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高频电子技术课件讲解

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高频电子技术6.ppt

高频电子技术6.ppt

高频功放：将高频信号进行功率放大的电路，实质是在输入 高频信号的控制下，将电源的直流功率转变成高频功率。
主要功用: 放大高频信号, 以高效率输出大功率，并且尽量保 证非线性失真小。
分类：低频功放：甲类（3600导通，效率50%） 乙类（1800导通，效率78.5%） 甲乙类（大于 1800导通，效率75%）
欠压状态。电压利用率低但可变， 临界状态。 A点在临界饱和线上；
临界状态时的负载电阻 记为：ROPT。
过压状态 A点在饱和区；
Rp 斜率gd 谐振放大器的工作状态由欠压 过压 逐步过渡。
临界
U,I Ic1m Ic0
o 欠压
U cm
P,
临界 过压 Rp
o
ROPT
欠压
Pd P0
Pc 临界 过压 Rp ROPT
6.1 高频功率放大概述
因为工作频率很高，相对频带却很窄，因此一般 都采用选频网络作为负载回路，工作状态选用丙 类、丁类。对于需要在很宽的范围内变换工作频 率的情况，还可采用宽带高频功率放大电路，它 不采用选频网络作负载，而是以频率响应很宽的 传输线变压器作负载。由于受功放管的限制，单 个功率放大电路输出功率是有限的，在大功率无 线电信号发射装置中，采用功率合成技术来增大 输出功率。
结论： 随着负载的增大，电路的工作状态经历了从欠压状
态到临界状态又到过压状态的变化 ； 临界状态：效率与输出功率最佳，是谐振放大器的
最佳工作状态； 欠压状态：效率低，恒流源； 过压状态：效率高，损耗小，恒压源。
图6-12 谐振功率放大电路的测试电路
例6.1 某高频谐振功率放大电路工作于临界状态，输出 功率为15W，且UCC=24V，导通角θ=70°，ξ=0.91。试 问：

高频电子技术第4章.ppt

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4.1 反馈型振荡器
图4一3所示为输入电压与电压增益A及1/F之间的关系曲线， 曲线的左半部反映了当uo较小时，随着uo的增大电压增益A增 大，达到最大值后又将随着uo增大而减小。曲线与1/F有两个 交点B与Q。在这两个点都满足振幅平衡条件AF=1，所以， 都是平衡点。但B点为不稳定平衡点。假若在B点，由于某种 因素使uo增大，A增大，此时A>1,即AF>1，振荡会越来越强。 再看Q点，假定由于某种因素使uo增大，而增益A反而下降， 使A<1,即AF<1，振荡会自动减弱，从而使振荡稳定。所以， Q点为稳定的平衡点。在曲线B处的斜率为正，Q处的斜率为 负。
式中，略去晶体管极间电容的影响，则得并联谐振回路的 谐振频率，即振荡频率为
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4.2 三点式LC振荡器
由此可见， C1、C2对振荡频率的影响显著减小，那么与C1、 C2并接的晶体管极间电容的影响也就很小， C3越小，振荡频 率的稳定度就越高。但为了满足相位平衡条件，L、 C3串联 支路应呈感性，所以实际振荡频率稳定度提高了，改变C3 ， 反馈系数可保持不变，但谐振回路接入C3后，使晶体管输出 端(C、 E)与回路的藕合减弱，晶体管的等效负载减小，放大 器的放大倍数下降，振荡器输出幅度减小。 C3越小，放大倍 数越小，如C3过小，那么振荡器因不满足振幅起振条件而会 停止振荡。
4.2 三点式LC振荡器
由图可见C1 、 C2 、 L并联谐振回路构成反馈选频网络， 其中C1相当于如图4一5所示的X1, C2相当于X2, L相当于X3 ， 并联谐振回路3个端点分别与晶体管的3个电极相连接，且X1 与X2为同性质电抗元件， X3与X1、 X2为异性质电抗元件， 符合三点式振荡电路组成法则，满足振荡的相位平衡条件。 由此可得电路的振荡频率为

高频电子技术课件

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6.2.4.3 频率解调器电路：1、双失谐回路鉴频器
这种鉴频器是利用对调频波中心频率失谐的LC回路，将调频波 变换为调幅─调频波，然后用二极管峰值包络检波器进行幅度 检波完成频率解调的。
iFM (t)
R1 L1 C1
▪ 图中 R1 、L1 、 C1 构成
谐振回路，实现调频波到
D
调幅──调频波的变换。
中所用延时电路可用耦合回路和失谐回路实现。
2、利用相位解调器的鉴频器（续3）
如图所示为利用相位解调器的鉴频器的具体电路例子。其
中调经相从，频射乘而T波极输得1 ，输出到~ 经出经解T7器调构C输成1出相、R、。和乘 CT8、8器R电和C路耦TL构29构，合成成从至的的相T低5延乘通时和器滤电波T路7器基延滤T极时1除输后~高入的T的频4未调基分延频极量时波。，，
2020年3月25日
0
2
10
/2
/2－
0
f
－/2 (a)
/2
f0
f
(b)
频率—相位变换电路的相频特性
2020年3月25日
11
2) 相位—幅度变换 根据图中规定的
U2 与
U1
的极性，这样，设在两
个检波二极管上的高频电压分别为
U D1
U1
U2
2
U D2
U1
U2 2
2020年3月25日
12
uFM
限幅放大 u1
微分 u2
半波整流 u3
单稳 u4
低通滤波 uo
(a)
uFM
t
u1
t
u2
t
u3
t
u4
t
uo
t
(b)

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带阻滤波器允许除某一频段外的信号通过，抑制该频段信 号。
滤波器的性能指标
通带和阻带性能
插入损耗
通带和阻带的边缘频率、带宽等参数决定 了滤波器的频率选择性和抑制能力。
滤波器对有用信号的衰减程度，以dB为单 位表示。
群时延
稳定性
滤波器对信号相位变化的量度，反映信号 通过滤波器的速度。
振荡原理
高频电子电路中的元件通 过正反馈和负反馈等机制 ，产生振荡信号，实现信 号的调制和解调等功能。
传输线原理
高频电子电路中的信号传 输遵循传输线理论，信号 在传输过程中会受到线路 的分布参数影响。
03
CHAPTER
高频电子技术中的放大器
放大器的分类与特点
分类
按功能可以分为电压放大器、功率放 大器、跨导放大器等；按频率可分为 低频放大器、高频放大器、微波放大 器等。
特点
高频放大器具有较高的增益和带宽， 能够放大微弱的高频信号；低频放大 器具有较低的噪声系数和较好的线性 度，适用于放大低频信号。
放大器的性能指标
增益
放大器的输出信号幅度与输入信号幅 度之比，反映了放大器的放大能力。
带宽
放大器能够正常工作的频率范围，反 映了放大器的频率响应能力。
线性度
放大器在小信号和大信号输入下的性 能差异，反映了放大器的失真程度。
频率范围
高频电子电路的工作频率范围，通常指几百 千赫兹到几百兆赫兹。
带宽
高频电子电路的频率响应范围，通常指电路 能够正常工作的频率范围。
增益
高频电子电路的放大倍数，用于衡量电路的 放大能力。
噪声系数
高频电子电路的噪声与信号比值，用于衡量 电路的噪声性能。

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串联晶体振荡器：石英晶片以低阻抗接入振荡电路。
并联晶体振荡器：晶片工作在在fP和fs之间，以感抗性质与其他电抗 元件组成振荡电路。
X3 X1
X2
并联晶体振荡器
串联晶体振荡器
4.3.1 二极管调幅电路
二极管平衡调幅器 电子管平衡调幅器是一种低电平调幅电路。 它采用了2个2极管VD1、VD2和具有中心抽头的变压器Tr1、Tr2构成了平
C
L1 Re
L2
3.3.2 三点式振荡器12
克拉泼电路（电容三点式改进型1）：
由于电容三点式电路比电感三点式电路 性能更好，但为了改进电容三点式电路的稳 定度，现对其进行改进，改进后成为克拉泼 电路。
相当于在电感上串联了1个电容。
L C3
C2
C1 Re
3.3.2 三点式振荡器14
西勒电路（电容三点式改进型2）： 针对克拉泼电路改变C3同时改变环路
• 谐振增益：放大器在谐振点处的电压
.
增益AUO（或功率增益），其值可用分
|AU|
贝（dB）表示。它表示放大器对有用
AUO
信号的放大性能。
• 通频带：当前放大器增益比谐振时的 增益减少3dB时（即AU下降到 ）， 所对应的频率范围（BW0.7）。为了不 失真地放大高频信号，该频率范围应
包括所有有用信号的频谱宽度。
无线电信号的传播方式、传播距离、传播特点等，由无线电信号的频率决定。
• 直射—电视、调频广播，移动通信，中继与卫星等；超短波 • 绕射—波长长，地面吸收少，绕射能力强；广播、通信；中长波；条件：λ〉物体 • 折射和反射（天波）—借助60~600km的电离层；广播、通信；短波；条件：物体〉λ a) 散射传播—借助10~12km的对流层；分米、厘米波；条件：阻挡物体多，体积小于波长。

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第9章 数字调制与解调
如同模拟信号需要调制一样，数字信号也需 要调制。由于数字信号具有丰富的低频成 分，不适宜直接进行无线传输或长距离电 缆传输，因此必须对数字基带信号进行调 制。 数字调制是指调制信号是数字信号， 载波为余弦波的调制。
1
数字调制称为“键控”
数字调制的调制信号是1和0的离散取值，所 以把数字调制称为“键控”。与模拟调制一 样，数字信号可以对载波的振幅、频率和相 位进行调制，分别称为振幅键控(ASK: amplitude shift keying)、移频键控(FSK: frequency shift keying)和移相键控(PSK: phase shift keying)。
5
图9-1二进制调制波形图
6
2．绝对调制和相对调制 绝对调制是利用载波参数的绝对值来传递信息。例如，
利用载波幅度的绝对跳变的ASK、利用载波频率值的绝 对跳变的FSK、利用载波相位值的绝对跳变的PSK等。 图9-1中的ASK、FSK、PSK三种波形均属于绝对调制。 相对调制是利用载波参数的相对变化来传递信息。例 如，差分移相键控（DPSK）是以相邻的前一个码元的 载波信号相位为基准，当码元为“1”时，载波相位取与 前一个码元的载波相位相同，而当码元为“0”时，载波 相位取与前一个码元的载波相位相差180。，如图9-1e 所示。相对调制的优点是，解调时可以不需要载波提取， 则电路简单且可以减小误码。
4
1．二进制调制和多进制调制 二进制调制中，信号参数只有两种可能的取值，
二进制信号对载波进行调制，载波的幅度、频 率或相位只有两种变化状态。图9-1给出了二进 制振幅键控，移频键控和移相键控的波形图。 多进制调制中，信号参数有M种可能取值，在 实际应用中，通常取M=，n为大于1的正整数。 M进制调制可以使信息传输率增加，提高频带 利用率，其代价是增加了信号功率和实现上的 复杂性。

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Yie
Ib U b
|U c 0
输出交流短路时的输入
导纳
Y fe
Ic U b
|U c 0
输出交流短路时的正向
传输导纳
Yre
Ib U c
|Ub 0
输入交流短路时的反向
传输导纳
Yoe
Ic U c
|Ub 0
输入交流短路时的输出
导纳
Y参数是任务频率的函数，当任务频率不同时，即使是 同一晶体管，其Y参数也是不一样的。当任务频率比较 低，电容效应的影响可以不思索时，晶体管的Y参数才 可以以为近似不变。假设忽略Y参数的虚部,那么可得到 低频任务的Y参数值。
常用途理方法： 1 、中和法： 晶体管B、C 极之间参与一个电容 2、失配法：使晶体管的负载阻抗与输出阻抗不匹配
图3-9 中和法原理电路
失配法：
图3-10 共射-共基级联放大器交流等效电路
3.4 集中电路高频小信号放大器 由线性集成电路与选频电路相结合方式实现 又称模拟集成电路
3.4.1 线性宽频带集成放大电路 8FZ1 ULN2204
rbb`: 基区体电阻25Ω； rb`e:发射结电阻150Ω； Cb`e: 发射结电容500pF；
Cb`c: 集电结电容5pF ； rb`c:集电结电阻1MΩ ；(反偏， 很大，被Cb`c短接掉)
rce: 集-射极电阻100kΩ； Cce:集电极电容； (很大，被 rce短接掉)
gm: 晶体管跨导，反映放大才干； gm=IEQ/26=β0/rb`e 50ms
噪声 普通指内部噪声，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 普通指外部干扰，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。

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R11 R12 R13 R21 R22 R31 R32 RL
2.6 抽样数据滤波器
抽样数据滤波器是处理抽样信号的电路。它与模拟滤波器的区 别是模拟滤波器处理的是连续时间信号；它与数字滤波器的区 别是数字滤波器处理的是数字信号，即时间和幅度均为离散的 信号，这种滤波器处理的是时间离散但幅度连续的信号。
C2
1 Vi 2 ( s) Vi1 ( s) Vo ( s ) sCR
1 Vi 2 ( j ) Vi1 ( j ) Vo ( j ) jCR
2.5.2 运算仿真法实现有源 RC 滤波器
设计过程是： 根据对滤波器性能的需要，设计一个无源 LC 滤波器作为原型； 列出原型无源 LC 滤波器的电路方程，将其表示成适合于积分器 实现的形式；（统一为电压变量，即对电压的积分得到电压。） 用积分器和加法器实现电路方程； 根据原型滤波器中元件数值，确定积分器等电路中元件参数。 下面以具体例子说明其实现过程。
考虑到RS＝RL，变换得：
VS ( s ) VS ( s ) V1 ( s ) 1 VS ( s) V2( s) V1 ( s ) sRL C1 V2( s ) RL V1 ( s) V3 ( s) sL2
简化后可得：
1 VS ( s) V1 ( s) V2( s) V1 ( s ) sRL C1 V2( s ) V3 ( s ) RL V1 ( s) V3 ( s) sL2 1 V2( s) V3 ( s) sRL C3
8
陶瓷滤波器的等效电路与石英晶体的相同。
若串联谐振角频率为 q ，并联谐振 。则他们与等效电容，电 角频率 1 感的关系为 q
p
L ' qC ' q

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❖ 为降低整机的噪声，提高整机的灵敏度，高频管 应尽量选用低噪声的放大管，高频放大器的选频 功能应尽可能好，这类放大器的负载回路一般为 LC谐振电路，常称这类放大器为小信号选频放大 器。
1.1.2 无线电发送与接收设备
（2） 本机振荡器 ❖ 本机振荡器又称本振电路，它的功能是为混频器
提供高频正弦波信号，以便与接收到的载波信号 混频。本振电路常采用互感耦合振荡器或三点式 振荡器。
（3） 混频器 ❖ 混频器是超外差接收机的重要组成部分。混频器
的功能是将载波信号与本振信号进行非线性变换， 使之变成中频的调幅信号输出。
1.1.2 无线电发送与接收设备
❖若输入混频器的载波信号频率用 f C 表示，本振
信号频率用 f L 表示，而混频输出中频调幅波的频 率用来 f I 表示，则：fI fLfC
❖ 中频放大器是超外差接收机的重要组成部分。接 收机的主要技术指标，如灵敏度、信噪比、选择 性和通频带等，在很大程度上取决于中频放大器 的性能。
1.1.2 无线电发送与接收设备
（5） 检波器 ❖ 检波器的主要功能是将中频放大器输出的中频信
号解调成音频信号，由此可见，接收设备中的检 波器与发射设备中的幅度调制器功能刚好相反， 即互为逆变换。
1.1.1 通信系统的基本组成
❖ 信道是指信号传输的通道，可以是电缆线、光导纤维，也可 以是自由空间。图中的噪声源，是信道中的所有噪声以及分 散在通信系统中其它各处噪声的集合。
❖ 在接收端，接收设备的功能与发送设备相反，即进行信号的 解调、译码、解码等。它的任务是从带有干扰的接收信号中 恢复出与发送端相对应的电信号；终端装置是将复原的电信 号转换成相应的原始消息，如将音频信号还原成声音。
1.1.2 无线电发送与接收设备

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(c) 支路电流是总电流的Q倍，设R<<L
R (ω0 L) (ω0 L) Z (ω0 ) R0 L R RC R
2 2 2
U I L IC U 0C 0 L U / 0 L 0 L I L IC 1 Q I 0 I 0 U /( RC / L) 0 RC R
一、
串联电路的谐振
谐振 (resonance) 是正弦电路在特定条件下所产生的一 种特殊物理现象，谐振现象在无线电和电工技术中得到广泛 应用，对电路中谐振现象的研究有重要的实际意义。
1. 谐振的定义
含有R、L、C的一端口电路，在特定条件下出现 端口电压、电流同相位的现象时，称电路发生了谐振。
I
U
640 1000
–1660 – 660 I1=0.0152
北京经济台 1026
1290
1290 0 I0=0.5
1611
1034 577 I2=0.0173
（3） UL( )与UC( )的频率特性
U U L (ω) LI L |Z| QU 1 2 1 )2 Q ( 1 η2 η2
1 LC
Y G j(ω C 1 ) ωL ω0 1 LC
R L C 串联
电压谐振
G C L 并联
电流谐振
UL( 0)=UC ( 0)=QU
ω0 L Q 1 1 L R ω0 RC R C
IL(0) =IC(0) =QIS
ω0 C Q 1 1 C G ω0 GL G L
G
P

R
, GS
P
R
, GL
S
R
L
这时品质因素为：QL
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2020/10/2
通信电路原理
2
课程要求
学习质量好坏，对后续专业课程的 学习影响很大 尽可能做到课前预习、课上认真听 讲、课后及时复习、按时独立完成 规定作业、遇到疑难问题应尽快通 过答疑、讨论等环节来解决， 积极选做综合性研究课题，以便更 好地学好本课程。
2020/10/2
通信电路原理
3
教学安排
又叫 Bluetooth （‘蓝牙’），工作范围：10~100m。 工作频率范围：2.400~2.4835GHz。速率：1Mbit/s。 全世界现已有1880家厂商支持V1.0B技术规范版本。
HOME-RF:Home--Radio Frequency (家庭无线局域网)。 RFID：Radio Frequency Identification（射频识别系统）。
通信电路原理
11
Hale Waihona Puke • 电磁场电磁波理论推动无线通信
无线通信发展
James Clerk Maxwell (1831-1879)
2020/10/2
Heinrich Hertz (1857-1894) made the first radio transmitter and demonstrated the existence of radio waves in 1887.
路数。
已调信号所占有的频带宽度。
国际规定电话信号的频带是300～3400Hz。 中波调幅广播（535KHz~1605KHz），广播电台每个已 调信号占有的频带宽度是 9KHz。
我国采用的电视图象信号的频带是0～8MHz。
信道多址复用的方式。
频分复用（ FDMA ）。 时分复用（ TDMA ）。 码分复用（ CDMA ）。
总学时 讲课学时 课堂讨论与习题 复习 实验 机动
64 50 8 4 另外专门安排 2
2020/10/2
通信电路原理
4
教材
《通信电路原理》（笫二版） 董在望、陈雅琴、雷有华、肖华庭编 高等教育出版社 2002年
2020/10/2
通信电路原理
5
参考书
1、《高频电路》（上、下册） 清华通信教研组编 人民邮电出版社
2、《高频电子线路》第三版 张肃文、陆兆熊编 高等教育出版社
3、《射频集成电路芯片原理与应用电路设计》 黄智伟 电子工业出版社
2020/10/2
通信电路原理
6
课程内容
笫1章 绪 论 笫2章 滤波器 笫3章 高频放大器 笫4章 非线性电路及其分析方法 笫5章 正弦波振荡器 笫6章 调制与解调 笫7章 锁相环路 笫8章 频率合成技术
广播网
电视机 收音机
2020/10/2
通信电路原理
18
当前移动，无线通信的发展
RFID
WPAN
WLAN
Low Performance Low Cost
HOME-RF
High Performance High Cost
WLAN: Wireless Local Area Nets（手机无线上网）。
WPAN: Wireless Personal Area Nets (个人无线局域网)。
通信电路原理
12
• 电磁场电磁波理论推动无线通信
On December 1901, Marconi proved to the world that it was possible to send messages across continents when he sent the letter "S" in Morse from Cornwall, England to St. John's, Newfoundland in Canada.
Samuel Morse Thomas Edison's
(1791-1872)
Telephone
Michael Faraday (1791-1867）
Alexander Graham Bell
2020/10/2
通信电路原理
10
• 电话的发明者：
– 贝尔？ – 格林？ – 爱迪生？ – 梅乌奇？
2020/10/2
通信电子线路(A)
华东交通大学信息工程学院 通信工程系
主讲教师：李伟平
2020/10/2
通信电路原理
1
• 总学分：4分 • 周学时：4 • 平时成绩占总成绩30% 包括：出勤（40%）作业（30%）
课堂提问（20%）学习态度（10%） • 答疑时间：每周一晚 6:30-8:30 • 联系方式：liweiping@
1.2.3 干扰
1.3 通信电路的基本形式
2020/10/2
通信电路原理
8
引言
有线通信系统 无线通信系统 数字通信系统 模拟通信系统
多媒体通信系统
基带信号
频带信号
2020/10/2
通信电路原理
9
• 电的发明推动现代通信诞生
电的发现与现代通信
Benjamin Franklin (1706-1790)
2020/10/2
通信电路原理
16
无线通信在军事和民用上迅速发展
2020/10/2
通信电路原理
17
1.1.1 通信系统组成的示意图
(全球星系统)
(765KM)
低轨 卫星
手机
计算机
卫星手机
基台
局域网
地面站
同步 卫星
(35860KM)
电视机 计算机
有线 电视网
公用 电信网
电话局
电话机 计算机
寻呼机
寻呼台
2020/10/2
通信电路原理
19
1.1.2 通信系统的基本特性
一、传输距离
传输距离是指信号从发送端到达接收端并能被可靠 接收的最大距离。
发送端的信号功率。 信号通过信道的损耗。 信号通过信道混入各种形式的干扰和噪声。 接收机的接收灵敏度。
2020/10/2
通信电路原理
20
二、通信容量 通信容量是指一个信道能够同时传送独立信号的
2020/10/2
通信电路原理
7
第1章 绪论
1.1 通信系统的基本概念
1.1.1 通信系统的组成
1.1.2 通信系统的基本特性
1.1.3 通信系统的信道
1.1.4 通信系统中的信号
1.1.5 通信系统中的发送与接收设备
1.2 信号传输的基本问题
1.2.1 信号通过线性系统
1.2.2 信号通过非线性系统
2020/10/2
通信电路原理
13
无线通信在军事和民用上迅速发展
• 军事上：电台，雷达等 • 民用上：广播/电视/无限通信/卫星通
信等
2020/10/2
通信电路原理
14
无线通信在军事和民用上迅速发展
Early RADAR from the UK
2020/10/2
通信电路原理
15
无线通信在军事和民用上迅速发展