高频电路基础知识.ppt

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1、第2章 高频电路基础知识,第2章 高频电路基础知识,2.1 高频电路中的元器件 2.2 天线 2.3 噪声与干扰,2.1 高频电路中的元器件,2.1.1 高频电路中的元件 电阻 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 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。 其中：CR分布电容，LR引线电感，R电阻。,电容 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：RC损耗电阻，LC引线电感，C电容。 高频电路中的电容容抗与频率的关系如图所示。,电感 高频电路中的电感不仅具有电感的特性，还具有电阻和电容的特性。其等效电路如图

2、所示。其中：RL损耗电阻，CL分布电容，L电感。 高频电路中电感的阻抗与频率的关系如图所示。,2.1.2 高频电路中的有源器件 二极管 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。 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控特性。,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，要求有较大的允许管耗和较大的输出功率。 集成电路 通用型，如：集成模拟乘法器MC1496、MC1495等可用于调幅、检波、调频、鉴频等。 专用型，如：正交鉴频器

3、5G32，窄带发射集成电路MC2833，窄带接收集成电路MC3361等。,2.2 天线,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。 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，常用的两种天线为：线式天线和面式天线。,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。 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。

4、2.2.1 对称天线和单极天线 对称天线（偶极天线） 结构如图所示。 半波谐振，阻抗为72。,垂直偶极天线,方位辐射图,垂直面辐射图,单极天线 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 中、长波的铁塔天线，超短波的 鞭形天线。 单极天线为1/4波长谐振，阻抗 为36 。,2.2.2 抛物线天线和微带天线 抛物线天线 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 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。,单极天线示意图,抛物面天线光学性质,微带天线 微带天线具有很多其它 天线没有的特点，优点是尺 寸小、重量轻、价格低廉， 尤其是它具有很小的剖面高 度

5、，允许附着于任何金属表 面，最适合安装在高速运行 的物体上，如飞机、火箭、 导弹上。 微带天线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,2.3噪声与干扰,所谓噪声（或干扰）, 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称。 噪声一般指内部噪声，又分自然和人为两类。自然噪声有热噪声、散粒噪声和闪烁噪声等，人为噪声有交流噪声、感应噪声等。 干扰一般指外部干扰，也分自然和人为两类。自然干扰有天电干扰、宇宙干扰和大地干扰等。人为干扰有工业干扰和无线电台干扰。,2.3.1 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阻的热噪声和放大器件的噪声。 1）电阻

6、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产生的。如下图所示，噪声电压（或电流）是上下起伏变化的，但在一定时间内其平均值为零。起伏噪声的频谱在极宽的范围内，且有均匀的功率谱密度，故也称为白噪声。,电阻热噪声电压波形,2）晶体管的噪声 晶体管的噪声主要有热噪声、散粒噪声、分配噪声和闪烁噪声。 热噪声主要由基区体电阻 所产生；散粒噪声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，是主要噪声来源；分配噪声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；闪烁噪声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。 晶体管的噪声主要决定于热噪声、散粒噪声和分配噪

7、声，在很宽的频率范围内随频率变化是很小的。 3）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热噪声。,2.3.2 噪声系数 1）信噪比 电路某处的信号功率与噪声功率之比称为信噪比，用符号S/N表示。通常用信噪比来表示噪声对信号的影响，信噪比越大，信号质量越好。 2）噪声系数 下图为一线性四端网络, 它的噪声系数定义为输入端的信噪比(S/N)i与输出端的信噪比(S/N)o的比值, 即,图中, KP为电路的功率传输系数(或功率放大倍数)。 用Na表示线性电路内部附加噪声功率在输出端的输出, 考虑到KP=o/Si , 式(3-26)可以表示为,（3-26）,(3-27),(3-28),噪声系

8、数通常用dB表示, 用dB表示的噪声系数为 多级放大器网络的噪声系数 从式(3-30)可以看出, 当放大器的额定功率增益远大于1时, 系统的总噪声系数主要取决于第一级的噪声系数。 越是后面的网络, 对噪声系数的影响就越小, 这是因为越到后级信号的功率越大, 后面网络内部噪声对信噪比的影响就不大了。 因此, 对第一级来说, 不但希望噪声系数小, 也希望增益大, 以便减小后级噪声的影响。,(3-29),（3-30）,例： 下图是一接收机的前端电路, 高频放大器和场效应管混频器的噪声系数和功率增益如图所示。 试求前端电路的噪声系数(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, 有 因此, 前端电路的噪声系数为,2.3.3 常用减小噪声系数的措施 1）选用低噪声的元器件； 2）正确选择放大器的静态工作点； 3）选择合适的工作带宽； 4）选用合适的放大电路； 5）降低放大器的工作温度； 6）减少接收天线的馈线损耗。,作业 1、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？ 2、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，且提高第一级的。,