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1、高频电子线路高频电子线路主讲主讲:曹晖曹晖QQ:593182931第第1 1章章 绪绪 论论1无线电通信发展简史无线电通信发展简史2电子线路的分类电子线路的分类3非线性电子线路的应用（通信系统的组成）非线性电子线路的应用（通信系统的组成）4本课程的本课程的要求要求5元件的高频特性元件的高频特性6LC选频网络选频网络7阻抗变换阻抗变换我们所知道的通信古代：烽火狼烟、击鼓鸣金、摇旗呼喊、飞古代：烽火狼烟、击鼓鸣金、摇旗呼喊、飞鸽传信鸽传信 这些通信方法和手段只能极其有限地这些通信方法和手段只能极其有限地解决确定距离的通信问题。解决确定距离的通信问题。目前的这些现代的通信方法和手段已为我们目前的这些
2、现代的通信方法和手段已为我们大家所熟知，并成为我们社会生活中一个不行或大家所熟知，并成为我们社会生活中一个不行或缺的组成部分。缺的组成部分。现代：电话、电视、广播、邮政、因特网等现代：电话、电视、广播、邮政、因特网等1 1 无线电通信发展简史无线电通信发展简史信息传输是人类社会生活的重要内容。信息传输是人类社会生活的重要内容。古代的烽火到近代的旗语都是人们寻求快速远距古代的烽火到近代的旗语都是人们寻求快速远距离通信的手段。离通信的手段。1837年，莫尔斯独创了电报，创建了莫尔斯电年，莫尔斯独创了电报，创建了莫尔斯电码，起先了通信的新纪元。码，起先了通信的新纪元。1865年，英国的麦克斯韦总结了
3、前人的科学成年，英国的麦克斯韦总结了前人的科学成果，提出电磁波学说。果，提出电磁波学说。1876年，贝尔独创了电话，能够干脆将语言信年，贝尔独创了电话，能够干脆将语言信号变为电能沿导线传送。号变为电能沿导线传送。1897年年,意大利科学家马可尼（意大利科学家马可尼（Marconi）在赫兹试验的基础上，实现了远距离无线电信在赫兹试验的基础上，实现了远距离无线电信号的传送，这个距离在当时不过一百码，但一号的传送，这个距离在当时不过一百码，但一年后他就实现了船只与海岸的通信。年后他就实现了船只与海岸的通信。1887年，德国科学家赫兹（年，德国科学家赫兹（Hertz）用一个）用一个振荡偶子产生了电磁波
4、，在历史上第一次干脆振荡偶子产生了电磁波，在历史上第一次干脆验证了电磁波的存在；验证了电磁波的存在；马可尼因此获得马可尼因此获得1909年度诺贝尔奖。与他共年度诺贝尔奖。与他共享这一年度诺贝尔奖的是布劳恩（享这一年度诺贝尔奖的是布劳恩（Braun），因为），因为布氏发觉金属硫化物具有单向导电性，这一成果布氏发觉金属硫化物具有单向导电性，这一成果可用于无线电接收装置；可用于无线电接收装置；1901年年12月月12日，马可尼做了跨越大西洋日，马可尼做了跨越大西洋传送无线电信号的表演。这一次他把信号从英传送无线电信号的表演。这一次他把信号从英国的国的Cornwall发送到加拿大的发送到加拿大的New
5、foundland。1912年，英国科学家埃克尔斯（年，英国科学家埃克尔斯（Eccles）提出）提出了无线电波通过电离层传播的理论，这一理论使了无线电波通过电离层传播的理论，这一理论使得一群业余爱好者在得一群业余爱好者在1921年实现了短波试验性广年实现了短波试验性广播；播；同年，美国的费森登（同年，美国的费森登（Fessenden）和阿姆斯）和阿姆斯特朗（特朗（Armstrong）改进了接收机的工作方式，独）改进了接收机的工作方式，独创了外差式接受系统，这种形式仍是目前很多无创了外差式接受系统，这种形式仍是目前很多无线电接收机的主要工作方式；线电接收机的主要工作方式；1906年，美国科学家费
6、森登（年，美国科学家费森登（Fessenden）在在Massachusetts领导了第一次广播；领导了第一次广播；现代无线电通信技术现代无线电通信技术数字微波通信数字微波通信利用波长为利用波长为1m1mm范围内的电磁波通过中范围内的电磁波通过中继站传输信号的一种通信方式。继站传输信号的一种通信方式。其主要特点为信号可以其主要特点为信号可以再生再生；便于数字；便于数字程控交换机的连接；便于接受大规模集成电路；程控交换机的连接；便于接受大规模集成电路；保密性好；数字微波系统占用频带较宽等的优点，保密性好；数字微波系统占用频带较宽等的优点，因此，虽然数字微波通信只有二十多年的历史，因此，虽然数字微波
7、通信只有二十多年的历史，却与光纤通信，卫星通信一起被国际公认为最有却与光纤通信，卫星通信一起被国际公认为最有发展前途的三大传输手段。发展前途的三大传输手段。卫星通信卫星通信地球上的无线电通信之间利用人造地球卫星地球上的无线电通信之间利用人造地球卫星作中继站而进行的通信。作中继站而进行的通信。其主要特点是：其主要特点是：通信距离远，而投资费用和通信距离远，而投资费用和通信距离无关；通信距离无关；工作频带宽，通信容量大，适用工作频带宽，通信容量大，适用于多种业务的传输；通信线路稳定牢靠；通信质于多种业务的传输；通信线路稳定牢靠；通信质量高等优点。量高等优点。现代无线电通信技术现代无线电通信技术19
8、62年年第一次跨大西洋的电视转播第一次跨大西洋的电视转播1962年年7月月11日，日，“电星电星1号号”在美国缅园在美国缅园州的安多弗站与英国的贡希利站和法国的普勒默州的安多弗站与英国的贡希利站和法国的普勒默博多站之间成功地进行了横跨大西洋的电视博多站之间成功地进行了横跨大西洋的电视转播和传送多路电话试验。转播和传送多路电话试验。现代无线电通信技术现代无线电通信技术1963年年7月月26日，美国国家航空宇航局放射了日，美国国家航空宇航局放射了“同步同步2号号”（Syncom）通信卫星，在非洲、）通信卫星，在非洲、欧洲和美国之间进行电话、电报、传真通信。由欧洲和美国之间进行电话、电报、传真通信。
9、由于这颗卫星有于这颗卫星有30度倾角，因此它的运行轨道相对度倾角，因此它的运行轨道相对于地面作于地面作8字形移动，而非真正的字形移动，而非真正的“同步同步”，所以，所以还不能称之为还不能称之为“静止卫星静止卫星”。1964年年世界上第一颗地球同步静止轨道通信卫星世界上第一颗地球同步静止轨道通信卫星1964年年8月月19日日,美国放射了美国放射了“同步同步3号号”(Syncom)卫星，这是世界上第一颗地球同步静卫星，这是世界上第一颗地球同步静止轨道通信卫星。止轨道通信卫星。现代无线电通信技术现代无线电通信技术1963年年8月月23日，肯尼迪总统引用莫尔斯拍日，肯尼迪总统引用莫尔斯拍发的第一份公众
10、电报报文发的第一份公众电报报文“上帝创建了何等奇迹上帝创建了何等奇迹”结束了他与尼日利亚总理睬话，这是经结束了他与尼日利亚总理睬话，这是经“辛康辛康姆（姆（Syncom）”通信卫星的第一次电话会话，通信卫星的第一次电话会话，声音传播了声音传播了72000多公里。多公里。现代无线电通信技术现代无线电通信技术1964年年起先卫星通信业务起先卫星通信业务1964年年8月月20日，成立了以美国通信卫星有日，成立了以美国通信卫星有限公司为首的限公司为首的“国际通信卫星财团国际通信卫星财团”，次年更名，次年更名为为“国际通信卫星组织国际通信卫星组织”，即著名的，即著名的INTELSAT。这一组织总部设在华
11、盛顿，其宗旨是建议和发展这一组织总部设在华盛顿，其宗旨是建议和发展一个全球通信卫星系统，一视同仁地供世界各国一个全球通信卫星系统，一视同仁地供世界各国运用，以便改进其电信服务。确立了卫星通信体运用，以便改进其电信服务。确立了卫星通信体制和标准地球站的性能标准，卫星通信业务从今制和标准地球站的性能标准，卫星通信业务从今正式成为一种国际间的商用业务。正式成为一种国际间的商用业务。现代无线电通信技术现代无线电通信技术1965年年同步卫星通信时代的起先同步卫星通信时代的起先1965年的年的4月月6日，国际卫星通信组织日，国际卫星通信组织（INTERSAT）放射了一颗半试验、半好用的静）放射了一颗半试验
12、、半好用的静止通信卫星止通信卫星“晨鸟晨鸟”（EarlyBird），又称），又称为为“国际通信卫星国际通信卫星-(Intelsat1)”，作为世界上，作为世界上第一颗好用型商业通信卫星，它为北美和欧洲之第一颗好用型商业通信卫星，它为北美和欧洲之间供应通信服务，开创了卫星商用通信的新时代。间供应通信服务，开创了卫星商用通信的新时代。“晨鸟晨鸟”标记着卫星通信从试验阶段转入好用阶标记着卫星通信从试验阶段转入好用阶段，同步卫星通信时代的起先段，同步卫星通信时代的起先。现代无线电通信技术现代无线电通信技术1999年年开通全球海上遇险和平安系统开通全球海上遇险和平安系统1999年年2月月1日，日，GMD
13、SS系统在全世界各系统在全世界各航运国家全面启用。与在此之前广泛应用的呼救航运国家全面启用。与在此之前广泛应用的呼救信号信号“SOS”不同，不同，GMDSS是一个船岸间通信新是一个船岸间通信新系统系统“全球海上遇险和平安系统全球海上遇险和平安系统”。它由卫。它由卫星通信系统和地面无线电通信系统两大部分组成。星通信系统和地面无线电通信系统两大部分组成。卫星系统又包括国际海事卫星分系统和极低轨道卫星系统又包括国际海事卫星分系统和极低轨道搜救卫星分系统两部分。搜救卫星分系统两部分。GDMSS是建立在先进的卫星通信技术、是建立在先进的卫星通信技术、数字技术和计算机技术的基础上的先进系统，在数字技术和计
14、算机技术的基础上的先进系统，在船只遇难时，不仅能向更大的范围更快速、更牢船只遇难时，不仅能向更大的范围更快速、更牢靠地发出救难信息，还能以自动、半自动的方式靠地发出救难信息，还能以自动、半自动的方式取代以前的人工报警方式。取代以前的人工报警方式。移动通信移动通信移动通信移动通信(Mobilecommunication)是移动体是移动体之间的通信，或移动体与固定体之间的通信。移之间的通信，或移动体与固定体之间的通信。移动体可以是人，也可以是汽车、火车、轮船、收动体可以是人，也可以是汽车、火车、轮船、收音机等在移动状态中的物体。音机等在移动状态中的物体。移动通信系统由两部分组成：移动通信系统由两部
15、分组成：(1)空间系统空间系统(2)地面系统：地面系统：卫星移动无线电台和天线；卫星移动无线电台和天线；关口站、基站。关口站、基站。移动用户（移动用户（MSS)MSS)基站（基站（MBS)MBS)第一代移动通信技术（1G）模拟制式(大哥大)其次代移动通信技术（2G）GSM、TDMA等数字手机第三代移动通信技术（3G）第四代移动通信？移动通信移动通信2 2 电子线路的分类电子线路的分类包含包含有源器件有源器件的网络统称为电子线路。的网络统称为电子线路。微波电子线路，频率高于微波电子线路，频率高于300MHz以上的范以上的范围，卫星电视、微波中继通信、雷达、导航围，卫星电视、微波中继通信、雷达、导
16、航等设备都工作在这个频率范围等设备都工作在这个频率范围按工作频率按工作频率划分划分：低频电子线路，低于低频电子线路，低于300kHz的范围，的范围，语音语音的电信号、生物电信号、地震电信号、机的电信号、生物电信号、地震电信号、机械振动的电信号等都属于这个范围械振动的电信号等都属于这个范围高频电子线路，频率在高频电子线路，频率在300kHz300MHz的的范围，广播、电视、短波通信、移动通信等范围，广播、电视、短波通信、移动通信等无线电设备都工作在这个频率范围之内无线电设备都工作在这个频率范围之内模模拟拟电电子子线线路路传传送送的的信信号号直直观观形形象象，但但电电路路的的抗抗干干扰扰性性能能差
17、差，不不便便与与计计算算机机干干脆脆协协作作。数数字字电电子子线线路路传传送送的的信信号是时间上和取值上都离散的信号。号是时间上和取值上都离散的信号。依据流通的信号形式：依据流通的信号形式：模拟电子线路模拟电子线路数字电子线路数字电子线路按集成度的凹凸：分立电路和集成电路。按集成度的凹凸：分立电路和集成电路。集成电路与分立电路相比，集成电路具有体积小、集成电路与分立电路相比，集成电路具有体积小、性能稳定、牢靠性高、修理运用便利等优点。但是，由于性能稳定、牢靠性高、修理运用便利等优点。但是，由于频率响应和功率容量的限制，目前高频、大功率电子线路频率响应和功率容量的限制，目前高频、大功率电子线路还
18、是以分立为主。还是以分立为主。按按元件性质元件性质来分类来分类：n线性电路：线性电路是由线性元件构成的电路。它的输出输线性电路：线性电路是由线性元件构成的电路。它的输出输n入关系用线性代数方程式或线性微分方程表示。线性电路的入关系用线性代数方程式或线性微分方程表示。线性电路的n主要特征是具有叠加性和匀整性。主要特征是具有叠加性和匀整性。n非线性电路：非线性电路中至少包含一个非线性元件，它非线性电路：非线性电路中至少包含一个非线性元件，它n的输出输入关系用非线性函数方程（非线性代数方程或超越的输出输入关系用非线性函数方程（非线性代数方程或超越n方程）或非线性微分方程表示。非线性电路不具有叠加性与
19、方程）或非线性微分方程表示。非线性电路不具有叠加性与n匀整性。这是它与线性电路的重要区分。匀整性。这是它与线性电路的重要区分。n 由于非线性电路的输出输入关系是非线性函数关系，当信号通过非线性电路后，在输出信号中将会产生输入信号所没在输出信号中将会产生输入信号所没有的频率成分，也可能不再出现输入信号中的某些频率成分。有的频率成分，也可能不再出现输入信号中的某些频率成分。这是非线性电路的重要特性这是非线性电路的重要特性。n时变参量电路：若电路中仅有一个参量受外加信号的限制时变参量电路：若电路中仅有一个参量受外加信号的限制n而按确定规律变更时，称这种电路为参变电路，外加信号为而按确定规律变更时，称
20、这种电路为参变电路，外加信号为n限制信号。限制信号。3 3 非线性电子线路的应用非线性电子线路的应用 非非线线性性电电子子线线路路广广泛泛应应用用于于无无线线电电技技术术的的各各个个领领域域，在在通通信信方方面面的的应应用用尤尤为为突突出出。通通信信的的任任务务是是传传送送信信息息。信信息息包包括括语语言言、音音乐乐、文文字字、图图像像、数数据据等等各各种种信信号号。通通信信系系统统由由发发送送设设备备、信信道道、接收设备组成，如图所示。接收设备组成，如图所示。通信系统的组成通信系统的组成通信系统组成框图如下图所示通信系统组成框图如下图所示:输入变换器输入变换器输出换能器输出换能器接收设备接收
21、设备发送设备发送设备信道信道3.13.1输输入入变变换换器器输入转换器主要任务是将发信者供应的非电量消输入转换器主要任务是将发信者供应的非电量消息（如声音、景物等）变换为电信号，它能反映待息（如声音、景物等）变换为电信号，它能反映待发的全部信息，通常具有发的全部信息，通常具有“低通型低通型”频谱结构，故频谱结构，故称称为基带信号。当输入消息本身就是电信号时（如计为基带信号。当输入消息本身就是电信号时（如计算机输出的二进制信号），输入换能器可省略而直算机输出的二进制信号），输入换能器可省略而直接进入发送设备。接进入发送设备。3.23.2发送设备发送设备发送设备主要有两大任务发送设备主要有两大任务
22、:一是一是调制调制,二是二是放放大。大。所谓调制，就是将基带信号变换成适合信道传所谓调制，就是将基带信号变换成适合信道传输的频带信号。它是利用基带信号去限制载波信号输的频带信号。它是利用基带信号去限制载波信号的某一参数，让该参数随基带信号的大小而线形变的某一参数，让该参数随基带信号的大小而线形变化的处理过程。化的处理过程。所谓所谓放大放大，是指对调制信号和已调信号的电压和，是指对调制信号和已调信号的电压和功率放大、滤波等处理过程，以保证送入信道足够功率放大、滤波等处理过程，以保证送入信道足够大的已调信号功率。大的已调信号功率。传输的信号为什么要进行调制？传输的信号为什么要进行调制？传输信号波长
23、与天线匹配的要求传输信号波长与天线匹配的要求在无线电通信中，由天线理论可知，要将电在无线电通信中，由天线理论可知，要将电信号有效地放射出去，天线的尺寸必需和信号的信号有效地放射出去，天线的尺寸必需和信号的波长为同一数量级。波长为同一数量级。计算：发送计算：发送f=1000Hz的音频信号，须要的天线的音频信号，须要的天线长度。长度。=c/f=300000000/1000=300000=300(公里公里)接受调制后，不同的放射台可以接受不同频率的接受调制后，不同的放射台可以接受不同频率的高频振荡信号发送，有利于其在频谱上的分别高频振荡信号发送，有利于其在频谱上的分别,可可以实现多路复用，提高频带的
24、利用率。以实现多路复用，提高频带的利用率。更高的频段，可用的频带更宽，可以传输更多的更高的频段，可用的频带更宽，可以传输更多的信息或容纳更多的用户，频带利用率也更高。信息或容纳更多的用户，频带利用率也更高。调制的概念及波形调制的概念及波形所谓调制所谓调制,就是用调制信号去控制高频载波的参数就是用调制信号去控制高频载波的参数,使载波使载波信号的某一个或几个参数（振幅、信号的某一个或几个参数（振幅、频率或相位）按照调制信频率或相位）按照调制信号的规律变化。号的规律变化。依据载波受调制参数的不同依据载波受调制参数的不同,调制分为三种基本方式：调制分为三种基本方式：1).振幅调制（调幅）振幅调制（调幅
25、）2).频率调制（调频）频率调制（调频）3).相位调制（调相）相位调制（调相）分别用分别用AM、FM、PM表示，表示，还可以有组合调制方式。还可以有组合调制方式。演示演示模拟无线通信系统的发送原理图模拟无线通信系统的发送原理图3.33.3信信道道信道是连接发、收两端的信号通道，又称传输媒信道是连接发、收两端的信号通道，又称传输媒介。通信系统中应用的信道可分为两大类：有线信介。通信系统中应用的信道可分为两大类：有线信道（如架空明线，电缆，波导，光缆等）和无线信道（如架空明线，电缆，波导，光缆等）和无线信道（如海水，地球表面，自由空间等）。不同的信道（如海水，地球表面，自由空间等）。不同的信道有不
26、同的传输特性，相同媒介对不同频率的信号道有不同的传输特性，相同媒介对不同频率的信号传输特性也是不同的。传输特性也是不同的。1.5MHz以下的电磁波主要沿地表传播以下的电磁波主要沿地表传播,称为称为地波地波,如图所示如图所示:1.530MHz的电磁波，主要靠天空中电离层的的电磁波，主要靠天空中电离层的折射和反射传播，称为折射和反射传播，称为天波天波，如图所示，如图所示:电离层电离层30MHz以上的电磁波主要沿空间直线传播，称为以上的电磁波主要沿空间直线传播，称为空间波空间波，如图所示：，如图所示：应用问题说明应用问题说明为什么夜间收听效果好于白天？为什么夜间收听效果好于白天？因为白天电离作用强因
27、为白天电离作用强电离层对信号电离层对信号的吸取作用强的吸取作用强人造卫星接受那个波段和地面联系？人造卫星接受那个波段和地面联系？中长波和短波均被电离层反射而无法中长波和短波均被电离层反射而无法穿过电离层，所以只能依靠超短波段穿过电离层，所以只能依靠超短波段我国第一颗人造卫星的我国第一颗人造卫星的f=20.009MHz（15米）来传送东方红乐曲和遥测米）来传送东方红乐曲和遥测的信号。的信号。3.43.4接接收收设设备备接受设备的任务是将信道传送过来的已调信号进接受设备的任务是将信道传送过来的已调信号进行处理，以复原出与发送端相一样的基带信号，这行处理，以复原出与发送端相一样的基带信号，这种从已调
28、波中复原基带信号的处理过程种从已调波中复原基带信号的处理过程,称为解调。称为解调。明显解调是调制的反过程。明显解调是调制的反过程。3.53.5输输出出换换能能器器输出换能器的作用是将接收设备输出的基带信号输出换能器的作用是将接收设备输出的基带信号变换成原来形式的消息，如声音，景物等，供收信变换成原来形式的消息，如声音，景物等，供收信者运用。者运用。演示演示数字调制方式分别为移幅键控(ASK)、移频键控(FSK)和移相键控(PSK)。通信系统中的分贝设系统输入信号的功率为设系统输入信号的功率为P1，输出信号的功率，输出信号的功率为为P2，则，则dB为为PdBm=30+10lgP 4 4本课程的要
29、求本课程的要求高频电子线路几乎都是由线性元件和非线性的器高频电子线路几乎都是由线性元件和非线性的器件组成的。其中的非线性器件可以用线性等效电路件组成的。其中的非线性器件可以用线性等效电路来表示，分析方法也可以用线性电路的分析方法。来表示，分析方法也可以用线性电路的分析方法。本书的绝大部分电路都属于非线性电路，一般都本书的绝大部分电路都属于非线性电路，一般都用非线性电路的分析方法来分析。用非线性电路的分析方法来分析。怎样学好这门课怎样学好这门课u关注非线性分析与线性分析的不同。关注非线性分析与线性分析的不同。u驾驭近似分析计算与精确分析计算的区分。驾驭近似分析计算与精确分析计算的区分。u加强试验
30、动手实力。加强试验动手实力。5 5元件的高频特性元件的高频特性高频电路中运用的元器件与在低频电路中运高频电路中运用的元器件与在低频电路中运用的元器件基本相同，但是留意它们在高频运用用的元器件基本相同，但是留意它们在高频运用时的高频特性。时的高频特性。高频电路中的元件主要是电阻（器）、电容高频电路中的元件主要是电阻（器）、电容（器）和电感（器）（器）和电感（器）,它们都属于无源的线性元它们都属于无源的线性元件。高频电路中完成信件。高频电路中完成信号的放大，非线性变换等号的放大，非线性变换等功能的有源器件主要是二极管，晶体管和集成电功能的有源器件主要是二极管，晶体管和集成电路。路。1 1）电阻器）
31、电阻器 一个实际的电阻器，在低频时主要表现为一个实际的电阻器，在低频时主要表现为电阻特性，但在高频运用时不仅表现有电阻特性的电阻特性，但在高频运用时不仅表现有电阻特性的一面，而且还表现有电抗特性的一面。电阻器的电一面，而且还表现有电抗特性的一面。电阻器的电抗特性反映的就是高频特性。抗特性反映的就是高频特性。一个电阻一个电阻R的高频等效电路如图所示，其中的高频等效电路如图所示，其中CR为分布电容，为分布电容，LR为引线电感，为引线电感，R为电阻。为电阻。电阻的高频等效电路电阻的高频等效电路CRRLR电阻电阻R随频率增高而增加，这主要是集肤效应随频率增高而增加，这主要是集肤效应的影响。所谓集肤效应
32、是指随着工作频率的增高，的影响。所谓集肤效应是指随着工作频率的增高，流过导线的沟通电流向导线表面集中这一现象，当流过导线的沟通电流向导线表面集中这一现象，当频率很高时，导线中心部位几乎完全没有电流流过，频率很高时，导线中心部位几乎完全没有电流流过，这相当于把导线的横截面积减小为导线的圆环面积，这相当于把导线的横截面积减小为导线的圆环面积，导电的有效面积较直流时大为减小，电阻导电的有效面积较直流时大为减小，电阻r增大。工增大。工作频率越高，圆环的面积越小，导线电阻就越大。作频率越高，圆环的面积越小，导线电阻就越大。（演（演示示）2 2）电感线圈）电感线圈 电感线圈在高频频段除表现出电感电感线圈在
33、高频频段除表现出电感L L的特性的特性外，还具有确定的损耗电阻外，还具有确定的损耗电阻r r和分布电容。在分析一和分布电容。在分析一般长、中、短波频段电路时，通常忽视分布电容的般长、中、短波频段电路时，通常忽视分布电容的影响。因而，电感线圈的等效电路可以表示为电感影响。因而，电感线圈的等效电路可以表示为电感L L和电阻和电阻r r串联，如图所示。串联，如图所示。电感线圈的串联等效电路电感线圈的串联等效电路rL设流过电感线圈的电流为设流过电感线圈的电流为I，则电感，则电感L上的无功功率为上的无功功率为I2L，而线圈的损耗功率，即电阻，而线圈的损耗功率，即电阻r的消耗功率为的消耗功率为I2r，故由
34、，故由上式得到电感的品质因数上式得到电感的品质因数Q值是一个比值，它是感抗值是一个比值，它是感抗L与损耗电阻与损耗电阻r之比，之比，Q值值越高损耗越小，一般状况下越高损耗越小，一般状况下,线圈的线圈的Q值通常在几十到一二值通常在几十到一二百左右。百左右。在无线电技术中通常不是干脆用等效电阻在无线电技术中通常不是干脆用等效电阻r，而是引入线，而是引入线圈的品质因数这一参数来表示线圈的损耗性能。圈的品质因数这一参数来表示线圈的损耗性能。品质因数定义为无功功率与有功功率之比品质因数定义为无功功率与有功功率之比:3 3）电容器）电容器 一个实际的电容器除表现电容特性外，也具一个实际的电容器除表现电容特
35、性外，也具有损耗电阻和分布电感。有损耗电阻和分布电感。在分析一般米波以下频在分析一般米波以下频段的谐振回路时，常常只考虑电容和损耗。段的谐振回路时，常常只考虑电容和损耗。电容电容器的等效电路也有两种形式，如图所示。器的等效电路也有两种形式，如图所示。电容器的串、并联等效电路电容器的串、并联等效电路rCRCp4 4）高频电路中的有源器件）高频电路中的有源器件 从原理上看，用于高频电路的各种有源器件，从原理上看，用于高频电路的各种有源器件，与用于低频或其他电子线路的器件没有根本不同。与用于低频或其他电子线路的器件没有根本不同。只是由于工作在高频范围，对器件的某些性只是由于工作在高频范围，对器件的某
36、些性能要求更高。能要求更高。随着半导体和集成电路技术的高速发随着半导体和集成电路技术的高速发展，能满足高频应用要求的器件越来越多，也出现展，能满足高频应用要求的器件越来越多，也出现了一些特地用途的高频半导体器件。了一些特地用途的高频半导体器件。(1)二极管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，工作在低电平。因此主要用点接触频等非线性变换电路中，工作在低电平。因此主要用点接触式二极管和表面势垒二极管式二极管和表面势垒二极管(又称肖特基二极管又称肖特基二极管)。两者都利。两者都利用多数载流子导电机理，它们的极间电
37、容小，工作频率高。用多数载流子导电机理，它们的极间电容小，工作频率高。(2)晶体管与场效应管（晶体管与场效应管（FET）在高频中应用的晶体管照旧是双极晶体管和各在高频中应用的晶体管照旧是双极晶体管和各种场效应管，这些管子比用于低频的管子性能更种场效应管，这些管子比用于低频的管子性能更好好,在外形结构方面也有所不同。在外形结构方面也有所不同。高频晶体管有高频晶体管有两大类型两大类型:一类是作小信号放大的高频小功率管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对它们的主要要求是高增益和低噪声;另一类为另一类为高频功率放大管高频功率放大管,除了增益外除了增益外,要求其在高频有较
38、要求其在高频有较大的输出功率。大的输出功率。(3)集成电路集成电路用于高频的集成电路的类型和品种要比用于低用于高频的集成电路的类型和品种要比用于低频的集成电路少得多频的集成电路少得多,主要分为通用型和专用型两主要分为通用型和专用型两种。种。目前通用型的宽带集成放大器，工作频率可达目前通用型的宽带集成放大器，工作频率可达一、二百兆赫兹，增益可达五、六特殊贝，甚至更一、二百兆赫兹，增益可达五、六特殊贝，甚至更高。高。用于高频的晶体管模拟乘法器，工作频率也可用于高频的晶体管模拟乘法器，工作频率也可达一百兆赫兹以上。达一百兆赫兹以上。LC选频网络由电感线圈和电容组成，当外界授予确定选频网络由电感线圈和
39、电容组成，当外界授予确定能量，电路参数满足确定关系时，可以在回路中产生电压和能量，电路参数满足确定关系时，可以在回路中产生电压和电流的周期振荡回路。若该电路在某一频率的交变信号作用电流的周期振荡回路。若该电路在某一频率的交变信号作用下下,能在电抗原件上产生最大的电压或流过最大的电流，即能在电抗原件上产生最大的电压或流过最大的电流，即具有谐振特性，故该电路又称谐振回路。具有谐振特性，故该电路又称谐振回路。谐振回路按电路的形式分为：谐振回路按电路的形式分为：1.串联谐振回路串联谐振回路2.并联谐振回路并联谐振回路3.耦合谐振回路耦合谐振回路6 LCLC 选频网络选频网络用途：用途：1.利用选频特性
40、构成各种谐振放大器利用选频特性构成各种谐振放大器2.在自激振荡器中充当谐振回路在自激振荡器中充当谐振回路3.在调制、变频、解调充当选频网络在调制、变频、解调充当选频网络6.1选频网络的基本特性要要求求选选频频电电路路的的通通频频带带宽宽度度与与传传输输信信号号有有效效频频谱谱宽宽度度相相一样。志向的选频电路通频带内的幅频特性一样。志向的选频电路通频带内的幅频特性fof1f2理想实际(f)=H(f)/H(fo)f0.40.60.81.00.20通频带外的幅频特性应满足通频带外的幅频特性应满足志向的幅频特性应是矩形，既志向的幅频特性应是矩形，既是一个关于频率的矩形窗函数。是一个关于频率的矩形窗函数
41、。矩形窗函数的选频电路是一个物理不行实现的系统，实矩形窗函数的选频电路是一个物理不行实现的系统，实际选频电路的幅频特性只能是接近矩形际选频电路的幅频特性只能是接近矩形矩形窗函数的选频电路是一个物理不行实现的系统，矩形窗函数的选频电路是一个物理不行实现的系统，实际选频电路的幅频特性只能是接近矩形实际选频电路的幅频特性只能是接近矩形定义矩形系数定义矩形系数K0.1表示选择表示选择性：性：2f0.7称为通频带称为通频带：明明显显，志志向向选选频频电电路路的的矩矩形形系系数数K0.1=1，而而实实际际选选频频电电路路的的矩形系数均大于矩形系数均大于1。fof1f22f0.72f0.1理想实际(f)=H
42、(f)/H(fo)f0.40.60.81.00.20另另外外，为为不不引引入入信信号号的的相相位位失失真真，要要求求在在通通频频带带范范围围内选频电路的相频特性应满足内选频电路的相频特性应满足即即志志向向条条件件下下信信号号有有效效频频带带宽宽度度内内的的各各频频率率重重量量都都延延迟迟一一个个相相同同时时间间，这这样样才才能能保保证证输输出出信信号号中中各各频频率率重重量量之之间间的的相相对对关关系系与与输输入入信信号完全相同。号完全相同。+/2(f)f-/20理想理想实际实际实际选频回路的相实际选频回路的相实际选频回路的相实际选频回路的相频特性曲线并不是一条频特性曲线并不是一条频特性曲线并
43、不是一条频特性曲线并不是一条直线，所以回路的电流直线，所以回路的电流直线，所以回路的电流直线，所以回路的电流或端电压对各个频率重或端电压对各个频率重或端电压对各个频率重或端电压对各个频率重量所产生的相移不成线量所产生的相移不成线量所产生的相移不成线量所产生的相移不成线性关系，这就不行避开性关系，这就不行避开性关系，这就不行避开性关系，这就不行避开地会产生相位失真，使地会产生相位失真，使地会产生相位失真，使地会产生相位失真，使选频回路输出信号的包选频回路输出信号的包选频回路输出信号的包选频回路输出信号的包络波形产生变更络波形产生变更络波形产生变更络波形产生变更 o+/2(f)f-/20-ofof
44、1f22f07理想理想实际实际6.2LC 选频回路串联串联LC谐振回路谐振回路RLCRSuSRLCRSuSZS串联串联LC谐振回路谐振回路仿真RLCRSuSRLCRSuSiiRLCRSuSRLCRSuS电容性电容性电感性电感性ROQ2 Q1Q11OQ2OQ1Q2同样定义串联谐振回路端电流的相位为同样定义串联谐振回路端电流的相位为RLCRSuS+uC-+uL-ii+ui-+uR-仿真1矩形系数:=9.96RLCRSuSRL仿真并联并联LC谐振回路谐振回路RpLCRSiSRLCRSiS并联并联LC谐振回路谐振回路仿真RLCRSiSZPRLCRSiSRpLCRSiSRpLCRSiS+ui-RLCRS
45、iS电感性电感性电容性电容性RpO仿真Q2 Q1Q11OQ2OQ1Q2同样定义并联谐振回路端电压的相位为同样定义并联谐振回路端电压的相位为RpLCRSiSiiiCiRiL+ui-仿真1RpLCRSiSRL仿真RLCRSiSZPRLCRSuSZSRLCRSuSRLCRSiSRpLCRSiSRLCRSuSRpLCRSiS+ui-iiRLCRSuSRLCRSiSRLCRSuSRLCRSiS电感性电感性电容性电容性电容性电容性电感性电感性RpR同样定义并联（串联）谐振回路端电压（电流）的相位为同样定义并联（串联）谐振回路端电压（电流）的相位为Q2 Q1Q11OQ2OQ1Q2RpLCRSiSiiiCiR
46、iL+ui-RLCRSuS+uC-+uL-ii+ui-+uR-RpLCRSiSRLRLCRSuSRL例例1设一并联谐振回路，谐振频率设一并联谐振回路，谐振频率f0=10MHz，回，回路电容路电容C50pF，试计算所需的线圈电感，试计算所需的线圈电感L。又若。又若线圈品质因素为线圈品质因素为Q100，试计算回路谐振电阻及回，试计算回路谐振电阻及回路带宽。若放大器所需的带宽为路带宽。若放大器所需的带宽为0.5MHz,则应在回则应在回路上并联多大电阻才能满足要求？路上并联多大电阻才能满足要求？解：解：（1）计算）计算L值值（2）回路的谐振电阻和带宽）回路的谐振电阻和带宽（3）求满足）求满足0.5MH
47、z带宽的并联电阻带宽的并联电阻设回路并联电阻为设回路并联电阻为，回路有载品质因数为，回路有载品质因数为将已知条件带入，可得：将已知条件带入，可得：例例2 2：串联回路串联回路如下图所示。如下图所示。信号源频率 f=1MHz。电压振幅 V=0.1V。将1-1端短接，电容C 调到100pF时谐振。此时，电容 C 两端的电压为10V。如1-1端开路再串接一阻抗 Z（电阻和电容串联），则回路失谐，电容 C 调到200pF时重新谐振。此时，电容 C 两端的电压为2.5V。试求：线圈的电感 L，回路品质因数Q 以及未知阻抗 Z。解：（解：（1）计算）计算L值值（2）空载品质因数和有载品质因数）空载品质因数
48、和有载品质因数电容：电容：（3）计算阻抗）计算阻抗回路的谐振电阻回路的谐振电阻作业作业什么是调制？为什么要进行调制？什么是调制？为什么要进行调制？某并联谐振回路调谐频率为某并联谐振回路调谐频率为465kHz，电容为，电容为200pF.电感的品质因数电感的品质因数Q0=100，不考虑任何负，不考虑任何负载影响。试计算通频带，假如回路两端并联一负载影响。试计算通频带，假如回路两端并联一负载阻抗载阻抗RL=40k，那么通频带变为多少？，那么通频带变为多少？从从功率等效角度证明：功率等效角度证明：志向变压器无损耗：志向变压器无损耗：一一 变压器阻抗变换电路变压器阻抗变换电路 可通过改变可通过改变比值调
49、整比值调整RL的大小。的大小。7 7 LCLC 阻抗变换网络阻抗变换网络 二二 回路抽头的阻抗变换回路抽头的阻抗变换L2L1CL2L1CRLC2C1LLC2C1RLiSRSL1C2C1RLiSRSL2L1C2C1RLabbacdcdL2LCRLRSiSLCRLRSiSababiSRSL2L1C2C1RLacbdiSRSLCRLab+ucb-+uab-+udb-+uab-iSRSL2L1C2C1RLacbdiSRSLCRLab+ucb-+uab-+udb-+uab-iSRSL2L1C2C1RLacbdiLiSiCiRiLiS ；iC iR iSRSL2L1C2C1RLacbdiLiSiCiR例例
50、3应用部分接入法的选频电路应用部分接入法的选频电路接入系数接入系数对回路有载品质因数有载品质因数影响明显减小。仿真 例4 如图，抽头回路由电流源激励,忽视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。解 由于忽视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 由于回路两端电压由于回路两端电压u(t)与与i(t)同相同相,电压振幅电压振幅U=IR=2V,故故输出电压为 回路有载品质因数 回路带宽 例例5如图所示并联谐振回路，信号源与负载都为部分接入。如图所示并联谐振回路，信号源与负载都为部分接入。已知已知RS、