TN-08930101高频电子技术思考题答案

1高频电子技术思考题答案第一章绪论1.1、无线发射电路的天线被制作在印制电路板上，能向外发射无线电波，在印制电路板上还有许多印制的导电连接线，这些导线也会向外发射无线电波吗？答：为了将正弦振荡形成的电磁能量尽可能多地向外传播出去，以便实现信号的无线传输，可以采取多种办法，例如将电容器两极板之间的距离拉大，如图1.8(b)所示，电磁波就容易发射出去；也可以将电感制成图1.8(c)所示的形状，电磁波也容易发射出去。门铃电路印制电路板如1.9所示，由图可以看出，振荡电路中的电感L1即被印制成图1.8(c)所示的形状，它电容C1组成LC谐振电路，既起着选频的作用，同时又起向外发射无线电信号的作用，这样的部件，称其为“天线”。印制电路板上印制的导电连接线则起不到这种作用。1.2、无线电波的传播有哪几种方式？答：地表波传播、空间波传播、天波传播、散射传播和地空传播等5种1.3、无线电频率资源有哪些特点？为什么要进行无线电管理？答：无线电频率资源具有以下四个特性：（1）有限性，（2）非耗竭性，（3）排他性，（4）易受污染性。由于无线电频率资源的上述特性，国际社会和任何国家都必须对它进行科学的规划、严格的管理。按照现有的法规，无线电管理的内容主要包括以下几个方面：（1）无线电台设置和使用管理（2）频率管理（3）无线电设备的研制、生产、销售和进口管理（4）非无线电波的无线电辐射管理1.4、已知一无线电波的频率是433MHz，求其波长，这种无线电波能利用其电离层反射实现远距离传输吗？答：该无线电波在真空中的波长mc693.010433/103/68，按空间波模式传播，不能利用电离层反射来实现远距离传输。1.5、无线电广播中的中波段，其电波是依靠什么方式传播的？答：中波段的频率在300～3000kHz之间，以地波传播方式为主。1.6、要实现地面与空间站的无线通信，应选用哪个频段？答：选用高于几十兆赫的VHF、UHF和SHF频段无线电波。1.7、无线通信系统由哪几部分组成？无线收发系统由哪几部分组成？两者有哪些联系与区别？答：按照基带信号的电学特性划分，可分为模拟通信系统和数字通信系统，其组成如下面两图所示基带信号发生电路无线发射电路基带信号应用电路无线接收电路模拟信号用模拟信号调制高频信号从高频信号解调出模拟信号模拟信号模拟通信系统发射电路基带信号应用电路基带信号发生电路接收电路A/D转换数字信号模拟信号模拟信号数字通信系统D/A转换数字信号从高频信号解调出数字信号用数字信号调制高频信号2模拟通信与数字通信的区别在于用什么类型的信号对高频信号进行调制，只要是用模拟信号进行调制的，则属于模拟通信，用数字信号进行调制的，则属数字通信。待传输的信号是模拟信号时，既可以通过模拟通信系统进行传输，也可以通过数字通信系统进行传输，用数字系统传输时，需通过模数转换电路将其转换为数字信号，无线信号接收后，又要经数模转换电路还原为模拟信号。1.8、什么是无线收发芯片和无线收发模块，两者有什么联系和区别？答：高频电路集成化后所形成的集成电路常称无线收发电路芯片，或射频电路芯片。为便于使用，减少用户对于芯片外接元器件布局设计及调试工作，许多厂家无线收发芯片和高频晶体管，配以必须的电阻、电感、电容等元器件，组成具有无线收发功能的单元即为无线收发模块。1.9、试举例说明无线收发系统在无线遥控、数据传输和音像信号传输方面的应用。答：1、高频电子技术在遥控中的应用，例如使用闭环控制的无人驾驶飞机、导弹等；2、高频电子技术在数据传输中的应用，例如车辆监控、水、电、煤气远程无线自动抄表系统等；3、高频电子技术在声音图像信号传输中的应用，例如广播和电视系统等。第二章无线信号发射电路2.1、高频电路中常用的振荡电路有哪几类，各有哪些优缺点？答：正弦波振荡电路可分为RC振荡电路、LC振荡电路、石英晶体振荡电路和声表面波谐振器振荡电路等四种类型。其中RC振荡电路的振荡频率较低，一般在1MHz以下，因此在高频电路中很少使用。LC振荡电路的优点是振荡频率较高，可以达到100MHz以上，缺点是频率稳定性不高，最好的LC振荡电路，其频率稳定度Δf/f也只能达到10-5。石英晶体组成的正弦波振荡电路，频率稳定度可以达到10-6～10-8，一些产品甚至高达10-10～10-11，稳定度优于LC振荡电路。2.2、LC振荡电路所能产生的正弦振荡频率范围多大？答：这类振荡电路能产生几十kHz直到几百MHz的正弦波信号。2.3、正弦波振荡电路既要满足1FA，又要满足1FA，有矛盾吗？答：前者为平衡条件，后者为起振条件，没有矛盾。起振时，必须满足起振条件，输出幅度逐渐增加，增加到一定的程度后，放大倍数开始下降，输出的增加就受到抑制，直到满足平衡条件后，维持稳定的输出。2.4、功率放大电路的输出功率既可以用W、mW等绝对值表示，也可以用相对值功率电平表示，试回答两者之间的关系。答：相对)1/lg(10mWpdBm）功率电平（，相对)1/lg(10WpdBW）功率电平（2.5、已知功率电平等于－10dBm、0dBm、10dBm和－10dBW，依次计算其相对应的功率绝对值（以mW或W为单位）。答：-10dBm=10lg(p1/1mW)，求得-10dB相对应的功率绝对值p1=0.1mW；0dBm=10lg(p2/1mW)求得0dB相对应的功率绝对值p2=1mW；10dBm=10lg(p3/1mW)，求得10dB相对应的功率绝对值p3=10mW；-10dBW=10lg(p4/1W)，求得-10dBW相对应的功率绝对值p4=0.1W。2.6、什么是C类功率放大电路？它有什么优点？答：在信号的正负半周，功放管始终处于导通状态，所组成的功放电路也就称为甲类功放电路。处于甲类工作状态的功放管，为了避免负半周时管子进入截止区而造成失真，静态时就有较大的电流通过，因而效率较低。如果功放管在信号的负半周截止，所组成的功放电路为乙类功放电路。处于乙类工作状态的功放管，静态是电流为零，因而效率较高，可以达到78.5%。32.7、高频功放电路中滤波匹配网络起什么作用？常用的滤波匹配网络有哪些？答：滤波匹配网络所起的作用是1、实现阻抗变换，将实际的负载阻抗（一般为天线或传输线，阻抗50Ω）转换为放大电路所要求的阻抗，以便在尽可能高的效率下输出必需的功率。2、滤除不需要的各次谐波分量，选出所需要的基波成分。3、匹配网络本身的损耗尽可能地小，以便完成高效率的信号传输。常用的滤波匹配网络有L型匹配网络、π型匹配网络和T型匹配网络2.8、高频功放的输出经特性阻抗为50Ω的同轴电缆与天线相连接，已知功放电路工作频率等于60MHz，输出阻抗等于120Ω，为实现阻抗的匹配拟接入图2.60所示的网络，试计算电容XP和电感XS。答：RL=50Ω，R0=120Ω，f=60MHz2.59)50120(50)(0LLSRRRX感抗XS的电感值HHLS16.0)602/2.59(4.101501205012000LLPRRRRXXP的电容值pFFXCPP26)604.1012/(1(12.9、已知高频功放的输出阻抗等于80Ω，负载为50Ω的天线，应插入哪种类型的滤波匹配网络？不实现阻抗匹配会带来什么问题？答：接入升阻抗网络，不实现阻抗匹配，输出至负载的功率下降。2.10、何谓半波对称振子和半波折合振子？何谓单极振子？已知高频信号频率为430MHz，拟使用半波对称振子天线发射，试画出该天线的形状和尺寸。答：对称振子由长度相等的两个臂组成，其结构如下图（a）所示，高频信号通过传输线从中间输入。常用的对称振子又分两种，每臂长度为λ/4，全长λ/2的，称为半波对称振子；每臂长度λ/2，全长为λ的，称为全波对称振子。半波折合振子的结构如图(b)所示，振子长度为λ/2，短边折合部分的宽度约为波长的1/10，高频信号由中间输入，图中所画折合振子沿垂直方向，实际使用时，折合振子一般沿水平方向放置。如将对称振子的一臂变为导电平面，由此形成的称为单极振子天线，见图（c）。430MHz无线电波的波长λ=c/ν=3×108/430×106=0.6977mλ/4=0.174m图2.60题2.8图XSXPRLR0对称振子和折合振子(a)传输线传输线(b)λ/4λ/4λ/2(c)单极振子传输线λ/4传输线0.174m0.174m430MHz半波振子天线尺寸42.11、何谓同轴电缆的特征阻抗？同轴电缆的长度增加了一倍，其特征阻抗是否随之增加一倍？答：。特征阻抗定义为无限长传输线上各处电压和电流的比值，这个比值与电缆长度、信号频率无关，而只决定于硬铜导线直径、网状导体直径及绝缘层的介电常数。同轴电缆的长度增加了一倍，其特征阻抗并不随之增加。2.12、为什么电视和调频广播的天线都安装得很高，短波广播的天线有这样的要求吗？答：电视和调频广播工作于超短波段，频率在30MHz～30GHz之间，这个波段的无线电波主要依靠“视距”传播方式传播，为了增加传播距离，电视和调频广播的天线一般都安装在电视高塔或城市的高楼（建筑物）上。短波段无线电波的频率在3MHz～30MHz之间，靠天波和地波方式传播，其天线无此要求。2.13、何谓小天线？这种天线适用于哪些无线设备？小天线如何解决阻抗匹配问题？答：尺寸小于波长十分一的天线称为小天线，适用于手机等便携式无线设备。为了解决小天线与传输线或直接与高频功率放大电路的阻抗匹配问题，通常采用以下两种方法：（1）使用LC网络实现阻抗匹配；（2）使用有源天线。2.14、集成无线发射芯片由哪几部分电路组成？各起什么作用？答：无线发射电路由振荡电路、调制电路和发射天线组成，为了获得较大的无线输出功率，还需要增加功率放大电路。因此，实用的无线发射电路应包括正弦波振荡电路、调制电路、高频功率放大电路和天线。以nRF902芯片为例，其电路框图如下2.15、集成无线发射芯片有哪些主要技术指标，芯片的发射频率和晶振频率有什么联系与区别？答：主要技术指标有（1）发射频率和晶体频率；（2）电源电压；（3）工作温度范围；（4）最大输出功率；（5）电源电流；（6）最大传输速率。发射频率是指无线发射时载波的频率，即芯片正常工作时片内振荡电路的工作频率。外接石英晶体的频率往往低于这一载波频率，为此可采用锁相环电路倍频。例如nRF902的发射频率在862MHz～870MHz之间，晶体频率的最小值为13.469MHz，最大值为13.593MHz，需经64倍频后才符合要求。第三章调制与解调3.1何谓基带信号？何谓载波信号？为了实现有效的无线通信，为什么必须将基带信号调制到载波上？答：高频电子技术中，待传输的信号（例如控制信号和音频、视频信号等）称为调制信号(也称基带信号)，用来装载控制信号的高频无线电信号称为载波信号。调制的理由如下（1）电磁能辐射的特性是频率越高，辐射能力越强，频率较低的基带信号直接以无线电波的形式传输，效率就很低。石英晶体振荡电路1/4分频1/2分频功率放大电路锁相倍频电路ASK调制电路FSK调制电路12843576振荡电路5(2)低频信号直接发射所需要的天线过长(3)调制可以解决不同基带信号之间相互干扰的问题3.2常用调制解调方式分哪几类？哪些属模拟信号调制与解调？哪些属数字信号调制与解调？答：用于调制的高频载波一般为正弦波，包含三个参数，即幅度、频率和相位。用模拟量对载波进行调制时，可以控制三个参数中的任意一个随基带信号变化，于是就有三种模拟调制方式。选择载波的幅度随基带信号变化时，称为幅度调制；选择载波的频率随基带信号变化时，称为频率调制；选择载波的相位随基带信号变化时，称为相位调制。数字量对载波进行调制时，也有三种调制方式，被控制的参数为幅度时，称为幅移键控调制；被控制的参数为频率和相位时，称为频移键控调制和相移键控调制。3.3幅度调制、频率调制和相位调制所形成的已调波各有什么特点？答：幅度调制的结果是使已调信号的幅度随基带信号的幅度变化，基带信号取正值时振幅变大，取幅值时变小；调频波的特征