內容簡介
“高頻電子綫路”是通信工程、電子信息工程及其相關專業重要的專業基礎課程。
《高頻電子綫路(第3版)》從係統原理入手,以分立元件講述單元電路原理與設計,最後以集成電路為例討論係統設計。
《高頻電子綫路(第3版)》內容包括緒論,高頻電路基礎,高頻放大器,正弦波振蕩器,頻譜的綫性搬移電路,振幅調製、解調與混頻,角度調製與解調,反饋控製電路和高頻電路係統設計等9章。
《高頻電子綫路(第3版)》可作為高等院校通信工程、電子信息工程等專業的教材,也可作為有關工程技術人員的參考書。
內頁插圖
目錄
第一章 緒論
第一節 無綫通信係統概述
一、無綫通信係統的組成原理
二、無綫通信中的信號與調製
三、無綫通信係統的類型
四、無綫通信係統的要求與指標
第二節 射頻前端結構
一、發信(射)機結構
二、接收機結構
三、天綫
第三節 高頻電子綫路發展趨勢
一、高頻集成電路發展趨勢
二、高頻電路EDA
第四節 本課程的特點與學習方法
思考題與練習題
第二章 高頻電路基礎
第一節 高頻電路中的基本元器件
一、高頻電路中的元件
二、高頻電路中的有源器件
第二節 高頻電路中的基本電路
一、高頻振蕩迴路
二、高頻變壓器和傳輸綫變壓器
三、石英晶體諧振器
四、集中濾波器
五、衰減器與匹配器
第三節 電子噪聲及其特性
一、概述
二、電子噪聲的來源與特性
第四節 噪聲係數和噪聲溫度
一、噪聲係數
二、噪聲係數的計算
三、噪聲係數的測量
四、噪聲溫度
思考題與練習題
第三章 高頻放大器
第一節 高頻小信號諧振放大器
一、高頻小信號諧振放大器的
工作原理
二、放大器性能分析
三、高頻諧振放大器的穩定性
四、多級諧振放大器
五、高頻集成放大器
第二節 低噪聲小信號放大器的設計.
一、半導體器件及其工作點選擇
二、放大器噪聲匹配網絡的設計
三、電容、電感選擇
四、其他
第三節 高頻功率放大器的原理
與特性
一、高頻功率放大器的工作原理
二、高頻諧振功率放大器的工作
狀態
三、高頻功率放大器的外部特性
第四節 高頻功率放大器的高頻效應
一、少數載流子的渡越時間效應
二、非綫性電抗效應
三、發射極引綫電感的影響
四、飽和壓降的影響
第五節 高頻功率放大器的實際綫路
一、直流饋電綫路
二、輸齣匹配網絡
……
第四章 正弦波振蕩器
第五章 頻譜的綫性搬移電路
第六章 振幅調製、解調及混頻
第七章 角度調製與解調
第八章 反饋控製電路
第九章 高頻電路係統設計
參考文獻
前言/序言
本書第一版為普通高等教育“十五”國傢級規劃教材,第二版是普通高等教育“十一五”國傢級規劃教材。本書是教育部高等學校電子電氣基礎課程教學指導分委員會推薦教材,是在第二版的基礎上,結閤近年來的技術發展和教學實踐修訂而成。
作為通信工程、電子信息工程等相關電子信息類專業的核心專業基礎課程,如何麵對科學技術的飛速發展,如何將最新的科學技術成果引入課程,又不失課程的基礎性,即在保證課程基礎性的前提下,體現科學技術的發展和最新的技術成果,是我們在教學過程中不斷探索和思考的問題,是業內同行十分關心的問題,也是“高頻電子綫路”這門課程發展方嚮的問題。我們試圖將思考和實際的課程講授反映在本教材之中,與業內同行共同研究和探討。
通過多年的教學實踐和工程應用,在國傢精品課程和國傢精品資源共享課程的建設中,我們認為:配套本教材的課程體係已經形成,相關課程的知識與能力結構銜接比較好,針對“高頻電子綫路”課程的基本內容變化不多,但隨著技術的發展和需求的變化,高頻電子綫路方麵齣現瞭一些變化,主要體現在新的元器件與芯片、各種物理層新技術的齣現,射頻帶寬的寬帶化,功能強大的設計與仿真工具,封裝與裝配工藝和新的測試技術等。同時,也存在著一些問題,如關鍵實際電路和工程設計,特彆是係統設計強調和訓練不夠,針對工程教育專業認證要求的解決復雜工程問題的能力涉及不足。
針對以上現狀,本次修訂在堅持“控製篇幅,精選內容,突齣重點,便於教學”指導思想和“基礎性、實踐性、先進性”編寫原則的基礎上,進一步強化工程性和實用性,著重強調係統性,以及本課程在專業培養方案中的作用和地位,針對課程特點,從係統原理入手,以分立元件講述單元電路原理與設計以及在係統中的地位與作用,最後迴到係統,以集成電路為例討論係統設計,即貫徹“係統一電路一係統”的課程建設指導思想。本次修訂主要在以下幾方麵做瞭較大改動。
《高頻電子綫路(第3版)》內容簡介 本書深入探討瞭高頻電子綫路的設計、分析與應用,旨在為讀者提供全麵且係統的理論知識和實踐指導。全書共分為十五章,係統性地梳理瞭高頻電路領域的核心概念、關鍵技術以及前沿發展。 第一章 緒論 本章首先界定高頻電路的範疇,闡述其在現代電子工程中的重要性與廣泛應用。接著,詳細分析瞭高頻電路區彆於低頻電路的根本特徵,包括寄生參數的影響、傳輸綫效應以及元件的頻率特性等。通過介紹高頻電路設計中必須考慮的關鍵因素,如阻抗匹配、噪聲抑製、穩定性與互調失真等,為後續章節的學習奠定堅實基礎。此外,本章還將迴顧高頻電子綫路發展簡史,展望其未來發展趨勢。 第二章 傳輸綫理論 傳輸綫是高頻電路中信息傳輸的基本載體,本章將深入剖析其工作原理。首先,介紹傳輸綫的集總參數模型與分布參數模型,重點講解分布參數模型中的電感、電容、電阻和電導等參數的物理意義。隨後,詳細闡述傳輸綫方程的推導過程,以及電壓波和電流波在傳輸綫上的傳播特性。本章的核心內容之一是反射係數和駐波比的概念,通過史密斯圓圖的應用,直觀展示瞭阻抗匹配的原理與方法,是解決高頻電路中能量傳輸效率問題的關鍵工具。同時,也會討論傳輸綫的損耗、非理想特性以及各種典型傳輸綫結構(如微帶綫、帶狀綫等)的特點。 第三章 S參數 S參數(散射參數)是描述高頻電路中綫性網絡特性的標準工具,本章將係統講解其理論與應用。首先,介紹S參數的定義及其與電壓、電流、功率等參數之間的關係,重點說明S參數能夠準確錶徵端口間的電壓增益、傳輸損耗、反射損耗以及相位變化。本章將詳細推導多端口網絡的S參數矩陣,並通過實例展示如何利用S參數分析放大器、濾波器等復雜電路。此外,還將介紹S參數的測量方法與技巧,以及其在電路仿真與設計中的重要作用,幫助讀者理解如何通過S參數來評估和優化高頻器件的性能。 第四章 高頻放大器 高頻放大器是實現信號增益的核心單元,本章將深入研究其設計與分析。首先,分析高頻三極管、場效應管等有源器件在高頻下的等效電路模型,重點關注其高頻參數(如ft, fmax)的意義。隨後,詳細講解不同類型的高頻放大器拓撲結構,包括單級放大器、多級放大器、寬帶放大器和選頻放大器等。本章將重點討論放大器的穩定性問題,介紹穩定判據(如Bode圖、Nyquist圖)以及穩定性設計方法。此外,還將深入探討放大器的噪聲特性、增益帶寬積、綫性度(如IP3, P1dB)等關鍵指標的計算與優化。 第五章 高頻振蕩器 振蕩器是産生高頻信號的源,本章將聚焦高頻振蕩器的設計原理與電路實現。首先,分析振蕩器的工作原理,講解正弦振蕩器的基本構成(放大電路和反饋網絡)以及起振條件(增益為1,相位為0或2π的整數倍)。隨後,詳細介紹各種典型的高頻振蕩器電路,如LC振蕩器(Clapp、Colpitts、Hartley振蕩器)、RC振蕩器以及晶體振蕩器等,並分析其各自的優缺點和適用範圍。本章還將深入研究振蕩器的頻率穩定性、輸齣功率、頻譜純度等關鍵性能指標,並探討如何通過器件選擇、偏置設置以及反饋迴路設計來優化振蕩器的性能。 第六章 混頻器 混頻器是實現信號頻率變換的關鍵器件,本章將對其進行深入剖析。首先,解釋混頻器的基本原理,即利用非綫性器件將兩個輸入信號(載波和中頻信號)疊加,産生一係列新的頻率分量,其中包含所需的目標頻率。隨後,介紹各種典型的高頻混頻器電路,如二極管混頻器、FET混頻器、平衡混頻器以及乘法器混頻器等,分析其結構特點、工作方式以及性能指標。本章將重點討論混頻器的隔離度(本振-射頻、本振-中頻、射頻-中頻)、變頻損耗、互調失真以及殘餘調頻等關鍵參數,並指導讀者如何根據實際應用需求選擇閤適的混頻器類型並進行優化設計。 第七章 鎖相環(PLL) 鎖相環(PLL)是一種能夠跟蹤和鎖定輸入信號頻率和相位的反饋控製係統,本章將深入講解其理論基礎和應用。首先,介紹鎖相環的基本組成部分:鑒相器、低通濾波器和壓控振蕩器(VCO)。隨後,詳細分析鑒相器的類型、工作原理以及其傳遞函數。接著,深入探討低通濾波器的作用及其對環路動態性能的影響。本章將重點講解壓控振蕩器的特性,以及其在鎖相環中的關鍵作用。此外,還將分析鎖相環的捕獲範圍、跟蹤範圍、鎖定時間等重要性能指標,並介紹鎖相環在頻率閤成、時鍾恢復、解調等領域的廣泛應用。 第八章 高頻濾波器 濾波器在高頻電路中用於選擇和抑製特定頻率的信號,本章將詳細闡述高頻濾波器的設計與分析。首先,介紹濾波器的基本類型:低通、高通、帶通和帶阻濾波器,以及它們的理想與實際響應特性。隨後,深入研究幾種典型的高頻濾波器設計技術,包括集總參數濾波器(如LC濾波器)和分布式參數濾波器(如微帶綫濾波器)。本章將詳細講解Butterworth、Chebyshev、Bessel等濾波器響應的特點及其設計方法。此外,還將討論濾波器的插入損耗、阻帶衰減、阻抗匹配以及高功率處理能力等重要設計考量。 第九章 阻抗匹配 阻抗匹配是確保高頻電路中信號有效傳輸和功率傳輸的關鍵技術,本章將係統介紹其理論與實踐。首先,闡述阻抗不匹配導緻的信號反射、功率損耗以及駐波形成等不良影響。隨後,詳細講解阻抗匹配的幾種常用方法,包括匹配網絡設計(如L型網絡、π型網絡、T型網絡)、微帶綫匹配技術以及使用匹配元件(如固定匹配器、寬帶匹配器)。本章將重點介紹史密斯圓圖在阻抗匹配設計中的應用,通過具體的實例演示如何利用史密斯圓圖快速找到最優匹配方案。此外,還將討論單端口匹配和雙端口匹配的區彆,以及在不同應用場景下的匹配策略。 第十章 高頻電路的穩定性分析 高頻放大器和其他有源高頻電路容易齣現自激振蕩,即穩定性問題。本章將集中探討高頻電路的穩定性分析與設計。首先,定義電路的穩定性,並解釋在何種條件下會發生振蕩。隨後,介紹幾種常用的穩定性判據,如Bode圖判據、Nyquist圖判據和輸入/輸齣阻抗的穩定性判據。本章將詳細分析元件參數變化、負載變化、溫度變化等因素對電路穩定性的影響。最後,提供實用的穩定性設計方法,包括通過阻抗匹配、加入穩定電阻或電容、閤理選擇器件等手段來確保電路的穩定工作。 第十一章 高頻電路中的寄生參數效應 在分析和設計高頻電路時,必須充分考慮元件的寄生參數。本章將深入探討這些寄生參數對電路性能的影響。首先,詳細介紹電感、電容、電阻等基本元器件在高頻下的寄生效應,如引綫電感、電容、等效串聯電阻(ESR)、等效並聯電導(GCE)等。隨後,分析這些寄生參數如何導緻電路性能下降,例如引起非預期的諧振、增加損耗、影響頻率響應等。本章還將研究PCB闆上走綫(微帶綫、帶狀綫)的寄生電感和電容,以及它們在高頻信號傳輸中的作用。最後,提供減小寄生參數影響的設計技巧,例如閤理的布局布綫、選擇低寄生參數的元件等。 第十二章 高頻噪聲與乾擾抑製 高頻電路對噪聲和乾擾非常敏感,本章將關注如何分析和抑製這些不良因素。首先,介紹高頻噪聲的來源,包括熱噪聲、散彈噪聲、閃爍噪聲等,以及放大器噪聲係數的概念。隨後,探討外部電磁乾擾(EMI)的耦閤機製,如傳導乾擾、輻射乾擾和串擾。本章將重點介紹各種抑製噪聲和乾擾的有效方法,包括屏蔽、接地、濾波、差分信號傳輸以及閤理的布局布綫。此外,還將討論如何通過低噪聲設計技術來提高接收機的靈敏度和信噪比。 第十三章 高頻器件的頻率響應 本章深入研究瞭半導體器件(如BJT、FET)在高頻下的頻率響應特性。首先,詳細解釋瞭器件內部的寄生電容和電感如何影響其在高頻下的性能,例如晶體管的ft(特徵頻率)和fmax(最大振蕩頻率)等參數的物理意義。隨後,分析瞭這些頻率響應特性對放大器、振蕩器等電路設計的影響,並介紹瞭如何通過選擇閤適的器件、優化器件的偏置條件以及采用特殊的電路結構來改善器件的頻率響應。 第十四章 高功率高頻電路設計 本章專門討論大功率高頻電路的設計挑戰與應對策略。首先,分析瞭高功率下器件的擊穿、熱管理、載流能力等關鍵問題。隨後,介紹瞭幾種適用於高功率應用的高頻功率放大器拓撲結構,如Class A、Class B、Class C、Class AB、Class D等,並分析它們的效率、綫性度和功率輸齣的權衡。本章還將探討功率匹配、散熱設計以及濾波器在功率傳輸中的作用,並提供一些實際應用案例,如廣播發射機、雷達係統中的功率放大器設計。 第十五章 高頻電路的測量與測試 為瞭驗證設計和評估性能,高頻電路的測量與測試至關重要。本章將詳細介紹高頻電路的測量方法和常用儀器。首先,介紹頻譜分析儀、網絡分析儀、信號發生器、示波器等高頻測量儀器的工作原理和使用方法。隨後,詳細講解各種關鍵參數的測量技巧,如增益、帶寬、迴波損耗、S參數、噪聲係數、功率等。本章還將強調測量過程中的注意事項,如探頭選擇、接地、校準等,以保證測量結果的準確性。最後,將介紹一些高頻電路的典型測試項目和調試流程。 本書內容涵蓋瞭高頻電子綫路的理論基礎、關鍵技術和實際應用,理論闡述嚴謹,圖文並茂,並輔以大量工程實例,有助於讀者掌握高頻電路的設計與分析方法,提升解決實際工程問題的能力。