高頻電路原理與分析(全套課件1298P)

2023/9/241高頻電路原理與分析2023/8/31高頻電路原理與分析12023/9/242選用教材：《高頻電路原理與分析（第四版）》，曾興雯等，西安電子科技大學(xué)出版社，2006參考書(shū)《電子線路（非線性部分）》，謝嘉奎等，高等教育出版社，2000《高頻電子線路》，張肅文高等教育出版社，2004《高頻電子線路》，楊霓清，機(jī)械工業(yè)出版社，2007《高頻電子線路（第二版）》，高吉祥，電子工業(yè)出版社，2007《通信電路原理》，董在望，高等教育出版社，20022023/8/32選用教材：22023/9/243課程目的：

高頻電子線路是電子、通信類各專業(yè)的一門主要專業(yè)基礎(chǔ)課，課程目的是通過(guò)對(duì)高頻條件下電子元器件和特性參數(shù)的再認(rèn)識(shí)，以及對(duì)選頻傳輸網(wǎng)絡(luò)、高頻小信號(hào)諧振放大、高頻諧振功率放大、非線性器件的應(yīng)用、信號(hào)的調(diào)制與解調(diào)、頻譜變換技術(shù)和鎖相環(huán)技術(shù)等的教學(xué)，使學(xué)生掌握基本的高頻電路（非線性電子線路或通信電子線路）特點(diǎn)、結(jié)構(gòu)、原理和分析方法，為后續(xù)專業(yè)課程打下必要的基礎(chǔ)。2023/8/33課程目的：32023/9/244HX108-2七管半導(dǎo)體收音機(jī)

原理圖

0.18~0.22mA0.4~0.8mA1~2mA3~5mA4~10mAC15100μV69013HC11223R111K+B7B6R1051KC14100μR12220+B5V59014V49018HV39018HR662KB4V29018HR420KB3C13223R1324KB2R1100KD1

~D2IN4148V19018HR3100C1AR81KC1BC2223C3103R22KC1

CBM223PC44.7μC5223C6223C7223R751C8223C9223R9680++C104.7μW5KD3IN4148C12223V79013HKY8ΩDC3V紅黃白黑B1R51502023/8/34HX108-2七管半導(dǎo)體收音機(jī)

原理圖042023/9/245HX108

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2裝配圖2023/8/35HX108

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2裝配圖52023/9/246先修課程：《高等數(shù)學(xué)》、《電路基礎(chǔ)》、《低頻電子線路》電路分類2023/8/36先修課程：62023/9/247教學(xué)內(nèi)容第1章緒論第2章高頻電路基礎(chǔ)第3章高頻諧振放大器第4章正弦波振蕩器第5章頻譜的線性搬移電路第6章振幅調(diào)制、解調(diào)與混頻第7章頻率調(diào)制與解調(diào)第8章反饋控制電路第9章高頻電路的集成化與EDA學(xué)時(shí)安排授課學(xué)時(shí)：54學(xué)時(shí)實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)：18學(xué)時(shí)2023/8/37教學(xué)內(nèi)容72023/9/248《高頻電路原理與分析》課程所涉及的相關(guān)理論、技術(shù)在通信工程中的具體應(yīng)用舉例：

頻譜資源的分配、管理、開(kāi)發(fā)與應(yīng)用。（頻分復(fù)用、時(shí)分復(fù)用等）信號(hào)的頻譜搬移及頻譜(結(jié)構(gòu))變換。（調(diào)制、解調(diào)及變頻應(yīng)用）無(wú)線電信號(hào)發(fā)送與接收。（高頻諧振功率放大與弱小信號(hào)的選擇放大）擴(kuò)頻通信技術(shù)(SpreadSpectrumCommunicationTechnology包括數(shù)字調(diào)制與解調(diào)應(yīng)用）2023/8/38《高頻電路原理與分析》課程所涉及的相關(guān)理論82023/9/249考核方式平時(shí)成績(jī)：<=30%考試成績(jī)：>=70%2023/8/39考核方式平時(shí)成績(jī)：<=30%92023/9/2410第1章緒論1.1無(wú)線通信系統(tǒng)概述1.2信號(hào)、頻譜與調(diào)制

1.3本課程的特點(diǎn)思考題與習(xí)題2023/8/310第1章緒論1.1無(wú)線通信系統(tǒng)概述102023/9/24111.1無(wú)線通信系統(tǒng)概述1.1.1無(wú)線通信系統(tǒng)的組成典型的無(wú)線通信系統(tǒng)基本組成方框圖發(fā)信機(jī)收信機(jī)2023/8/3111.1無(wú)線通信系統(tǒng)概述1.1.1112023/9/2412話筒和揚(yáng)聲器屬于通信的終端設(shè)備，分別為信源和信宿。音頻放大器分別是為放大話筒輸出信號(hào)和推動(dòng)揚(yáng)聲器工作而設(shè)置的，屬低頻部件，本書(shū)不討論。調(diào)制：低頻→高頻；改變信號(hào)的某個(gè)參數(shù)。解調(diào)（檢波）：高頻→低頻(調(diào)制的逆過(guò)程)。變頻：已調(diào)制信號(hào)的頻率若不夠高，可根據(jù)需要進(jìn)行倍頻或上混(變)頻；若幅度不夠，可根據(jù)需要進(jìn)行若干級(jí)(通常有預(yù)放、激勵(lì)和輸出三級(jí))放大，經(jīng)天線輻射出去。接收機(jī)一般都采用超外差的形式，在通過(guò)高頻選頻放大(初步的選擇放大并抑制其它無(wú)用信號(hào))后進(jìn)行下混(變)頻，取出中頻后再進(jìn)行中頻放大(主選擇放大，具有較大的放大增益和較強(qiáng)的濾波能力)和其它處理，然后進(jìn)行解調(diào)。2023/8/312話筒和揚(yáng)聲器屬于通信的終端設(shè)備，分別為信122023/9/2413發(fā)送設(shè)備主要完成調(diào)制、上變頻、功率放大和濾波等功能。發(fā)送設(shè)備存在的兩種變換：將信源產(chǎn)生的原始信息變換成電信號(hào)，該信號(hào)的頻譜通常靠近零頻附近，屬于低頻信號(hào)，稱為基帶(Baseband)信號(hào)；

調(diào)制(Modulating)，是將基帶信號(hào)變換成適合在信道中傳輸?shù)男盘?hào)形式(一般為射頻或高頻的帶通信號(hào))。調(diào)制后的信號(hào)稱為已調(diào)信號(hào)(ModulatedSignal)，調(diào)制之前的基帶信號(hào)也可稱為調(diào)制信號(hào)(ModulatingSignal)。調(diào)制時(shí)還需要一個(gè)高頻振蕩信號(hào)，稱為載波(Carrier)，它可由高頻振蕩器(Oscillator)或頻率合成器(FrequencySynthesizer)產(chǎn)生。載波通常為單一頻率的正弦信號(hào)或脈沖信號(hào)。2023/8/313發(fā)送設(shè)備主要完成調(diào)制、上變頻、功率放大和132023/9/2414接收設(shè)備的任務(wù)主要是有選擇地放大空中微弱電磁信號(hào)(同時(shí)要盡可能保證信息的質(zhì)量)，并恢復(fù)有用信息。在接收設(shè)備中有相應(yīng)的兩種反變換。將接收到的已調(diào)信號(hào)變換(恢復(fù))為基帶信號(hào)的過(guò)程稱為解調(diào)(Demodulating)，把實(shí)現(xiàn)解調(diào)的部件稱為解調(diào)器(Demodulator)。解調(diào)時(shí)一般也需要一個(gè)本地的高頻振蕩信號(hào)，稱為恢復(fù)載波(或插入載波)。有時(shí)將收發(fā)設(shè)備中的調(diào)制器和解調(diào)器合稱為調(diào)制解調(diào)器(Modem)。2023/8/314接收設(shè)備的任務(wù)主要是有選擇地放大空中142023/9/2415返回2023/8/315返回152023/9/2416

第一章緒論返回2023/8/316第一章緒論返回162023/9/2417

第一章緒論返回2023/8/317第一章緒論返回172023/9/2418由上面的例子可以總結(jié)出無(wú)線通信系統(tǒng)的基本組成，從中也可看出高頻電路的基本內(nèi)容應(yīng)該包括:

(1)高頻振蕩器(信號(hào)源、載波信號(hào)或本地振蕩信號(hào))；

(2)放大器(高頻小信號(hào)放大器及高頻功率放大器)；

(3)混頻或變頻(高頻信號(hào)變換或處理)；

(4)調(diào)制與解調(diào)(高頻信號(hào)變換或處理)。2023/8/318由上面的例子可以總結(jié)出無(wú)線通信系統(tǒng)的182023/9/2419在無(wú)線通信系統(tǒng)中通常需要某些反饋控制電路，這些反饋控制電路主要是自動(dòng)增益控制(AGC)或自動(dòng)電平控制(ALC)電路，自動(dòng)頻率控制(AFC)電路和自動(dòng)相位控制(APC)電路(也稱鎖相環(huán)PLL)。

此外，還要考慮高頻電路中所用的元件、器件和組件，以及信道或接收機(jī)中的干擾與噪聲問(wèn)題。需要說(shuō)明的是，雖然許多通信設(shè)備可以用集成電路(IC)來(lái)實(shí)現(xiàn)，但是上述的單元電路通常都是由有源的和無(wú)源的元器件構(gòu)成的，既有線性電路，也有非線性電路。這些基本單元電路的組成、原理及有關(guān)技術(shù)問(wèn)題，就是本書(shū)的研究對(duì)象。

2023/8/319在無(wú)線通信系統(tǒng)中通常需要某些反饋控制192023/9/24201.1.2無(wú)線通信系統(tǒng)的類型

(1)工作頻段或傳輸手段：

中波通信

短波通信

超短波通信

微波通信

衛(wèi)星通信2023/8/3201.1.2無(wú)線通信系統(tǒng)的類型202023/9/2421

(2)通信方式(全)雙工。雙工通信是一種可以同時(shí)收發(fā)的通信方式半雙工。半雙工通信是一種既可以發(fā)也可以收但不能同時(shí)收發(fā)的通信方式；單工方式。所謂單工通信，指的是只能發(fā)或只能收的方式；

(3)調(diào)制方式調(diào)幅、調(diào)頻、調(diào)相、混合調(diào)制等。

2023/8/321(2)通信方式212023/9/2422(4)消息類型模擬通信數(shù)字通信(5)業(yè)務(wù)類型：話音通信、圖像通信、數(shù)據(jù)通信和多媒體通信等。2023/8/322(4)消息類型模擬通信222023/9/2423三種信號(hào)：基帶信號(hào)、載波信號(hào)、已調(diào)信號(hào)1.時(shí)間特性一個(gè)無(wú)線電信號(hào)，可以將它表示為電壓或電流的時(shí)間函數(shù)，通常用時(shí)域波形或數(shù)學(xué)表達(dá)式來(lái)描述。對(duì)于較簡(jiǎn)單的信號(hào)(如正弦波、周期性方波等)，用這種方法表示很方便。無(wú)線電信號(hào)的時(shí)間特性就是信號(hào)隨時(shí)間變化快慢的特性。信號(hào)的時(shí)間特性要求傳輸該信號(hào)的電路的時(shí)間特性(如時(shí)間常數(shù))與之相適應(yīng)。1.2信號(hào)、頻譜與調(diào)制2023/8/323三種信號(hào)：基帶信號(hào)、載波信號(hào)、已調(diào)信號(hào)232023/9/2424

2.頻譜特性對(duì)于較復(fù)雜的信號(hào)(如話音信號(hào)、圖像信號(hào)等)，用頻譜分析法表示較為方便。這是因?yàn)槿魏涡问降男盘?hào)都可以分解為許多不同頻率、不同幅度的正弦信號(hào)之和，如圖1-4所示。圖中實(shí)線為一重復(fù)頻率為F的方波脈沖信號(hào)，點(diǎn)劃線為該脈沖信號(hào)的直流分量，短虛線為其基波分量，長(zhǎng)虛線為其直流分量、基波分量和三次諧波分量之和。諧波次數(shù)越高，幅度越小，影響就越小。2023/8/3242.頻譜特性242023/9/2425

2023/8/325252023/9/2426圖1-4信號(hào)分解2023/8/326圖1-4信號(hào)分解262023/9/2427圖1-5頻譜圖2023/8/327圖1-5頻譜圖272023/9/2428對(duì)于周期性信號(hào)，可以表示為許多離散的頻率分量(各分量間成諧頻關(guān)系)；

對(duì)于非周期性信號(hào)，可以用傅里葉變換的方法分解為連續(xù)譜，信號(hào)為連續(xù)譜的積分。頻譜特性包含幅頻特性和相頻特性兩部分，它們分別反映信號(hào)中各個(gè)頻率分量的振幅和相位的分布情況。2023/8/328對(duì)于周期性信號(hào)，可以表示為許多離散的282023/9/2429舉例：2023/8/329舉例：292023/9/24302023/8/330302023/9/2431任何信號(hào)都會(huì)占據(jù)一定的帶寬。從頻譜特性上看，帶寬就是信號(hào)能量主要部分(一般為90%以上)所占據(jù)的頻率范圍或頻帶寬度。不同的信號(hào)，其帶寬不同，比如，話音的頻率范圍大致為100Hz～6kHz，其主要能量集中在300Hz～3.4kHz。射頻頻率越高，可利用的頻帶寬度就越寬，不僅可以容納許多互不干擾的信道，從而實(shí)現(xiàn)頻分復(fù)用或頻分多址，而且也可以傳播某些寬頻帶的消息信號(hào)(如圖像信號(hào))，這是無(wú)線通信采用高頻的原因之一。2023/8/331任何信號(hào)都會(huì)占據(jù)一定的帶寬。從頻譜特312023/9/2432

3.頻率特性任何信號(hào)都具有一定的頻率或波長(zhǎng)。我們這里所講的頻率特性就是無(wú)線電信號(hào)的頻率或波長(zhǎng)。電磁波輻射的波譜很寬，如圖1-6所示。2023/8/3323.頻率特性322023/9/2433

圖1-6電磁波波譜2023/8/333圖1-6電磁波波譜332023/9/2434無(wú)線電波只是一種波長(zhǎng)比較長(zhǎng)的電磁波，占據(jù)的頻率范圍很廣。在自由空間中，波長(zhǎng)與頻率存在以下關(guān)系:

c=fλ

(1-1)式中:c為光速，f和λ分別為無(wú)線電波的頻率和波長(zhǎng)，因此，無(wú)線電波也可以認(rèn)為是一種頻率相對(duì)較低的電磁波。對(duì)頻率或波長(zhǎng)進(jìn)行分段，分別稱為頻段或波段。不同頻段信號(hào)的產(chǎn)生、放大和接收的方法不同，傳播的能力和方式也不同，因而它們的分析方法和應(yīng)用范圍也不同。表1-1列出了無(wú)線電波的頻(波)段劃分、主要傳播方式和用途等。表中關(guān)于傳播方式和用途的劃分是相對(duì)而言的，相鄰頻段間無(wú)絕對(duì)的分界線。2023/8/334無(wú)線電波只是一種波長(zhǎng)比較長(zhǎng)的電磁波，342023/9/24352023/8/335352023/9/2436應(yīng)當(dāng)指出，不同頻段的信號(hào)具有不同的分析與實(shí)現(xiàn)方法，對(duì)于米波以上(含米波，λ≥1m)的信號(hào)通常用集總(中)參數(shù)的方法來(lái)分析與實(shí)現(xiàn)，而對(duì)于米波以下(λ<1m)的信號(hào)一般應(yīng)用分布參數(shù)的方法來(lái)分析與實(shí)現(xiàn)，當(dāng)然，這也是相對(duì)的。另外，從表中可以看出，頻段劃分中有一個(gè)“高頻”段，其頻率范圍為3～30MHz，這是“高頻”的狹義解釋，它指的就是短波頻段。本課程涉及的波段可從中波到微波波段。2023/8/336應(yīng)當(dāng)指出，不同頻段的信號(hào)具有不同的分362023/9/2437

4.傳播特性無(wú)線通信的傳輸媒質(zhì)主要是自由空間。頻率或波長(zhǎng)不同，電磁波在自由空間的傳播方式也不同。傳播特性指的是無(wú)線電信號(hào)的傳播方式、傳播距離、傳播特點(diǎn)等。無(wú)線電信號(hào)的傳播特性主要根據(jù)其所處的頻段或波段來(lái)區(qū)分。電磁波從發(fā)射天線輻射出去后，不僅電波的能量會(huì)擴(kuò)散，接收機(jī)只能收到其中極小的一部分，而且在傳播過(guò)程中，電波的能量會(huì)被地面、建筑物或高空的電離層吸收或反射，或者在大氣層中產(chǎn)生折射或散射等現(xiàn)象，從而造成到達(dá)接收機(jī)時(shí)的強(qiáng)度大大衰減。根據(jù)無(wú)線電波在傳播過(guò)程所發(fā)生的現(xiàn)象，電波的傳播方式主要有直射(視距)傳播、繞射(地波)傳播、折射和反射(天波)傳播及散射傳播等，如圖1-7所示。決定傳播方式和傳播特點(diǎn)的關(guān)鍵因素是無(wú)線電信號(hào)的頻率。2023/8/3374.傳播特性372023/9/2438圖1-7無(wú)線電波的主要傳播方式(a)直射傳播；(b)地面繞射傳播；(c)電離層反射傳播；(d)對(duì)流層散射傳播2023/8/338圖1-7無(wú)線電波的主要傳播方式382023/9/2439一般來(lái)講，無(wú)線電信號(hào)的輻射是多方向的。由于地球是一個(gè)巨大的導(dǎo)體，電波沿地面?zhèn)鞑?繞射)時(shí)能量會(huì)被吸收(趨膚效應(yīng)引起)，通常是波長(zhǎng)越長(zhǎng)(或頻率越低)，被吸收的能量越少，損耗就越小，因此，中、低頻(或中、長(zhǎng)波)信號(hào)可以以地波的方式繞射傳播很遠(yuǎn)，并且比較穩(wěn)定，多用作遠(yuǎn)距離通信與導(dǎo)航。實(shí)際上，繞射依賴于電波的波長(zhǎng)、物體的體積與形狀、繞射點(diǎn)入射波的振幅、相位和極化情況等，當(dāng)電波的波長(zhǎng)大于物體的體積時(shí)容易發(fā)生繞射。2023/8/339一般來(lái)講，無(wú)線電信號(hào)的輻射是多方向的392023/9/2440短波波段的無(wú)線電波沿地面?zhèn)鞑サ木嚯x很近，遠(yuǎn)距離傳播主要靠電離層。地球外部包裹著厚厚的大氣層，在大氣層中離地面60～600km的區(qū)域稱為電離層，它是由于太陽(yáng)和星際空間的輻射引起大氣電離而產(chǎn)生的。電離層從里往外可以分為D、E、F1、F2四層，D層和F1層在夜晚幾乎完全消失，因此經(jīng)常存在的是E層和F2層。電離層對(duì)通過(guò)的電波也有吸收作用，頻率越高的信號(hào)，電離層吸收能力越弱，或者說(shuō)電波的穿透能力越強(qiáng)。因此，頻率太高的信號(hào)會(huì)穿過(guò)電離層而達(dá)到外層空間。另一方面，電離層也是一層介質(zhì)，對(duì)射向它的無(wú)線電波會(huì)產(chǎn)生反射與折射作用。入射角越大，越易反射；入射角太小，容易折射。在通常情況下，對(duì)于短波信號(hào)，F(xiàn)2層是反射層，D、E層是吸收層(因?yàn)樗鼈兊碾娮用芏刃。粷M足反射條件)。F2層的高度約250～300km，2023/8/340短波波段的無(wú)線電波沿地面?zhèn)鞑サ木嚯x很402023/9/2441所以，一次反射的最大跳距約4000km。應(yīng)當(dāng)指出，由于電離層的狀態(tài)隨著時(shí)間(年、季、月、天、小時(shí)甚至更小單位)而變化，因此，利用電離層進(jìn)行的短波通信并不穩(wěn)定。但由于電離層離地面較高，因此，短波通信還是一種價(jià)格低廉的遠(yuǎn)距離通信方式。需要指出，電波的反射傳播不只是存在于電離層中。由于電波在不同性質(zhì)的介質(zhì)的交界處都會(huì)發(fā)生反射，因此，當(dāng)電波遇到比波長(zhǎng)大得多的物體時(shí)將產(chǎn)生反射，也就是說(shuō)，反射發(fā)生于地球表面、建筑物表面等許多地方。2023/8/341所以，一次反射的最大跳距約4000km412023/9/2442在離地面大約10～12km范圍內(nèi)的大氣層稱為對(duì)流層，該層的空氣密度較高，所有的大氣現(xiàn)象(如風(fēng)、雨、雷、電等)都發(fā)生在這一層。散射現(xiàn)象也主要發(fā)生在對(duì)流層。在這個(gè)層中由于大氣湍流運(yùn)動(dòng)等原因形成的不均勻性就是電波的散射源。散射具有很強(qiáng)的方向性和隨機(jī)性。接收到的能量與入射線和散射線的夾角有關(guān)。散射信號(hào)隨時(shí)間的變化分為慢衰落和快衰落兩種，前者決定于氣象條件，后者由多徑傳播引起。散射傳播還有一定的散射損耗。散射傳播距離約為100～500km，適合的頻率在400～6000MHz之間。需要指出，散射是在電波通過(guò)的介質(zhì)中存在小于波長(zhǎng)的物體并且單位體積內(nèi)阻擋體的個(gè)數(shù)非常大時(shí)產(chǎn)生的，因此，散射發(fā)生于粗糙表面、小物體或不規(guī)則物體等許多地方。2023/8/342在離地面大約10～12km范圍內(nèi)的422023/9/2443頻率較高的超短波及其更高頻率的無(wú)線電波，主要沿空間直線傳播。由于地球曲率的原因,直射傳播的距離有限，通常只能為視距，因此也稱為視距傳播。當(dāng)然，直線傳播方式可以通過(guò)架高天線、中繼或衛(wèi)星等方式來(lái)擴(kuò)大傳輸距離?？傊?，長(zhǎng)波信號(hào)以地波繞射為主；中波和短波信號(hào)可以以地波和天波兩種方式傳播，不過(guò)，前者以地波傳播為主，后者以天波(反射與折射)為主；超短波以上頻段的信號(hào)大多以直射方式傳播，也可以采用對(duì)流層散射的方式傳播。2023/8/343頻率較高的超短波及其更高頻率的無(wú)線電432023/9/2444

5.調(diào)制特性調(diào)制在無(wú)線通信中的作用至關(guān)重要。無(wú)線電傳播一般都要采用高頻(射頻)的另一個(gè)原因就是高頻適于天線輻射和無(wú)線傳播。只有當(dāng)天線的尺寸大到可以與信號(hào)波長(zhǎng)相比擬時(shí)，天線的輻射效率才會(huì)較高，從而以較小的信號(hào)功率傳播較遠(yuǎn)的距離，接收天線也才能有效地接收信號(hào)。若把低頻的調(diào)制信號(hào)直接饋送至天線上，要想將它有效地變換成電磁波輻射，則所需天線的長(zhǎng)度幾乎無(wú)法實(shí)現(xiàn)。如果通過(guò)調(diào)制，把調(diào)制信號(hào)的頻譜搬至高頻載波頻率，則收發(fā)天線的尺寸就可大為縮小。此外，調(diào)制還有一個(gè)重要作用就是可以實(shí)現(xiàn)信道的復(fù)用，提高信道利用率。所謂調(diào)制，就是用調(diào)制信號(hào)去控制高頻載波的參數(shù)，使載波信號(hào)的某一個(gè)或幾個(gè)參數(shù)(振幅、頻率或相位)按照調(diào)制信號(hào)的規(guī)律變化。2023/8/3445.調(diào)制特性442023/9/2445根據(jù)載波受調(diào)制參數(shù)的不同，調(diào)制分為三種基本方式，它們是振幅調(diào)制(調(diào)幅)、頻率調(diào)制(調(diào)頻)、相位調(diào)制(調(diào)相)，分別用AM、FM、PM表示，還可以有組合調(diào)制方式。當(dāng)調(diào)制信號(hào)為數(shù)字信號(hào)調(diào)制時(shí)，通常稱為鍵控，三種基本的鍵控方式為振幅鍵控(ASK)、頻率鍵控(FSK)和相位鍵控(PSK)。一般情況下，高頻載波為單一頻率的正弦波，對(duì)應(yīng)的調(diào)制為正弦調(diào)制。若載波為一脈沖信號(hào)，則稱這種調(diào)制為脈沖調(diào)制。本課程中主要討論模擬消息(調(diào)制)信號(hào)和正弦載波的模擬調(diào)制，但這些原理甚至電路完全可以推廣到數(shù)字調(diào)制中去。不同的調(diào)制信號(hào)和不同的調(diào)制方式，其調(diào)制特性不同。調(diào)制的逆過(guò)程稱為解調(diào)或檢波，其作用是將已調(diào)信號(hào)中的原調(diào)制信號(hào)恢復(fù)出來(lái)。2023/8/345根據(jù)載波受調(diào)制參數(shù)的不同，調(diào)制分為三452023/9/2446

1-1畫(huà)出無(wú)線通信收發(fā)信機(jī)的原理框圖，并說(shuō)出各部分的功用。

1-2無(wú)線通信為什么要用高頻信號(hào)？“高頻”信號(hào)指的是什么？

1-3無(wú)線通信為什么要進(jìn)行調(diào)制？如何進(jìn)行調(diào)制？

1-4無(wú)線電信號(hào)的頻段或波段是如何劃分的？各個(gè)頻段的傳播特性和應(yīng)用情況如何？思考題與習(xí)題2023/8/3461-1畫(huà)出無(wú)線通信收發(fā)信機(jī)的原理46第2章高頻電路基礎(chǔ)2.1高頻電路中的元器件2.2高頻電路中的組件2.3阻抗變換與阻抗匹配2.4電子噪聲2.5非線性失真思考題與習(xí)題

第2章高頻電路基礎(chǔ)2.1高頻電路中的元器件472.1.1高頻電路中的元件1．電阻器一個(gè)實(shí)際的電阻器，在低頻時(shí)主要表現(xiàn)為電阻特性，但在高頻使用時(shí)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。電阻器的電抗特性反映的就是其高頻特性。一個(gè)電阻R的高頻等效電路如圖2-1所示，其中，CR為分布電容，LR為引線電感，R為電阻。分布電容和引線電感越小，表明電阻的高頻特性越好。電阻器的高頻特性與制作電阻的材料、電阻的封裝形式和尺寸大小有密切關(guān)系。一般說(shuō)來(lái)，金屬膜電阻比碳膜電阻的高頻特性要好，而碳膜電阻比線繞電阻的高頻特性要好;表面貼裝(SMD)電阻比引線電阻的高頻特性要好;小尺寸的電阻比大尺寸的電阻的高頻特性要好。2.1高頻電路中的元器件2.1.1高頻電路中的元件2.1高頻電路中的元器件48圖2-1電阻的高頻等效電路圖2-1電阻的高頻等效電路49

2.電容器由介質(zhì)隔開(kāi)的兩導(dǎo)體即構(gòu)成電容。作為電路元件的電容器一般只考慮其電容量值(標(biāo)稱值)，在理論上也只按電容量來(lái)處理。但實(shí)際上一個(gè)電容器的等效電路卻如圖2-2(a)所示。其中，電阻RC為極間絕緣電阻，它是由于兩導(dǎo)體間的介質(zhì)的非理想(非完全絕緣)所致，通常用損耗角δ或品質(zhì)因數(shù)QC來(lái)表示;電感LC為分布電感或(和)極間電感，小容量電容器的引線電感也是其重要組成部分。2.電容器50圖2-2電容器的高頻等效電路(a)電容器的等效電路;(b)電容器的阻抗特性圖2-2電容器的高頻等效電路51理想電容器的阻抗為1/(jωC)，如圖2-2(b)虛線所示，其中，f為工作頻率，ω=2πf。但實(shí)際的電容器在高頻運(yùn)用時(shí)的阻抗頻率特性如圖2-2(b)實(shí)線所示，呈V形特性，而且其具體形狀與電容器的種類和電容量的不同有關(guān)。由此可知，每個(gè)電容器都有一個(gè)自身諧振頻率SRF(SelfResonantFrequency)。當(dāng)工作頻率小于自身諧振頻率時(shí)，電容器呈正常的電容特性，但當(dāng)工作頻率大于自身諧振頻率時(shí)，電容器將等效為一個(gè)電感。理想電容器的阻抗為1/(jωC)，如圖2-2(b)虛線所52

3.電感器高頻電感器與普通電感器一樣，電感量是其主要參數(shù)。電感量L產(chǎn)生的感抗為jωL，其中，ω為工作角頻率。高頻電感器一般由導(dǎo)線繞制(空心或有磁芯、單層或多層)而成(也稱電感線圈)，由于導(dǎo)線都有一定的直流電阻，所以高頻電感器具有直流電阻R。把兩個(gè)或多個(gè)電感線圈靠近放置就可組成一個(gè)高頻變壓器。3.電感器53工作頻率越高，趨膚效應(yīng)越強(qiáng)，再加上渦流損失、磁芯電感在磁介質(zhì)內(nèi)的磁滯損失以及由電磁輻射引起的能量損失等，都會(huì)使高頻電感的等效電阻(交流電阻)大大增加。一般地，交流電阻遠(yuǎn)大于直流電阻，因此，高頻電感器的電阻主要指交流電阻。但在實(shí)際中，并不直接用交流電阻來(lái)表示高頻電感器的損耗性能，而是引入一個(gè)易于測(cè)量、使用方便的參數(shù)——品質(zhì)因數(shù)Q來(lái)表征。品質(zhì)因數(shù)Q定義為高頻電感器的感抗與其串聯(lián)損耗電阻之比。Q值越高，表明該電感器的儲(chǔ)能作用越強(qiáng)，損耗越小。因此，在中短波段和米波波段，高頻電感可等效為電感和電阻的串聯(lián)或并聯(lián)。工作頻率越高，趨膚效應(yīng)越強(qiáng)，再加上渦流損失、磁芯電感在磁54若工作頻率更高，電感內(nèi)線圈匝與匝之間及各匝與地之間的分布電容的作用就十分明顯，等效電路應(yīng)考慮電感兩端總的分布電容，它應(yīng)與電感并聯(lián)。與電容器類似，高頻電感器也具有自身諧振頻率SRF。在SRF上，高頻電感的阻抗的幅值最大，而相角為零，如圖2-3所示。若工作頻率更高，電感內(nèi)線圈匝與匝之間及各匝與地之間的分布55圖2-3高頻電感器的自身諧振頻率SRF圖2-3高頻電感器的自身諧振頻率SRF562.1.2高頻電路中的有源器件1.二極管半導(dǎo)體二極管在高頻中主要用于檢波、調(diào)制、解調(diào)及混頻等非線性變換電路中，工作在低電平。因此主要用點(diǎn)接觸式二極管和表面勢(shì)壘二極管(又稱肖特基二極管)。兩者都利用多數(shù)載流子導(dǎo)電機(jī)理，它們的極間電容小、工作頻率高。常用的點(diǎn)接觸式二極管(如2AP系列)，工作頻率可到100～200MHz，而表面勢(shì)壘二極管，工作頻率可高至微波范圍。2.1.2高頻電路中的有源器件57另一種在高頻中應(yīng)用很廣的二極管是變?nèi)荻O管，其特點(diǎn)是電容隨偏置電壓變化。我們知道，半導(dǎo)體二極管具有PN結(jié)，而PN結(jié)具有電容效應(yīng)，它包括擴(kuò)散電容和勢(shì)壘電容。當(dāng)PN結(jié)正偏時(shí)，擴(kuò)散效應(yīng)起主要作用；而當(dāng)PN結(jié)反偏時(shí)，勢(shì)壘電容將起主要作用。利用PN結(jié)反偏時(shí)勢(shì)壘電容隨外加反偏電壓變化的機(jī)理，在制作時(shí)用專門工藝和技術(shù)經(jīng)特殊處理而制成的具有較大電容變化范圍的二極管就是變?nèi)荻O管。變?nèi)荻O管的結(jié)電容Cj與外加反偏電壓u之間呈非線性關(guān)系(見(jiàn)第7章)。變?nèi)荻O管在工作時(shí)處于反偏截止?fàn)顟B(tài)，基本上不消耗能量，噪聲小，效率高。將它用于振蕩回路中，可以作成電調(diào)諧器，也可以構(gòu)成自動(dòng)調(diào)諧電路等。變?nèi)莨苋粲糜谡袷幤髦?，可以通過(guò)改變電壓來(lái)改變振蕩信號(hào)的頻率。這種振蕩器稱為壓控振蕩器(VCO)。壓控振蕩器是鎖相環(huán)路的一個(gè)重要部件。電調(diào)諧器和壓控振蕩器也廣泛用于電視接收機(jī)的高頻頭中。具有變?nèi)菪?yīng)的某些微波二極管(微波變?nèi)莨?還可以進(jìn)行非線性電容混頻、倍頻。另一種在高頻中應(yīng)用很廣的二極管是變?nèi)荻O管，其特點(diǎn)是電58還有一種以P型、N型和本征(I)型三種半導(dǎo)體構(gòu)成的PIN二極管，它具有較強(qiáng)的正向電荷儲(chǔ)存能力。它的高頻等效電阻受正向直流電流的控制，是一電可調(diào)電阻。它在高頻及微波電路中可以用作電可控開(kāi)關(guān)、限幅器、電調(diào)衰減器或電調(diào)移相器。還有一種以P型、N型和本征(I)型三種半導(dǎo)體構(gòu)成的PIN592.晶體管與場(chǎng)效應(yīng)管(FET)在高頻中應(yīng)用的晶體管仍然是雙極晶體管和各種場(chǎng)效應(yīng)管，這些管子比用于低頻的管子性能更好，在外形結(jié)構(gòu)方面也有所不同。2.晶體管與場(chǎng)效應(yīng)管(FET)60高頻晶體管有兩大類型:一類是作小信號(hào)放大的高頻小功率管，對(duì)它們的主要要求是高增益和低噪聲;另一類為高頻功率放大管，除了增益外，要求其在高頻有較大的輸出功率。目前雙極型小信號(hào)放大管，工作頻率可達(dá)幾千兆赫茲，噪聲系數(shù)為幾分貝。小信號(hào)的場(chǎng)效應(yīng)管也能工作在同樣高的頻率，且噪聲更低。一種稱為砷化鎵的場(chǎng)效應(yīng)管，其工作頻率可達(dá)十幾千兆赫茲以上。在高頻大功率晶體管方面，在幾百兆赫茲以下頻率，雙極型晶體管的輸出功率可達(dá)十幾瓦至上百瓦。而金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管(MOSFET)，甚至在幾千兆赫茲的頻率上還能輸出幾瓦功率。有關(guān)晶體管和場(chǎng)效應(yīng)管的高頻等效電路、性能參數(shù)及分析方法將在第3章中進(jìn)行較為詳細(xì)的描述。高頻晶體管有兩大類型:一類是作小信號(hào)放大的高頻小功率管613.集成電路用于高頻的集成電路的類型和品種要比用于低頻的集成電路少得多，主要分為通用型和專用型兩種。目前通用型的寬帶集成放大器，工作頻率可達(dá)一二百兆赫茲，增益可達(dá)五六十分貝，甚至更高。用于高頻的晶體管模擬相乘器，工作頻率也可達(dá)一百兆赫茲以上。隨著集成技術(shù)的發(fā)展，也生產(chǎn)出了一些高頻的專用集成電路(ASIC)。其中包括集成鎖相環(huán)、集成調(diào)頻信號(hào)解調(diào)器、單片集成接收機(jī)以及電視機(jī)中的專用集成電路等。由于各種有源器件的基本原理在有關(guān)前修課程中已經(jīng)討論過(guò)，而它們的具體應(yīng)用在本書(shū)各章中又將詳細(xì)討論，這里只對(duì)高頻電路中有源器件的應(yīng)用作一概括性的綜述，下面將著重介紹和討論用于高頻中的無(wú)源網(wǎng)絡(luò)。3.集成電路622.2.1高頻振蕩回路高頻振蕩回路是高頻電路中應(yīng)用最廣的無(wú)源網(wǎng)絡(luò)，也是構(gòu)成高頻放大器、振蕩器以及各種濾波器的主要部件，在電路中完成阻抗變換、信號(hào)選擇等任務(wù)，并可直接作為負(fù)載使用。下面分簡(jiǎn)單振蕩回路、抽頭并聯(lián)振蕩回路和耦合振蕩回路三部分來(lái)討論。2.2高頻電路中的組件2.2.1高頻振蕩回路2.2高頻電路中的組件631.簡(jiǎn)單振蕩回路振蕩回路就是由電感和電容串聯(lián)或并聯(lián)形成的回路。只有一個(gè)回路的振蕩電路稱為簡(jiǎn)單振蕩回路或單振蕩回路。簡(jiǎn)單振蕩回路的阻抗在某一特定頻率上具有最大或最小值的特性稱為諧振特性，這個(gè)特定頻率稱為諧振頻率。簡(jiǎn)單振蕩回路具有諧振特性和頻率選擇作用，這是它在高頻電子線路中得到廣泛應(yīng)用的重要原因。1.簡(jiǎn)單振蕩回路641)串聯(lián)諧振回路圖2-4(a)是最簡(jiǎn)單的串聯(lián)振蕩回路。圖中，r是電感線圈L中的損耗電阻，r通常很小，可以忽略，C為電容。振蕩回路的諧振特性可以從它們的阻抗頻率特性看出來(lái)。對(duì)于圖2-4(a)的串聯(lián)振蕩回路，當(dāng)信號(hào)角頻率為ω時(shí)，其串聯(lián)阻抗為1)串聯(lián)諧振回路65回路電抗

、回路阻抗的模|ZS|和輻角隨ω變化的曲線分別如圖2-4(b)、(c)和(d)所示。由圖可知，當(dāng)ω<ω0時(shí)，回路呈容性，|ZS|>r;當(dāng)ω>ω0時(shí)，回路呈感性，|ZS|>r;當(dāng)ω=ω0時(shí)，感抗與容抗相等，|ZS|最小，并為一純電阻r，我們稱此時(shí)發(fā)生了串聯(lián)諧振，且串聯(lián)諧振角頻率ω0為(2-2)串聯(lián)諧振頻率是串聯(lián)振蕩回路的一個(gè)重要參數(shù)?；芈冯娍埂⒒芈纷杩沟哪ZS|和輻角隨ω66圖2-4串聯(lián)振蕩回路及其特性圖2-4串聯(lián)振蕩回路及其特性67若在串聯(lián)振蕩回路兩端加一恒壓信號(hào)，則發(fā)生串聯(lián)諧振時(shí)因阻抗最小，流過(guò)電路的電流最大，稱為諧振電流，其值為(2-3)若在串聯(lián)振蕩回路兩端加一恒壓信號(hào)，則發(fā)生串聯(lián)諧振時(shí)因68在任意頻率下的回路電流與諧振電流之比為(2-4)在任意頻率下的回路電流與諧振電流之比為69其模為(2-5)其中，(2-6)其模為70圖2-5串聯(lián)諧振回路的諧振曲線圖2-5串聯(lián)諧振回路的諧振曲線71稱為回路的品質(zhì)因數(shù)，它是振蕩回路的另一個(gè)重要參數(shù)。根據(jù)式(2-5)畫(huà)出相應(yīng)的曲線如圖2-5所示，稱為諧振曲線。由圖可知，回路的品質(zhì)因數(shù)越高，諧振曲線越尖銳，回路的選擇性越好。因此，回路品質(zhì)因數(shù)的大小可以說(shuō)明回路選擇性的好壞。另外一個(gè)反映回路選擇性好壞的參數(shù)——矩形系數(shù)的概念將在后面給出。在高頻中通常Q是遠(yuǎn)大于1的值(一般電感線圈的Q值為幾十到一二百)。在串聯(lián)回路中，電阻、電感、電容上的電壓值與阻抗值成正比，因此串聯(lián)諧振時(shí)電感及電容上的電壓為最大，其值為電阻上電壓值的Q倍，也就是恒壓源的電壓值的Q倍。發(fā)生諧振的物理意義是，此時(shí)，電容中儲(chǔ)存的電能和電感中儲(chǔ)存的磁能周期性地轉(zhuǎn)換，并且儲(chǔ)存的最大能量相等。稱為回路的品質(zhì)因數(shù)，它是振蕩回路的另一個(gè)重要參數(shù)。根據(jù)式72在實(shí)際應(yīng)用中，外加信號(hào)的頻率ω與回路諧振頻率ω0之差Δω=ω－ω0表示頻率偏離諧振的程度，稱為失諧。當(dāng)ω與ω0很接近時(shí)，(2-7)在實(shí)際應(yīng)用中，外加信號(hào)的頻率ω與回路諧振頻率ω0之差Δω73令(2-8)為廣義失諧，則式(2-5)可寫(xiě)成(2-9)當(dāng)保持外加信號(hào)的幅值不變而改變其頻率時(shí)，將回路電流值下降為諧振值的時(shí)對(duì)應(yīng)的頻率范圍稱為回路的通頻帶，也稱回路帶寬，通常用B來(lái)表示。令式(2-9)等于≈0.707，則可推得ξ=±1，從而可得帶寬B0.707或B0.7為(2-10)令74應(yīng)當(dāng)指出，以上所用到的品質(zhì)因數(shù)都是指回路沒(méi)有外加負(fù)載時(shí)的值，稱為空載Q值或Q0。當(dāng)回路有外加負(fù)載時(shí)，品質(zhì)因數(shù)要用有載Q值或QL來(lái)表示，其中的電阻r應(yīng)為考慮負(fù)載后的總的損耗電阻。串聯(lián)振蕩回路的相位特性與其輻角特性相反。在諧振時(shí)回路中的電流、電壓關(guān)系如圖2-6所示，圖中與同相，和分別為電感和電容上的電壓。由圖可知，和反相。應(yīng)當(dāng)指出，以上所用到的品質(zhì)因數(shù)都是指回路沒(méi)有外加負(fù)載時(shí)的75圖2-6串聯(lián)回路在諧振時(shí)的電流、電壓關(guān)系圖2-6串聯(lián)回路在諧振時(shí)的電流、電壓關(guān)系762)并聯(lián)諧振回路串聯(lián)諧振回路適用于電源內(nèi)阻為低內(nèi)阻(如恒壓源)的情況或低阻抗的電路(如微波電路)。當(dāng)頻率不是非常高時(shí)，并聯(lián)諧振回路應(yīng)用最廣。并聯(lián)諧振回路是與串聯(lián)諧振回路對(duì)偶的電路，其等效電路、阻抗特性和輻角特性分別如圖2-7(b)、(c)和(d)所示。2)并聯(lián)諧振回路77圖2-7并聯(lián)諧振回路及其等效電路、阻抗特性和輻角特性(a)并聯(lián)諧振回路;(b)等效電路;(c)阻抗特性;(d)輻角特性圖2-7并聯(lián)諧振回路及其等效電路、阻抗特性和輻角特性78并聯(lián)諧振回路的并聯(lián)阻抗為(2-11)我們也定義使感抗與容抗相等的頻率為并聯(lián)諧振頻率ω0，令Zp的虛部為零，求解方程的根就是ω0，可得式中，Q為回路的品質(zhì)因數(shù)，有并聯(lián)諧振回路的并聯(lián)阻抗為79當(dāng)Q>>1時(shí)，。回路在諧振時(shí)的阻抗最大，為一電阻R0(2-12)我們還關(guān)心并聯(lián)回路在諧振頻率附近的阻抗特性，同樣考慮高Q條件下，可將式(2-11)表示為(2-13)當(dāng)Q>>1時(shí)，?；芈吩谥C振時(shí)的阻抗最大，為一電阻R80并聯(lián)回路通常用于窄帶系統(tǒng)，此時(shí)ω與ω0相差不大，式(2-13)可進(jìn)一步簡(jiǎn)化為(2-14)式中，Δω=ω－ω0。對(duì)應(yīng)的阻抗模值與幅角分別為(2-15)(2-16)并聯(lián)回路通常用于窄帶系統(tǒng)，此時(shí)ω與ω0相差不大，式(2-81上述特性可以在圖2-7中反映出來(lái)。在圖2-7(b)的等效電路中，并聯(lián)電阻R0是等效到回路兩端的并聯(lián)諧振電阻，電感和電容中沒(méi)有損耗電阻。從圖2-7(c)、(d)可以看出，Q值越高，阻抗和幅角在諧振頻率附近變化就越快。對(duì)于并聯(lián)諧振回路，若將阻抗值下降為的頻率范圍稱為通頻帶B，則它與式(2-10)相同。上述特性可以在圖2-7中反映出來(lái)。在圖2-7(b)的等效82在圖2-7(b)的等效電路中，流過(guò)L的電流是感性電流，它落后于回路兩端電壓90°。是容性電流，超前于回路兩端電壓90°。則與回路電壓同相。諧振時(shí)與相位相反，大小相等。此時(shí)流過(guò)回路的電流正好就是流過(guò)R0的電流。由式(2-12)還可看出，由于回路并聯(lián)諧振電阻R0為ω0L(或1/ω0C)的Q倍，并聯(lián)電路各支路電流大小與阻抗成反比，因此電感和電容中的電流為外部電流的Q倍，即有

IL=IC=QI(2-17)圖2-8表示了并聯(lián)振蕩回路中諧振時(shí)的電流、電壓關(guān)系。在圖2-7(b)的等效電路中，流過(guò)L的電流是感性電流83圖2-8并聯(lián)回路中諧振時(shí)的電流、電壓關(guān)系圖2-8并聯(lián)回路中諧振時(shí)的電流、電壓關(guān)系84當(dāng)信號(hào)頻率低于諧振頻率，即ω<ω0時(shí)，感抗小于容抗，此時(shí)整個(gè)回路呈感性阻抗;當(dāng)ω>ω0時(shí)，整個(gè)回路呈容性阻抗。圖2-7(d)也表示出了此關(guān)系。應(yīng)當(dāng)指出，以上討論的是高Q的情況。如果Q值較低時(shí)，并聯(lián)振蕩回路諧振頻率將低于高Q情況的頻率，并使諧振曲線和相位特性隨著Q值而偏離。下面舉一例說(shuō)明簡(jiǎn)單并聯(lián)振蕩回路的計(jì)算。當(dāng)信號(hào)頻率低于諧振頻率，即ω<ω0時(shí)，感抗小于容抗，此時(shí)85

例2-1設(shè)一放大器以簡(jiǎn)單并聯(lián)振蕩回路為負(fù)載，信號(hào)中心頻率fs=10MHz，回路電容C=50pF，(1)試計(jì)算所需的線圈電感值。(2)若線圈品質(zhì)因數(shù)為Q=100，試計(jì)算回路諧振電阻及回路帶寬。(3)若放大器所需的帶寬B0.7=0.5Hz，則應(yīng)在回路上并聯(lián)多大電阻才能滿足放大器所需帶寬要求?例2-1設(shè)一放大器以簡(jiǎn)單并聯(lián)振蕩回路為負(fù)載，信號(hào)中86

解

(1)計(jì)算L值。由式(2-2)，可得將f0以兆赫茲(MHz)為單位，Ｃ以皮法(pF)為單位，L以微亨(μH)為單位，上式可變?yōu)橐粚?shí)用計(jì)算公式:將f0=fs=10MHz代入，得解87(2)回路諧振電阻和帶寬。由式(2-12)回路帶寬為(2)回路諧振電阻和帶寬。由式(2-12)88(3)求滿足0.5MHz帶寬的并聯(lián)電阻。設(shè)回路上并聯(lián)電阻為R1，并聯(lián)后的總電阻為R1∥R0，總的回路有載品質(zhì)因數(shù)為QL。由帶寬公式，有

此時(shí)要求的帶寬B0.7=0.5MHz，故回路總電阻為需要在回路上并聯(lián)7.97kΩ的電阻。(3)求滿足0.5MHz帶寬的并聯(lián)電阻。設(shè)回路上并89

2.抽頭并聯(lián)振蕩回路在實(shí)際應(yīng)用中，常常用到激勵(lì)源或負(fù)載與回路電感或電容部分連接的并聯(lián)振蕩回路，即抽頭并聯(lián)振蕩回路。圖2-9是幾種常用的抽頭振蕩回路。采用抽頭回路，可以通過(guò)改變抽頭位置或電容分壓比來(lái)實(shí)現(xiàn)回路與信號(hào)源的阻抗匹配(如圖2-9(a)、(b))，或者進(jìn)行阻抗變換(如圖2-9(d)、(e))。也就是說(shuō)，除了回路的基本參數(shù)ω0、Q和R0外，還增加了一個(gè)可以調(diào)節(jié)的因子。這個(gè)調(diào)節(jié)因子就是接入系數(shù)(抽頭系數(shù))p。它被定義為:與外電路相連的那部分電抗與本回路參與分壓的同性質(zhì)總電抗之比。p也可以用電壓比來(lái)表示，即(2-18)2.抽頭并聯(lián)振蕩回路90因此，又把抽頭系數(shù)稱為電壓比或變比。下面簡(jiǎn)單分析圖2-9(a)和(b)兩種電路。仍然考慮窄帶高Q的實(shí)際情況。對(duì)于圖2-9(a)，設(shè)回路處于諧振或失諧不大時(shí)，流過(guò)電感的電流L仍然比外部電流大得多，即IL>>I，因而UT比U大。當(dāng)諧振時(shí)，輸入端呈現(xiàn)的電阻設(shè)為R，從功率相等的關(guān)系看，有(2-19)因此，又把抽頭系數(shù)稱為電壓比或變比。下面簡(jiǎn)單分析圖2-991其中，接入系數(shù)p用元件參數(shù)表示時(shí)則要復(fù)雜些。仍假設(shè)滿足IL>>I，并設(shè)抽頭部分的電感為L(zhǎng)1，若忽略兩部分間的互感，則接入系數(shù)為p=L1/L。實(shí)際上，一般是有互感的。設(shè)上下兩段線圈間的互感值為M，則接入系數(shù)p=(L1+M)/L。對(duì)于緊耦合的線圈電感(即后面將介紹的帶抽頭的高頻變壓器)，設(shè)抽頭的線圈匝數(shù)為N1，總匝數(shù)為N，因線圈上的電壓與匝數(shù)成比例，其接入系數(shù)為p=N1/N。其中，接入系數(shù)p用元件參數(shù)表示時(shí)則要復(fù)雜些。仍假設(shè)滿足IL>92圖2-9幾種常見(jiàn)抽頭振蕩回路圖2-9幾種常見(jiàn)抽頭振蕩回路93事實(shí)上，接入系數(shù)的概念不只是對(duì)諧振回路適用，在非諧振回路中通常用電壓比來(lái)定義接入系數(shù)。根據(jù)分析，在回路失諧不大，p又不是很小的情況下，輸入端的阻抗也有類似關(guān)系(2-20)對(duì)于圖2-9(b)的電路，其接入系數(shù)p可以直接用電容比值表示為(2-21)事實(shí)上，接入系數(shù)的概念不只是對(duì)諧振回路適用，在非諧振回路94在實(shí)際中，除了阻抗需要折合外，有時(shí)信號(hào)源也需要折合。對(duì)于電壓源，由式(2-18)可得U=pUT

對(duì)于如圖2-10所示的電流源，其折合關(guān)系為IT=pI(2-22)需要注意，對(duì)信號(hào)源進(jìn)行折合時(shí)的變比是p，而不是p2。在實(shí)際中，除了阻抗需要折合外，有時(shí)信號(hào)源也需要折合。對(duì)于95圖2-10電流源的折合圖2-10電流源的折合96在抽頭回路中，由于激勵(lì)端的電壓U小于回路兩端電壓UT，從功率等效的概念來(lái)考慮，回路要得到同樣功率，抽頭端的電流要更大些(與不抽頭回路相比)。這也意味著諧振時(shí)的回路電流IL和IC與I的比值要小些，而不再是Q倍。由及在抽頭回路中，由于激勵(lì)端的電壓U小于回路兩端電壓UT，從97可得IL=pQI(2-23)接入系數(shù)p越小，IL與I的比值也越小。在上面的分析中，曾假設(shè)IL>>I,當(dāng)p較小時(shí)將不能滿足，因此阻抗(2-20)的近似公式的適用條件為IL/I=Pq>>1。

例2-2如圖2-11，抽頭回路由電流源激勵(lì)，忽略回路本身的固有損耗，試求回路兩端電壓u(t)的表示式及回路帶寬?？傻?8圖2-11例2的抽頭回路圖2-11例2的抽頭回路99

解由于忽略了回路本身的固有損耗，因此可以認(rèn)為Q→∞。由圖可知，回路電容為諧振角頻率為電阻R1的接入系數(shù)等效到回路兩端的電阻為解由于忽略了回路本身的固有損耗，因此可以認(rèn)為Q→∞。100回路兩端電壓u(t)與i(t)同相，電壓振幅U=IR=2V，故輸出電壓為回路有載品質(zhì)因數(shù)回路帶寬在上述近似計(jì)算中，u1(t)與u(t)同相。考慮到R1對(duì)實(shí)際分壓比的影響，u1(t)與u(t)之間還有一小的相移。回路兩端電壓u(t)與i(t)同相，電壓振幅U=IR=2V1013.耦合振蕩回路在高頻電路中，有時(shí)用到兩個(gè)互相耦合的振蕩回路，也稱為雙調(diào)諧回路。把接有激勵(lì)信號(hào)源的回路稱為初級(jí)回路，把與負(fù)載相接的回路稱為次級(jí)回路或負(fù)載回路。圖2-12是兩種常見(jiàn)的耦合回路。圖2-12(a)是互感耦合電路，圖2-12(b)是電容耦合回路。3.耦合振蕩回路102圖2-12兩種常見(jiàn)的耦合回路及其等效電路圖2-12兩種常見(jiàn)的耦合回路及其等效電路103耦合振蕩回路在高頻電路中的主要功用，一是用來(lái)進(jìn)行阻抗轉(zhuǎn)換以完成高頻信號(hào)的傳輸;一是形成比簡(jiǎn)單振蕩回路更好的頻率特性。通常應(yīng)用時(shí)都滿足下述兩個(gè)條件:一是兩個(gè)回路都對(duì)信號(hào)頻率調(diào)諧;另一個(gè)是都為高Q電路。下面以圖2-12(a)的互感耦合回路為主來(lái)分析說(shuō)明它的原理和特性。反映兩回路耦合大小的是兩線圈間的互感M，以及互感與初次級(jí)電感L1、L2的大小關(guān)系。耦合阻抗為Zm=jXm=jωM。為了反映兩回路的相對(duì)耦合程度，可以引入一耦合系數(shù)k，它定義為Xm與初次級(jí)中與Xm同性質(zhì)兩電抗的幾何平均值之比，即(2-24)耦合振蕩回路在高頻電路中的主要功用，一是用來(lái)進(jìn)行阻抗轉(zhuǎn)換104對(duì)于圖2-12(b)電路，耦合系數(shù)為(2-25)根據(jù)電路理論，當(dāng)初級(jí)有信號(hào)源激勵(lì)時(shí)，初級(jí)回路電流通過(guò)耦合阻抗將在次級(jí)回路中產(chǎn)生一感應(yīng)電勢(shì)，從而在次級(jí)回路中產(chǎn)生電流。次級(jí)回路必然要對(duì)初級(jí)回路產(chǎn)生反作用(即要在初級(jí)產(chǎn)生反電勢(shì))，此反作用可以通過(guò)在初級(jí)回路中引入一反映(射)阻抗Zf來(lái)等效。反映阻抗為(2-26)

對(duì)于圖2-12(b)電路，耦合系數(shù)為105

Z2是次級(jí)回路的串聯(lián)阻抗，它具有串聯(lián)諧振的特性。當(dāng)次級(jí)回路諧振時(shí)，Zf為一電阻rf，會(huì)使初級(jí)并聯(lián)諧振電阻下降。在次級(jí)失諧時(shí)，Zf為一隨頻率變化的感性阻抗(ω<ω0)或容性阻抗(ω>ω0)。顯然，Zf的影響會(huì)使初級(jí)的并聯(lián)阻抗Z1和初次級(jí)的轉(zhuǎn)移阻抗Z21的頻率特性發(fā)生變化。Z2是次級(jí)回路的串聯(lián)阻抗，它具有串聯(lián)諧振的特性。當(dāng)次級(jí)回106耦合回路常作為四端網(wǎng)絡(luò)(兩端口網(wǎng)絡(luò))應(yīng)用，我們更關(guān)心的是它的轉(zhuǎn)移阻抗的頻率特性。假設(shè)兩回路的電感、電容和品質(zhì)因數(shù)相同(這是常見(jiàn)的情況)，在此條件下來(lái)分析轉(zhuǎn)移阻抗。此時(shí)有L1=L2=L,C1=C2=C,Q1=Q2=Q再引入兩個(gè)參數(shù)，廣義失諧(2-27)耦合因子A=kQ(2-28)初次級(jí)串聯(lián)阻抗可分別表示為耦合阻抗為耦合回路常作為四端網(wǎng)絡(luò)(兩端口網(wǎng)絡(luò))應(yīng)用，我們更關(guān)心的是107由圖2-12(c)等效電路，轉(zhuǎn)移阻抗為(2-29)由次級(jí)感應(yīng)電勢(shì)產(chǎn)生，有考慮次級(jí)的反映阻抗，則將上兩式代入式(2-29)，再考慮其它關(guān)系，經(jīng)簡(jiǎn)化得(2-30)由圖2-12(c)等效電路，轉(zhuǎn)移阻抗為108根據(jù)同樣的方法可以得到電容耦合回路的轉(zhuǎn)移阻抗特性為(2-31)若不計(jì)常數(shù)因子，式(2-30)與式(2-31)具有相同的頻率特性。A出現(xiàn)在分子和分母中，這表示兩回路的耦合程度要影響曲線的高度和形狀。以ξ為變量，對(duì)式(2-30)求極值可知，當(dāng)耦合因子A小于1時(shí)，在ξ=0處有極大值。當(dāng)A大于1，則有兩個(gè)極大值，在ξ=0處有凹點(diǎn)。此時(shí)|Z21|曲線為雙峰。求出|Z21|的極大值|Z21|max，可以求出不同A時(shí)的歸一化轉(zhuǎn)移阻抗(2-32)根據(jù)同樣的方法可以得到電容耦合回路的轉(zhuǎn)移阻抗特性為109通常將A=1的情況稱為臨界耦合，而將此時(shí)耦合系數(shù)稱為臨界耦合系數(shù)(2-33)而將A>1，或k>k0稱為過(guò)耦合;A<1，或k<k0稱為欠耦合。圖2-13為歸一化的轉(zhuǎn)移阻抗的頻率特性。由圖可見(jiàn)，當(dāng)k<k0的欠耦合時(shí),曲線較尖，帶寬窄，且其最大值也較小(比k≥k0時(shí))。通常不工作在這種狀態(tài)。當(dāng)k增加至k0的臨界耦合時(shí)，曲線由單峰向雙峰變化，曲線頂部較平緩。臨界耦合時(shí)的特性可將A=1代人式(2-32)得到(2-34)通常將A=1的情況稱為臨界耦合，而將此時(shí)耦合系數(shù)稱為臨110圖2-13耦合回路的頻率特性圖2-13耦合回路的頻率特性111與前面單回路的阻抗特性(式(2-15))相比，耦合回路特性頂部平緩，帶寬要大，而且在頻帶之外，曲線下降也更陡峭。從回路對(duì)鄰近無(wú)用信號(hào)頻率的抑制來(lái)看，性能也更好。我們已知單振蕩回路的帶寬為B0.7=f0/Q。對(duì)臨界耦合回路，令|Ｚ21|/|Z21|max=，得回路帶寬為(2-35)為表示曲線邊沿的陡峭程度，通?？梢杂们€接近理想矩形的程度來(lái)度量，并可以簡(jiǎn)單地用一矩形系數(shù)Kr0.1來(lái)衡量。矩形系數(shù)的定義為(2-36)與前面單回路的阻抗特性(式(2-15))相比，耦合回路特112式中，B0.7就是前面定義的下降為≈0.7的帶寬，B0.1是曲線下降為0.1時(shí)的帶寬。理想矩形時(shí)，B0.7=B0.1，矩形系數(shù)Kr0.1=1。因此，矩形系數(shù)越接近于1越好，由式(2-34)，令|Z21|/|Z21|max=0.1可得因此臨界耦合時(shí)的矩形系數(shù)為而單回路的矩形系數(shù)Kr0.1=10。式中，B0.7就是前面定義的下降為≈0.7的帶寬，B0113當(dāng)允許頻帶內(nèi)有凹陷起伏特性時(shí)，可以采用k>k0的過(guò)耦合狀態(tài)，它可以得到更大的帶寬。但凹陷點(diǎn)的值小于0.707的過(guò)耦合情況沒(méi)有什么應(yīng)用價(jià)值。根據(jù)式(2-32)的頻率特性可以分析出最大凹陷點(diǎn)也為0.707時(shí)的耦合因子及帶寬，它們分別為A=2.41必須再一次指出，以上分析只限于高Q值的窄帶耦合回路。順便指出，多個(gè)單回路級(jí)聯(lián)的情況和參差調(diào)諧(不同回路調(diào)諧于不同頻率)的情況請(qǐng)參見(jiàn)本書(shū)第3章和其它參考書(shū)。當(dāng)允許頻帶內(nèi)有凹陷起伏特性時(shí)，可以采用k>k0的過(guò)耦合狀1142.2.2高頻變壓器和傳輸線變壓器在幾十兆赫茲以下的高頻范圍中，與低頻變壓器原理相同的高頻變壓器常有應(yīng)用。在高頻電路中變壓器的功用仍然是進(jìn)行信號(hào)傳輸和阻抗變換，但也可用來(lái)隔絕直流。另一種用傳輸線繞制的變壓器稱為傳輸線變壓器，它是高頻中專用的，它也可以工作在更高工作頻率(如幾百兆赫茲)，而且它的工作頻帶寬，還可以完成一些其它功能。2.2.2高頻變壓器和傳輸線變壓器1151.高頻變壓器變壓器是靠磁通交鏈，或者說(shuō)是靠互感進(jìn)行耦合的。兩個(gè)耦合的線圈，通常只有當(dāng)兩者緊耦合時(shí)，方稱它為變壓器。如果用前面定義的互感耦合系數(shù)k表示，只有當(dāng)k接近1時(shí)，性能才接近理想變壓器。因此，高頻變壓器同樣以某種磁性材料作為公共的磁路，以增加線圈間的耦合。但高頻變壓器在磁芯材料和變壓器結(jié)構(gòu)上都與低頻變壓器有較大不同，主要表現(xiàn)在:(1)為了減少損耗，高頻變壓器常用導(dǎo)磁率μ高、高頻損耗小的軟磁材料作磁芯。最常用的高頻磁芯是鐵氧體材料(鐵氧體材料也可用于低頻中)，一般有錳鋅鐵氧體MXO和鎳鋅鐵氧體NXO兩種。前者導(dǎo)磁率(通常以相對(duì)導(dǎo)磁率表示)高，但高頻損耗大，多用于幾百千赫茲至幾兆赫茲范圍，或者允許有較大損耗的高頻范圍。后者導(dǎo)磁率較低，但高頻損耗小，可用于幾十兆赫茲甚至更高的頻率范圍。1.高頻變壓器116(2)高頻變壓器一般用于小信號(hào)場(chǎng)合，尺寸小，線圈的匝數(shù)較少。因此，其磁芯的結(jié)構(gòu)形狀與低頻時(shí)不同，主要采用圖2-14(a)、(b)的環(huán)形結(jié)構(gòu)和罐形結(jié)構(gòu)。初次級(jí)線圈直接穿繞在環(huán)形結(jié)構(gòu)的磁環(huán)上，或繞制在骨架上，放于兩罐之間。罐形結(jié)構(gòu)中磁路允許有氣隙，可以用調(diào)節(jié)氣隙大小的方法來(lái)微調(diào)變壓器的電感。圖2-14(c)是雙孔磁芯，它是環(huán)形磁芯的一種變形，可以在兩個(gè)孔中分別繞制線圈。(2)高頻變壓器一般用于小信號(hào)場(chǎng)合，尺寸小，線圈的匝數(shù)117圖2-14高頻變壓器的磁芯結(jié)構(gòu)(a)環(huán)形磁芯;(b)罐形磁芯;(c)雙孔磁芯圖2-14高頻變壓器的磁芯結(jié)構(gòu)118高頻變壓器的近似等效電路如圖2-15(b)所示。它忽略了實(shí)際變壓器中存在的各種損耗(磁芯中的渦流損耗、磁滯損耗和導(dǎo)線電阻損耗)和漏感。除了元件數(shù)值范圍不同外，它與低頻變壓器的等效電路沒(méi)有什么不同。圖中，虛線內(nèi)為理想變壓器，L為初級(jí)勵(lì)磁電感，LS為漏感，CS為變壓器的分布電容。高頻變壓器的近似等效電路如圖2-15(b)所示。它忽略119圖2-15高頻變壓器及其等效電路(a)電路符號(hào);(b)等效電路圖2-15高頻變壓器及其等效電路120當(dāng)高頻變壓器用于窄帶電路時(shí)，只要知道此頻率時(shí)等效電路中的參數(shù)L、LS和CS，就不難構(gòu)成實(shí)際電路并進(jìn)行計(jì)算。當(dāng)用在寬帶電路，比如用作寬帶阻抗變換器時(shí)，希望在寬頻帶內(nèi)有比較均勻的阻抗和傳輸特性。由圖2-15(b)的等效電路可以看出，影響寬帶特性的因素就是L、LS和CS。在低頻端，由于勵(lì)磁電感L的阻抗小，對(duì)負(fù)載起分流作用，影響低頻響應(yīng)。在高頻端，CS阻抗起旁路作用，而漏感LS的阻抗大，起分壓作用。CS與LS是引起高頻傳輸系數(shù)下降的主要因素。L、LS和CS對(duì)變壓器頻率特性的影響，還與端接的負(fù)載阻抗大小有關(guān)。高頻變壓器在寬帶應(yīng)用時(shí)，在不同頻率范圍，可忽略某些參數(shù)的影響，進(jìn)一步簡(jiǎn)化電路和分析。在低頻端，LS和CS的影響可忽略;在高頻端，L的旁路作用可忽略。要展寬高頻范圍，應(yīng)盡量減小LS和CS。減少變壓器的初次級(jí)線圈匝數(shù)，可以減小漏感LS和分布電容CS；但勵(lì)磁電感L將隨匝數(shù)減小而迅速減小，這會(huì)導(dǎo)致低頻響應(yīng)變差。比較好的方法是采用高導(dǎo)磁率的高頻磁芯，可以在減小匝數(shù)時(shí)保持所需的勵(lì)磁電感值。當(dāng)高頻變壓器用于窄帶電路時(shí)，只要知道此頻率時(shí)等效電路中的121目前，在低阻抗負(fù)載電路中(幾十歐姆至上百歐姆)，在變壓比(N1/N2或N2/N1)不很大的情況下，高頻變壓器的頻帶寬度可以做到3～4個(gè)倍頻程(即最高頻率與最低頻率比為8～16)甚至還可更高些。在某些高頻電路中經(jīng)常會(huì)用到一種具有中心抽頭的三繞組高頻變壓器，稱之為中心抽頭變壓器，它可以實(shí)現(xiàn)多個(gè)輸入信號(hào)的相加或相減，在某些端口間有隔離，另一些端口間有最大的功率傳輸。圖2-16(a)是一中心抽頭變壓器的示意圖。初級(jí)為兩個(gè)等匝數(shù)的線圈串聯(lián)，極性相同，設(shè)初次級(jí)匝比n=N1/N2。作為理想變壓器看待，線圈間的電壓和電流關(guān)系分別為U1=U2=nU3(2-37)－I3=n(I1+I2)(2-38)目前，在低阻抗負(fù)載電路中(幾十歐姆至上百歐姆)，在變壓比122中心抽頭變壓器的一種典型應(yīng)用就是作為四端口器件，圖2-16(b)表示了這一情況。四端口上接有Z1、Z2、Z3、Z4阻抗，根據(jù)不同應(yīng)用，可在某些端口加信號(hào)源。中心抽頭變壓器的用途很多，可用作功率分配器、功率合成器、平衡橋電路，也可以與有源器件(二極管、晶體管)組合構(gòu)成一些非線性變換電路。第5章中的平衡調(diào)制器、環(huán)形調(diào)制器中就要用到它。中心抽頭變壓器的一種典型應(yīng)用就是作為四端口器件，圖2-123圖2-16中心抽頭變壓器電路(a)中心抽頭變壓器電路;(b)作四端口器件應(yīng)用圖2-16中心抽頭變壓器電路1242.傳輸線變壓器傳輸線變壓器就是利用繞制在磁環(huán)上的傳輸線而構(gòu)成的高頻變壓器。圖2-17為其典型的結(jié)構(gòu)和電路圖。2.傳輸線變壓器125圖2-17傳輸線變壓器的典型結(jié)構(gòu)和電路(a)結(jié)構(gòu)示意圖;(b)電路圖2-17傳輸線變壓器的典型結(jié)構(gòu)和電路126傳輸線變壓器中的傳輸線主要是指用來(lái)傳輸高頻信號(hào)的雙導(dǎo)線、同軸線。圖2-17(a)的互相絕緣的雙導(dǎo)線(一般用漆包線)應(yīng)扭絞在一起，也常用細(xì)同軸電纜繞制。傳輸線就是利用兩導(dǎo)線間(或同軸線內(nèi)外導(dǎo)體間)的分布電容和分布電感形成一電磁波的傳輸系統(tǒng)。它傳輸信號(hào)的頻率范圍很寬，可以從直流到幾百、上千兆赫茲(同軸電纜)。傳輸線的主要參數(shù)是波速、波長(zhǎng)及特性阻抗。波速與波長(zhǎng)分別為(2-39)(2-40)傳輸線變壓器中的傳輸線主要是指用來(lái)傳輸高頻信號(hào)的雙導(dǎo)線、127式中，εr為傳輸線的相對(duì)介電常數(shù)。因εr總是大于1(一般為2～4),傳輸線上的波速和波長(zhǎng)比自由空間電磁波的波速c和波長(zhǎng)λ0都要小。傳輸線特性阻抗ZC取決于傳輸線的橫向尺寸(導(dǎo)線粗細(xì)、導(dǎo)線間距離、介質(zhì)常數(shù))的參數(shù)。當(dāng)傳輸線端接的負(fù)載電阻值與特性阻抗ZC相等時(shí)，傳輸線上傳輸行波，此時(shí)有最大的傳輸帶寬。式中，εr為傳輸線的相對(duì)介電常數(shù)。因εr總是大于1(一般為128從原理上講，傳輸線變壓器既可以看作是繞在磁環(huán)上的傳輸線，也可以看作是雙線并繞的1∶1變壓器，因此它兼有傳輸線和高頻變壓器兩者的特點(diǎn)。傳輸線變壓器有兩種工作方式(也可以說(shuō)是兩種模式)。一種是傳輸線工作方式，一種是變壓器工作方式，如圖2-18所示。不同方式?jīng)Q定于信號(hào)對(duì)它的不同激勵(lì)。傳輸線工作方式的特點(diǎn)是，在傳輸線的任一點(diǎn)上，兩導(dǎo)線上流過(guò)的電流大小相等、方向相反。兩導(dǎo)線上電流所產(chǎn)生的磁通只存在于兩導(dǎo)線間，磁芯中沒(méi)有磁通和損耗。當(dāng)負(fù)載電阻RL與ZC相等而匹配時(shí)，兩導(dǎo)線間的電壓沿線均勻分布(指振幅)，這種方式傳輸特性的頻率很寬。在變壓器方式中，信號(hào)源加在一個(gè)繞組兩端，在初級(jí)線圈中有勵(lì)磁電流，此電流在磁環(huán)中產(chǎn)生磁通。由于有磁芯，勵(lì)磁電感較大，在工作頻率上其感抗值遠(yuǎn)大于特性阻抗ZC和負(fù)載阻抗。此外，在兩線圈端(1、2和3、4端)有同相的電壓。從原理上講，傳輸線變壓器既可以看作是繞在磁環(huán)上的傳輸線，129圖2-18傳輸線變壓器的工作方式(a)傳輸線方式;(b)變壓器方式圖2-18傳輸線變壓器的工作方式130在傳輸線的實(shí)際應(yīng)用中，通常兩種方式同時(shí)存在，可以利用這兩種方式完成不同的作用。正是因?yàn)橛辛藗鬏斁€方式，傳輸線變壓器才有更寬的頻率特性。傳輸線變壓器的用法很多，但其基本形式是1∶1和1∶4阻抗變換器。用兩個(gè)或多個(gè)傳輸線變壓器進(jìn)行組合，還可以得到其它阻抗變換器。也有用三線并繞構(gòu)成傳輸線變壓器的。在傳輸線的實(shí)際應(yīng)用中，通常兩種方式同時(shí)存在，可以利用這兩131圖2-19(a)是由傳輸線變壓器制成的高頻反相器，它是一種1∶1的變壓器，端點(diǎn)2、3相連并接地，在1、3端加高頻電壓，因線圈1、2上加有電壓，且與不完全相等，因此有變壓器工作方式。同時(shí)沿傳輸線上又有均勻的電壓，因而也有傳輸線工作方式。因與相等，當(dāng)2端接地后，輸出電壓，與輸入電壓反相，這就是反相作用。在高頻端這種反相器性能將會(huì)下降(UL與U1偏離反相)。圖2-19(a)是由傳輸線變壓器制成的高頻反相器，它是132圖2-19(c)是一個(gè)1∶4阻抗變換器的電路，1、4連接，信號(hào)源加在1、3端(實(shí)際上也加在4、3端)，負(fù)載電阻RL加在2、3端。顯然，在3、4的線圈中有勵(lì)磁電流，有變壓器工作方式。由于線圈兩端電壓相等，即U2=U1，負(fù)載上的電壓為兩線圈電壓串聯(lián)，有UL=2U1，而負(fù)載電流為I，因此有RL=UL/I，輸入端阻抗為(忽略勵(lì)磁電流)為(2-41)這就完成了1∶4的阻抗變換。這種變換器有很寬的工作頻帶。傳輸線變壓器還可以用作不平衡—平衡變換器、3分貝耦合器等，如圖2-19(b)、(d)所示。圖2-19(c)是一個(gè)1∶4阻抗變換器的電路，1、133圖2-19傳輸線變壓器的應(yīng)用舉例(a)高頻反相器;(b)不平衡—平衡變換器;(c)1∶4阻抗變換器;(d)3分貝耦合器圖2-19傳輸線變壓器的應(yīng)用舉例134傳輸線變壓器通常都作寬帶應(yīng)用，其寬帶性能的好壞與參數(shù)及結(jié)構(gòu)尺寸的選擇有很大關(guān)系。特性阻抗ZC應(yīng)和負(fù)載阻抗ＺL接近(以實(shí)現(xiàn)匹配)。用雙絞線(用漆包線)作傳輸線時(shí)，其特性阻抗與所用導(dǎo)線的粗細(xì)、繞制的松緊和單位長(zhǎng)度內(nèi)扭絞的次數(shù)有關(guān)。單位長(zhǎng)度內(nèi)扭絞的次數(shù)多，特性阻抗就低。其特性阻抗一般可以小到40～50Ω;傳輸線變壓器所用的磁芯尺寸應(yīng)根據(jù)信號(hào)功率大小選擇。傳輸?shù)墓β试酱?，線圈兩端的電壓就高，通過(guò)磁芯的磁通量就大，磁芯和線圈的損耗也大，磁芯的尺寸應(yīng)能承受此損耗而不致升溫過(guò)高。根據(jù)前面關(guān)于高頻變壓器中的說(shuō)明，應(yīng)選擇有較高導(dǎo)磁率和高頻損耗小的磁芯材料。線圈的匝數(shù)決定于所需勵(lì)磁電感的大小，應(yīng)使在工作頻率低端，其阻抗值ωL比輸入阻抗大得多(如10倍以上);為了得到好的高頻響應(yīng)，傳輸線的長(zhǎng)度l應(yīng)盡可能小，通常l應(yīng)短于(1/8～1/10)λmin。傳輸線變壓器通常都作寬帶應(yīng)用，其寬帶性能的好壞與參數(shù)及結(jié)135雙絞線的傳輸線變壓器的上限頻率可達(dá)100MHz左右，同軸線的傳輸線變壓器的上限頻率還可更高些。雙絞線的傳輸線變壓器的上限頻率可達(dá)100MHz左右，1362.2.3石英晶體諧振器在高頻電路中，石英晶體諧振器(也稱石英振子)是一個(gè)重要的高頻部件，它廣泛用于頻率穩(wěn)定性高的振蕩器中，也用作高性能的窄帶濾波器和鑒頻器。

1.物理特性石英晶體諧振器是由天然或人工生成的石英晶體切片制成。石英晶體是SiO2的結(jié)晶體，在自然界中以六角錐體出現(xiàn)。它有三個(gè)對(duì)稱軸:Z軸(光軸)、X軸(電軸)、Y軸(機(jī)械軸)。各種晶片就是按與各軸不同角度切割而成的。圖2-20就是石英晶體形狀和各種切型的位置圖。在晶片的兩面制作金屬電極，并與底座的插腳相連，最后以金屬殼封裝或玻璃殼封裝(真空封裝)，成為晶體諧振器，如圖2-21所示。2.2.3石英晶體諧振器137圖2-20石英晶體的形狀及各種切型的位置(a)形狀;(b)不同切型位置;(c)電路符號(hào)圖2-20石英晶體的形狀及各種切型的位置138圖2-21石英晶體諧振器(a)外形;(b)內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖2-21石英晶體諧振器139石英晶體之所以能成為電的諧振器，是由于它具有壓電效應(yīng)。所謂壓電效應(yīng)，就是當(dāng)晶體受外力作用而變形(如伸縮、切變、扭曲等)時(shí)，就在它對(duì)應(yīng)的表面上產(chǎn)生正、