.6.1 调频发射机

7.6.2 调频接收机

7.6.3 特殊电路

7.7 调频多重广播

7.7.1 调频立体声广播

7.7.2 电视伴音的多重广播

附表贝塞尔函数的数值表

参考文献

思考题与习题

8.1 自动增益控制电路

8.1.1 工作原理

8.1.2 自动增益控制电路

8.1.3 AGc的性能指标

8.2 自动频率控制电路

8.2.1 工作原理

8.2.2 主要性能指标

8.2.3 应用

8.3 锁相环的基本原理

8.3.1 工作原理

8.3.2 基本环路方程

8.3.3 锁相环工作过程的定性分析

8.3.4 锁相环路的线性分析

8.3.5 锁相环路的应用

8.4 频率合成器

8.4.1 频率合成器及其技术指标

8.4.2 频率合成器的类型

8.4.3 锁相频率合成器

8.4.4 集成锁相环频率合成器

参考文献

思考题与习题

第9章 高频电路的集成化与EDA

9.1 高频电路的集成化

9.1.1 高频集成电路的类型

9.1.2 高频电路的集成化技术

9.1.3 高频集成电路的发展趋势

9.2 高频集成电路

9.2.1 高频单元集成电路

9.2.2 高频组合集成电路

9.2.3 高频系统集成电路

9.3 高频电路EDA

9.3.1 EDA技术及其发展

9.3.2 EDA技术的特征与EDA方法

9.3.3 EDA 212具

9.3.4 高频电路EDA

参考文献