射頻模擬電路與系統(tǒng)

前言

　　筆者從事射頻與微波電路與系統(tǒng)工作45年，深深感到高頻電子線路、射頻模擬電路課程等原來的教材僅講述單元電路是遠遠不夠的，把系統(tǒng)中原來關聯(lián)的電路一個個地孤立起來，分開講述容易進行較嚴格的數(shù)學分析及原理講述，但在工程實踐中還必須把這些單元電路還原到系統(tǒng)中去，分析這些電路對系統(tǒng)的影響及相互關聯(lián)后對單元電路性能帶來的影響。有工程經(jīng)驗的工程師常常會遇到性能完全滿足要求的部件，組成系統(tǒng)后的總體指標會變化很大，有時甚至完全不能工作或總體性能下降很多。因此，本教材加強系統(tǒng)方面的內(nèi)容與知識點，第六章專門講述無線接收機系統(tǒng)構成與設計，把各單元電路有機地集成在一起。限于篇幅，無線發(fā)射機系統(tǒng)設計不再專門講述?！　〉谝徽隆吧漕l電子學基礎”中有很多內(nèi)容是筆者幾十年的科研經(jīng)驗。射頻電路不同于其他工作頻率較低的電路，分布參數(shù)的影響在射頻電路中起到了舉足輕重的作用。由于分布參數(shù)的影響，所有元件均非理想元件，包括電路中的基礎元件電阻、電容、電感、供電電壓、有源器件引腳、印刷電路板連線、金屬化孔穿孔等等，必須考慮引線電感、分布電容帶來的影響。分布參數(shù)在射頻電路中的另一種影響是信號以電磁波的形式向外輻射并引起元器件之間的互相耦合，這些都會引起射頻電路與系統(tǒng)的不穩(wěn)定。第一章重點分析了這些問題及所采取的措施。本章還介紹了射頻電路中采用的實際元器件，包括功率分配及合成網(wǎng)絡、寬帶阻抗變換網(wǎng)絡及射頻電路中的衰減器、開關及LC濾波器，最后重點分析了射頻電路中最常用的LC諧振回路及阻抗變換網(wǎng)絡?！　〉诙轮v述的是RF電路中的放大器。為適應現(xiàn)代通信技術及現(xiàn)代電子系統(tǒng)的發(fā)展，本章在講述傳統(tǒng)的選頻放大器及丙類諧振功率放大器內(nèi)容之外，增加了低噪聲放大器、放大器的線性化技術、線性化功率放大器及高效率D類、E類、F類功率放大器的內(nèi)容。第三章是關于波形產(chǎn)生電路，重點講述LC振蕩器和石英晶體振蕩器。第四章講述調(diào)制電路，包括頻譜搬移、電路與頻率調(diào)制與解調(diào)電路?！　≡诂F(xiàn)代電子系統(tǒng)，特別是通信系統(tǒng)中，混頻器的性能直接影響整個系統(tǒng)的性能，特別是“線性度”指標，因此，這部分內(nèi)容獨立成第五章。　　本書主要編著者為張玉興，編著了第一章、第六章，并審核全文。楊玉梅編著了第二章，敬守釗編著了第三章、第五章，陳瑜編著了第四章。在編著過程中，得到了電子科技大學成都賽英科技有限公司有關人員的大力支持，在此表示感謝。

內(nèi)容概要

作者具有45年射頻模擬電路與系統(tǒng)教學與科研實踐的經(jīng)驗，書中相當多的內(nèi)容是科研與經(jīng)驗的結晶。本書的主要特點為：1.面向學生強調(diào)基本概念、基本原理、基本測試方法；2.包括大量的工程實踐，又可面向該領域的工程師；3.加強系統(tǒng)概念，把基本單元電路還原到系統(tǒng)中；4.增加了現(xiàn)代電子技術急需的一些內(nèi)容，例如振蕩器的相位噪聲、放大器的線性度指標，功率放大器的線性化技術等。    本書可作為電子工業(yè)、通信工程、自動控制等專業(yè)相關課程本科生（或?？粕┙滩模部晒┫嚓P技術人員參考。

書籍目錄

第1章 射頻電子學基礎   1.1 射頻模擬電路概述   1.2 電磁頻譜分段   1.3 物理常數(shù)和單位，微波頻段的劃分及字母表示法   1.4 射頻無源元件     1.4.1 RF電路中的電阻     1.4.2 RF電路中的電感     1.4.3 RF電路中的電容     1.4.4 功率分配與合成網(wǎng)絡及寬頻帶阻抗變換網(wǎng)絡     1.4.5 射頻電路中的衰減器及開關     1.4.6 LC射頻濾波器   1.5 簡單串、并聯(lián)諧振回路與雙調(diào)諧耦合諧振回路     1.5.1 簡單串并聯(lián)諧振回路的基本特性     1.5.2 信號源內(nèi)阻與負載電阻對諧振回路品質因數(shù)的影響     1.5.3 品質因數(shù)的物理意義     1.5.4 簡單串、并聯(lián)諧振回路的通頻帶與選擇性     1.5.5 簡單串、并聯(lián)諧振回路的相頻特性——群延時特性     1.5.6 簡單串、并聯(lián)諧振回路的部分接入及阻抗變比折合     1.5.7 雙調(diào)諧耦合諧振回路     習題一第2章 射頻電子系統(tǒng)中的放大器設計   2.1 高頻小信號調(diào)諧放大器     2.1.1 高頻小信號放大器的基本要求     2.1.2 高頻晶體管小信號等效電路模型與參數(shù)     2.1.3 晶體管的高頻參數(shù)     2.1.4 晶體管高頻小信號單調(diào)諧回路諧振放大器     2.1.5 高頻小信號單調(diào)諧回路諧振放大器級聯(lián)     2.1.6 高頻小信號雙調(diào)諧回路諧振放大器     2.1.7 高頻小信號調(diào)諧放大器的穩(wěn)定性   2.2 高頻諧振功率放大器     2.2.1 高頻諧振功率放大器的基本工作原理     2.2.2 高頻諧振功率放大器折線近似分析法     2.2.3 高頻諧振功率放大器的動態(tài)特性     2.2.4 高頻諧振功率放大器的饋電線路     2.2.5 高頻諧振功率放大器的輸出匹配網(wǎng)絡與級間匹配網(wǎng)絡     2.2.6 高頻諧振功率放大器的實際電路   2.3 高效率高頻功率放大器     2.3.1 D類高頻功率放電器     2.3.2 E類高頻功率放電器     2.3.3 F類電路設計   2.4 線性功率放大器     2.4.1 線性功率放大器在通信系統(tǒng)與圖像傳輸系統(tǒng)中的作用     2.4.2 信號的失真特性     2.4.3 雙音包絡分析     2.4.4 調(diào)幅-調(diào)相（AM-PM）轉換效應     2.4.5 RF功率放大器中的偏置調(diào)制效應     2.4.6 數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)對RF功率放大器的指標要求     2.4.7 多載波系統(tǒng)對功率放大器的指標要求     2.4.8 功率放大器的線性化技術     2.4.9 GaAsFET線性功率放大器   2.5 低噪聲放大器     2.5.1 低噪聲放大器簡介     2.5.2 低噪聲放大器設計     習題二第3章 波形發(fā)生與變換電路   3.1 LC反饋正弦波振蕩器的工作原理     3.1.1 自激振蕩的建立過程及起振條件     3.1.2 振蕩器的平衡條件     3.1.3 振蕩器振幅平衡的穩(wěn)定條件     3.1.4 振蕩器相位平衡的穩(wěn)定條件   3.2 反饋型晶體管LC振蕩器電路     3.2.1 變壓器耦合LC反饋振蕩器     3.2.2 電感三端式振蕩電路     3.2.3 電容三端式振蕩電路（Copitts振蕩電路）     3.2.4 其他形式的LC振蕩器電路     3.2.5 LC三端式振蕩器相位平衡條件的判別準則   3.3 振蕩器頻率穩(wěn)定度的物理定義及改進型電容三端式振蕩電路     3.3.1 頻率穩(wěn)定度的定義     3.3.2 改進型電容三端式振蕩電路   3.4 場效應振蕩電路   3.5 石英晶體振蕩器     3.5.1 引起頻率不穩(wěn)定的因素分析     3.5.2 石英諧振器的特性     3.5.3 石英晶體振蕩器電路   3.6 LC反饋正弦波振蕩器的噪聲特性及低相噪石英晶體振蕩器   3.7 RC正弦波振蕩器   3.8 非正弦波發(fā)生電路     3.8.1 矩形波發(fā)生電路     3.8.2 三角發(fā)生電路     3.8.3 鋸齒波發(fā)生電路     習題三第4章 調(diào)制與解調(diào)   4.1 概述   4.2 頻譜線性變換的一般概念     4.2.1 單間斷點折線特性源     4.2.2 平方律特性源     4.2.3 指數(shù)特性源     4.2.4 受控差分特性源   4.3 振幅調(diào)制與解調(diào)     4.3.1 普通振幅調(diào)制波的基本特性及其數(shù)學表達式     4.3.2 雙邊帶調(diào)制（DSB）和單邊帶調(diào)制（SSB）     4.3.3 振幅調(diào)制電路     4.3.4 振幅調(diào)制波的解調(diào)模型及電路   4.4 角度調(diào)制與解調(diào)——頻譜的非線性變換   4.5 角度調(diào)制波的基本特性     4.5.1 瞬時頻率與瞬時相位     4.5.2 調(diào)頻波與調(diào)相波的數(shù)學表達式、頻移與相移、最大頻移與最大相移     4.5.3 調(diào)角波的頻譜及頻帶寬度   4.6 直接調(diào)頻回路     4.6.1 LC正弦波振蕩器直接調(diào)頻電路     4.6.2 電抗管直接調(diào)頻電路     4.6.3 晶體振蕩器直接調(diào)頻電路     4.6.4 其他直接調(diào)頻電路   4.7 間接調(diào)頻電路     4.7.1 可變移相法調(diào)相電路     4.7.2 可變延時法調(diào)相電路   4.8 調(diào)頻波的解調(diào)     4.8.1 限幅電路     4.8.2 斜率鑒頻器     4.8.3 相位鑒頻器     習題四第5章 混頻器   5.1 混頻器的性能指標   5.2 混頻器的實現(xiàn)模型   5.3 有源混頻器電路     5.3.1 雙極晶體管混頻器     5.3.2 場效應管有源混頻器     5.3.3 有源平衡混頻器   5.4 無源混頻器電路     5.4.1 混頻二極管的模型與種類     5.4.2 單二極管混頻器的非線性分析     5.4.3 單二極管混頻器的設計     5.4.4 單二極管開關混頻器的折線近似分析     5.4.5 二極管平衡混頻器     5.4.6 場效應管無源混頻器   5.5 混頻器中的組合頻率干擾與非線性失真     5.5.1 組合頻率干擾     5.5.2 非線性失真     5.5.3 克服干擾的措施     習題五第6章 無線接收機系統(tǒng)構成與設計   6.1 天線及饋線系統(tǒng)   6.2 調(diào)諧放大式射頻接收機   6.3 超外差射頻接收機     6.3.1 超外差射頻接收機的主要指標     6.3.3 VLF、LF和AM廣播頻段寬帶RF前置放大器   6.4 IF放大器     6.4.1 IF放大器電路     6.4.2 AGC中頻放大器     6.4.3 共源-共柵（共射-共基）級聯(lián)中頻放大器     6.4.4 使用專用集成芯片（MC-1350P等）的IF放大器     6.4.5 對數(shù)中頻放大器     6.4.6 中頻放大器中的濾波器開關組件   6.5 混頻器電路     6.5.1 雙柵MOSFET混頻器     6.5.2 JFET和MOSFET有源、無源平衡及雙平衡混頻器     6.5.3 二極管雙平衡混頻器   6.6 檢波器及解調(diào)制電路     6.6.1 AM包絡檢波器     6.6.2 抑制載波的雙邊帶調(diào)制（Double-SidebandSuppressedCartiers，簡稱DSBSC，或DSB）和單邊帶調(diào)制（Single-SidebandSuppressedCarriers，簡稱SSBSC，或SSB）的解調(diào)制-同步解調(diào)（相干解調(diào)）     6.6.3 FM和PM波的解調(diào)制   6.7 自動增益控制（AGC）和頻率控制電路（AFC）     6.7.1 自動頻率控制電路（AFC）     6.7.2 自動增益控制（AGC）電路   6.8 無線接收機的其他輔助電路     6.8.1 噪聲限制和消隱     6.8.2 靜噪電路   6.9 無線通信接收機的分集接收   6.10 自適應接收機處理技術     6.10.1 自適應天線處理技術     6.10.2 自適應均衡   6.11 接收機的設計趨勢     6.11.1 接收機功能的數(shù)字實現(xiàn)     6.11.2 數(shù)字接收機的設計技術     6.11.3 使用DSP的接收機   6.12 擴頻     6.12.1 基本工作原理     6.12.2 跳頻擴頻     6.12.3 直接序列擴頻   6.13 系統(tǒng)性能的模擬     6.13.1 頻譜占用率     6.13.2 網(wǎng)絡響應     6.13.3 媒介預測     6.13.4 系統(tǒng)的模擬     6.13.5 HF媒介模擬   6.14 高集成接收機系統(tǒng)舉例附錄 余弦脈沖分解系數(shù)表主要參考文獻

章節(jié)摘錄

　　射頻電路不同于其他電路，這是由于在較高的工作頻率下，電路工作中的一些現(xiàn)象難于理解，分布參數(shù)在影響著這些電路。分布參數(shù)－分布電容與引線電感，既看不見又摸不著。分布電容存在于兩個導體之間、導體與元器件之間、導體與地之間或者元件之間。引線電感，顧名思義是一種元件間連接導線的電感，有時也稱為內(nèi)部構成電感。這些分布參數(shù)的影響在直流和低頻時是不嚴重的。但是，隨著頻率的增加，影響越來越大。例如，在VHF和UHF頻段，分布參數(shù)會影響接收機前端調(diào)諧電路。因此，在這種調(diào)諧電路中，需要可調(diào)整的電容。　　在RF時，趨膚效應的影響很嚴重。術語“ 趨膚效應”是指這樣一種事實：交流（ac）電流流經(jīng)導體時趨向于導體外邊部分，而直流（dc）電流均勻地流經(jīng)整個導體的截面積。隨著頻率的升高，趨膚效應形成了一個較小的導流帶，結果，形成了大于直流（dc）電阻的交流（ac）電阻。根據(jù)分析，導體交流電流密度分布從表面起到導體中心按指數(shù)規(guī)律迅速減?。ㄈ鐖Dl－1所示），定義趨膚深度萬為電流密度降到表面電流密度1/e=112.718－0.368處的臨界深度。趨膚效應引起的最明顯的影響就是引起信號傳輸途徑中的損耗增加RF電路中發(fā)現(xiàn)的另外一個問題是信號很容易從電路內(nèi)向外部和在電路內(nèi)部之間輻射。這樣，造成了電路內(nèi)部元件之間、電路與其環(huán)境之間、其環(huán)境與電路之間的互相耦合。這種耦合又稱為寄生耦合，電路元件之間的耦合造成了RF電路中的寄生反饋，引起電路的不穩(wěn)定及性能下降。

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