高频与射频电路：第1章 绪论

讲授课程：《微波技术》、《微波器件原理》、《高频与射频电路》、《微波网络》高频与射频电路

课时：48学时成绩构成：平时（作业、出勤，30％）期中（测试、报告、讨论，20%）期末（考试，50％）先修课程:《电路分析基础》、《模拟电路》、《信号与系统》教材：《高频电子线路》（第五版），张肃文，

高等教育出版社，2009参考书：1、《高频电子线路》（第二版），

曾兴雯，高等教育出版社，2009

2、Joseph，《射频电路设计》，

电子工业出版社，2001课外书：1、《高频电路设计与制作》，市川裕一，

科学出版社，20062、各类高频电路习题集（图书馆）选频网络；高频小信号放大器；高频功率放大器；正弦波振荡器；

课程重点频谱非线性第一章绪论滤波产生频率了解高频信号和高频电路的特点；了解无线电通信发展简史；建立无线电信号的发送和接收的初步概念；了解高频信号的一般传输媒质。

绪论内容时间幅度频率

信号在时域和频域内的形状

频谱概念让·巴普蒂斯·约瑟夫·傅立叶（JeanBaptisteJosephFourier，1768–1830），法国著名数学家、物理学家，1817年当选为科学院院士，1822年任该院终身秘书，后又任法兰西学院终身秘书和理工科大学校务委员会主席，主要贡献是在研究热的传播时创立了一套数学理论。

傅立叶生于法国中部欧塞尔（Auxerre）一个裁缝家庭，8岁时沦为孤儿，就读于地方军校，1795年任巴黎综合工科大学助教，1798年随拿破仑军队远征埃及，受到拿破仑器重，回国后被任命为格伦诺布尔省省长。

傅立叶早在1807年就写成关于热传导的基本论文《热的传播》，向巴黎科学院呈交，但经拉格朗日、拉普拉斯和勒让德审阅后被科学院拒绝，1811年又提交了经修改的论文，该文获科学院大奖，却未正式发表。傅立叶在论文中推导出著名的热传导方程，并在求解该方程时发现解函数可以由三角函数构成的级数形式表示，从而提出任一函数都可以展成三角函数的无穷级数。傅立叶级数（即三角级数）、傅立叶分析等理论均由此创始。傅立叶变换1、傅立叶变换是线性算子，若赋予适当的范数，它还是酉算子。2、傅立叶变换的逆变换容易求出，而且形式与正变换非常类似。3、正弦基函数是微分运算的本征函数，从而使得线性微分方程的求解可以转化为常系数的代数方程的傅立叶求解。在线性时不变的物理系统内，频率是个不变的性质，从而系统对于复杂激励的响应可以通过组合其对不同频率正弦信号的响应来获取。4、著名的卷积定理指出：傅立叶变换可以化复杂的卷积运算为简单的乘积运算，从而提供了计算卷积的一种简单手段。5、离散形式的傅立叶变换可以利用数字计算机快速的算出(其算法称为快速傅立叶变换算法(FFT))。正是由于上述的良好性质，傅里叶变换在物理学、数论、组合数学、信号处理、概率、统计、密码学、声学、光学等领域都有着广泛的应用。在电子学中，傅里叶级数是一种频域分析工具，可以理解成一种复杂的周期波分解成直流项、基波（角频率为ω）和各次谐波（角频率为nω）的和，也就是级数中的各项。一般，随着n的增大，各次谐波的能量逐渐衰减，所以一般从级数中取前n项之和就可以很好接近原周期波形。这是傅里叶级数在电子学分析中的重要应用。时间幅度频率

信号在时域和频域内的形状

频谱概念詹姆斯·克拉克·麦克斯韦（JamesClerkMaxwell，1831-1879），英国物理学家、数学家。经典电动力学的创始人，统计物理学的奠基人之一。科学史上，称牛顿把天上和地上的运动规律统一起来，是实现第一次大综合，麦克斯韦把电、光统一起来，是实现第二次大综合，因此应与牛顿齐名。1873年出版的《论电和磁》，也被尊为继牛顿《自然哲学的数学原理》之后的一部最重要的物理学经典。麦克斯韦被普遍认为是对二十世纪最有影响力的十九世纪物理学家。没有电磁学就没有现代电工学，也就不可能有现代文明。天才出世JamesClerkMaxwell公元1831～公元1879詹姆斯·克拉克·麦克斯韦是伟大的英国物理学家，经典电磁理论的创始人。1831年生于苏格兰爱丁堡。他的智力发育格外早，年仅十五岁时，就向爱丁堡皇家学院递交了一份科研论文。他就读于爱丁堡大学，毕业于剑桥大学。他成年时期的大部分时光是在大学里当教授，最后是在剑桥大学任教。他结过婚，妻子名叫凯瑟琳·克拉克·麦克斯韦，但没有孩子。一般认为麦克斯韦是从牛顿到爱因斯坦这一整个阶段中最伟大的理论物理学家。1879年他在48岁时因病与世长辞。麦克斯韦生前没有享受到他应得的荣誉，因为他的科学思想和科学方法的重要意义直到20世纪科学革命来临时才充分体现出来。然而他没能看到科学革命的发生。1879年11月5日，麦克斯韦因病在剑桥逝世，年仅48岁。那一年正好爱因斯坦出生。你和我将长相厮守在生机盎然的春潮里，我的神灵已经穿越如此广阔的寰宇？我这就将我的整个生命导入这生机盎然的春潮，将真正使三个自我穿越这世界的广袤1873年前后1858前后

电磁波频谱

（真空中）20Hz~20kHz400nm~700nm频谱图3MHz~30MHz引言

信息的传输是人类社会生活的重要内容。人耳人眼声波易衰减可见光直线传播20Hz~20kHz400nm~700nm《中华人民共和国无线电频率划分规定》——2014.02.01带号频带名称频率范围波段名称波长范围1至低频（TLF）0.03－0.3Hz至长波或千兆米波10000－1000兆米（Mm）0至低频（TLF）0.3－3Hz至长波或百兆米波1000－100兆米（Mm）1极低频（ELF）3－30Hz极长波100－10兆米（Mm）2超低频（SLF）30－300Hz超长波10－1兆米（Mm）3特低频（ULF）300－3000Hz特长波1000－100千米（km）4甚低频（VLF）3－30kHz甚长波100－10千米（km）5低频（LF）30－300kHz长波10－1千米（km）6中频（MF）300－3000kHz中波1000－100米（m）7高频（HF）3－30MHz短波100－10米（m）8甚高频（VHF）30－300MHz米波10－1米（m）9特高频（UHF）300－3000MHz分米波10－1分米（dm）10超高频（SHF）3－30GHz厘米波10－1厘米（cm）11极高频（EHF）30－300GHz毫米波10－1毫米（mm）12至高频（THF）300－3000GHz丝米波或亚毫米波10－1丝米（dmm）字母代码雷

达空间无线电通信频率范围（GHz）举例（GHz）标称频段举例（GHz）L1-21.215-1.41.5GHz频段1.525-1.710S2-42.3-2.52.7-3.42.5GHz频段2.5-2.690C4-85.25-5.854/6GHz频段3.4-4.24.5-4.85.85-7.075X8-128.5-10.5-

Ku12-1813.4-14.015.7-17.311/14GHz频段12/14GHz频段10.7-13.2514.0-14.5K18-2724.05-24.2520GHz频段17.7-20.2Ka27-4033.4-36.030GHz频段27.5-30.0V40-7546-5640GHz频段37.5-42.547.2-50.2国际电信联盟波段号码频段名称缩写频率范围波段波长范围用法≤3Hz≥100,000千米1极低频ELF3Hz–30Hz极长波100,000千米–10,000千米潜艇通讯或直接转换成声音2超低频SLF30Hz–300Hz超长波10,000千米–1,000千米直接转换成声音或交流输电系统（50-60赫兹)3特低频ULF300Hz–3KHz特长波1,000千米–100千米矿场通讯或直接转换成声音4甚低频VLF3KHz–30KHz甚长波100千米–10千米直接转换成声音、超声、地球物理学研究5低频LF30KHz–300KHz长波10千米–1千米国际广播、全向信标6中频MF300KHz–3MHz中波1千米–100米调幅(AM)广播、全向信标、海事及航空通讯7高频HF3MHz–30MHz短波100米–10米短波、民用电台8甚高频VHF30MHz–300MHz米波10米–1米调频(FM)广播、电视广播、航空通讯9特高频UHF300MHz–3GHz分米波1米–100毫米电视广播、无线电话通讯、无线网络、微波炉10超高频SHF3GHz–30GHz厘米波100毫米–10毫米无线网络、雷达、人造卫星接收11极高频EHF30GHz–300GHz毫米波10毫米–1毫米射电天文学、遥感、人体扫描安检仪>300GHz<1毫米固定业务参考测量带宽的规定值高频信号传输（无线电技术）是进行远距离信息传输的一种重要方式。信息传输近距离：语言、文字远距离古代：马接力、飞鸽、烽火等现代电报、电话等（低频）广播、电视、手机、网络、蓝牙、雷达等（高频）电子管接收机天线短波接收机（美抗战援华）电子管式大八一电台（50-70年代）一战电台（20年代）二战美军无线电话1973.4.3第一部手机1995第一款翻盖手机第一部进入大陆手机第一款折叠手机广播、电视、手机、网络、蓝牙、雷达等（高频）回顾电磁波的传播电磁波是电磁场的一种运动形态，变化的电场产生磁场，变化的磁场产生电场，可以在空间或媒质中传递，也可束缚在有形的导电体中传递。幅度幅度高频电路与低频电路的区别低频信号：在电路中可以忽略能量辐射；

低频信号：在有限长度传输线上电压、电流的幅度和相位几乎处处相等，可以忽略传输线的影响；举例：

高频信号：在电路中必须考虑辐射问题；高频信号：在传输线上呈现波动性，电压、电流的幅度和相位均不同，必须运用传输线理论进行分析；（《微波技术》课程中深入学习）器件在高频区表现出寄生效应，如：电阻、电容（电感），电感（电容）；二极管、三极管在高频区出现封装电容和引线电感为什么需要高频电路高频电路工作频率高、传输信息量大，能容纳更多信道；天线以及传输装置的体积与电磁波的波长比拟。GSM手机天线毫米波滤波器UHF滤波器短波天线高频电子线路学习意义电子电路：模拟电路与数字电路；

模拟电路：低频电路与高频电路；忽视高频电路而着手数字与低频电路的设计，虽然电路可能能正常工作，但可能存在不稳定、通用性差等问题；随着人们对仪器设备更高更快的要求，数字电路已经朝着高速化发展，即现代实用数字电路中不可避免考虑高频信号电磁辐射及电磁兼容/干扰问题；很多外围电路（如天线、供电设备）以及接收机/发射机前端系统仍然必须由模拟高频电路来实现；高频电路是从事射频/微波无线通信工作以及雷达工作的理论基础课程；本课程内容高频小信号放大电路选频网络电路分析模拟电路信号与系统调制解调频率变换高频功率放大电路振荡电路各类无线通信系统远程控制系统高速计算机系统基础课程高频电子线路涉及的知识体系1.1无线电通信发展简史1837年莫尔斯发明电报，创造莫尔斯电码，开创通信的新纪元； 1864年英国物理学家麦克斯韦从理论上证明了电磁波的存在，推断电磁波能在空间和媒质中传播，为后来的无线电发明和发展奠定了坚实的理论基础； 物理学历史上认为牛顿的经典力学打开了机械时代的大门，而麦克斯韦电磁学理论则为电气时代奠定了基石。1931年，爱因斯坦在麦克斯韦百年诞辰的纪念会上，评价其建树“是牛顿以来，物理学最深刻和最富有成果的工作”。1876年贝尔发明电话，能够直接将语言信号变为电信号沿导线传送； 1887年德国物理学家赫兹以卓越的实验技巧证实了电磁波是客观存在的； 1895年马可尼首次在几百米的距离实现电磁波通信，1901年首次完成横渡大西洋的通信；1904年，弗莱明发明电子二极管，进入无线电电子学时代； 1907年李·德·福雷斯特发明了电子三极管，用它可组成多种重要功能的电子线路； 1948年肖克莱等人发明了晶体三极管，它在许多方面已取代了电子管的传统地位； 20世纪60年代开始出现将“管”、“路”结合起来的集成电路。 1.2无线电信号传输原理1.2.1传输信号的基本方法信号接收设备发送设备传输信道收信装置通信系统，包括移动通信、电报、电话、广播、电视、雷达、遥测、遥控等。甲乙将信息（低频信号）“装载”在载波（高频信号）上，这个过程称为“调制”，以利于由天线发射和接收。1.2.2无线电信号的产生与发射调