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1、高频电子技术第1章,绪 论,第1章教学要点,1、无线收发系统的组成和功能 2、无线电波传播的五种模式 3、波（频）段的划分 4、高频电子技术的研究对象,1.1无线遥控门铃电路剖析,我们通过无线门铃电路的分析来了解无线收发系统的组成和功能,门铃的组成和功能,无 线 遥 控 门 铃,室外机，由按钮K1和发射电路组成,室内机，由接收电路和发声电路组成,1.1无线遥控门铃电路剖析,1.1.1 无线门铃的组成和功能,这是门铃电路板,室外机电路板,室内机电路板,1.1无线遥控门铃剖析,1.1.1 无线门铃的组成和功能,用下面的电路框图表示无线门铃的组成,在室外按K1，这一指令通过无线发射电路以无线电波的形
2、式发射，室内的接收电路接收到这一无线电信号后，进行放大，并从中检出按钮发出的指令，用该指令驱动门铃发声电路，门铃即发出“叮咚”声，这就是门铃的基本功能。 下面讨论这一功能如何实现。,1.1无线遥控门铃剖析,1.1.2 遥控门铃无线发射电路,门铃电路由无线发射电路和接收电路两大部分组成，首先讨论发射电路。,无线发射电路由正弦波振荡电路、调制电路和天 线组成，需要逐一讨论。,1.1无线遥控门铃电路剖析,1、振荡电路和天线,为LC振荡电路，振荡 的频率决定于电感L1和 电容C1组成的谐振电路 的谐振频率，约250MHz。,现在不讨论电路工作 原理，首先分析正弦振 荡如何以无线电波的形 成向外发射？,
3、1.1无线遥控门铃电路剖析,1、振荡电路和天线,如何发射？ 电容器两极板之间的距离拉大，如图1.8(b)所 示； 也可以将电感制成图1.8(c)所示的形状，振荡 电路中的电感L1即被印制成图1.8(c)所示的形状。,1.1无线遥控门铃电路剖析,2、按钮电路,按下按钮K1，输出一串正脉冲,CD4069为6反相器电路，其中两个与电阻R、晶体 JZ1组成方波发生器电路,另外几个相互并联组成反相 器电路,1.1无线遥控门铃电路剖析,3、调制电路,为什么必须将控制信号装载到高频的无线电波上 才能发射出去？,1.1无线遥控门铃电路剖析,3、调制电路,如何实现调制？由下图说明。,u0 (t)低电平期间，e
4、(t)是高频的无线电波，u0 (t)高 电平期间e (t)呈现为低电平。,1.1无线遥控门铃剖析,3、调制电路,如何实现调制？由下图说明。,u0 (t)低电平期间，e (t)是高频的无线电波，u0 (t)高 电平期间，e (t)呈现为低电平。,1.1无线遥控门铃电路剖析,1.1.3 无线接收电路,无线接收电路由接收天线、高频放大电路和解调电 路组成，解调输出的信号用来控制门铃发声电路发 声 。,下面逐一讨论。,1.1无线遥控门铃电路剖析,1、接收天线,接收天线被印制在电路板 上，圆环开口部分并联电容 C2。,接收天线也是一个LC谐振 电路，因此就具有选频的特 性。 调节图中可调电容C1，使 发
5、射无线电波的频率和接收 天线的谐振频率相等。,1.1无线遥控门铃电路剖析,2、高频放大电路,常用高频信号放大的方案和电路很多，我们将 在以后的章节中仔细讨论。,解调电路的作用是从接收到的无线电信号中检 出控制信号（即调制信号或基带信号），和高频 放大电路类似，根据调制方式的不同，解调电路 也有许多中形式，各种解调电路的结构、原理和 特性也将在以后的章节中讨论。,3、解调电路,1.1无线遥控门铃电路剖析,结 论,实现门铃的遥控，核心是如何实现控制信号的 无线传输，即通过什么途径，以什么为载体将门 铃按钮的信号从一个地方（门外）以无线的方式 传输到另一个地方（门内），从而出发门铃发声 电路发声。,
6、无线门铃控制信号的传输是依靠无线电波的传 播来实现的，因此需要研究无线电波的传播特性。,1.2 无线电波传播特性与频段的划分,按频率高低划分的称为频段，按波长划分的称为波段。,1.2.1 无线电频段和波段的划分,1.2 无线电波传播特性与频段的划分,各个频段无线电波的应用范围也有所不同，下 表给出了不同频段无线电波的主要应用。,1.2.1 无线电频段和波段的划分,1.2 无线电波传播特性与频段的划分,1、无线电波的传播模式： (1)地波传播:无线电波沿着地球表面传播，称为地波传 播，也称地表波传播,1.2.2 无线电波的传播特性,地波 传播,1.2 无线电波传播特性与频段的划分,(2)空间波传
7、播 :一部分直接由发射天线传向接收天线;另一部分经地面反射后传向接收天线，这两部分电波合称空间波.,1.2.2 无线电波的传播特性,空间波,1.2 无线电波传播特性与频段的划分,(3)天波传播 :高空经电离层反射到达接收天线的传播方式，称为天波传播.,1.2.2 无线电波的传播特性,天波传播,1.2 无线电波传播特性与频段的划分,(4)散射传播 :包括对流层散射传播和电离层散射传播两种模式,1.2.2 无线电波的传播特性,1.2 无线电波传播特性与频段的划分,(5)地空传播:穿透电离层的直射传播模式称为地空传播 模式,1.2.2 无线电波的传播特性,1.2 无线电波传播特性与频段的划分,2、介
8、质对无线电波传播的影响 (1)金属对于无线电波的屏蔽作用,1.2.2 无线电波的传播特性,金属是良导体，电磁波在金属中传播时会感应 出传导电流，这一电流在金属中流动时发热，电 磁波能量转化为热能，无线电波很快衰减。因此， 无线电波不能在金属等良导体介质中传播。根据 这个道理，用金属板围成一个密闭的房间，外面 的无线电信号就无法进入这个房间，这表明金属 对于无线电波有屏蔽作用。,1.2 无线电波传播特性与频段的划分,2、介质对无线电波传播的影响 （2）海水中无线电波的传播,1.2.2 无线电波的传播特性,如果无线电波能像空气中一样在海水中传播， 我们就可以利用无线电实现水下通信，这对于水 下勘探
9、、救援以及潜水艇与陆地的通信具有重要 的意义。可惜，海水也是良导体，无线电波在海 水中会急剧地衰减。根据理论计算，1MHz的无线 电波，在海水中只能传播25cm，用这种频率的无 线电波进行水下通信显然是行不通的。,1.2 无线电波传播特性与频段的划分,2、介质对无线电波传播的影响 （3）地下无线电波传播,1.2.2 无线电波的传播特性,目前研究较多并已经开始实用的是浅表沉积岩层 的无线电通信，由于波长较短的无线电波能传播较 远的距离，沉积岩层无线电通信使用的也是超长 波。,1.2 无线电波传播特性与频段的划分,为什么要进行无线电管理？决定于无线电频率资源的特性。,1.2.3 无线电管理,1、无
10、线电频率资源的特性,（1）有限性 （2）非耗竭性 （3）排他性 （4）易受污染性,1.2 无线电波传播特性与频段的划分,1.2.3 无线电管理,（1）有限性 一个电台使用了某一个频率，同一区域内其他电 台就不能同时使用这个频率。例如将民用无线电设 备的频率放到飞机导航的频率上，很可能引发重大 事故。有如，560kHz是某个城市广播电台中波广播 所使用的频率，这个城市（包括附近的城市）的无 线电对讲机就不能使用这个频率，否则，对讲机通 信的信号就会串入广播信号，广播信号也会串入对 讲机，造成严重的干扰以致广播质量受到严重影响 ，对讲机也无法正常工作。因此，频率的使用就需 要严格管理。,1.2 无
11、线电波传播特性与频段的划分,1.2.3 无线电管理,（2）非耗竭性 不会因为频繁使用而被消耗，也不同于水、耕地 等可再生的资源，不存在再生的问题。频率资源不 利用是一种浪费，“不用白不用”，但使用不当也是 一种浪费，甚至会造成危害。于是就存在一个统一 规划、合理开发的问题。 因此要进行管理。,1.2 无线电波传播特性与频段的划分,1.2.3 无线电管理,（3）排他性 当某个频段被人占用以后，同一时间，同一区域 的其他人就不能再使用这个频段，两个通信系统同 时使用相同的频段将造成严重的干扰。因此，从管 理的角度来看，频率资源的使用具有排他性，即一 个部门（个人）使用以后，另一个部门（个人）就 不
12、能同时使用这一资源。这种矛盾也必须通过管理 来解决。,1.2 无线电波传播特性与频段的划分,1.2.3 无线电管理,（4）易受污染性 无线电波传播时容易受到各种自然和人为因素的 干扰。例如，太阳黑子活动对短波通信的影响就是 一种自然干扰。 电机等电子、电器设备运行时会 向外发射无线电波，从而影响通信，这中干扰就属 于人为干扰。 从管理的角度看，频率资源的管理还必须涉及除 通信系统以外的电子及电器设备，要对这些设备运 行时所发出的无线电辐射作出明确的限制性规定。,1.2 无线电波传播特性与频段的划分,2、无线电管理的内容,1.2.3 无线电管理,（1）无线电台设置和使用管理 设置、使用无线电台（
13、站）的单位或个人，必须 提出书面申请，办理设台审批手续，领取电台执 照。,（2）频率管理 国家无线电管理机构对无线电频率实行统一划分 和分配。频率使用期满，需要继续使用，必须办理 续用手续。,1.2 无线电波传播特性与频段的划分,1.2.3 无线电管理,1.2 无线电波传播特性与频段的划分,1.2.3 无线电管理,1.2 无线电波传播特性与频段的划分,1.2.3 无线电管理,1.2 无线电波传播特性与频段的划分,1.2.3 无线电管理,3、微功率（短距离）无线电设备管理,1998年，信息产业部颁布了微功率（短距离） 无线电设备管理暂行规定，对为功率无线电设备 的研制、生产、销售、进口和使用作出
14、了规定，防 止微功率无线电设备对广播电视、导航、移动通信 及射电天文等无线电业务产生干扰。 管理的主要内容有以下三个方面：,1.2 无线电波传播特性与频段的划分,1.2.3 无线电管理,3、微功率（短距离）无线电设备管理,（1）微功率无线电设备使用 微功率无线电设备的使用不得对其它合法的各种 无线电台站产生有害干扰，但必须避让或忍受其它 合法的无线电台站的干扰或工业、科学及医疗应用 设备的辐射干扰，遇有干扰时不受法律上的保护， 但可向当地无线电管理机构报告。使用微功率无线 电设备不需办理无线电电台执照手续，但必须接受 无线电管理办事机构对其产品性能指标进行必要的 检查或测试。,1.2 无线电波
15、传播特性与频段的划分,1.2.3 无线电管理,（2）微功率无线电设备研制 研制微功率无线电设备须按国家无线电管理机构 发布的研制无线电发射设备的管理规定办理有 关手续。 （3）微功率无线电设备的生产和进口 生产、进口微功率无线电设备须按国家无线电管 理机构发布的进口无线电发射设备的管理定、 生产无线电发射设备的管理规定办理有关手 续。所生产的产品性能指标须符合本规定的要求， 不符合要求的产品不得出厂。,1.3 高频电子技术研究对象和方法,1.3.1 通信与通信系统的组成,无线门铃可以看出它由三大部分组成，按钮电路； 无线电波发射和接收电路；门铃发声电路。,基带信号电路,基带信号应用电路,无线收
16、发系统,1.3 高频电子技术研究对象和方法,1.3.1 通信与通信系统的组成,无线通信系统即由基带信号发生电路、无线收发电 路和基带信号应用电路组成。,门铃电路只是无线通信系统的一个特例，假如基 带发生电路所产生的是语音信号，经过无线收发电路 传输后，还原的基带信号（语音信号）用来驱动喇叭 ，这样组成的通信系统就是广播系统。,1.3 高频电子技术研究对象和方法,不同的基带信号，将形成不同的通信系统，但是基 带信号不同时，作为无线通信系统核心的无线收发电 路的结构却大同小异，因此，深入研究无线收发系统 对于实用通信系统的开发、应用就显得十分重要。 高频电子技术就是这样一门以无线收发系统为研究 对
17、象的课程。,1.3 高频电子技术研究对象和方法,1.3.2高频电子技术研究对象和方法,根据上面的分析，高频电子技术的研究对象即为： “无线收发系统的组成、电路结构、工作原理、主 要特性和应用”。,无线收发系统由无线发射电路和接收电路组成， 发射电路又包括振荡电路、调制电路和天线等，为 了提高无线发射功率，有时还需要增加高频功率放 大电路；接收电路包括无线信号接收天线、高频信 号放大电路、解调电路等，所有这些电路所完成的 功能都离不开高频信号的产生、发射、接收和处 理，因此，也可以认为“高频电子技术是研究高频信号产生、发射、接收和处理的学科”。,1.3 高频电子技术研究对象和方法,1.3.2高频
18、电子技术研究对象和方法,高频电子技术与通信技术比较：,两者都将信息的无线传输作为研究的对象，而且 密切相关，无线通信以高频电子技术为基础，高频 电子技术以无线通信的实现为目标。,两者又有明显的差异，无线通信的研究对象包括 基带信号发生、转换（调制）、无线传输、接收及 基带应用电路等，而高频电子技术着重研究无线信 号的发射和接收，即包括基带信号的调制、无线信 号发射、接收和解调等，不包括基带信号的产生和 应用。,1.3 高频电子技术研究对象和方法,1.3.3 高频电子技术的发展,高频电子技术主要应用于通信，高频电子技术的 发展与无线电通信技术的发展几乎是密不可分的， 无线通信技术的发展历史也就是
19、高频电子技术的发 展历史。,1894年，意大利人马可尼发明无线电通信 19世纪20年代开始，短波通信获得了蓬勃的发展。 20世纪50年代，发展了微波接力通信。 1965年，卫星通信真正进入了实际商用阶段。 1920年代至今移动通信方面，它的发展至今大约经 历了五个阶段。,1.3 高频电子技术研究对象和方法,1.3.4 高频电路的集成化和模块化,和低频范围的模拟电路一样，高频电路也被集成 化，已大批生产多种单片集成发射电路、集成接收 电路或集成收发电路芯片。与低频模拟电路相比较 ，高频电路的集成化具有特别重要的意义。分立元 件组成的高频电路的设计一向是十分困难的，主要 原因是缺乏恰当的检测仪器和
20、方法对电路中各关键 点的电流电压进行测量，从而影响了高频电路工作 状态的分析。,1.3 高频电子技术研究对象和方法,1.3.4 高频电路的集成化和模块化,常用的射频电路芯片有以下几类：,（1）无线发射芯片,1.3 高频电子技术研究对象和方法,1.3.4 高频电路的集成化和模块化,常用的射频电路芯片有以下几类：,（2）无线接收芯片,1.3 高频电子技术研究对象和方法,1.3.4 高频电路的集成化和模块化,常用的射频电路芯片有以下几类：,（3）无线收发芯片,1.3 高频电子技术研究对象和方法,1.3.4 高频电路的集成化和模块化,2、无线收发模块,无线模块可以由分立元件组成，也有许多模块是 以无线
21、收发芯片为核心组成，下面通过实例作扼要 的介绍。,高频情况下外接元器件的布局、各元器件之间， 元器件与收发芯片引脚之间连接线的安排，以及印 制电路板的品质等都对最后组成的通信系统的质量 有严重的影响，缺少经验，常导致安装调试失败。 因此，许多厂家利用无线收发芯片和高频晶体管， 配以必须的电阻、电感、电容等元器件，直接生产 各种无线收发模块供用户选用,1.3 高频电子技术研究对象和方法,1.3.4 高频电路的集成化和模块化,2、无线收发模块,1.3 高频电子技术研究对象和方法,1.3.4 高频电路的集成化和模块化,2、无线收发模块,1.3 高频电子技术研究对象和方法,1.3.4 高频电路的集成化
22、和模块化,模块外接元器件,1.4 高频电子技术的应用,1.4.1 无线通信系统分类,基带信号为模拟信号时，如果直接用模拟信号对 无线电波进行调制的，所形成的通信系统称为模拟 通信系统。 调幅/调频广播即属于模拟通信系统，音乐声和 播音员的声音经话筒转换为电信号，属模拟信号。,1.4.1 无线通信系统分类,将待传输的模拟信号转换为数字信号，或待传输信号本身就是数字信号时，将该信号输入发射电路对高频信号进行调制，所形成的通信系统称为数字通信系统。,1.4 高频电子技术的应用,1.4.2 高频电子技术的应用,1、高频电子技术在遥控中的应用,无线遥控模块，通过按键即可遥控窗帘的开合。,1.4 高频电子
23、技术的应用,1.4.2 高频电子技术的应用,2、 高频电子技术在数据传输中的应用,1.4 高频电子技术的应用,1.4.2 高频电子技术的应用,4、高频电子技术在声音图像信号传输中的应用 广播和电视系统即属于音像信号传输系统,第1章到此结束谢谢！,高频电子技术第2章,无线发射电路,第2章教学要点,1.高频信号发射电路的组成 2.LC振荡电路、晶体振荡电路和声表面波 谐振器振荡电路的结构、主要特性指标和应用 3.高频功率放大电路分类和主要性能指标 4.无线发射芯片和模块的组成和主要特性指标,2.1 正弦波振荡电路,高频信号发射电路的组成 LC振荡电路、晶体振荡电路和声表面波 谐振器振荡电路的结构、
24、主要特性指标和应用,2.1 正弦波振荡电路,实用的无线发射电路应包括正弦波振荡电路、调 制电路、高频功率放大电路和天线,本章逐一讨论振荡电路、功放电路、天线等单元电路结构、工作原理和特性，调制电路在第3章讨论。,2.1 正弦波振荡电路,2.1.1 正弦波振荡电路的组成和主要特性指标,1、正弦波振荡电路组成,X0-输出正弦波电压 Xf-反馈电压,即放大电路的输入电压,接下来推导正弦波振荡的平衡条件,2.1 正弦波振荡电路,1、正弦波振荡电路组成,电路达到稳定后（即振荡电路有稳定的输出）应有：,反馈电压等于：,由此求得：,称为正弦波振荡的平衡条件，表明正弦波振荡电路形成稳定输出后，放大电路的放大倍
25、数和反馈网络的反馈系数的乘积等于1。,2.1 正弦波振荡电路,1、正弦波振荡电路组成,是相量式,两边的模应该相等，求得,两边相位也应该相等，得,称为幅值平衡条件,称为相位平衡条件,根据上述两个平衡条件可以导出正弦波振荡电路产生稳定输出所需要满足的3个条件：,2.1 正弦波振荡电路,称为振荡电路起振条件。,（1）起振条件,振荡电路接通电源以前以及刚接通电源时的输出为零，这表明振荡电路输出电压从零变化到稳定值有一个逐渐升高的过程，这个过程即为振荡电路的起振。,起振过程中，输出电压不断升高，反馈系数和放大倍数幅值的乘积就应该大于1，即,2.1 正弦波振荡电路,（1）起振条件,放大倍数A是一个随工作状
26、态变化的量，起振时，放大电路工作于线性区，A的数值较大，随输出电压的增加，进入非线性区域后，A的数值随放大电路输出信号振幅变化，振幅变大，A变小，稳定时A满足平衡条件，振幅趋于稳定。,2.1 正弦波振荡电路,（2）形成正反馈,相位平衡条件式满足时，振荡电路的反馈电压就会形成正反馈,假设初始时刻放大电路输入电压的极性为“正”，如图，经过放大电路，产生相位移动A，经过反馈网络又产生相位移动F，因此所形成的反馈电压与初始输入电压之间的相位差等于A+ F，根据相位平衡条件，两者之和等于2的整数倍，这表明反馈电压和初始电压相位相同，因此振荡电路所形成的为正反馈。,2.1 正弦波振荡电路,（3）必须有一个
27、选频的环节,按照相位和振幅平衡条件，各种不同频率的信号都可能在输出端形成稳定的输出，这样一来，振荡电路输出的就不是正弦波电压，而是各种频率合成的振荡信号。 为了获得正弦波电压输出，就必须有一个选频的环节。,高频电子技术中用到多种选频电路，我们以LC谐振回路为例进行说明。,2.1 正弦波振荡电路,（3）必须有一个选频的环节,LC并联电路的特性曲线如下图，(a)是LC并联电路，(b)是幅频特性曲线，(c)为相频特性曲线。,(b)表示输入信号频率等于谐振频率f0时，回路表现为很高的阻抗：,2.1 正弦波振荡电路,用LC回路组成反馈选频网络,图中只有频率等于f0的正弦波信号才在LC回路两端形成最大的输
28、出电压，对其他频率的信号，LC回路是低阻抗，建立不起高的电压，因此输出端得到的就是频率等于f0的正弦波电压。,反馈电压取自输出电压并进行倒相，形成的是正反馈,2.1 正弦波振荡电路,2、正弦波振荡电路主要性能指标,高频电子技术中主要通过以下三个指标来衡量正弦波振荡电路的优劣。,（1）振荡频率 高频电子技术所涉及的振荡频率都比较高，例如在获得广泛应用的甚高频至特高频段，无线电波的频率在30MHz至3000MHz之间。某种振荡电路能否获得应用，决定于这个电路能否产生如此高频的正弦波电压输出，因此振荡电路的振荡频率自然就成为电路的重要特性指标。,2.1 正弦波振荡电路,2、正弦波振荡电路主要性能指标
29、,（2）振荡频率的稳定度 振荡电路的频率稳定性常用稳定度表示。若振荡器频率为f0，由于温度变化等原因发生了f的变化，则用（f/ f0）100%来表示稳定度。实用上，频率稳定度又分短期稳定度和长期稳定度。频率的突变一般由电源电压或外界干扰变化引起，缓慢的频率变化，则由环境温度变化、元件参数变化所致。因此，表示振荡电路稳定度时，有时用（f/ f0）/时，即一小时内频率变化百分之几；有时也用（f/ f0）/月，即一个月内频率变化百分之几。,2.1 正弦波振荡电路,2、正弦波振荡电路主要性能指标,（3）振荡频率的可调节性 无线通信时，收发电路的频率必须相等才会有较好的通信效果。在生产时却很难做到这一点
30、，完全相同的设计图纸所生产出来的发射或接收电路的频率也可能有较大的差异。如果振荡电路的频率可以通过某个元件，例如可变电容来调节，就可以方便地使发射电路和接收电路的频率相等。可见，一个振荡电路的频率是否可调、调节范围多大、调节是否方便等也是振荡电路的重要指标之一。,2.1 正弦波振荡电路,3、振荡电路的分类,（1）RC振荡电路 频率过低，已不使用 （2）LC振荡电路 （3）石英晶体振荡电路 （4）声表面波谐振器振荡电路 （5）陶瓷谐振器振荡电路,常用的正弦波振荡电路有以下5类，其中RC振荡电路频率过低，高频电路中不使用，本章首先介绍LC振荡电路、石英晶体谐振器振荡电路和声表面波谐振器振荡电路。陶
31、瓷谐振器组成的正弦波振荡电路将在下一章介绍。,2.1 正弦波振荡电路,2.1.2 LC正弦波振荡电路,LC振荡电路又分为变压器反馈式、电感反馈式和电容反馈式三种，变压器反馈式又称互感反馈式振荡电路。,以LC谐振电路作为选频环节的正弦波振荡电路，统称LC正弦波振荡电路。这类振荡电路能产生几十kHz直到几百MHz的正弦波信号，在高频电路中用得比较多。,2.1 正弦波振荡电路,2.1.2 LC正弦波振荡电路,电路组成,VT1接成共射极放大电路，集电极负载是电容C1和电感L1组成并联谐振回路。,1、变压器反馈式LC振荡电路,工作原理,反馈电压通过电感L1和L2的互感耦合经电容到基极，形成正反馈。,振荡
32、频率,2.1.2 LC正弦波振荡电路,电路组成,VT1属共基极放大电路, LC谐振回路两个串联电容 C1、C2接晶体管的三个极.,2、电容反馈式振荡电路,工作原理,属电容三点式振荡电路,振荡频率,(1)电容三点式振荡电路之一,2.1.2 LC正弦波振荡电路,电路组成,VT1接成共射极形式。,2、电容反馈式振荡电路,工作原理,电容三点式振荡电路,振荡频率,(1)电容三点式振荡电路之二,2.1.2 LC正弦波振荡电路,前述三点式振荡电路存在问题：,极间电容和杂散电容形成的输入输出电容Ci和Co 限制了频率的提高。,2、电容反馈式振荡电路,电感支路串入一个小容量的电容C,改进电路,(2)改进型三点式
33、振荡电路,频率决定于电容C，几乎与C1、C2无关。C小，频率就可以提高。,2.1.2 LC正弦波振荡电路,2、电容反馈式振荡电路,无绳电话的电容三点式正弦波振荡电路，其中电容C1=15pF，C2=5.6pF，C3=4700pF,电阻R1=10k，R2=1.8 k，Re=330，三极管VT1的型号为9018，所产生的正弦波频率在88108MHz之间。,(3)实用三点式振荡电路,2.1 正弦波振荡电路,2.1.3 晶体振荡电路,LC振荡电路优缺点：,LC振荡电路的优点是振荡频率较高，可以达到100MHz以上，缺点是频率稳定性不高，最好的LC振荡电路，其频率稳定度f/f也只能达到10-5，为此，讨论
34、石英晶体振荡电路。 由石英晶体组成的正弦波振荡电路，频率稳定度可以达到10-610-8，一些产品甚至高达10-1010-11，与LC振荡电路有很大的差异。,2.1.3 晶体振荡电路,1、石英晶体,(1)石英晶体结构,晶片的两个表面涂覆银层并作为两个电极引出管脚,电路符号,产品外形,2.1.3 晶体振荡电路,1、石英晶体,（2）石英晶体的频率特性,2.1.3 晶体振荡电路,2、晶体振荡电路,由此求得并联谐振频率为,（1）并联型石英晶体振荡电路,等效于电感的晶体BC和电容C1、C2组成LC并联谐振电路，这一谐振电路即为振荡电路的选频环节,C表示C1、C2和Cq串联的总电容,2.1.3 晶体振荡电路
35、,2、晶体振荡电路,反馈信号的大小与频率有关，频率等于晶体串联谐振频率fs时，晶体交流短路，正反馈信号很大，偏离这一频率时，晶体有很高的电抗而使反馈电压趋于零，因此达到稳定状态之后，振荡电路输出频率为fs的正弦波信号,（2）串联型石英晶体振荡电路,VT1、VT2组成两级放大电路，第一级是共基极放大电路，第二级是共集电极放大电路，反馈支路由电阻Rf和石英晶体BC组成。,工作原理：,电路结构：,2.1.4 声表面波谐振器组成的振荡电路,何谓声表面波谐振器？,与LC振荡电路相比，石英晶体组成的振荡电路有很高的频率稳定度，但振荡频率不高，一般只能产生几十MHz的正弦振荡。高频电路中另一类常用的振荡电路
36、是声表面波谐振器组成的振荡电路，这种电路的频率稳定度不及石英晶体振荡电路，但频率可以做得很高。这是一种性能介于LC和石英晶体振荡电路之间的电路，在许多无线收发模块中得到了广泛的应用。,声表面波谐振器简称SAWR，是英文Surface Acoustic Wave Resonators的缩写，它是利用声波在晶体表面传播特性制成的谐振器。SAWR的频率特性与石英晶体谐振器类似，都有一个谐振频率，输入信号频率等于该频率时谐振器表现出很低的阻抗，偏离谐振频率时则呈高阻。,声表面波谐振器振荡电路有何特点？,2.1.4 声表面波谐振器组成的振荡电路,声表面波谐振器组成的实用振荡电路,电路：,实物：,315M
37、Hz声表谐振器,2.2 高频功率放大电路结构和工作原理,高频功率放大电路分类和主要性能指标 C类LC谐振功率放大电路,2.2 高频功率放大电路结构和工作原理,2.2.1 高频功率放大电路的分类,（1）小功率射频功放 微功率（短距离）无线电设备管理暂行规定附件所列的各项微功率无线电设备，其无线发射功率一般都在1W以下，这些设备所包含的射频放大电路即属于小功率射频功放。 （2）大功率射频功放 移动电话基站的发射功率约几十瓦，一个城市的电视信号发射功率达到几kW，省级广播电台的发射功率在几kW至几十kW之间。此外，微波通信中继站、雷达站等都属于大功率射频功放的范围。,为了实现信息的无线传输，任何无线
38、发射电路都需要一定的发射功率，这一用于使待发射高频信号具有一定功率的电路，就称为高频功率放大电路。,1、按输出功率分类,2.2 高频功率放大电路结构和工作原理,2.2.1 高频功率放大电路的分类,（1）窄带功率放大电路 以选频网络为负载的功放电路，称为窄带功率放大电路。,2、按功放电路的负载分类,只有频率等于LC回路谐振频率的成分才被有效地放大。以LC回路为负载的功率放大电路具有频率选择性，因此也称选频放大电路。 优点： 选频作用可来抑制干扰。 缺点： 非线性失真比较大。 LC选频网络中心频率的调节也不方便。,2.2.1 高频功率放大电路的分类,2、按功放电路的负载分类,（2）宽带功率放大电路
39、 以宽带传输线变压器为负载的，称为宽带功率放大电路,1、传输线变压器既是功放电路的负载，同时又起着将高频信号传输到下一级的作用。 2、传输线变压器没有选频的作用，同时又有很好的频率特性，其上限频率可以扩展到几百兆赫乃至几千兆赫。,2.2.1 高频功率放大电路的分类,3、按功率放大管导通角分类,（1）甲类功放电路 在信号的正负半周，功放管始终处于导通状态，这样所组成的功放电路也就称为甲类功放电路。处于甲类工作状态的功放管，为了避免负半周时管子进入截止区而造成失真。处于甲类工作状态的功放管，静态时就有较大的电流通过。 （2）乙类功放电路 在信号的负半周截止，正半周时导通，就说功放管处于乙类工作状态
40、，这样所组成的功放电路称为乙类功放电路。处于乙类工作状态的功放管，静态是电流为零。 （3）丙类功放电路 功放管只在正半周的一部分时间内导通，信号负半周及正半周输入信号幅度较小时均不导通，就说功放管处于丙类工作状态，所组成的功放电路称为丙类功放电路。处于丙类工作状态的功放管，静态时基极是负偏置的。,2.2.1 高频功率放大电路的分类,3、按功率放大管导通角分类,功放管在一个周期内的导通时间可以用相位角来表示。我们将管子导通时间一半所对应相位角定义为功放管的导通角。各类功放导通角如下： （1）甲类功放电路 功放管在360的时间内均导通，其导通角即为=360/2=180 （2）乙类功放电路 功放管正
41、半周导通，导通角=90 （3）丙类功放电路 功放管在正半周输入信号较大时才导通，因此导通导通角 90 甲类、乙类和丙类功率放大电路也称A类、B类和C类功率放大电路。,2.2.2 高频功率放大电路的主要技术指标,1、频率范围 各项技术参数都符合要求的情况下功放电路的工作频率范围。 射频功放模块BGY916为例，工作频率的最大值为960MHz，最小值为920MHz。,2.2.2 高频功率放大电路的主要技术指标,2、输出功率Po 设一个射频功放电路的输出功率为P，定义P与1mW(或1W)比值的对数乘10为该电路以dBm（或dBW）为单位的功率值，该输出功率的功率电平为,也可以根据功率电平值求出电路的
42、绝对功率值，以dBm为例，设一功放电路的功率电平等于Px（单位dBm），则其绝对功率P等于,例如，电路功率电平Px=20dBm，代入上式，可求得其绝对功率为100mW。,2.2.2 高频功率放大电路的主要技术指标,4、效率 功率放大电路的效率定义为输出信号功率与电源供给功率之比。,式中Po为功放输出信号功率，Pu电源提供的功率，效率的大小反映电源所提供的能量多大程度上被转换为无线电波的能量。模块BGY916效率的最小值为35%，典型值为40%。,2.2.3 C类谐振功率放大电路原理,1、纯电阻为负载的C类功率放大电路,电路结构：,三极管VT1被接成共射极电路，集电极负载是电阻RC,输入信号ui
43、经电容C1耦合加到基极和发射极之间，放大后的信号uo从集电极输出。其特点是基极静态电压UBQ小于发射结开启电压Uon，即UBQUon。,2.2.3 C类谐振功率放大电路原理,1、纯电阻为负载的C类功率放大电路,工作原理：,设输入信号ui为余弦波，振幅为Uim，角频率为,基极静态偏置电压为UBQ，加入信号电压后，加在发射结之间的总电压是交流信号ui和直流偏置电压之和，因此基极-发射极间电压为,式中UBQ是基极静态电压，Uim是余弦波的峰值,1、纯电阻为负载的C类功率放大电路,工作原理：,讨论工作原理的做法是：求出输入信号ui为余弦波时集电极负载电阻上的输出电压,1、首先根据输入信号求出集电极电流
44、ic,uBE必须大于开启电压Uon 三极管才导通，也只有这时，集电极电流才不等于零，因此得出集电极电流曲线如图所示。,1、纯电阻为负载的C类功率放大电路,工作原理：,2、根据集电极电流ic求出集电极电压uc,集电极电压uc和集电极电流ic的关系是,由此即可画出集电极电压uc曲线如图所示。,uC(t)为脉动性的电压，显然不符合功率放大的要求。,2、C类LC谐振功率放大电路,电路结构：,用LC并联回路取代电阻Rc,所组成的电路称为C类LC谐振功率放大电路。它由三极管VT1、LC并联谐振回路、输入信号耦合电容C1、基极偏置电压UBQ和集电极偏置电压VCC组成。,ic是周期性函数，可以分解为许多余弦波
45、的叠加：,第一项是直流分量，第二项为基波分量，其余为高次谐波。只有基波分量才是与输入信号ui成正比的量。,如何改善输出电压波形：,2、C类LC谐振功率放大电路,选择LC回路的谐振频率等于基频，含有多种频率成分的电流iC(t)流经LC回路时，只有基频才表现出最大的输出电压，因此，可以求得集电极交流信号电流为,集电极交流信号电压等于交流电流与谐振阻抗RT的乘积，因此求得集电极输出电压,如何改善输出电压波形：,于是就实现了输入余弦波信号的功率放大，可以画出输出波形如下。,2、C类LC谐振功率放大电路,这一交变电流形成交流输出信号为,脉动性电流经LC回路的选频作用，形成正弦波交流电流,如何改善输出电压
46、波形：,2、C类LC谐振功率放大电路,通过复杂的计算，可以证明， ic的峰值Ic1m与脉动电流峰值Icmax及导通角有关，它们之间的关系可以用下面的曲线来表示。,求解集电极交流信号峰值Ic1m,脉动性电流ic如图所示，用Icmax表示脉动电流的峰值。 通过LC回路的选频作用，可从脉动电流中选出基波信号,为了计算上述C类LC谐振功放的输出功率和效率，需要求出基波分量ic的峰值Ic1m。,2、C类LC谐振功率放大电路,求解集电极交流信号峰值Ic1m,曲线0表示直流分量Ic0随导通角变化的情况,曲线1表示基波分量Ic1m随导通角变化的情况,曲线g1表示基波分量与直流分量比值Ic1m/Ic0随导通角变
47、化的情况,3、LC谐振功率放大电路的效率,放大电路信号输出功率等于集电极信号电流有效值与集电极信号有效值的乘积，可以求得输出功率Po为,另一方面，直流电源供给的功率PDC等于集电极直流分量Ic0与电源电压VCC的乘积，即,功放电路效率公式,功率放大电路的效率等于输出功率Po和直流电源供给功率PDC之比，即,Ic1m-基波电流分量振幅,式中,3、LC谐振功率放大电路的效率,设电压利用系数=1，则效率为,功放电路效率与导通角之间的关系,由图可以求出以下关系：,=180，g1=1，=50%； =90，g1=1.57，=78.5%； =60，g1=1.8，=90%,由图看出，波形系数g1随导通角的增加而增加，=0时效率将达到100%。但注意输出功率和1有关， =0 时1 =0，P0也等于零，因此宜取6070。,4、简单LC谐振功率放大电路存在的问题,（1）功放的直流馈电 为高频功率放电路提供直流电源，并形成符合要求的基极和集电极静态电压，这部分电路称为直流馈电电路。高频功放直流馈电要比低频放大电路复杂，馈电方式也较多，需要专门加以讨论。,上述LC谐振功率放大电路付诸实用，还需要解决以下两方面问题：,（2）滤波匹配电路 为了提高输出功率，改善功放放电路的特性，还需要解决高频功放与前后级的阻抗匹配问题，以LC并联谐振回路为集电极负载，解决了选频的问题，但还不能解决与后级