高频电路基础知识精选PPT.ppt

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1、高频电路基础知识第1页，此课件共20页哦第2章 高频电路基础知识2.1 高频电路中的元器件高频电路中的元器件2.2 天线天线2.3 噪声与干扰噪声与干扰第2页，此课件共20页哦2.1 高频电路中的元器件高频电路中的元器件2.1.1 2.1.1 高频电路中的元件高频电路中的元件v电阻电阻高频电路中的电阻不仅表现有高频电路中的电阻不仅表现有电阻特性的一面，而且还表现电阻特性的一面，而且还表现有电抗特性的一面（高频特性）。有电抗特性的一面（高频特性）。高频电路中的电阻的等效电路。高频电路中的电阻的等效电路。其中：其中：CR分布电容，分布电容，LR引线电感，引线电感，R电阻。电阻。第3页，此课件共20

2、页哦v电容电容高频电路中的电容不仅表现有电容的特性，而且还具高频电路中的电容不仅表现有电容的特性，而且还具有电感和电阻的特性，其等效电路如图所示。其中：有电感和电阻的特性，其等效电路如图所示。其中：RC损耗电阻，损耗电阻，LC引线电感，引线电感，C电容。电容。高频电路中的电容容抗与频率的关系如图所示。高频电路中的电容容抗与频率的关系如图所示。第4页，此课件共20页哦v电感电感高频电路中的电感不仅具有电感的特性，还具有电阻和高频电路中的电感不仅具有电感的特性，还具有电阻和电容的特性。其等效电路如图所示。其中：电容的特性。其等效电路如图所示。其中：RL损耗电阻，损耗电阻，CL分布电容，分布电容，L

3、电感。电感。高频电路中电感的阻抗与频率的关系如图所示。高频电路中电感的阻抗与频率的关系如图所示。第5页，此课件共20页哦2.1.2 2.1.2 高频电路中的有源器件高频电路中的有源器件v二极管二极管半导体二极管在高频电路中主要用于检波、调制、半导体二极管在高频电路中主要用于检波、调制、解调以及混频等非线性电路中，利用它的非线性特性。解调以及混频等非线性电路中，利用它的非线性特性。变容二极管主要应用于压控振荡器、角度调制、角变容二极管主要应用于压控振荡器、角度调制、角度解调以及反馈控制电路中，利用它的等效电容的可度解调以及反馈控制电路中，利用它的等效电容的可控特性。控特性。第6页，此课件共20页

4、哦v晶体管与场效应管晶体管与场效应管高频小功率管：用于高频小信号放大，要求有高增高频小功率管：用于高频小信号放大，要求有高增益和低噪声。益和低噪声。高频功率管：用于高频信号功率放大，要求有较大的高频功率管：用于高频信号功率放大，要求有较大的允许管耗和较大的输出功率。允许管耗和较大的输出功率。v集成电路集成电路通用型，如：集成模拟乘法器通用型，如：集成模拟乘法器MC1496、MC1495等可用等可用于调幅、检波、调频、鉴频等。于调幅、检波、调频、鉴频等。专用型，如：正交鉴频器专用型，如：正交鉴频器5G32，窄带发射集成电路窄带发射集成电路MC2833，窄带接收集成电路窄带接收集成电路MC3361

5、等等。第7页，此课件共20页哦2.2 天线天线 在高频电路中天线主要用于发射与接收电磁在高频电路中天线主要用于发射与接收电磁波信号，它是无线通信系统中不可缺少的一部波信号，它是无线通信系统中不可缺少的一部分。天线的发射与接收作用是可逆的，同一天分。天线的发射与接收作用是可逆的，同一天线用作发射与接收的性能是相同的。线用作发射与接收的性能是相同的。性能良好的天线可以改善信号分布、增大信噪性能良好的天线可以改善信号分布、增大信噪比、降低比特率，以及能克服覆盖范围内的薄弱环比、降低比特率，以及能克服覆盖范围内的薄弱环节，甚至可以降低功率损耗。节，甚至可以降低功率损耗。天线有各种各样的形式，常用的两种

6、天线为：天线有各种各样的形式，常用的两种天线为：线式天线线式天线和和面式天线面式天线。第8页，此课件共20页哦线式天线：由半径远小于波长的导线构成。如：对称线式天线：由半径远小于波长的导线构成。如：对称天线和单极天线。主要用于长、中短波波段。天线和单极天线。主要用于长、中短波波段。面式天线：由尺寸大于波长的金属或介质构成的面状面式天线：由尺寸大于波长的金属或介质构成的面状天线。如：抛物面天线和微带天线。主要用于微波波段。天线。如：抛物面天线和微带天线。主要用于微波波段。2.2.1 2.2.1 对称天线和单极天线对称天线和单极天线v对称天线（偶极天线）对称天线（偶极天线）结构如图所示。结构如图所

7、示。半波谐振，阻抗为半波谐振，阻抗为72。垂直偶极天线垂直偶极天线方位辐射图方位辐射图垂直面辐射图垂直面辐射图第9页，此课件共20页哦v单极天线单极天线 结构如图所示。相当于以无限结构如图所示。相当于以无限大平面为一个臂的对称天线。如大平面为一个臂的对称天线。如中、长波的铁塔天线，超短波的中、长波的铁塔天线，超短波的鞭形天线。鞭形天线。单极天线为单极天线为1/4波长谐振，阻抗波长谐振，阻抗为为36。2.2.2 2.2.2 抛物线天线和微带天线抛物线天线和微带天线v抛物线天线抛物线天线 抛物线天线的工作具有类似光抛物线天线的工作具有类似光学系统的性能。该天线具有良好学系统的性能。该天线具有良好的

8、电气特性，在微波通信和卫星的电气特性，在微波通信和卫星通信等方面得到了广泛的应用。通信等方面得到了广泛的应用。单极天线示意图单极天线示意图抛物面天线光学性质抛物面天线光学性质第10页，此课件共20页哦v微带天线微带天线 微带天线具有很多其它微带天线具有很多其它天线没有的特点，优点是尺天线没有的特点，优点是尺寸小、重量轻、价格低廉，寸小、重量轻、价格低廉，尤其是它具有很小的剖面高尤其是它具有很小的剖面高度，允许附着于任何金属表度，允许附着于任何金属表面，最适合安装在高速运行面，最适合安装在高速运行的物体上，如飞机、火箭、的物体上，如飞机、火箭、导弹上。导弹上。微带天线缺点是工作频带很窄。微带天线

9、缺点是工作频带很窄。微带天线的基本结构如图所示。微带天线的基本结构如图所示。微带天线的基本结构微带天线的基本结构第11页，此课件共20页哦2.3噪声与干扰噪声与干扰所谓所谓噪声（或干扰）噪声（或干扰）,就是除有用信号以就是除有用信号以外的一切不需要的信号及各种电磁骚动的总外的一切不需要的信号及各种电磁骚动的总称。称。噪声一般指噪声一般指内部噪声内部噪声，又分自然和人，又分自然和人为两类。自然噪声有为两类。自然噪声有热噪声热噪声、散粒噪声散粒噪声和和闪闪烁噪声烁噪声等，人为噪声有等，人为噪声有交流噪声交流噪声、感应噪声感应噪声等。等。干扰一般指干扰一般指外部干扰外部干扰，也分自然和人，也分自然和

10、人为两类。自然干扰有为两类。自然干扰有天电干扰天电干扰、宇宙干扰宇宙干扰和和大地干扰大地干扰等。人为干扰有等。人为干扰有工业干扰工业干扰和和无线电无线电台干扰台干扰。第12页，此课件共20页哦2.3.1 2.3.1 电路内部噪声的来源和特性电路内部噪声的来源和特性 电路内部噪声的主要来源是电路内部噪声的主要来源是电阻的热噪声电阻的热噪声和和放大器件放大器件的噪声的噪声。1 1）电阻的热噪声）电阻的热噪声 电阻的热噪声是由电阻内部的自由电子无规则热运动所电阻的热噪声是由电阻内部的自由电子无规则热运动所产生的。如下图所示，噪声电压（或电流）是上下起伏变化产生的。如下图所示，噪声电压（或电流）是上下

11、起伏变化的，但在一定时间内其平均值为零。起伏噪声的频谱在极宽的，但在一定时间内其平均值为零。起伏噪声的频谱在极宽的范围内，且有均匀的功率谱密度，故也称为的范围内，且有均匀的功率谱密度，故也称为白噪声白噪声。电阻热噪声电压波形电阻热噪声电压波形第13页，此课件共20页哦2 2）晶体管的噪声）晶体管的噪声晶体管的噪声主要有热噪声、散粒噪声、分配噪声和闪晶体管的噪声主要有热噪声、散粒噪声、分配噪声和闪烁噪声。烁噪声。热噪声热噪声主要由基区体电阻主要由基区体电阻 所产生；所产生；散粒噪声散粒噪声是由于晶是由于晶体管内部基区少数载流子注入率的随机性引起的，是主要体管内部基区少数载流子注入率的随机性引起的

12、，是主要噪声来源；噪声来源；分配噪声分配噪声是由于晶体管内部基区少数载流子复是由于晶体管内部基区少数载流子复合量的随机性引起的；合量的随机性引起的；闪烁噪声闪烁噪声的产生与半导体制作时表面的产生与半导体制作时表面清洁处理度和外加电压有关，主要考虑低频情况。清洁处理度和外加电压有关，主要考虑低频情况。晶体管的噪声主要决定于热噪声、散粒噪声和分配噪声，晶体管的噪声主要决定于热噪声、散粒噪声和分配噪声，在很宽的频率范围内随频率变化是很小的。在很宽的频率范围内随频率变化是很小的。3 3）场效应管的噪声）场效应管的噪声场效应管的噪声主要考虑沟道电阻产生的场效应管的噪声主要考虑沟道电阻产生的热噪声热噪声。

13、第14页，此课件共20页哦2.3.2 2.3.2 噪声系数噪声系数1 1）信噪比）信噪比电电路路某某处处的的信信号号功功率率与与噪噪声声功功率率之之比比称称为为信信噪噪比比，用用符符号号S/N表表示示。通通常常用用信信噪噪比比来来表表示示噪噪声声对对信信号号的的影影响响，信信噪噪比越大，信号质量越好。比越大，信号质量越好。2 2）噪声系数）噪声系数 下下图图为为一一线线性性四四端端网网络络,它它的的噪噪声声系系数数定定义义为为输输入入端端的的信信噪噪比比(S/N)i与输出端的信噪比与输出端的信噪比(S/N)o的比值的比值,即即第15页，此课件共20页哦 图图中中,KP为为电电路路的的功功率率传

14、传输输系系数数(或或功功率率放放大大倍倍数数)。用用Na表表示示线线性性电电路路内内部部附附加加噪噪声声功功率率在在输输出出端端的的输输出出,考考虑虑到到KP=o/Si ,式式(3-26)可以表示为可以表示为（3-26）(3-27)(3-28)第16页，此课件共20页哦 噪声系数通常用噪声系数通常用dB表示表示,用用dB表示的噪声系数为表示的噪声系数为 多级放大器网络的噪声系数多级放大器网络的噪声系数从式从式(3-30)可以看出可以看出,当放大器的额定功率增益远大于当放大器的额定功率增益远大于1时时,系统的总噪声系数主要取决于第一级的噪声系数。系统的总噪声系数主要取决于第一级的噪声系数。越是后

15、面越是后面的网络的网络,对噪声系数的影响就越小对噪声系数的影响就越小,这是因为越到后级信号的这是因为越到后级信号的功率越大功率越大,后面网络内部噪声对信噪比的影响就不大了。后面网络内部噪声对信噪比的影响就不大了。因因此此,对第一级来说对第一级来说,不但希望噪声系数小不但希望噪声系数小,也希望增益大也希望增益大,以以便减小后级噪声的影响。便减小后级噪声的影响。(3-29)（3-30）第17页，此课件共20页哦 例例：下下图图是是一一接接收收机机的的前前端端电电路路,高高频频放放大大器器和和场场效效应应管管混混频频器器的的噪噪声声系系数数和和功功率率增增益益如如图图所所示示。试试求求前前端端电电路

16、的噪声系数路的噪声系数(设本振产生的噪声忽略不计设本振产生的噪声忽略不计)。解：将图中的噪声系数和增益化为倍数解：将图中的噪声系数和增益化为倍数,有有因此因此,前端电路的噪声系数为前端电路的噪声系数为 第18页，此课件共20页哦2.3.3 2.3.3 常用减小噪声系数的措施常用减小噪声系数的措施1 1）选用低噪声的元器件；）选用低噪声的元器件；2 2）正确选择放大器的静态工作点；）正确选择放大器的静态工作点；3 3）选择合适的工作带宽；）选择合适的工作带宽；4 4）选用合适的放大电路；）选用合适的放大电路；5 5）降低放大器的工作温度；）降低放大器的工作温度；6 6）减少接收天线的馈线损耗。）减少接收天线的馈线损耗。第19页，此课件共20页哦作业作业1 1、电路内部噪声的主要来源是什么？晶体管的噪声、电路内部噪声的主要来源是什么？晶体管的噪声主要有哪些？主要有哪些？2 2、对于多级放大器，要控制其总的噪声系数，主、对于多级放大器，要控制其总的噪声系数，主要应注意降低第一、二级的要应注意降低第一、二级的，且提高第，且提高第一级的一级的。第20页，此课件共20页哦