高频知识要点要点.docx

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高频知识要点要点

第一章绪论

本章要求：

本章要求深刻理解与熟练掌握的重点内容有：

（1）无线通信系统的基本组成及各功能模块的作用

（2）高频电路在无线通信系统中的地位、作用；

（3）调制、解调在无线通信中的作用；

要求一般理解与掌握的内容有：

（1）无线电信号的频谱特性；

（2）无线电波的频段划分

本章补充内容：

1、名词解释：

通信：

信息的传输与交换

信息：

消息中包含的有意义的内容

消息：

信息的载体。

有不同的形式，如：

语言、文字、图像等

同样的信息可用不同形式的消息来发布，如天气预报，可用语言、图

像、文字、多媒体等形式发布；

信道：

信息从一地向另一地传输时通过的媒质

有线：

架空明线、电缆、光缆等

无线：

利用无线电波在空间（大气层的自由空间和穿过大气层的宇宙

空间）的传播来传递信息

通信方式：

目前最广泛的是电通信，发展最快的是光通信

通信系统：

为完成通信任务所需要的一切技术、设备和传输媒质构成

的总体

模拟通信系统-----信道中传输模拟信号

数字通信系统-----信道中传输数字信号

2、无线通信系统的组成

无线通信系统的种类很多，常见的有：

无线广播、电视发送接收系统、蜂窝式移动通信系统，CDMA扩频通信系统，无线对讲机设备等。

虽然不同的系统其设备的复杂性有较大差异，但它们的基本组成是相同的。

可用一个结构框图表示

振荡器

简单无线发射接收系统框图

它由

（1）发送设备和接收设备两大部分组成

（2）天线用来辐射电磁波和感应接收电磁波的收发公用设备，由天线开关来决定它当前的功能。

（3）信道为自由空间

*发送设备需解决如下两个问题

1）当天线的几何尺寸L与所发送的信号的波长λ满足如下关系时

天线才能有效辐射电磁波，而语音、图像等信号中包含了大量的低频信号分量，为了能有效高质量地发送信号，天线的长度将很长，现实中是无法做到的。

例如：

无线广播所发送的语音信号，其频率范围为20HZ~20KHZ，对应的波长为

λ=15000KM~15KM（

）；C为光速，f为信号频率。

2）各电台同时工作时，所发送的信息处于同一个频率范围，在接收端将无法区分各电台的信息

#解决方法：

在发送端加调制器，将低频的基带信号（调制信号）装载到高频载波上，形成的携带信息高频已调波就可通过天线有效辐射传播。

装载：

用调制信号控制载波的某个或某些参数（如幅度、频率、相位）

由此1：

天线尺寸可以物理实现

2：

各电台采用不同频率的高频载波装载信号，在接收端可根据不同载频选择电台。

*若需要进一步提高已调信号的频率或需要进行多路信号的频分复用，需加变频器将已调信号的中心频率搬至规定的频率上。

*若需要提高已调信号的功率，可加若干级高频放大和功率放大器使信号经天线辐射传送更远距离。

*接收设备需解决的问题

在接收端，天线感应到N个电台发出得的载有信息的高频信号USi（i=1，2。

。

N），它们的中心频率分别为fSi（i=1，2。

。

N）,因经过远距离传输，这些信号很微弱，需经过高频小信号放大器进行选频（选台）和初步放大，那么这个信号能否直接送去解调？

还不行，信号太小，需放大

如何放大？

直接后接若干级放大器对USi放大？

不合理，原因：

一个接收设备需接收N个电台的信号，即fSi是变化的，使得后接的若干级放大器的中心频率要随之变化，这样，放大器设计上的难度增大、设备复杂、性能指标不好。

#解决方法：

引入混频器，实现输入信号US与本地载波信号UL的混频，输出信号Ui，其携带的信息不变，但其载波频率变为fi=fL-fs。

在选择不同电台时，fs在变，若能让本地载波信号的频率fL同步改变，则使得混频器输出信号的fi不变，保持为某一固定的、较低的频率，这样就可将中频放大器做成高增益、高性能的放大器（典型的超外差式接收机工作原理）

3、无线电波分段:

中波MW（102~103m）/中频MF（300KHZ~3MHZ）:

地波、天波。

。

通信、广播、导航

短波SW（10~100m）/高频HF（3MHZ~30MHZ）:

地波、天波。

。

通信、广播

超短波VSW（1~10m）/甚高频VHF（30MHZ~300MHZ）:

直线传播、对流层散射

。

通信、电视广播、调频广播、雷达

USW（10~100cm）/特高频UHF（300MHZ~3GHZ）:

直线传播、散射传播。

。

通信、电视广播、中继/卫星通信、雷达

SSW（1~10cm）/超高频SHF（3GHZ~30GHZ）:

直线传播。

。

中继/卫星通信、雷达

ESW（1cm~10mm）/极高频EHF（30GHZ~300GHZ）:

直线传播。

。

微波通信、

雷达

微波

电离层分布图

第二章高频电路基础

本章要求：

1．要求深刻理解与熟练掌握的重点内容有：

（1）高频电路中元件、器件和组件（高频基本电路）的高频特性；

（2）串联谐振、并联谐振、耦合双调谐回路的谐振特性曲线、通频带基

本概念和基本分析计算；

（3）抽头并联振荡电路及接入系数概念、计算及在电路匹配中的应用；

（4）石英晶体谐振器结构、性能、工作原理与应用；

2．要求一般理解与掌握的内容有：

（1）陶瓷滤波器、声表面滤波器等新型滤波器件的结构、性能、工作原

理与应用；

（2）高频变压器的特点及等效电路；

（3）电子噪声的来源、特性及测量方法；

本章补充内容：

高频电路基础----指的是用于构成无线电设备中各功能电路（如高频放大器、

调制/解调器、高频振荡器等）的无源元件、有源器件和组件

1、高频电路中无源元件------电阻、电容、电感

（1）高频电阻----不仅呈现电阻特性R=v/i、还表现出电抗特性（见pag13）

电阻R的高频等效电路

电抗产生的原因：

当高频电流通过电阻时，电荷的趋肤效应、涡流、电磁感应

（2）高频电容----以电场形式储存电能，主要用作谐振、滤波元件（见pag13）电容C的高频等效电路

*电容器的容抗XC=1/ωC

*电容器SRF----由Lc和C组成的串谐，ω0=

*电容器极间绝缘电阻RC是由电容两导电极板间介质（云母、陶瓷、纸等）的非理想带来的。

它也决定着电容器的品质因素

QC=储能/耗能=

高频电路中，常使用片状电容和表面贴装电容，电容器的极间绝缘电阻RC可视

作开路（损耗很小），QC趋于无穷。

当进入微波波段后，RC需考虑。

（3）高频电感----以磁场形式储存磁能，主要用作谐振、滤波元件和高频阻隔元件（被称为高频扼流圈（见pag14）

电感L的高频等效电路

rLL

电感器的感抗XL=ωL

高频电感线圈的损耗不能忽略（集肤效应、涡流损失、电磁辐射及磁芯电感

磁滞损耗带来的能量损失随着工作频率的增加而增加，用交流电阻rL来等效。

常用来表示电感线圈损耗性能的参数是

品质因素Q=储能/耗能=

在一定的频率范围内，可以认为电感线圈品质因素Q近似为常数

电感器SRF----由L和CL组成的并谐，ω0=

2、高频电路中有源器件------二极管、晶体管、场效应管、集成电路，完成信号的放大、非线性变换等功能。

（Pag15---16）

（1）二极管

在高频电路中，二极管主要用于调制/解调、混频、检波等非线性电路中

特点：

工作在低电平上

要求高频特性要好（极间电容小，工作频率高）

因此，高频电路中主要用点接触式二极管和表面势垒二极管

*在高频电路中还有一类特殊用途的二极管--------变容二极管

其电容值随其上偏置电压变化而变化。

用途：

调频电路、压控振荡器

（2）晶体管和场效应管

高频管的性能指标要比低频管高。

高频小功率管-----用于高频小信号放大，要求;高增益、低噪声

双极性：

工作频率可达几千兆赫兹，噪声系数几分贝

场效应：

工作频率可达十几千兆赫兹，噪声更低

高频功率管-----在高频时有较大的功率输出

双极性：

工作频率可达几百兆赫兹，输出功率10----1000w

（3）集成电路-----类型和品种比较少

通用型：

宽带集成放大器、模拟乘法器

专用型：

集成解调器、单片集成接收机等

3、高频电路中组件-----高频振荡回路、高频变压器、谐振器和滤波器

（1）高频振荡回路---简单振荡回路、抽头LC并联谐振回路、耦合振荡回路

（a）简单振荡回路---只有一个由电感和电容串联/并联组成的回路

*LC串联谐振回路

学习要点：

●基本电路形式

●回路空载品质因素与电感线圈的品质因素的关系

●回路两端的串联阻抗表达式

●回路谐振的定义、物理意义及电路特征

●求谐振频率ω0的表达式

●阻抗模、幅角与ω的关系及判断回路性质的方法-----

当ω＜ω0，∣ZS∣＞r,电压相位滞后电流相位，回路呈容性

当ω＞ω0，∣ZS∣＞r,电压相位超前电流相位，回路呈感性

当ω=ω0，∣ZS∣=r,电压、电流同相位，回路呈纯阻且最小串联谐振曲线及由此导出的失谐、广义失谐、选择性、通频带等重要概念。

（见课堂笔记）

I/I0

1/√2

Q1Q2Q1＞Q2

*回路发生并串联谐振时，储能元件电容/电感上电压（∣VC∣≈∣VL∣远大于回路端口处电压（近似Q倍），串联谐振又被称为电压谐振

*LC并联谐振回路

学习要点：

●基本电路形式

●回路空载品质因素与电感线圈的品质因素的关系

●回路两端的并联阻抗表达式

●回路谐振的定义、物理意义及电路特征

●求谐振频率、谐振电阻的表达式

阻抗特性曲线及由此导出的判断回路性质的方法、失谐、广义失谐、选择性、通频带等重要概念。

#并联阻抗、谐振频率、谐振电阻推导

LC并联谐振回路

aIi

r2+（ωL－1/ωC）2

当X=0时，回路发生并联谐振ω=ω0=

当Q＞＞1ω0

ω0L=1/ω0C

Lr/C－[r/ωC]×（ωL－1/ωC）

R0==L/Cr=Q/ω0C=Qω0L

*回路发生并联谐振时，回路电流（I=∣IL∣≈∣IC∣远大于端口处Ii（近似Q倍），

并联谐振又被称为电流谐振

阻抗特性曲线

Zabs/R0

1/√2

Q1Q2Q1＞Q2

φZ

π/2

Q2Q1＞Q2

f0f

-π/2

回路性质与频率关系：

当ω＜ω0，∣ZP∣＜R0,电压相位超前电流相位，回路呈感性

当ω＞ω0，∣ZP∣＜R0,电压相位滞后电流相位，回路呈容性

当ω=ω0，∣ZS∣=R0,电压、电流同相位，回路呈纯阻且最大

（b）带抽头LC并联谐振回路

VTVT

IC1

ILCR0LR0

V1V1C2

（a）（b）

VTVT

CLVLLVL

L1C2

R1R1

（c）（d）

LC1

VL1C2

（e）

学习要点：

●常见的电路形式

●接入系数的定义、计算方法

●作用分析（实现阻抗变换、回路与信号源的功率匹配

（C）耦合振荡电路：

由与激励源相连的初级LC并联谐振回路和与负载相连的次级LC并联回路通过互感或电容相连而成。

*1、电感耦合

I1V1V2

R1C1L1L2C2R2

I1V1CCV2

R1L1C1C2L2R2

*2、电容耦合

阻抗特性曲线

Z21/Z21max

1/√2

k＞k0

k=k0

k＜k0

f0f

fafb

学习要点：

●电路结构特点及常见电路形式

●功能特点：

阻抗变换、信号选择

能形成较好的频率特性（与单LC谐振回路比较）

*指在通带内特性曲线平坦，信号有较平稳的输出，线性失真小

在通带外，衰减快、选择性好

●电路设计、使用的条件：

两回路参数对称、都对信号频率调谐

均为高Q回路

●重要的关系

反映两回路耦合强弱的参数

*耦合系数k

*转移阻抗Z21

*耦合因子A

阻抗模频率特性曲线Z21/Z21max~f

掌握A等于1；小于1；大于1时电路的工作特点

（2）高频变压器

工作原理：

同低频变压器

功能：

进行信号的传输、阻抗变换和隔直流，但无选频能力

与低频变压器的不同：

*一般用于高频、小信号场合，尺寸小、线圈匝数少，主要采用环形结构。

*磁芯多采用导磁率高、高频损耗少的软磁材料

电路符号、等效电路（见Pag29）

重要关系式（理想）：

V1/V2=N1/N2=n;I1/I2=-N2/N1=-1/n

阻抗变换作用:

Z11=V1/I1=-n2V2/I2=-n2Z22

影响高频变压器性能的因素及解决办法:

（见Pag29）

（3）石英晶体谐振器

组成结构、工作原理及应用场合（见Pag32~34）；

电路符号及等效电路（谐振频率附近的等效电路）

谐振频率：

串联谐振和并联谐振频率

石英晶体谐振器的电抗曲线（见Pag36）；

主要特点（见Pag36）；

陶瓷滤波器、声表面波滤波器的工作原理、主要特性及实际应用。

d叉指形电极

吸声材料（避免

波反射）

衬底

发端收端

声表面波滤波器

中心频率：

第三章高频谐振放大器

本章要求：

1．要求深刻理解与熟练掌握的重点内容有：

（1）具有单调谐回路的高频小信号放大器的组成、工作原理、交流等

效电路。

其增益、带宽、矩形系数的基本分析方法和计算；

（2）高频功率放大器的电路结构及提高效率的工作原理，高频功率放

大器效率以及各功率的分析方法及计算；

（3）高频功率放大器的直流馈电电路组成原则;

（4）高频功放外特性------负载特性

2．要求一般理解与掌握的内容有：

（1）具有临界耦合双调谐回路的高频小信号放大器的组成、工作原理、

交流等效电路、增益、带宽、矩形系数的基本计算;

（2）单调谐多级放大器的增益、带宽、矩形系数的计算;

（3）基本的匹配网络的工程计算方法;

（4）集成电路谐振放大器与集中参数滤波器的电路特点

本章补充内容：

高频小信号放大器部分：

1、功能、特点、分类、性能指标见（Pag62---63）

2、放大器件----晶体管的高频等效电路

1）晶体管特性----电流分配关系、输入输出特性曲线、频率特性

2）晶体管微变等效电路-----静态工作点附近的混π等效和Y参数等效

b’

*混π等效----与管子内部的物理过程相对应

Cbc

brbb’b’cμc

rb’c

Cbe

rb’eCπgmvb’erceCce

rbb’：

基极体电阻；rb’e：

发射结结电阻近似等于26β/IE；

rb’c：

集电结结电阻；rce：

集—射间电阻

Cπ：

发射结电容；cμ：

集电结电容

gmvb’e：

受控电压控制电流源

Cce、Cbe、Cbc高频时由晶体管引线、封装等引起的电容效应，常可忽略

*rb’c、cμ跨接在管子的输入、输出之间，是管子内部的反馈支路，并有相移，可能引起自激，对高频应用不利。

*Y参数等效：

-----形式等效（不管管子内部的物理过程，仅从管子引脚处电流电压关系等效）

图见Pag64（b）图Y参数方程见Pag643-5a;3-5b

Y参数：

（1）查手册；

（2）用实验方法测得

（3）由混π参数通过公式换算得到（Pag643-1；3-2；3-3；3-4）

Cbc

brbb’b’cμc

rb’c

Cbe

rb’eCπgmvb’erceCce

3、典型电路分析

单级谐振小信号放大器电路（取多级放大器中的一级）

P2C2

R1CL

C1T

ISR2R3Yie2

LF-EC

CECF

电路分析：

*直流偏置电路采用分压式工作点稳定电路，设计好R1、R2、R3值，

使静态工作点设置在器件的线性区。

*采用带抽头的LC并联谐振回路做交流负载，完成阻抗变换和选频任务

*前级放大器可视作本级放大器的带内阻的信号源（用电流源等效）

*后级放大器可视作本级负载，用导纳表示[包含电导和电纳（由电

容引起）部分]

*LF、CF组成电源滤波电路，消除各级放大器通过电源带来的相互干扰。

-EC

直流偏置电路（分压式工作点稳定电路）

利用R3上的直流负反馈，稳定静态工作点

TP1

bCL

ISYSR1R2P2

Yie2

交流通路

交流等效电路

bIbc

++a+

ISYSYie1Y0e1CG0P1

ViVCYLLYie2V0

Yre1VCYfe1ViP2

YL’

其中G0=1/R0；R0=Q0ω0L=Q0/ω0C；Q0：

回路空载时品质因素

推导高频小信号主要性能指标增益、通频带、矩形系数（见课堂笔记）

举例3-1

电路如上所示，设工作频率f=30MHZ,晶体管采用3DG47，当静态工作点VCEQ=6V，IEQ=2mA时,其Y参数为

Yie：

gie=1.2msCie=12pfYoe:

goe=1msCoe=9.5

=58.3ms

Yre

回路参数L=1.4μH，接入系数P1=1，P2=0.3，回路空载品质因素QO=100

求：

谐振时电压放大倍数AVO，带宽B0.707，并问回路中C是多少时，才能使回路谐振。

（见课堂笔记）

高频功率放大器

一、功能、特点、分类、性能指标见Pag73---74

二、工作原理及性能指标：

VBE

图示是一个采用晶体管的高频功放原理电路。

除电源和偏置电路外，它是由晶体管、谐振回路和输入回路三部分组成。

（又称丙类，集电极电

流导通角2θ＜1800）

*VBB极性使发射结反向偏置，放大管工作在C类

或VBB取值为零，发射结零偏置，放大管工作在C类

目的：

提高功放电路的效率.

为什么高频功放工作在丙类状态，能获得高的效率？

1、放大电路中放大器件的作用：

用加到管子发射结上的信号控制集电极回路中直流电源所提供的直流能量（直流功率P0），使之转换成交流信号的能量输出（输出功率P1）。

但这种转换不可能是百分之百，因为直流电源所供给的功率除换成交流信号的能量输出外，还有一部分以热能的形式消耗在集电结上（耗散功率PC）

3、方法：

因为PC=iCvCE，若能使得iC在vCE最低的一段时间里流过集电结，就可使PC大大降低，

结论：

流过放大器集电极电流iC应当是脉冲状（导通角小于1800），且脉冲的瞬时最大值出现在vCE最低时刻。

4、实现：

在管子的基极回路中加反向偏置电压或零偏压，只有在激励信号为正而且幅值达到一定值后，管子才导通，产生基极脉冲电流iB，管子的集电极电流iC也是脉冲状电流。

5、iC电流分析：

设输入为一单频正弦信号，Vb=Vbmcosωt,则iC是一个周期同输入一样的脉冲状电流，对其分解后（傅氏级数展开），可得到

iC=IC0+IC1cosωt+IC2cos2ωt+……+ICncosnωt+……

其中IC0=

IC1=

ICn=

为余弦脉冲分解系数，可查表获得（见附录）

输入为正弦信号，输出为脉冲状电流，产生了严重的失真

但iC中包含着与信号相同的基波分量，只要设法将它提取出来，并转换成输出电压，就可实现在高效率前提下获得不失真被放大信号的目的。

3、方法：

因为PC=iCvCE，若能使得iC在vCE最低的一段时间里流过集电结，就可使PC大大降低，

结论：

流过放大器集电极电流iC应当是脉冲状（导通角小于1800），且脉冲的瞬时最大值出现在vCE最低时刻。

7、高频功放能量关系（重要的性能指标）

输出功率

直流电源输出功率

=流过电源的直流电流乘电源电压=

耗散功率

效率

与θ有关，称波形系数；关系曲线见Pag78

集电极电压利用系数（≤1）

提高效率的途径：

（1）提高集电极电压利用系数，通过提高回路谐振电阻

RL=QLω0L=QL/ω0C

（2）提高波形系数（与θ有关），θ越小，γ越大

但会影响输出功率，兼顾两者一般取θ在650~750之间

与θ有关，称波形系数；关系曲线见Pag78

集电极电压利用系数（≤1）

提高效率的途径：

（1）提高集电极电压利用系数，通过提高回路谐振电阻

RL=QLω0L=QL/ω0C

（2）提高波形系数（与θ有关），θ越小，γ越大

但会影响输出功率，兼顾两者一般取θ在650~750之间

例3-2某高频谐振功率放大器工作于临界状态，输出功率P0=6W,集电极电源EC=24V，集电极电流直流分量ICO=300mA，电压利用系数ξ=0.95。

试计算：

直流电源提供的功率P=，功放管的集电极损耗功率PC及效率η，临界负载电阻RL

解法1

解法2

三、高频谐振功放的工作状态（欠压、临界、过压）和性能指标与外部参数的

关系（仅讨论与谐振负载电阻RL之间关系）

高频功放动特性-----指高频功放在输入信号控制下，输出回路中动态工作点

（iC，VCE）的运动轨迹（类似于低频电路中的交流负载线）。

*在输出回路谐振条件（RL）下，轨迹形状为一条直线。

该直线方程推导：

条件：

晶体管特性曲线被折线近似

负载选频回路调谐（RL）

0VBB’vBE

（1）晶体管特性曲线的解析表达式（管子内部）

转移特性：

ic~vBE

折线方程ic=Sc（vBE-VBB’）vBE

VBB’

（1）

ic=0vBE

Scr

0vCE

SC:

折线斜率VBB’开启电压

输出特性：

ic~vCE折线近似后

临界线

临界线直线方程ic=Scr×vCE

VBE

（2）管子外部电路电流电压关系

设输入信号为Vb=VbmCOSωt;

VBE=-VBB+Vbm

（2）

VBE=-V

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