射频模拟电路

　　作者分析了国内外一些相关文献，结合自己的教学体会和科研实践，编写了本书。本书主要特色：1面向学生，始终强调基本概念、基本原理、基本电路和基本测试方法。2本书力求精练，易于阅读，重要结论和基本概念一目了然。3删除了陈旧的内容，增加了新的内容。例如，增加了“线性功率放大器”、“射频电子系统”和“射频电路集成芯片”。4附录A收录了对于高频宽带匹配、网络实现具有现实的指导意义及工程应用价值的“传输线变压器的原理及应用”的内容。本书可以作为电子工程、通信工程、自动控制等电类专业相关课程的本科生（或专科生）教材，也可供相关技术人员参考。高频电子线路是电子工程、通信工程、自动控制等电子类专业的重要基础课。面对21世纪，原有教材已跟不上时代的要求，有必要编一本新的教材。作者从事射频模拟电路教学与科研近30年，对该领域的学科内容有深入的体会。“高频电子线路”名称中，“高频”这个概念是含糊的，究竟高频范围的上限、下限是什么？高频与微波的频率界限在什么地方？一般认为，不管频率高低，只要可用“路”（集总参数）的概念来分析问题，都归结为模拟电子线路的内容。“微波”电路则是用“场”（分布参数）的概念来分析电路。事实上，电路尺寸只要小于八分之一导波波长，就可用路的概念来分析电路。据有关报道，惠普公司用集总参数制造的压控振荡器的频率已达18GHz，因此高频与微波已无频率界限可言。鉴于上述分析，“高频电子线路”课程名称改为“射频模拟电路”更为贴切。随着信息时代的来临，通信工程飞速发展，为节省频谱资源，提高数字通信系统的信道容量及传递信息的准确可靠性，数字调制技术发展迅速。第三代GSM系统、高清晰数字电视等都对通信信道的指标要求更加苛刻，特别是对射频电子电路提出了更高要求，如系统的动态范围、线性度，本振源的频谱纯度等。为了满足移动通信手机小型化的要求，集成射频电路不断推陈出新。集成度更高、功耗更小、性能更佳、体积更小、成本更低、可靠性更高，这是集成射频电路的追求。例如，美信（MAXIM）公司推出了双频手机系统芯片MAX2338，MAX2310及MAX2366。MAX2338用于低噪声放大及混频，MAX2310用于调制及解调，MAX2366用于发送器及功率放大，配以适当的双工器、外围元件及基带信号处理芯片即可构成超小型化手机。高频集成芯片发展迅速，但是基本概念、基本原理是不会变化的。而且由于工作频率甚高，电路的结构参数，即分布电容、杂散电容、引线电感、分布电感、电磁辐射、互耦等对电路性能影响严重。集成高频芯片的外围元件设计与装配调试还要遵循射频模拟电路的一般规则，否则集成芯片不能正常工作。射频模拟电路包含的内容愈来愈多，但受限于新的教学大纲，该门课的授课学时越来越少。在此前提下，要编写一本具有新的特色，面向21世纪学生的教材困难是很大的。作者分析了国外的一些特色教材，结合自己的教学体会及该领域的科研实践，力求在教材中体现以下特色：1面向学生。不管信息技术如何发展，基本概念、基本原理是不会变化的。教材始终强调基本概念、基本原理、基本电路、基本测试方法；即使加入新内容，如第2章的线性功率放大器，也是以打基础为宗旨。2删除了陈旧的内容，增加了新的内容。例如，增加了第2章“线性功率放大器”、第6章“射频电子系统”、第7章“射频电路集成芯片”；第3章“波形发生与变换电路”中增加了有关信号源频谱纯度的基本概念和基本定义的内容。可以这样说，整个教材中有三分之一的内容是以往的老教材中没有反映或者说是全新的。作者认为，这些全新的内容中有些是必须讲的，有些是可以让学生自学的。例如，第2章及第3章增加的内容应全讲，第6章可讲可不讲，第7章则可以不讲。3教材内容作了大量的调整。把这门课称为“非线性电路”或“射频电子线路”都有其局限性。本教材不以线性、非线性区分电路，而是以电路的内容来区分。因此，第1章“选频放大器”中，既包含小信号电路——射频小信号放大器，也包含非线性电路——谐振高频功率放大器。第1章中的“耦合谐振回路”属选讲内容，可讲可不讲。本教材删除了宽带高频功率放大器的内容。第3章的“非正弦波产生电路”可不讲。第4章“频谱搬移电路”应突出模拟乘法器的作用。第5章“角度调制与解调”完全删除了比例鉴频器的内容。4第6章“射频电子系统”除“放大器中的噪声”内容外，其他都是根据作者多年的设计经验总结出来的，不足之处希望同行专家指导、批评。这部分内容主要是系统的概念。如何正确地设计射频电子系统不是一件很容易的事情，它需要多方面的综合知识。5对于第7章“射频电路集成芯片”，由于射频集成芯片发展太迅速，教材中仅列出极少一部分。这部分内容完全可不讲。国外有一本教材叫做“集成射频电路”，它以砷化镓场效应管电路为主讲述了各类射频电路，包含集成电路，如小信号放大器、混频器、振荡器、功率放大器等，有兴趣的读者可参阅该教材。6“射频模拟电路”是一门工程性质的课程，是“？Ｄ獾缏坊钡暮笮纬蹋股？及非线性电路的内容。学生普遍反映难学难懂，原因如下：（1）这门课所学单元电路都是从工程实践电路中抽象出来的，有些就是实际电路。绝大部分学生并没有真正接触到实际电路，学起来很空洞。（2）这门课大部分内容属非线性电路，涉及到的分析方法有泰勒级数法、折线法、开关函数法、线性时变分析法。同一电路不同的工作状态可以要采用不同的分析方法。（3）射频电路中，电感、电容的作用各异。大电感为什么可作为射频扼流圈？大电容为什么可作为隔直电容、旁路电容？究竟在什么频率范围，电感、电容大到什么程度才可作为射频扼流圈与隔直电容？射频电路中为什么要加入“去耦”电路？这些问题对电路工作者而言是非常简单的，对学生则不然。如何在教材中解决学生的这些困惑不是一件很容易的事，只有采用多次重复、反复强调，电路中尽可能不要省略“去耦”电路等方法来解决。（4）“射频模拟电路”各章节之间的内容缺乏关联性，实际电路的关联性是靠射频电子系统来完成的（这也是要增加第6章的理由之一），学生很难理解。7电路图是电子工程师的“语言”，如何读图、设计电路图是这门课需培养的能力。本教材力图在“培养”上下功夫，希望学生完成这门课程后，应初步具备这方面的能力。8射频模拟电路的CAD软件已推出了很多，但每种软件价格昂贵，特别是包含电磁兼容特性仿真的软件价格更为昂贵。每种软件总存在局限性，这是由于软件是由人编写的，每个人对知识的理解与掌握有局限性。射频模拟电路中，由于器件的多样性，电路种类、形式的多样性，电路结构、印刷电路板结构、电磁兼容特性的多样性等等，要推出一种万能的包罗万象的CAD软件是极其困难的。本教材没有反映这方面的内容，不能不说是一种遗憾。9非线性电路的分析方法有新的发展，如谐波平衡法。这部分内容本教材没有反映。10由于编写时间紧迫，习题编写没有给予足够的重视，仅编写了要求学生完成的习题。这些习题大部分不同于老教材的习题，这完全是精选的结果。11本教材力求精练，易于阅读，重要结论和基本概念一目了然。12根据工程实际应用的需要，本教材增加了附录“传输线变压器的原理及应用”。这是朱维乐教授在20世纪70年代作了大量研究工作后写成的。笔者认为这部分内容对高频宽带匹配、网络实现具有现实的指导意义及工程应用价值，故收录于教材附录之中。限于作者水平，书中不妥之处，敬请批评指正。

暂缺《射频模拟电路》作者简介

绪论                  
     0. 1  射频模拟电路在通信系统中的地位                  
     0. 2  非线性电路的基本特点                  
     0. 3  课程特点                  
     0. 4  本书各章内容简介                  
   第1章  选频放大器                  
     1. 1  谐振电路的基本特性                  
     1. 1. 1  简单串并联谐振电路的基本特性                  
     1. 1. 2  串并联阻抗互换和回路抽头时阻抗变比折合关系                  
     1. 1. 3  双调谐精合谐振回路                  
     1. 2  高频小信号调谐放大器                  
     1. 2. 1  高频小信号放大器的基本要求                  
     1. 2. 2  高频晶体管小信号等效电路模型与参数                  
     1. 2. 3  晶体管的高频参数                  
     1. 2. 4  晶体管高频小信号单调谐回路谐振放大器                  
     1. 2. 5  高频小信号单调谐回路谐振放大器级联                  
     1. 2. 6  高频小信号双调谐回路谐振放大器                  
     1. 2. 7  高频小信号调谐放大器的稳定性                  
     1. 3  使用放大功能块的选频放大器                  
     1. 3. 1  集成放大功能块                  
     1. 3. 2  选频网络                  
     1. 4  高频谐振功率放大器                  
     1. 4. 1  高频谐振功率放大器的基本工作原理                  
     1. 4. 2  高频谐振功率放大器折线近似分析法                  
     1. 4. 3  高频谐振功率放大器的动态特性                  
     1. 4. 4  高频谐振功率放大器的馈电线路                  
     1. 4. 5  高频谐振功率放大器的输出匹配网络与级间匹配网络                  
     1. 4. 6  高频谐振功率放大器的实际电路                  
     习题一                  
   第2章  线性功率放大器                  
     2. 1  线性功率放大器在通信系统与图像传输系统中的作用                  
     2. 2  信号的失真特性                  
     2. 2. 1  无记忆系统中的振幅非线性                  
     2. 2. 2  无记忆系统中的交叉调制                  
     2. 3  双音包络分析                  
     2. 3. 1  双音包络分析工作原理                  
     2. 3. 2  用可变峰／平均功率之比进行包络分析                  
     2. 4  调幅一调相(AM—PM)转换效应                  
     2. 5  RF功率放大器中的偏置调制效应                  
     2. 6  数字调制系统对RF功率放大器的指标要求                  
     2. 7  多载波系统对功率放大器的指标要求                  
     2. 8  功率放大器的线性化技术                  
     2. 8. 1  直接反馈技术                  
     2. 8. 2  间接反馈技术                  
     2. 8. 3  极性环                  
     2. 8. 4  笛卡儿环                  
     2. 8. 5  预失真                  
     2. 8. 6  前馈技术                  
     2. 9  GaAs FET线性功率放大器                  
     2. 9. 1  非线性模型                  
     2. 9. 2  GaAs FET线性功率放大器的设计                  
     习题二                  
   第3章  波形发生与变换电路                  
     3. 1  LC反馈正弦波振荡器工作原理                  
     3. 1. 1  自激振荡的建立过程及起振条件                  
     3. 1. 2  振荡器的平衡条件                  
     3. 1. 3  振荡器振幅平衡的稳定条件                  
     3. 1. 4  振荡器相位平衡的稳定条件                  
     3. 2  反馈型晶体管LC振荡器电路                  
     3. 2. 1  变压器地耦合LC反馈振荡器                  
     3. 2. 2  电感三端式振荡电路                  
     3. 2. 3  电容三端式振荡电路(Copitts振荡电路)                  
     3. 2. 4. 其他形式的LC振荡器电路                  
     3. 2. 5  LC三端式振荡器相位平衡条件的判别准则                  
     3. 3  振荡器频率稳定度的物理定义及改进型电容三端式振荡电路                  
     3. 3. 1  频率稳定度的定义                  
     3. 3. 2  改进型电容三端式振荡电路                  
     3. 4  场效应振荡电路                  
     3. 5  石英晶体振荡器                  
     3. 5. 1  引起频率不稳定的因素分析                  
     3. 5. 2  石英谐振器的特性                  
     3. 5. 3  石英晶体振荡器电路                  
     3. 6  比反馈正弦波振荡器的噪声特性及低相噪石英晶体振荡器                  
     3. 6. 1  LC反馈振荡器的相位噪声特性                  
     3. 7  RC正弦波振荡器                  
     3. 8  非正弦波发生电路                  
     3. 8. 1  矩形波发生电路                  
     3. 8. 2  三角波发生电路                  
     3. 8. 3  锯齿波发生电路                  
     习题三                  
   第4章  频谱搬移电路                  
     4. 1  频谱线性变换的一般概念                  
     4. 1. 1  单间断点折线特性源                  
     4. 1. 2  平方律特性源                  
     4. 1. 3  指数特性源                  
     4. 1. 4  受控差分特性源                  
     4. 2  振幅调制与解调                  
     4. 2. 1  普通振幅调制波的基本特性及其数学表达式                  
     4. 2. 2  双边带调制(DSB)和单边带调制(SSB)                  
     4. 2. 3  振幅调制电路                  
     4. 2. 4  振幅调制波的解调模型及电路                  
     4. 3  混频                  
     4. 3. 1  晶体管混频器                  
     4. 3. 2  场效应管混频器                  
     4. 3. 3  二极管混频                  
     4. 3. 4  混频器中的组合频率干扰与非线性失真                  
     习题四                  
   第5章  频谱的非线性变换——角度调制与解调                  
     5. 1  角度调制波的基本特性                  
     5. 1. 1  瞬时频率与瞬时相位                  
     5. 1. 2  调频波与调相波的数学表达式. 频移与相移. 最大频移与最大相移                  
     5. 1. 3  调相波的频谱及频带宽度                  
     5. 2  直接调频回路                  
     5. 2. 1  比正弦波振荡器直接调频电路                  
     5. 2. 2  电抗管直接调频电路                  
     5. 2. 3  晶体振荡器直接高频电路                  
     5. 2. 4  其他直接调频电路                  
     5. 3  间接调频电路                  
     5. 3. 1  可变移相法调相电路                  
     5. 3. 2  可变延时法调相电路                  
     5. 4  调频波的解调                  
     5. 4. 1  限幅电路                  
     5. 4. 2  斜率鉴频器                  
     5. 4. 3  相位鉴频器                  
     习题五                  
   第6章  射频电子系统                  
     6. 1  电子系统中的噪声                  
     6. 1. 1  噪声的来源与性质                  
     6. 1. 2  晶体管与场效应管中的噪声                  
     6. 1. 3  噪声系数与噪声温度                  
     6. 1. 4  放大器中的噪声                  
     6. 1. 5  噪声系数的测量                  
     6. 2  接收机系统分析与设计                  
     6. 2. 1  接收机的灵敏度                  
     6. 2. 2  通频带及各级通频带                  
     6. 2. 3  中频频率的选择                  
     6. 2. 4  总增益的确定及其各级增益分配                  
     6. 2. 5  接收机整机参数的测量                  
     6. 3  无线发射系统分析与设计                  
     6. 3. 1  无线发射系统框图设计及电平分配                  
     6. 3. 2  发射机的功率. 频率与本振信号频谱纯度                  
     6. 3. 3  天线及馈线系统                  
     6. 3. 4  发射机参量测量                  
     6. 4  增益控制电路                  
     6. 4. 1  增益控制的方法                  
     6. 4. 2  AGC的实现                  
     6. 5  自动频率控制电路                  
     6. 5. 1  自动频率控制原理                  
     6. 5. 2  误差信号产生器(鉴频器)                  
     6. 5. 3  跟踪式AFC系统                  
     习题六                  
   第7章  射频电路集成芯片                  
     7. 1  通用单片集成芯片                  
     7. 1. 1  通用单片小信号放大集成芯片                  
     7. 1. 2  单片功率放大器芯片                  
     7. 1. 3  单片集成混频器芯片及其他类型芯片                  
     7. 2  通用集成接收芯片                  
     7. 2. 1  MC3356芯片                  
     7. 2. 2  MC3367芯片                  
     7. 3  集成发射机芯片                  
     7. 3. 1  MC2831A低功耗FM发射器                  
     7. 3. 2  MC2833低功耗FM发射器                  
     7. 3. 3  MC13175和MC13176UHF波段FM／AM发射器                  
   附录A  传输线变压器的原理及应用                  
     A. 1  简单的物理概述                  
     A. 2  作为四端网络的传输特性及阻抗变换作用                  
     A. 3  当4：1传输线变压器接有任意负载时的输入阻抗                  
     A. 4  4：1传输线变压器的低频限及功率容量                  
     A. 5  双平行精合线理论及用双绞线绕组绕制的传输线变压器的等效电路                  
     A. 6  三平行耦合线理论及用三绞线绕制的传输线变压器的等效电路                  
     A. 7  单环高变比传输线变压器                  
     A. 7. 1  传输线变压器单环绕法的电压-电流图                  
     A. 7. 2  单环n2：1绕法的两种系列                  
     A. 7. 3  几种互耦绕法                  
     A. 7. 4  无上限带宽绕法                  
     A. 8  单端-平衡变换器                  
     A. 8. 1  几种平衡变换器                  
     A. 8. 2  平衡度及插入损耗的意义及测量                  
     A. 9  平衡-平衡变压器                  
     A. 9. 1  几种不同变比的平衡-平衡变压器                  
     A. 9. 2  单端-平衡变换器及平衡-平衡变压器组合为平衡端有中心头的平衡变换器                  
     A. 10  功率分配器                  
     A. 10. 1  3dB功率分配器的一般要求                  
     A. 10. 2  等阻抗3dB功分器                  
     A. 10. 3  平衡型3dB功分器及传输线魔T接法                  
     A. 11  无磁芯传输线变压器及其微波应用                  
     A. 12  传输线的测量与变压器的实际绕制                  
     A. 13  一小段传输线的四端网络矩阵                  
     A. 14  有分布电容的完全精合线圈的高频等效电路                  
     A. 15  有分布电容的不完全精合线圈的高频等效电路                  
     A. 16  单环高变比绕法的传输特性                  
     A. 16. 1  高阻系列                  
     A. 16. 2  低阻系列                  
   附录B  余弦脉冲分解系数表                  
   参考文献