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高频电子线路课程设计实验报告

一、实验目的

(1)本实验旨在使学生深入了解高频电子线路的基本原理，掌握高频电路的设计方法和调试技术。通过本实验，学生能够学习到高频信号的产生、放大、滤波以及调制解调等基本知识，并能够将这些知识应用于实际电路的设计与实现中。此外，实验还将培养学生独立分析问题和解决问题的能力，提高其实验操作技能和工程实践能力。

(2)实验过程中，学生需要熟悉高频电子线路的元件特性，如晶体管、二极管、电感、电容等，以及它们在高频电路中的应用。通过对实际高频电路的搭建、调试和测试，学生可以深刻理解高频电路的工作原理，掌握高频电路的设计方法和调试技巧。此外，实验还将培养学生对高频电路的故障诊断和维修能力，为将来从事相关领域的工作打下坚实的基础。

(3)高频电子线路在现代通信、雷达、卫星导航等领域扮演着重要角色。通过本实验，学生可以了解高频电子线路在现代社会中的重要应用，提高其专业素养。同时，实验过程中的团队合作和交流，有助于培养学生的团队协作精神和沟通能力，这对于未来职业生涯的发展具有重要意义。此外，通过实验，学生还能够认识到理论与实践相结合的重要性，激发其对电子工程领域的兴趣和热情。

二、实验原理

(1)高频电子线路实验原理主要涉及高频信号的产生、放大、滤波和传输等基本过程。高频信号的产生通常通过振荡器实现，如LC振荡器、晶体振荡器等。放大器在高频电路中起到关键作用，其设计需考虑频带宽度和增益稳定性。滤波器用于选择或抑制特定频率范围的信号，常见的高频滤波器有LC滤波器、有源滤波器等。传输线在高频电路中用于信号的传输，其特性阻抗和传输延迟对信号质量有重要影响。

(2)高频电路中的元件特性与低频电路有所不同。在高频电路中，元件的寄生参数（如电容、电感、电阻）对电路性能有显著影响。晶体管的截止频率、极间电容、输入阻抗等参数在高频应用中尤为重要。此外，高频电路的稳定性、抗干扰能力以及电路的功率损耗也是设计时需要考虑的关键因素。

(3)高频电路的调试和测试方法与低频电路有所不同。在高频电路中，由于信号频率较高，传统的测试仪器可能无法满足要求。因此，需要使用专用的高频测试仪器，如网络分析仪、频谱分析仪等。调试过程中，需要根据电路的频率特性，调整元件参数，以达到最佳性能。同时，还需注意电路的布局、接地和屏蔽，以降低干扰和提高电路的可靠性。

三、实验仪器与设备

(1)实验中主要使用的仪器包括信号发生器、频谱分析仪、网络分析仪、示波器、功率计、信号源、函数信号发生器等。信号发生器用于产生不同频率和幅度的正弦波、方波、三角波等信号，其频率范围通常为20Hz至100MHz，输出幅度可调。频谱分析仪用于分析信号的频谱特性，可测量信号的频率、幅度、带宽等参数，频率范围可达1GHz。网络分析仪是高频电路测试的关键设备，能够精确测量电路的S参数，频率范围可达40GHz。

(2)实验过程中还会用到一些基本的电子元器件，如晶体管、二极管、电感、电容、电阻等。晶体管作为放大元件，其截止频率需满足实验要求，如2N3904晶体管的截止频率可达150MHz。二极管在电路中用于整流、限幅等功能，如1N4148二极管正向压降约为0.7V。电感和电容在高频电路中用于滤波、调谐等，如MLCC陶瓷电容的容值范围为10pF至1μF，电感的自谐振频率需大于实验信号频率。

(3)实验台面配备电源插座、接地端子、信号输入输出接口等。电源插座提供实验所需的交流电源，电压范围通常为220V±10%。接地端子用于连接实验电路的地线，确保实验安全。信号输入输出接口包括BNC接口、同轴电缆等，用于连接信号源、示波器、频谱分析仪等设备。此外，实验台还配备有万用表、电烙铁、镊子、螺丝刀等常用工具，以便于实验操作和电路连接。例如，实验中使用的BNC接口同轴电缆，其特性阻抗为50Ω，长度可达1米。

四、实验内容与步骤

(1)实验首先从搭建一个简单的LC振荡器开始，选用频率范围为100MHz至1GHz的信号发生器作为频率源，通过调节LC振荡器的谐振频率，使其输出信号频率与信号发生器一致。在搭建过程中，使用示波器观察LC振荡器的输出波形，确保其稳定性和波形质量。例如，选用L=10μH，C=220pF的LC元件，通过调整C的值，使振荡器频率达到100MHz。

(2)接下来进行高频放大电路的搭建，选用低噪声放大器（LNA）作为放大元件，如Mini-CircuitsZFL-1000+，其增益范围为1至30dB，带宽为0至1000MHz。通过调整LNA的增益，使得放大后的信号幅度满足后续实验需求。在实验中，使用网络分析仪测量放大器的S21参数，确保放大器在所需频率范围内具有良好的增益性能。例如，在100MHz频率点，测量到的S21为20dB。

(3)最后进行滤波和信号传