高频电路讲义study

图 2-2 用
卷绕结构之电容的等效电路
图 2-3
不同结构电容的互补组合应
例如在极高工作频率下电路的分布参数为主导， 故此时可采用微带等效电路的方法来设 计和构建电路。在微波条件下，能量传输就不能用普通导线而必须采用波导。在波导中， 电感、电容器件一改传统外形，面目全非了。 又如甚高频以上的电路中， 在印刷电路板上设置两根平行相邻的短短的粗导线就可构成 一个高频传输变量器，若改变导线长度就能改变其电感量；而将导线弄弯或调整两导线间 的距离就可改变其互感耦合度。
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高频电路基础 高频条件下的基本器件与分布参数 选频网络及基本特性 阻抗匹配及其变换 常用阻抗变换电路 高频小信号谐振放大器 电路特点及等效电路模型 高频小信号谐振放大器的电路分析 Y 参数等效分析 多级谐振放大器 正弦波产生器 LC 基本振荡电路模型分析 晶体谐振体与振荡器 压控振荡器 典型电路介绍 高频谐振功率放大器 高频功率晶体管的结构和特性 高频谐振功率放大器工作点讨论及电流波形分析 高频谐振功率放大器的三种工作状态讨论 高频谐振功率放大器的工作参数影响及外部特性 高频谐振功率放大器的应用 非线性电路与频谱搬移 非线性电路的基本分析方法 相乘器实现频谱搬移 频谱搬移应用及 频谱变换（调制与混频） 振幅调制与解调 振幅调制基本原理 典型的调幅器电路 调幅波的解调电路 综合应用举例 角度调制与解调
图 1-2 常见信号的频谱划分 《高频电子线路》这门课程的内容就是针对上述的相关理论问题提出来的。它的任 务主要是解决工作频率大约在 1GHz 范围内的电子线路在信号处理、通信等方面所涉及 的原始信息换能、信道资源共享（即频谱搬移与变换即调制与解调、频分复用） 、的高 频功率信号发送、高频微弱信号选择性接收等方面的基本理论和技术问题。例如，为了 变换（搬移）和扩展频谱，必须采用非线性电路以及相应的新的分析方法，传统的线性 电路分析法在这里就不适用了。高频电路又被称为非线性电子线路。 对于 1GHz 以上电信号的问题，由于工作频率接近微波波段，电路中元器件的性能 和特性将发生很大改变。分布参数的作用凸现出来，成为工程技术的难点。不仅问题复 杂，技术难度增大，就连元器件的机理、结构、尺寸、几何形状等也同传统器件有本质 区别，面目全非了。例如微波能量传导就不能用普通导线，而必须采用具有中空结构的 金属波导了。例如微带电路的应用就是典型实例。有关 1GHz 以上电信号的问题，一般 由“微波电路”的相关课程来解决。 高、低频域之间虽有着共同的电路理论基础，并有所传承，但高频条件下却又引出 了新概念和新课题。我们必须区别对待，用不同的方法去深入探讨和研究。 在上述划定的高频范围内， 电子技术应用主要涉及高频电子元器件； 选频传输网络； 高频小信号的选择性放大；高频（RF）功率放大；标准载波信号产生；频谱变换、频谱 搬移技术（信号的调制与解调）和锁相环及频率合成技术等七个方面内容。它们是通信 工程应用的基础，是我们通信工程中必须掌握的最基本的理论和技术之一。下面就课程 的学习要点作简要介绍:
图 1-1 低频电路与高频电路的比较 1、 电路的工作频率由频谱低端向频谱高端发展和延伸。它是频谱资源开发与通信电子 工程应用的必然。 2、 电路的工作状态由线性主导状态变为非线性主导状态。主要研究对象转为非线性器 件的特性、分析方法与应用。 3、 随着电路的工作频率变高，电路中分布参数的影响越发突出，器件的几何形状、工 艺和结构要求也出现新的特殊性和复杂性。 4、 现代通信系统中，除了在信道的收发端点上，无法离开传统的高频硬件电路之外， 系统的整个中间过程基本上可用微电脑和软件来实现。也就是说，现代通信系统中
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观、形象的反射原理涵义） （5） 高标准系列载频信号源的产生(用于标准时间、同步信号、伪随机信号与锁 相环频率合成技术中)。 （6） 扩频通信技术(Spread Spectrum Communication Technology)和跳频通信， 包括数字调制与解调应用等。 扩频通信技术是一种信息传输方式，其信号所占有的频带宽度远大于传输信息 所必需的最小带宽，信道带宽与信息带宽之比在 100 倍以上，频带的展宽是通过数 字编码及调制的方法来实现的。如跳频电台的发送与接收等。数字信号对载波的调 制与模拟信号对载波的调制原理相似，有关数字调制方面的内容归入《通信原理》 课程中讨论。
附录
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课程说明 一、 课程名称及采用教材 课程名称：高频电子线路 采用教材： 《高频电路原理与分析》第四版 曾兴雯、刘乃安、陈健编 西安电子科技大 学出版社出版。书号：ISBN 7-5606-0229-0/TN.0069 参考教材：1.《通信电子电路》刘宝玲、胡春静编着 北京邮电大学出版社出版 2.《高频电子线路》第二版 胡宴如主编 高等教育出版社出版 3.《高频电子线路》林春方主编 电子工业出版社出版 二、 课程目的 高频电子线路是电子、通信类各专业的一门主要技术基础课，课程目的是通过对 高频条件下电子元器件和特性参数的再认识，以及对选频传输网络、高频小信号谐振 放大、高频谐振功率放大、非线性器件的应用、信号的调制与解调、频谱变换技术和 锁相环技术等的教学，使学生掌握基本的高频电路（非线性电子线路或通信电子线路） 特点、结构、原理和分析方法。为后续专业课程打下必要的基础。 三、 教学内容、基本要求及其学时分配 计划学时数：授课学时 44 学时，实验学时 4 学时，共计 48 学时。 第一章 绪论(2 学时) 一、 《高频电路》课程概述 “高频电子线路”实际上就是通信电子线路，或称非线性电子线路，它与过去我们 所学过的低频模拟电子线路有所不同，主要差异表现在以下件下电阻和平板结构电容的引线等效电感。 图 2-2 是卷绕结构 的电容在高频条件下的等效电路。当工作频率较高时完全等同于一个大电感线圈。显然， 平板型结构的瓷片电容的高频特性优于普通涤纶电容和电解电容，所以在工程上高频电路 中常采用如图 2－3 所示的两种不同结构的电容器并联、组合使用，以互补的形式，在性能 上取长补短。
（6）软件无线电（Software Defined Radio）技术与应用
图 1-2 软件无线电收发系统硬件结构示意图 软件无线电是将模块化、 标准化的硬件单元以总线方式连接成基本平台， 然后通过 CPU 控制下的功能性程序软件来加载实现各种无线电通信功能的一种开放式体系结构。其中载 波频率合成、伪随机序列信号产生、信道选择变换与变频、数字信号的调制解调、中频处 理、信源、基带信号和信令处理等都可以通过 DSP 与软件来实现。 （7）蓝牙技术（Blue tooth）与应用 蓝牙技术采用无线信道，涉及一系列软硬件技术、方法和理论，包括现代无线通信（扩 频收发信、数字变频、调制、解调）与网络技术；软件工程；协议测试技术；嵌入式实时 操作系统；跨平台开发和用户接口图形化技术；软硬件接口技术；集成芯技术等的综合应 用。
第二章
高频电路基础 (4 学时)
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第一节 高频条件下的基本器件 1、R、C、L 组件 当电路中信号工作频率的波长远远大于电子元器件的几何尺寸时，元器件参数一般采 用标称的集总参数（Lumped parameter）来标定，而当工作频率高到一定程度时，工作频 率的波长与电子元器件的几何尺寸相比拟时，引线及元器件中的分布参数（Distributed parameter）的影响就会凸现出来，甚至成为主导因素。 例如：对于常见的电阻、电容和电感组件，在低频和高频条件下就可得到不同的等效电 路。
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第七章 第一节 第二节 第三节 第四节 第八章
第一节 第二节 第三节 第四节 第五节
调角波的性质和表达式 角调信号的频谱和带宽 调频电路 调角波的解调（鉴频电路） 限幅器与加重电路 1、限幅器原理及功能 2、调频系统中的预加重与去加重电路
第九章 锁相环与频率合成技术 第一节 锁相环的概念和基本原理（锁相环、PD、LF 和 VCO） 一、 基本锁相环模型 二、 锁相环的基本环路方程 三、锁定条件 第二节 有关锁相环的几个基本概念 1． 跟踪特性 2． 锁定状态 3． 失锁状态 4． 捕获过程 第三节 锁相环的应用 一、 分频 二、 倍频 三、 调制与解调 第四节 锁相环数字频率合成器 1． 基本的间接式锁相频率合成器 2． 具体实例分析
《高频电子线路》课程讲义
编者：陈家福
2009 年 9 月
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目
课程说明 第一章 绪论 一、高频电路课程概述 二、课程重点 三、应用与展望 第二章 第一节 第二节 第三节 第四节 第三章 第一节 第二节 第三节 第四节 第四章 第一节 第二节 第三节 第四节 第五章 第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六章 第一节 第二节 第三节
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一、 各章节重点内容提要 主要为以下八个部分： 第一部分 高频电路基础（高频器件、选频网络及应用） 1、 从高频的角度重新审视过去熟识的基本元器件和认识新器件。例如： （1） 电阻、电容、 （变容二极管）电感 （2） 传输线、传输线变压器 （3） 中介回路（可涉及天线如线天线、面天线和微带天线等）的基本概 念 2、 熟知 LC 并联谐振网络及其选频特性在高频电路中的作用。 LC 谐振频率 f 0 、质量因子（Q 值） 、空载质量因子、有载质量因子、选择性 的定义和通频带定义等。作为实用的并联谐振电路以变容二极管调谐电路为 主。 3、 熟知最大功率传输条件、传输线变压器的结构、变换原理、及其应用。 4、 掌握高频电路中常用的带抽头的无源线性选频网络、电路结构、接入系数、 阻抗变换及应用。 第二部分 高频小信号谐振放大器及应用 讨论高频小信号谐振放大器的 Y 参数等效分析法、高频条件下弱小信号有选择 放大、集中选频放大的原理与应用（即收信原理） 。 第三部分 载频信号产生电路 主要涉及到通信工程中基准时间、同步信号、高频载波信号源（伪随机系列信号 源）的产生与应用。讨论自激振荡产生和稳定的基本条件、三端式电路的组成原则， 重点是石英晶体信号源产生电路。 第四部分 谐振功率放大器及应用 谐振功率放大器的电路结构、特点、静态工作点与交流工作状态、高频谐振功率放 大原理与应用（又称为发信原理） 。 第五部分 非线性电路与频谱搬移（变换）原理 非线性器件在高频电路中的作用和地位、电路结构、伏安特性的数学模型、非线性 电路的基本分析方法、相乘器、典型线性频谱搬移电路的基本原理与性质（混频器原理） 等。 第六部分 幅度调制、解调及应用 调制的定义、调幅波数学表达式；幅度调制与解调原理、典型电路与分析。 第七部分 调频与鉴频 调角波数学表达式、调频波波形与频谱、功率的分析、鉴频（非线性频谱搬移的基 本原理、性质）典型电路分析。 第八部分 锁相环与频率合成技术 死循环自动控制概念、锁相环原理、锁相环电路与基本应用、锁相环数字频率合 成器原理与应用。 二、 《高频电路》课程所涉及的相关理论、技术在通信工程方面的典型应用，例如： （1） 频谱资源的分配、管理、开发与应用。 （频分复用、时分复用、电磁兼容工 程应用等） （2） 信号的频谱搬移及频谱(结构)变换。 （调制、解调及变频应用） （3） 无线电信号发送与接收。 （高频谐振功率放大与弱小信号的选择放大） （4） 无线电测距与定位( Radio Detecting and Ranging，即雷达“Radar”技 术与应用。 “Radar”这个单词可能是英语中唯一的一个象形文字了，它具有直