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高频电子线路第五版张肃文主编学习课件(下)

第一章高频电子线路概述

高频电子线路是电子工程领域中的重要分支，它专注于高频信号的产生、传输、处理和应用。随着电子技术的飞速发展，高频电子线路在现代通信、雷达、遥感、医疗和军事等领域扮演着越来越重要的角色。例如，在移动通信系统中，基站之间的信号传输频率通常在1GHz到2GHz之间，这要求高频电子线路能够高效且稳定地工作。

在频率达到几百兆赫兹到几千兆赫兹的高频范围内，电子线路的设计与低频电路有着显著的不同。高频电子线路的频率特性主要受到电磁场的影响，因此，电磁场理论成为了高频电子线路设计的基础。在实际应用中，一个典型的例子是微波通信系统中的功率放大器。微波功率放大器的效率通常在40%到60%之间，而其增益可达20dB到30dB。

高频电子线路的设计不仅要考虑信号的传输特性，还需要关注电路的损耗、干扰和噪声问题。例如，在高频电路中，由于信号波长较短，电路尺寸与波长相比不可忽略，因此需要采用微带线、同轴线等特殊传输线结构来减少信号的反射和损耗。以微波电路中的同轴线为例，其特性阻抗一般为50Ω或75Ω，而其损耗角正切值（Dk）通常小于0.1。

随着高频电子技术的发展，新型材料如氮化镓（GaN）和碳化硅（SiC）功率器件的应用越来越广泛。这些新型功率器件具有高效率、高功率密度和良好的热稳定性，使得高频电子线路的性能得到了显著提升。例如，使用SiCMOSFET的功率放大器在1GHz频率下的效率可达90%以上，功率密度可达1kW/cm3。这些进步不仅推动了高频电子线路技术的进步，也为未来通信技术的发展奠定了坚实的基础。

第二章高频电路基本元件

高频电路的基本元件是构建高频电子线路的核心组成部分，包括电容器、电感器、电阻器、二极管、晶体管和集成电路等。电容器在滤波、调谐和去耦等电路中发挥着关键作用，其电容量通常在几百皮法拉到几十皮法拉之间，而电容器的损耗角正切值（Dk）对于高频电路的性能至关重要。

电感器在高频电路中用于调谐、滤波和匹配等功能，其电感值从几毫亨利到几十毫亨利不等。在高频电路中，电感器的分布参数和品质因数（Q值）对电路的性能有着重要影响。高品质因数的电感器可以提供更好的选择性，减少信号的损耗。

电阻器在高频电路中用于分压、限流和匹配等作用，其阻值范围从几欧姆到几百千欧姆。在高频电路中，电阻器的寄生参数如寄生电容和寄生电感对电路的阻抗特性有显著影响，因此需要选择合适的电阻器类型，如薄膜电阻或金属膜电阻，以减少这些寄生效应。

二极管和晶体管在高频电路中扮演着信号放大和开关的角色。二极管具有单向导通特性，其反向恢复时间（trr）对于高频电路的性能至关重要。晶体管如场效应晶体管（FET）和双极型晶体管（BJT）在高频放大器中应用广泛，其开关速度和频率响应是衡量其性能的关键指标。

集成电路（IC）是现代高频电子线路的重要组成部分，包括模拟集成电路和数字集成电路。模拟集成电路如低噪声放大器、混频器和功率放大器等，而数字集成电路如调制器、解调器和处理器等。集成电路的高集成度、低功耗和小型化使得它们成为高频电子系统设计中的首选方案。

第三章高频放大电路

(1)高频放大电路是电子系统中用于放大高频信号的关键组件。一个典型的例子是无线通信系统中的射频放大器，其工作频率通常在几百兆赫兹到几吉赫兹之间。例如，一个工作在2.4GHz的Wi-Fi射频放大器，其增益通常在20dB到40dB之间，以支持稳定的无线信号传输。

(2)高频放大电路的设计需要考虑频率响应、带宽、噪声系数、线性度和稳定性等多个参数。以一个基于场效应晶体管（FET）的射频放大器为例，其噪声系数通常在1dB到3dB之间，这意味着放大器在放大信号的同时，引入的噪声相对较低。此外，为了提高放大器的线性度，设计者可能会采用负反馈技术，以减少非线性失真。

(3)高频放大电路的稳定性是另一个重要考虑因素。在多级放大器中，由于级间耦合和电源波动等因素，可能会出现自激振荡。为了解决这个问题，设计者会采用阻抗匹配、滤波和稳压等技术。例如，一个采用共源共栅结构的放大器，其输入和输出阻抗可以通过外部匹配网络进行优化，以减少级间干扰和自激振荡的风险。在实际应用中，这种放大器可以稳定工作在高达几十吉赫兹的频率范围内。

第四章高频振荡电路

(1)高频振荡电路是产生稳定高频信号的核心单元，广泛应用于通信、雷达、无线传感器等领域。其中，Colpitts振荡器是一种经典的高频振荡电路，其振荡频率可通过调整电感L和电容C的值来设定。例如，一个Colpitts振荡器在谐振频率为1GHz时，其品质因数（Q值）通常在50到100之间，这意味着电路能够有效地滤波和放大信号。

(2)高频振荡电路的设计需要考虑振荡频率的稳定性、相位噪声和功耗等因