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null射频模拟电路射频模拟电路开课学院： 电子工程学院 授课教师： 敬守钊 联系电话：13608009763 办公地点： 科C313《射频模拟电路》课程概况《射频模拟电路》课程概况前导课程：电路 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 基础、信号与系统、 模拟电路基础 （低频、线性） （电子器件、基本放大器） 研究 内容 财务内部控制制度的内容财务内部控制制度的内容人员招聘与配置的内容项目成本控制的内容消防安全演练内容 ：用于各种无线电通讯设备的 单元电路（高频、主要非线性） 课程别名：高频电路、高频电子线路、通 信电子线路、非线性电子线路 课程教材：《射频模拟电路与系统》， 张玉兴等，电子科大出版社 参考书目：《高频电子线路》，杨绍城， 电子科技大学出版社 《高频电子线路》，张肃文， 高等教育出版社 考试方式：一页纸开卷 成绩构成：平时20％，期末80％ 平时成绩：课堂纪律、作业 绪论绪论0.1 射频模拟电路在通信系统中 的地位 射频模拟电路几乎包括了无线通信系统中的所有单元电路 图0-1为无线电发射机与无线电接收机的原理框图。图中，石英晶体振荡器、缓冲放大、倍频器、调制、功率放大、低噪声高频放大、混频、本地振荡、中频放大、检波等都是射频电路要讨论的内容 通信：准确而迅速地传递信息通信：准确而迅速地传递信息1、语言与文字（最基本的传输手段） 2、光通信（远距离通信，迅速准确） 3、电通信（用电磁能量传递信息：有线通 信、无线通信） 无线通信发展史 1837年，莫尔斯(Morse)利用电能以光速沿导线传播的特点发明有线电报； 1864年，英国物理学家麦克斯韦(Maxwell)发表“电磁场的动力学塬理”这一著名论文，从理论上证明了电磁波的存在； 1876年，贝尔（Bell）发明有线电话（语言变成电信号） 1887年，德国物理学家赫兹（Hertz）用实验证明电磁场理论，电磁波具有光的特性 1895年，意大利科学家马可尼首次实现几百米距离的无线通讯 1901年，首次完成横跨大西洋的通讯 1904年，弗莱明发明电子二极管（检波） 1907年，李。德。福雷斯特发明电子三极管（放大、振荡、调制、检波波形变换） 1948年，肖克利等人发明了晶体三极管 （设备小型化、便携式、节能、长寿命） 20世纪60年代（1958年），集成电路出现 1967年，中、大规模集成电路出现 1978年，超大规模集成电路出现（模拟电路数字化） 自19世纪末迅速发展起来的以电信号为消息载体的通信系统，称为现代通信系统。调制：装载信息的过程调制：装载信息的过程调制概念：让载波的某个特征量（振幅、频率和相位）按信息的变化规律而变化。 调制的 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 ：连续波调制、脉冲波调制 连续波调制包括：调幅、调频、调相 调制的目的： 1、区别不同的音频信号 2、以切实可行的天线发射 超外差接收超外差接收早期直放式解调接收机 难以区分相邻频道，无抗干扰能力 超外差接收优点： 1、容易分离相邻频道信号，抗干扰能力强 2、易于实现高增益 0.2 非线性电路的基本特点0.2 非线性电路的基本特点 严格讲，任何器件，如晶体二极管、双结晶体管、场效应管，都是非线性的。这种非线性是指器件特性的非线性，不考虑时间的非线性。这种器件被称为时不变非线性器件。 时不变非线性器件的特点： 非线性 定义 Q 点的直流电导 Q点切线的斜率定义为Q点的交流电导（微分电导）： 非线性器件的 与 是不相等的。 与 不相等的不一定是非线性器件。非线性器件特性非线性器件特性在 上叠加一个交变电压 电流波形与电压波形之间发生了严重的畸变，这就是非线性的结果。电流波形是周期的，可分解为无穷多个余弦信号之和。 不满足叠加原理 非线性电路分析方法非线性电路分析方法严格分析：非线性代数方程和微分方程（含高阶），考虑噪声时无法求解； 近似分析：工程上根据实际情况对器件数学模型和电路的工作条件进行合理近似： 1、折线分析法（图解） 2、幂级数分析法（连续可导情况下），取前 三项近似 3、开关函数法（大信号作用于二极管） 4、大小信号分析法（线性时变参数分析法） 0.3 射频模拟电路发展动态0.3 射频模拟电路发展动态射频集成芯片应用广泛 新型分离器件不断出现（高性能特殊器件） 数模结合（软件无线电） 射频概念延伸0.4   课程特点及学习方法0.4   课程特点及学习方法课程特点： 工程性强：着重培养学生的电子电路工程设计能力。 分析方法灵活：如折线法、幂级数法、开关函数法、线性时变参数法等。 实践性强：结合工程实际电路，培养分析电路的能力。 学习方法 1、以搞懂电路工作原理为基本目标 2、认真自主完成作业，强化基本概念，掌 握基本分析方法 3、学会EDA软件的使用，如： ADS，Multisim，Systemvue， Protel，AutoCAD， 通过软件仿真可进一步了解系统工作原理第1章 射频电子学基础第1章 射频电子学基础 1.1 射频模拟电路概述 集中参数与分布参数 路与场 射频损耗：趋肤效应、辐射损耗、介质损耗 射频干扰：辐射、耦合 射频“地” 电屏蔽、磁屏蔽 去藕、旁路 图1-1 趋肤深度示意图图1-1 趋肤深度示意图 图1-2 地线上电位差引起的 寄生反馈 图1-2 地线上电位差引起的 寄生反馈 图1-3 屏蔽盒及接地图1-3 屏蔽盒及接地 图1-4 RF电路中电源的去耦合图1-4 RF电路中电源的去耦合 图1-5 耦合电容、旁路电容及RFC电感值的选取图1-5 耦合电容、旁路电容及RFC电感值的选取 （a） （b） （c） （d）1.2 电磁频谱分段1.2 电磁频谱分段图1-6 电磁频谱分段1.3 物理常数和单位，微波频段的划分及字母表示法1.3 物理常数和单位，微波频段的划分及字母表示法 表1-4 IEEE/工业界频段划分的标准命名表1-4 IEEE/工业界频段划分的标准命名 （续表）（续表） 1.4 射频无源元件1.4 射频无源元件无源元件：不需要直流电源就能正常工作 有源元件：需要直流电源才能正常工作 1.4.1 RF电路中的电阻 电阻的高频特性与制造电阻的 材料 关于××同志的政审材料调查表环保先进个人材料国家普通话测试材料农民专业合作社注销四查四问剖析材料 、电阻的封装和尺寸大小密切相关 金属膜＞碳膜＞线绕 薄膜＞表贴＞引线 小尺寸＞大尺寸 电阻的主要参数：标称阻值、百分误差（精度）、额定功率、温度系数等 图1-7 金属膜电阻与薄膜电阻图1-7 金属膜电阻与薄膜电阻 图1-8 电阻的 图1-9 电阻“R”的绝对值 等效电路描述 阻抗随频率的变化 表1-5 表贴电阻的规格表1-5 表贴电阻的规格null1.4.2 RF电路中的电感 RF电路中要使用许多电感，如谐振电路、滤波器、射频扼流圈、阻抗变换网络、匹配网络、移相网络、频相转换网络等。 电感线圈在电路中扮演不同的角色，外形也不相同。 任何一段导线都可形成电阻和电感。 电感的损耗：导体（含趋肤）、辐射、介质 图1-10 各种电感线圈和互感线圈图1-10 各种电感线圈和互感线圈 图1-10 各种电感线圈和互感线圈（续）图1-10 各种电感线圈和互感线圈（续）（m） （n） （o） （p）图1-11 电感线圈中的分布电容与串联电阻 图1-11 电感线圈中的分布电容与串联电阻 图1-12 高频电感线圈的等效电路图1-13 空心线圈的频率响应图1-13 空心线圈的频率响应 null 空芯（高功率）＞F4骨架＞陶瓷骨架＞磁芯 电感的主要参数：标称电感值、百分误差（精度）、品质因数Q（损耗），额定电流、自谐频率等 1.4.3 RF电路中的电容 电容是射频电路中的主要元件之一，从电路功能的角度看，有耦合电容（隔直电容）、旁路电容、去耦电容及槽路电容等。 电容的结构、 工艺 钢结构制作工艺流程车尿素生产工艺流程自动玻璃钢生产工艺2工艺纪律检查制度q345焊接工艺规程 、价格按低频、中频、高频、微波等应用而有所不同。 电容的损耗:导体(含趋肤)、介质(导电、极化、电离) 电容的主要参数：标称电容值、百分误差 (精度)、额定电压（耐压）、品质因数Q（损耗）、自谐频率等 图1-14 电容器的若干类型 图1-14 电容器的若干类型 （d） （e） （f）（g） （h） （i）图1-15 片式贴装（SMD）电容的内部结构图1-15 片式贴装（SMD）电容的内部结构 图1-16 高频电容电等效电路图1-17 47pF引线电容的频率响应图1-17 47pF引线电容的频率响应 1.5 简单串、并联谐振回路与双调谐耦合谐振回路 1.5 简单串、并联谐振回路与双调谐耦合谐振回路 1.5.1 简单串、并联谐振回路的基本特性 谐振回路可以完成选频、移相、频率-相位转换、频率-幅度转换及阻抗变换等功能。 谐振回路由电感与电容串联或并联组成 简单LC串并联谐振回路的基本组成如图1-75所示 谐振电感在微波频段可以是一段终端开路或终端短路的传输线，或是长度规定的同轴腔、圆柱腔、矩形腔等。图1-74 LC谐振回路的电路结构图1-74 LC谐振回路的电路结构 （a） （b）图1-75 简单LC串并联谐振回路的基本组成图1-75 简单LC串并联谐振回路的基本组成（a）串联 （b）实际并联 （c）理想并联谐振现象及谐振频率 简单串、并联谐振电路的阻抗在某一特定频率上具有最小值或最大值的特性称为谐振特性； 该特定频率称为谐振频率 稳态分析用拉普拉斯变换； 非稳态下（瞬态）分析用线性微分方程一、串联谐振回路一、串联谐振回路1、谐振现象及谐振频率图1-76 串联谐振回路的基本特性图1-76 串联谐振回路的基本特性 谐振时，Vs仅对r供能 ；L、C交换能量 null2、特性阻抗与品质因数 特性阻抗ρ：谐振时的感抗或容抗： 品质因数Qo (空载) ：特性阻抗与损耗电阻之比： 电感Q（几十～几千）；电容Q（几百～几万）null3、串联谐振特点 谐振时，回路电流与信号源电压同相(即谐振时呈纯电阻)，且为最大值： 谐振时，L、C上的电压振幅相同（相位相反），且为最大值，并为信号源电压的Qo倍： 串联谐振称为电压谐振 大功率应用中要注意电容耐压！！ 问题：当信号源频率高于或低于谐振频率时，串联回路呈什么特性？null4、谐振曲线 定义：归一化抑制比 (复数) ： 串联谐振电路任意频率下的电流表达式与谐振时电流表达式之比 ： 定义：广义失谐 归一化抑制比 归一化抑制比的幅频特性曲线称为谐振曲线 二、并联谐振回路二、并联谐振回路1、并联电路等效、回路阻抗与谐振频率 并联电路按上右图分析比较方便：根据端口阻抗相同的原理实现变换（ ）。 由左图：null由右图： 比较得： 令： 称为并联谐振回路的谐振电阻。它是电感器的损耗电阻r（与之串联）折合到电感器的两端（与之并联）后的等效电阻。 损耗电阻r愈小，RP愈大，r→0，则RP→∞ 图1-77 并联谐振回路的基本特性图1-77 并联谐振回路的基本特性 谐振时， Is仅对Rp供能 ； L、C交换能量 null2、特性阻抗与品质因数 特性阻抗ρ：谐振时的感抗或容抗： 品质因数Qo (空载) ：特性阻抗与损耗电阻之比： 精确值：null3、并联谐振特点 谐振时，端口电压与信号源电流同相(即谐振时呈纯电阻)，且为最大值： 谐振时，L、C上的电流振幅相同（相位相反），且为最大值，并为信号源电流的Qo倍： 并联谐振称为电流谐振 谐振时，外电流相对于回路电流可以忽略！！ 问题：当信号源频率高于或低于谐振频率时，并联回路呈什么特性？null4、谐振曲线 定义：归一化抑制比 (复数) ： 并联谐振电路任意频率下的端电压表达式与谐振时的端电压表达式之比 ： 广义失谐 归一化抑制比 归一化抑制比的幅频特性曲线称为谐振曲线 三、谐振曲线三、谐振曲线1、串联谐振回路与并联谐振回路具有相同的归一化表达式 2、Qo越大，谐振曲线越尖锐，选频特性越好 3、 Qo越大，相频特性越陡峭，稳频特性越好图1-78 串联谐振回路与并联谐振回路的归一化响应特性图1-78 串联谐振回路与并联谐振回路的归一化响应特性 图1-79 信号源内阻与负载电阻对谐振回路品质因数的影响图1-79 信号源内阻与负载电阻对谐振回路品质因数的影响（a） （b）1.5.2 信号源内阻与负载电阻对谐振回路品质因数的影响 1.5.2 信号源内阻与负载电阻对谐振回路品质因数的影响 阻抗中的电抗可归入串联谐振回路或并联谐振回路的电抗中（改变串联谐振回路或并联谐振回路的谐振频率）；有耗部分归入回路总损耗，得到有载品质因数： 可见 ，串联电路要求R小，并联电路要求R大。null1.5.3 品质因数的物理意义 品质因数是表征储能系统性能指标的关健参数（即储能与耗能之间的关系） 特性阻抗与品质因数密切相关： 回路有相同的损耗时，则特性阻抗愈大的回路品质因数愈高。 图1-80 串联谐振回路中的能量关系 （a） （b）null一个周期中的耗能： 储能与耗能之比： 故： 谐振回路的品质因数是系统中的总储能与一个周期中的耗能之比乘以 。 null1.5.4 简单串、并联谐振回路的通频带与选 择性 通频带与选择性是一切收发系统的关键指标 1、通频带 定义：三分贝通频带(或半功率点通频带) ：归一化抑制比下降到0.707或 时的频率范围。 ，简称3dB带宽 一般情况下，在射频范围内： 广义失谐： 绝对频移（失谐量）：null令归一化抑制比：结论：简单谐振回路的通频带与 成反比， 愈大，通频带愈窄。 2、选择性 用矩形系数来度量选择性能。 定义：当 降到0.1时的通频带与降到0.707时的通频带之比为矩形系数，记为 。 总是大于1，理想矩形的 。 愈接近1，选择性愈好。 得3dB通频带：null令： 结论：简单串并联回路的选择性很不好，它的矩形系数远大1。图1-81 回路的通频带与选择性图1-81 回路的通频带与选择性 0.1null【例1-1】如图1-75（b）所示并联谐振回路，设回路空载品质因数Q0=90，谐振回路的谐振频率为：f0=465kHz，C=200pF，信号源电流振幅值IS=0.1mA。 求：（1）谐振电阻RP；若信号源内阻RS=150k，负载电阻RL不接，有载品质因数QL等于多少？通频带2Δƒ0.707等于多少？ （2）若信号源内阻RS=150k，负载电阻RL=150k，有载品质因数QL等于多少？通频带2Δƒ0.707等于多少？ 1.5.6简单串、并联谐振回路的部分接入及阻抗变比折合1.5.6简单串、并联谐振回路的部分接入及阻抗变比折合采用部分接入的办法，可降低信号源内阻及负载电阻对谐振回路的影响，提高回路的有载品质因数 1、串并联阻抗等效互换 得到： 相除得到： 串联形式的有载品质因数=并联形式的有载品质因数 即串并联互换前后的品质因数不会发生变化null结论： （1）串联电路转换成等效并联电路后，电抗X2的性质与X1相同，在QL较高的情况下，其电抗X基本不变，而并联电路的电阻R2比串联电路的电阻R1大 倍。 （2）串联形式电路中的电阻愈大，则损耗愈大；并联形式电路中的电阻愈小，则分流愈大，损耗也愈大，反之亦然，所以二种电路是完全等效的。 null2、回路抽头时阻抗的变比关系2、回路抽头时阻抗的变比关系接入系数图1-83 谐振回路部分接入实例图1-84 部分接入计算变换和 几种变比折合电路图1-84 部分接入计算变换和 几种变比折合电路 nullab端看进去的阻抗db端看进去的阻抗（谐振时）（1）、电感抽头改变阻抗变比关系null接入系数电感线圈 的匝数电感线圈 的匝数null由低抽头向高抽头转换时，等效阻抗提高 倍。反之，由高抽头向低抽头转换时，等效阻抗降低至 倍。 可见，部分接入可以完成 阻抗变换p 改变改变null（2）变压器接入null（3）、电容分压阻抗变比关系null【例1-3】如图1-85所示电容分压式并联谐振回路，已知L=200H，C1=140pF，C2=1400pF，RS=5k，Q0=100。求信号源分别接在A点和B点时的3dB通频带2f0.707。 图1-85 电容分压部分接入实例计算 （a） （b） （c） null（4）、电流源、电压源的变比折合能量守恒null能量守恒习题习题1－1～1－7