高頻電路基礎(chǔ)知識(shí)

高頻電路基礎(chǔ)知識(shí)第2章高頻電路基礎(chǔ)知識(shí)2.1高頻電路中的元器件2.2天線2.3噪聲與干擾第2頁,共20頁，2024年2月25日，星期天2.1高頻電路中的元器件2.1.1高頻電路中的元件電阻高頻電路中的電阻不僅表現(xiàn)有電阻特性的一面，而且還表現(xiàn)有電抗特性的一面（高頻特性）。高頻電路中的電阻的等效電路。其中：CR分布電容，LR引線電感，R電阻。第3頁,共20頁，2024年2月25日，星期天電容高頻電路中的電容不僅表現(xiàn)有電容的特性，而且還具有電感和電阻的特性，其等效電路如圖所示。其中：RC損耗電阻，LC引線電感，C電容。高頻電路中的電容容抗與頻率的關(guān)系如圖所示。

第4頁,共20頁，2024年2月25日，星期天電感高頻電路中的電感不僅具有電感的特性，還具有電阻和電容的特性。其等效電路如圖所示。其中：RL損耗電阻，CL分布電容，L電感。高頻電路中電感的阻抗與頻率的關(guān)系如圖所示。第5頁,共20頁，2024年2月25日，星期天2.1.2高頻電路中的有源器件二極管半導(dǎo)體二極管在高頻電路中主要用于檢波、調(diào)制、解調(diào)以及混頻等非線性電路中，利用它的非線性特性。變?nèi)荻O管主要應(yīng)用于壓控振蕩器、角度調(diào)制、角度解調(diào)以及反饋控制電路中，利用它的等效電容的可控特性。第6頁,共20頁，2024年2月25日，星期天晶體管與場效應(yīng)管高頻小功率管：用于高頻小信號(hào)放大，要求有高增益和低噪聲。高頻功率管：用于高頻信號(hào)功率放大，要求有較大的允許管耗和較大的輸出功率。集成電路通用型，如：集成模擬乘法器MC1496、MC1495等可用于調(diào)幅、檢波、調(diào)頻、鑒頻等。專用型，如：正交鑒頻器5G32，窄帶發(fā)射集成電路MC2833，窄帶接收集成電路MC3361等。第7頁,共20頁，2024年2月25日，星期天2.2天線

在高頻電路中天線主要用于發(fā)射與接收電磁波信號(hào)，它是無線通信系統(tǒng)中不可缺少的一部分。天線的發(fā)射與接收作用是可逆的，同一天線用作發(fā)射與接收的性能是相同的。性能良好的天線可以改善信號(hào)分布、增大信噪比、降低比特率，以及能克服覆蓋范圍內(nèi)的薄弱環(huán)節(jié)，甚至可以降低功率損耗。天線有各種各樣的形式，常用的兩種天線為：線式天線和面式天線。第8頁,共20頁，2024年2月25日，星期天線式天線：由半徑遠(yuǎn)小于波長的導(dǎo)線構(gòu)成。如：對(duì)稱天線和單極天線。主要用于長、中短波波段。面式天線：由尺寸大于波長的金屬或介質(zhì)構(gòu)成的面狀天線。如：拋物面天線和微帶天線。主要用于微波波段。2.2.1對(duì)稱天線和單極天線對(duì)稱天線（偶極天線）結(jié)構(gòu)如圖所示。半波諧振，阻抗為72Ω。垂直偶極天線方位輻射圖垂直面輻射圖第9頁,共20頁，2024年2月25日，星期天單極天線結(jié)構(gòu)如圖所示。相當(dāng)于以無限大平面為一個(gè)臂的對(duì)稱天線。如中、長波的鐵塔天線，超短波的鞭形天線。單極天線為1/4波長諧振，阻抗為36Ω。2.2.2拋物線天線和微帶天線拋物線天線

拋物線天線的工作具有類似光學(xué)系統(tǒng)的性能。該天線具有良好的電氣特性，在微波通信和衛(wèi)星通信等方面得到了廣泛的應(yīng)用。單極天線示意圖拋物面天線光學(xué)性質(zhì)第10頁,共20頁，2024年2月25日，星期天微帶天線

微帶天線具有很多其它天線沒有的特點(diǎn)，優(yōu)點(diǎn)是尺寸小、重量輕、價(jià)格低廉，尤其是它具有很小的剖面高度，允許附著于任何金屬表面，最適合安裝在高速運(yùn)行的物體上，如飛機(jī)、火箭、導(dǎo)彈上。微帶天線缺點(diǎn)是工作頻帶很窄。微帶天線的基本結(jié)構(gòu)如圖所示。微帶天線的基本結(jié)構(gòu)第11頁,共20頁，2024年2月25日，星期天2.3噪聲與干擾

所謂噪聲（或干擾）,就是除有用信號(hào)以外的一切不需要的信號(hào)及各種電磁騷動(dòng)的總稱。噪聲一般指內(nèi)部噪聲，又分自然和人為兩類。自然噪聲有熱噪聲、散粒噪聲和閃爍噪聲等，人為噪聲有交流噪聲、感應(yīng)噪聲等。干擾一般指外部干擾，也分自然和人為兩類。自然干擾有天電干擾、宇宙干擾和大地干擾等。人為干擾有工業(yè)干擾和無線電臺(tái)干擾。第12頁,共20頁，2024年2月25日，星期天2.3.1電路內(nèi)部噪聲的來源和特性

電路內(nèi)部噪聲的主要來源是電阻的熱噪聲和放大器件的噪聲。1）電阻的熱噪聲

電阻的熱噪聲是由電阻內(nèi)部的自由電子無規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的。如下圖所示，噪聲電壓（或電流）是上下起伏變化的，但在一定時(shí)間內(nèi)其平均值為零。起伏噪聲的頻譜在極寬的范圍內(nèi)，且有均勻的功率譜密度，故也稱為白噪聲。電阻熱噪聲電壓波形第13頁,共20頁，2024年2月25日，星期天2）晶體管的噪聲

晶體管的噪聲主要有熱噪聲、散粒噪聲、分配噪聲和閃爍噪聲。

熱噪聲主要由基區(qū)體電阻所產(chǎn)生；散粒噪聲是由于晶體管內(nèi)部基區(qū)少數(shù)載流子注入率的隨機(jī)性引起的，是主要噪聲來源；分配噪聲是由于晶體管內(nèi)部基區(qū)少數(shù)載流子復(fù)合量的隨機(jī)性引起的；閃爍噪聲的產(chǎn)生與半導(dǎo)體制作時(shí)表面清潔處理度和外加電壓有關(guān)，主要考慮低頻情況。

晶體管的噪聲主要決定于熱噪聲、散粒噪聲和分配噪聲，在很寬的頻率范圍內(nèi)隨頻率變化是很小的。3）場效應(yīng)管的噪聲

場效應(yīng)管的噪聲主要考慮溝道電阻產(chǎn)生的熱噪聲。第14頁,共20頁，2024年2月25日，星期天2.3.2噪聲系數(shù)1）信噪比

電路某處的信號(hào)功率與噪聲功率之比稱為信噪比，用符號(hào)S/N表示。通常用信噪比來表示噪聲對(duì)信號(hào)的影響，信噪比越大，信號(hào)質(zhì)量越好。2）噪聲系數(shù)

下圖為一線性四端網(wǎng)絡(luò),它的噪聲系數(shù)定義為輸入端的信噪比(S/N)i與輸出端的信噪比(S/N)o的比值,即第15頁,共20頁，2024年2月25日，星期天

圖中,KP為電路的功率傳輸系數(shù)(或功率放大倍數(shù))。用Na表示線性電路內(nèi)部附加噪聲功率在輸出端的輸出,考慮到KP=Ｓo/Si,式(3-26)可以表示為（3-26）

(3-27)

(3-28)

第16頁,共20頁，2024年2月25日，星期天

噪聲系數(shù)通常用dB表示,用dB表示的噪聲系數(shù)為

多級(jí)放大器網(wǎng)絡(luò)的噪聲系數(shù)

從式(3-30)可以看出,當(dāng)放大器的額定功率增益遠(yuǎn)大于1時(shí),系統(tǒng)的總噪聲系數(shù)主要取決于第一級(jí)的噪聲系數(shù)。越是后面的網(wǎng)絡(luò),對(duì)噪聲系數(shù)的影響就越小,這是因?yàn)樵降胶蠹?jí)信號(hào)的功率越大,后面網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部噪聲對(duì)信噪比的影響就不大了。因此,對(duì)第一級(jí)來說,不但希望噪聲系數(shù)小,也希望增益大,以便減小后級(jí)噪聲的影響。(3-29)（3-30）第17頁,共20頁，2024年2月25日，星期天

例：下圖是一接收機(jī)的前端電路,高頻放大器和場效應(yīng)管混頻器的噪聲系數(shù)和功率增益如圖所示。試求前端電路的噪聲系數(shù)(設(shè)本振產(chǎn)生的噪聲忽略不計(jì))。解：將圖中的噪聲系數(shù)和增益化為倍數(shù),有因此,前端電路的噪聲系數(shù)為

第18頁,共20頁，2024年2月25日，星期天2.3.3常用減小噪聲系數(shù)的措施

1）選用低噪聲的元器件；2）正確選擇放大器的靜態(tài)工作點(diǎn)；3）選擇合適的工作帶寬；4）選用合適的放大電路；5）降低放大器的工作溫度；