作者：高吉祥
出版社：电子工业出版社
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高频电子线路(第3版)试读：
第三版前言
《高频电子线路》一书自出版以来，使用近十个年头，现已被许多院校采用作为主教材，深得广大读者的喜爱，并反馈了许多宝贵意见。在初版、二版的基础上，再次进行修订，使本书更加适合当前电子技术课程教学的需要。近几年来，我国的电子技术和电子工业得到飞速发展，新技术、新工艺和新器件日新月异。特别是移动通信、广播、电视、无线电防范报警、射频识别（RFID）、无线电遥控遥测、雷达及电子对抗等技术的飞速发展，对人才的培养提出了更高的要求。本书除了继承先行者所编著的《高频电子线路》的基本内容——三器（高频放大器、振荡器及调制/解调器）外，还增加了三技（频率合成技术、功率合成技术、带宽技术）和两机（发射机与接收机）等内容。最后通过调频发射机和接收机设计实例，概括总结了全书的内容。
修订后的教材具有以下鲜明的特色：
1.基础部分与发挥、拓宽部分相结合，以基础部分为主。本书前八章是基础部分，后三章为拓宽、发挥部分。其基础部分是经过先行者几代人的努力写出来的，非常经典，很难突破。关键在拓宽、发挥部分，它可以随时代的发展和科技的进步随时进行完善与修订，使之紧跟时代的步伐。
2.模数结合，以模为主。高频电子线路按习惯分类，应属于模电类，但随着数字技术、计算机技术的发展，当代的高频电子技术已经离不开数字技术。在本书的第6章中，介绍了模拟信号的调制与调解技术；在第7章中，相应地介绍了数字信号的调制与调解技术；在第9章中，介绍以PLL为基础的模拟频率合成技术，同时也介绍了直接数字频率合成（DDS）技术。
3.分立元件与大、中、小规模集成电路相结合，以分立元件、中小规模集成电路为主。基础部分采用的是分立元件、中小规模集成电路，便于讲清电路的基本原理。拓宽、发挥部分基本采用的是大规模集成电路。例如AD603程控带宽放大器，AD98XX直接数字频率合成器（DDS），MC145152大规模PLL芯片，CXA1019、CXA1238大规模单片集成接收芯片，NRF401/403、TR3001、TRF900单片收发芯片等。使拓宽、发挥部分跟上时代前进的步伐。
4.中国大学生电子设计竞赛与全国卓越工程师项目相结合，本书部分吸收全国大学生电子设计竞赛精品内容和当代市面上流行的FM广播收发系统内容，有利于培养学生动手能力、创新思维、拓展视野，同时对工程技术人员而言也是一本值得参考的资料；
5.通过一个实例分析，概括、总结全书的内容。通过第10章FM收发系统的介绍，概括、总结了全书的内容。
在第三版修订前（2009年3月29日），专家在长沙对高吉祥主编的“电子技术基础”系列教材成果进行鉴定，与会专家对这套教材给予了较高的评价。特别是《高频电子线路》教材，一致认为在国内同类教材中具有一流的水平。
本书由国防科技大学、空军工程大学、南华大学、怀化学院等联合编著。第三版的修订工作是由高吉祥、高广珠、孟涛、王帅、王宽仁等人完成的。由于编者水平有限，难免会有一些错误和不足，敬请读者批评指正，我们表示万分感谢。
高吉祥
2011年5月
“电子技术基础”系列教材成果鉴定意见
2009年3月29日，国防科技大学在长沙主持召开“以人才培养为目标，以教学改革为契机，建设高水平电子技术基础系列教材”成果鉴定会，鉴定委员会听取了系列教材建设的成果汇报，审查了系列教材总结报告和相关材料，经讨论，一致认为该成果具有以下主要特色及创新点：
1.总体结构设计思想清晰，注重系统配套
该系列教材横向包括5个子系列，即电路分析基础系列、模拟电子技术基础系列、数字电子技术基础系列、高频电子线路系列和全国大学生电子设计竞赛培训系列；每个子系列纵向又分为6个部分，即主干教材、学习辅导及习题详解、实验教材、教师参考用书及配套多媒体课件光盘。整套教材总体结构全面系统，配套性好。
2.重基础和基本技能训练
该系列教材既保留了对经典基础知识论述精辟、配套习题丰富的特点，又特别注重对学生基本实践技能的培养，为每门课的重点内容均编写了相应的实验指导内容，强化了学生基本实验技能的训练。
3.注重学生创新能力的培养，拓宽学生的知识面
系列教材在四门主干教材的基础上，增加了电子设计竞赛培训教程等拓宽教材，编写了大量综合设计实验及课程设计，引进了许多新技术、新方法、新器件及新设计思路的讲解。实践证明：该系列教材极大地拓宽了学生知识面，促进了学生创新能力的培养。
4.教学、科研和设计相结合，构建特色鲜明的教材体系
系列教材在编写过程中立足于电子信息科技发展前沿，依托高水平科研成果，将科研成果有机融合到教材编写中，形成了教材建设、教学实践和科学研究相互促进的良性互动机制。
鉴定委员会一致认为：该系列教材系统性强、配套性好，具有很高的实用和推广价值。其中《高频电子线路》属“十一五”国家级规划教材，在国内同类教材中具有一流水平，《全国大学生电子设计竞赛培训系列教程》（共5册）填补了此类教材编写的空白。该系列教材现已正式出版16种，发行17万余册，对推进教学改革，促进人才培养起到了重要作用。
鉴定委员会主任：
委员：
绪论
本书主要讨论用于各种无线电技术设备和系统中的高频电子线路。无线电技术已广泛应用于无线电通信、广播、电视、雷达、导航等几个主要方面，尽管它们在传递信息形式、工作方式和设备体制等方面有差别，但它们的共同特点都是利用高频（射频）无线电波来传递信息，因此设备中发射和接收、检测高频信号的基本功能电路大都是相同的。本书主要结合无线电通信这一方式讨论设备和系统中高频电路的线路组成、工作原理及工程设计计算。
0.1 无线电通信发展简史
信息传输是人类社会生活的重要内容。从古代的烽火到近代的旗语，都是人们寻求快速远距离通信的手段。直到19世纪电磁学的理论与实践已有坚实的基础后，人们才开始寻求用电磁能量传送信息的方法。1837年莫尔斯（F.B.Morse）发明了电报，创造了莫尔斯电码，开创了通信的新纪元。1876年贝尔（Alexander G.Bell）发明了电话，能够直接将语言信号变为电能沿导线传送。电报，电话的发明，为迅速准确地传递信息提供了新手段，是通信技术的重大突破。电报、电话都是沿导线传送信号的。能否不用导线，在空间传送信号呢?答复是肯定的，这就是无线电通信。
1864年英国物理学家麦克斯韦（J.Clerk Maxwell）发表了“电磁场的动力理论”这一著名论文，总结了前人在电磁学方面的工作，得出了电磁场方程，从理论上证明了电磁波的存在，为后来的无线电发明和发展奠定了坚实的理论基础。1887年德国物理学家赫兹（H.Hertz）以卓越的实验技巧证实了电磁波是客观存在的。他在实验中证明：电磁波在自由空间的传播速度与光速相同，并能产生反射、折射、驻波等与光波性质相同的现象。麦克斯韦的理论得到了证实。从此以后，许多国家的科学家都在努力研究如何利用电磁波传输信息的问题，这就是无线电通信。其中著名的有英国的罗吉（O.J.Lodge），法国的勃兰利（Branly），俄国的波波夫（A.C.nOHOB）与意大利的马可尼（Gugliemo Marconi）等。在以上这些人中，以马可尼的贡献最大。他于1895年首次在几百米的距离用电磁波进行通信获得成功，1901年又首次完成了横渡大西洋的通信。从此，无线电通信进入了实用阶段。但这时的无线电通信设备是：发送设备用火花发射机，电弧发生器或高频发电机等；接收设备则用粉末（金属屑）检波器。只有到了1904年，弗莱明（FIeming）发明电子二极管之后，才开始进入无线电电子学时代。
1907年李·德·福雷斯特（Lee de Forest）发明了电子三极管，用它可组成具有放大、振荡、变频、调制、检波和波形变换等重要功能的电子线路，为现代千变万化的电子线路提供了“心脏”器件。因而电子管的出现，是电子技术发展史上第一个重要里程碑。
1948年肖克利（W.Shockley）等人发明了晶体三极管，它在节约电能、缩小体积与重量、延长寿命等方面远远胜过电子管，因而成为电子技术发展史上第二个重要里程碑。晶体管在许多方面已取代了电子管的传统地位，成为极其重要的电子器件。
20世纪60年代开始出现的将“管”、“路”结合起来的集成电路，几十年来已取得极其巨大的成就。中、大规模乃至超大规模集成电路的不断涌现，已成为电子线路，特别是数字电路发展的主流，对人类进入信息社会起了不可估量的推动作用。这可以说是电子技术发展史上第三个重要里程碑。
1958年美国制成了第一块集成电路，1967年研制成大规模集成（LSI）电路，1978年研制成超大规模集成（VLSI）电路，从此电子技术进入了微电子技术时代。从无线电技术诞生到现在，它对人类的生活和生产活动产生了非常深刻的影响。20世纪初首先解决了无线电报通信问题。接着又解决了用无线电波传送语言和音乐的问题，从而开展了无线电话通信和无线电广播。以后传输图像的问题也解决了，出现了无线电传真和电视。20世纪30年代中期到第二次世界大战期间，为了防空的需要，无线电定位技术迅速发展和雷达的出现，带动了其他科学的兴起，如无线电天文学、无线电气象学等。20世纪40年代电子计算机诞生了，它能对复杂的数学问题进行快速计算，代替了部分脑力劳动，因而得到飞速发展。20世纪50年代以来，宇航技术的发展又促进了无线电技术向更高的阶段发展。在自动控制方面，由于应用了信息论和控制论，不仅能使生产高度自动化，而且具有各种功能的机器人也已制造出来了。
所以，无线电技术的发展是从利用电磁波传输信息的无线电通信扩展到计算机科学、宇航技术、自动控制以及其他各学科领域的。可以说，上至天文，下至地理，大到宇宙空间，小到基本粒子等科学的研究，从工农业生产到社会、家庭生活，都离不开无线电技术。无线电技术的发展过程是不断延伸和扩展人的感觉器官和大脑部分功能的过程。无线电话、电视、雷达延伸和扩展了眼、耳功能，电子计算机延伸和扩展了大脑的部分功能。人类的感觉器官和大脑联合工作，能感知、传递和处理信息，现在已发展起来的各种控制系统正部分地模拟、延伸和扩展了人类对于信息的感知、传递和处理的综合运用功能。无线电技术的发展虽然头绪繁多、应用极广，但其主要任务是解决信息传输和信息处理问题。高频电子线路所涉及的单元电路都是从传输与处理信息这两个基本点出发来进行研究的。因此，我们仍以普遍应用的、典型的无线电通信系统为例来说明它的工作原理和工作过程。
0.2 通信系统的组成
通信既是人类社会的重要组成部分，又是社会发展和进步的重要因素，广义地说，凡是在发信者和收信者之间，以任何方式进行消息的传递，都可称为通信。实现消息传递所需设备的总和，称为通信系统。19世纪末迅速发展起来的以电信号为消息载体的通信方式，称为现代通信系统。其组成框图如图0.1所示。各部分的主要作用简介如下。图0.1 通信系统基本组成框图
1.输入换能器
输入换能器的主要任务是将发信者提供的非电量消息（如声音、景物等）变换为电信号，它能反映待发的全部消息，通常具有“低通型”频谱结构，故称为基带信号。当输入消息本身就是电信号时（如计算机输出的二进制信号），输入换能器可省略而直接进入发送设备。
2.发送设备
发送设备主要有两大任务：一是调制，二是放大。所谓调制，就是将基带信号变换成适合信道传输特性传输的频带信号。它是利用基带信号去控制载波信号的某一参数，让该参数随基带信号的大小而线性变化的处理过程。例如，在连续波调制中，简谐振荡有三个参数（振幅，频率和初相位）可以改变，利用基带信号去控制这三个参数中的某一个，对应三种调制方式：调幅、调频和调相。通常又将基带信号称为调制信号，将高频振荡信号称为载波信号，将经过调制后的高频振荡信号称为已调信号或已调波。
所谓放大，是指对调制信号和已调信号的电压和功率放大、滤波等的处理过程，以保证送入信道足够大的已调信号功率。
3.信道
信道是连接发、收两端的信号通道，又称传输媒介。通信系统中应用的信道可分为两大类：有线信道（如架空明线，电缆，波导、光缆等）和无线信道（如海水、地球表面、自由空间等）。不同信道有不同的传输特性，相同媒介对不同频率的信号传输特性也是不同的。例如，在自由空间媒介里，电磁能量是以电磁波的形式传播的。然而，不同频率的电磁波却有着不同的传播方式。1.5MHz以下的电磁波主要沿地表传播，称为地波，如图0.2所示。
由于大地不是理想的导体，当电磁波沿其传播时，有一部分能量被损耗掉，频率越高，趋表效应越严重，损耗越大，因此频率较高的电磁波不宜沿地表传播。1.5～30MHz的电磁波，主要靠天空中电离层的折射和反射传播，称为天波，如图0.3所示。电离层是由于太阳和星际空间的辐射引起大气上层电离形成的。电磁波到达电离层后，一部分能量被吸收，另一部分能量被反射和折射到地面。频率越高，被吸收的能量越小，电磁波穿入电离层也越深。当频率超过一定值后，电磁波就会穿透电离层而不再返回地面。因此频率更高的电磁波不宜用天波传播。30MHz以上的电磁波主要沿空间直线传播，称为空间波，如图0.4所示。由于地球表面的弯曲，空间波传播距离受限于视距范围。架高收发天线可以增大其传输距离。图0.2 电磁波沿地表绕射图0.3 电磁波的折射与反射
为了讨论问题的方便，将不同频率的电磁波人为地划分成若干频段或波段，其相应名称和主要应用举例，列于表0.1 中。应该指出，各种波段的划分是相对的，因为各波段之间并没有显著的分界线，但各个不同波段的特点仍然有明显的差别。无线通信系统使用的频率范围很宽阔，从几十千赫兹到几百兆赫兹。习惯上按电磁波的频率范围划分为若干个区段，称为频段或波段。无线电波在空间传播的速度8c=3×10m／s，则高频信号的频率与其波长的关系为：图0.4 电磁波的直射
式中，频率f单位取Hz，波长λ单位用m。表0.1 波段的划分
4.接收设备
接收设备的任务是将信道传送过来的已调信号进行处理，以恢复出与发送端相一致的基带信号，这种从已调波中恢复基带信号的处理过程，称为解调。显然解调是调制的反过程。又由于信道的衰减特性，经远距离传输到达接收端的信号电平通常是很微弱的（微伏数量级），需要放大后才能解调。同时，在信道中还会存在许多干扰信号，因而接收设备还必须具有从众多干扰信号中选择有用信号、抑制干扰的能力。
5.输出换能器
输出换能器的作用是将接收设备输出的基带信号变换成原来形式的消息，如声音、景物等，供收信者使用。
根据分类方式的不同，通信系统的种类很多。按传输的消息的物理特征，其可以分为电话、电报、传真通信系统、广播电视通信系统和数据通信系统等；按传输的基带信号的物理特征，其又可以分为模拟和数字通信系统；而按传输媒介的物理特征，则可分为有线通信系统和无线通信系统。
在无线模拟通信系统中，传输媒介是自由空间。根据电磁波的波长或频率范围，电磁波在自由空间的传播方式不同，且信号传输的有效性和可靠性也不同，由此使得通信系统的构成及其工作机理也有很大的不同。
由天线理论可知，要将无线电信号有效地发射出去，天线的尺寸必须和电信号的波长为同一数量级。由原始非电量信息经转换而成的原始电信号一般是低频信号，波长很长。例如音频信号一般仅在15kHz以内，对应波长为20km以上，要制造出相应的巨大天线是不现实的。另外，即使这样巨大的天线能够制造出来，由于各个发射台发射的均为同一频段的低频信号，在信道中会互相重叠、干扰，接收设备也无法选择所要接收的信号。因此，为了有效地进行传输，必须采用几百千赫兹以上的高频振荡信号作为运载工具，将携带信息的低频电信号“装载”到高频振荡信号上（这一过程称为调制），然后经天线发送出去。到了接收端后，再把低频电信号从高频振荡信号上“卸取”下来（这一过程称为解调）。其中，未经调制的高频振荡信号称为载波信号，低频电信号称为调制信号，经过调制并携带低频信息的高频振荡信号称为已调波信号。采用调制方式以后，由于传送的是高频已调波信号，故所需天线尺寸便可大大缩小。另外，不同的发射台可以采用不同频率的高频振荡信号作为载波，这样在频谱上就可以互相区分开了。
所谓调制是指用原始电信号去控制高频振荡信号的某一参数，使之随原始电信号的变化规律而变化；而解调就是从高频已调波中恢复原来的调制信号。若采用正弦波信号作为高频振荡信号，由于其主要参数是振幅、频率和相位，因而出现了振幅调制、频率调制和相位调制（后两种合称为角度调制）等不同的调制方式。
图0.5给出了无线电通信系统中发送设备与接收设备的方框图。由图可见，通信系统所涉及的基本功能电路包括：小信号放大电路、功率放大电路、正弦波振荡电路、调制和解调电路、倍频电路、混频电路等。其中，混频电路起频率变换作用，其输入是各种不同载频的高频已调波信号和本地振荡信号，输出是一种载频较低而且固定（习惯上称此载频为中频）的高频已调波信号（习惯上称此信号为中频信号）。也就是说，混频电路可以把接收到的不同载频的各发射台高频已调波信号变换为同一载频（中频）的高频已调波信号，然后送入中频放大器进行放大。中频放大器由于工作频段较低而且固定，其性能可以做得很好，从而达到满意的接收效果。这种接收方式称为超外差方式。倍频电路的功能是把高频振荡信号或高频已调波信号的频率提高若干倍，以满足系统的需要。
在以上这些基本功能电路中，大部分属于高频电子线路。另外，包括自动增益控制、自动频率控制和自动相位控制（锁相环）在内的反馈控制电路也是高频电子线路所研究的重要对象，因为这是通信系统中必不可少的部分。
在高频电子线路中，大部分是非线性电路，如振荡电路、调制和解调电路、混频电路、倍频电路等。非线性电路必须采用非线性分析方法。非线性微分方程是描述非线性电路的数学模型，但在工程上常采用一些近似分析和求解的方法。图0.5 无线电通信系统的发送、接收系统方框图
0.3 本课程的特点
应用于电子系统和电子设备中的高频电子线路几乎都是由线性的元件和非线性的器件组成的。严格来讲，所有包含非线性器件的电子线路都是非线性电路，只是在不同的使用条件下，非线性器件所表现的非线性程度不同而已。比如，对于高频小信号放大器，由于输入的信号足够小，而又要求不失真放大，因此，其中的非线性器件可以用线性等效电路来表示，分析方法也可以用线性电路的分析方法。但是，本书的绝大部分电路都属于非线性电路，一般都用非线性电路的分析方法来分析。
与线性器件不同，对非线性器件的描述通常用多个参数，如直流跨导、时变跨导和平均跨导，而且大都与控制变量有关。在分析非线性器件对输入信号的响应时，不能采用线性电路中行之有效的叠加原理，而必须求解非线性方程（包括代数方程和微分方程）。实际上，要想精确求解十分困难，一般都采用计算机辅助设计（CAD）的方法进行近似分析。在工程上也往往根据实际情况对器件的数学模型和电路的工作条件进行合理的近似，以便用简单的分析方法获得具有实际意义的结果，而不必过分追求其严格性。精确的求解非常困难，也不必要。因此，在学习本课程时，要抓住各种电路之间的共性，洞悉各种功能之间的内在联系，而不要局限于掌握一个个具体的电路及其工作原理。当然，熟悉典型的单元电路对识图能力的提高和电路的系统设计都是非常有意义的。近年来，集成电路和数字信号处理（DSP）技术迅速发展，各种通信电路甚至系统都可以做在一个芯片内，称为片上系统（SoC）。但要注意，所有这些电路都是以分立器件为基础的，因此，在学习时要注意“分立为基础，集成为重点，分立为集成服务”的原则。在学习具体电路时，要掌握“管为路用，以路为主”方法，做到以点带面，举一反三，触类旁通。
高频电子线路是在科学技术和生产实践中发展起来的，也只有通过实践才能得到深入的了解。因此，在学习本课程时必须高度重视实验环节，坚持理论联系实际，在实践中积累丰富的经验。随着计算机技术和电子设计自动化（EDA技术）的发展，越来越多的高频电子线路可以采用EDA软件进行设计、仿真分析和电路板制作，甚至可以做电磁兼容的分析和实际环境下的仿真。因此，掌握先进的高频电路EDA技术，也是学习高频电子线路的一个重要内容。
第1章 谐振回路
内容提要
谐振回路在高频电路中即为选频网络。各种形式的选频网络在高频电子线路中得到广泛的应用，它能选出我们需要的频率分量和滤除不需要的频率分量，因而掌握各种选频网络的特性及分析方法是很重要的。
通常，在高频电子线路中应用的选频网络分为两大类：第一类是由电感和电容元件组成的振荡回路（也称谐振回路），它又可分为单谐振回路和耦合谐振回路；第二类是各种滤波器，如LC集中参数滤波器，石英晶体谐振器，陶瓷滤波器和声表面波滤波器等。
本章首先讨论组成谐振回路的无源元件，有源器件和组件的基本高频特性，对第二类滤波器，因应用日益广泛，也给予一定重视。所讨论的各种电路形式和特性以及计算所得的结论将在后面几章中直接应用。
1.1 高频电路中的元器件
各种高频电路基本上是由有源器件、无源元件和无源网络组成的。高频电路中使用的元器件与在低频电路中使用的元器件基本相同，但是注意它们在高频使用时的高频特性。高频电路中的元件主要是电阻（器）、电容（器）和电感（器），它们都属于无源的线性元件。高频电缆，高频接插件和高频开关等由于比较简单，这里不加讨论。高频电路中完成信号的放大，非线性变换等功能的有源器件主要是二极管，晶体管和集成电路。1.1.1 高频电路中的元件
1.电阻器
一个实际的电阻器，在低频时主要表现为电阻特性，但在高频使用时不仅表现有电阻特性的一面，而且还表现有电抗特性的一面。电阻器的电抗特性反映的就是高频特性。一个电阻R的高频等效电路如图1.1.1所示，其中C为分布电容，L为引线电感，R为电阻。分布RR电容和引线电感越小，表明电阻的高频特性越好。电阻器的高频特性与制造电阻的材料、电阻的封装形式和尺寸大小有密切的关系。一般来说，金属膜电阻比碳膜电阻的高频特性要好，而碳膜电阻比绕线电阻的高频特性要好；表面封装（SMD）电阻比绕线电阻的高频特性要好；小尺寸的电阻比大尺寸的电阻的高频特性要好。频率越高，电阻器的高频特性表现越明显。在实际应用时，要尽量减小电阻器的高频特性的影响，使之表现为纯电阻。图1.1.1 电阻的高频等效电路
2.电感线圈的高频特性
电感线圈在高频频段除表现出电感L的特性外，还具有一定的损耗电阻r和分布电容。在分析一般长、中、短波频段电路时，通常忽略分布电容的影响。因而，电感线圈的等效电路可以表示为电感L和电阻r串联，如图1.1.2所示。
电阻r随频率的增高而增加，这主要是集肤效应的影响。所谓集肤效应是指随着工作频率的增高，流过导线的交流电流向导线表面集中这一现象，可以参考图1.1.3，当频率很高时，导线中心部位几乎完全没有电流流过，这相当于把导线的横截面积减小为导线的圆环面积，导电的有效面积较直流时大为减小，电阻r增大。工作频率越高，圆环的面积越小，导线电阻就越大。图1.1.2 电感线圈的串联等效电路图1.1.3 集肤效应示意图
在无线电技术中通常不是直接用等效电阻r，而是引入线圈的品质因数这一参数来表示线圈的损耗性能。品质因数定义为无功功率与有功功率之比，即2
设流过电感线圈的电流为I，则电感L上的无功功率为IωL，而线2圈的损耗功率，即电阻r的消耗功率为Ir，故由式（1.1.1）得到电感的品质因数为
Q值是一个比值，它是感抗ωL与损耗电阻r之比。Q值越高损耗越小，一般情况下，线圈的Q值通常在几十到一二百左右。
在电路分析中，为了计算方便，有时需要把图1.1.4（a）所示的电感与电阻串联形式的线圈等效电路转换为电感与电阻的并联形式。如图1.1.4（b）所示，图中的L，R表示并联形式的参数。根据等效p电路的原理，在图1.1.4（a）中1-2两端的导纳应等于图1.1.4（b）中1′-2′两端的导纳，即图1.1.4 电感线圈串、并联等效电路
由上式，并用式（1.1.2）就可以得到
一般情况Q≫1，则
由上述结果表明，一个高Q电感线圈，其等效电路可以表示为串联形式，也可以表示为并联形式。在两种形式中，电感值近似不变，串联电阻与并联电阻的乘积等于感抗的平方。由式（1.1.6）看出，r越小，R就越大，即损耗小，反之，则损耗大。一般地，r为几欧姆的量级，变换成R则为几十到几百千欧。
Q也可以用并联形式的参数表示。由式（1.1.6）有
上式代入（1.1.2）得
上式表明，若以并联形式表示Q时，则为并联电阻与感抗之比
3.电容器的高频特征
一个实际的电容器除表现电容特性外，也具有损耗电阻和引线电感。在分析一般米波以下频段的谐振回路时，常常只考虑电容和损耗电阻。电容器的等效电路也有两种形式，如图1.1.5所示。为了说明电容器损耗的大小，引入电容器的品质因数Q，它等于容抗与串联电阻之比
若以并联等效电路表示，则为并联电阻与容抗之比
电容器的损耗电阻的大小主要由介质材料决定。Q值可达几千到几万的数量级，与电感线圈相比，电容器的损耗常常忽略不计。同理，可以推导出图1.1.5串、并联电路的变换公式
当Q≫1时，它们近似式为图1.1.5 电容器的串、并联等效电路
上面分析表明，一个实际的电容器，其等效电路可以表示为串联形式，也可以表示为并联形式。两种形式中电容值近似不变，串联与并联电阻的乘积等于容抗的平方。1.1.2 高频电路中的有源器件
从原理上看，用于高频电路的各种有源器件，与用于低频或其他电子线路的器件没有根本不同。它们是各种半导体二极管，晶体管以及半导体集成电路，这些器件的物理机制和工作原理，在有关课程中已详细讨论过。只是由于工作在高频范围，对器件的某些性能要求更高。随着半导体和集成电路技术的高速发展，能满足高频应用要求的器件越来越多，也出现了一些专门用途的高频半导体器件。
1.二极管
半导体二极管在高频中主要用于检波、调制、解调及混频等非线性变换电路中，工作在低电平。因此主要用点接触式二极管和表面势垒二极管（又称肖特基二极管）。两者都利用多数载流子导电机理，它们的极间电容小，工作频率高。常用的点接触式二极管（如2AP系列），工作频率可到100～200MHz，而表面势垒二极管，工作频率可高至微波范围。
另一种在高频中应用很广的二极管是变容二极管，其特点是电容随偏置电压变化。我们知道，半导体二极管具有PN结，而PN结具有电容效应，它包括扩散电容和势垒电容。当PN结正偏时，扩散效应起主要作用；当PN结反偏时，势垒电容将起主要作用。利用PN结反偏时势垒电容随外加反偏电压变化的机理，在制作时用专门的工艺和技术经特殊处理而制成具有较大电容变化范围的二极管就是变容二极管。变容二极管的记忆电容C与外加反偏电压u之间呈非线性关系。j变容二极管在工作时处于反偏截止状态，基本上不消耗能量，噪声小。将它用于振荡回路中，可以做成电调谐器，也可以构成自动调谐电路等。变容管若用于振荡器中，可以通过改变电压来改变振荡信号的频率。这种振荡器称为压控振荡器（VCO），压控振荡器是锁相环路的一个重要部件。电调谐器和压控振荡器也广泛用于电视接收机的高频头中。具有变容效应的某些微波二极管（微波变容器）还可以进行非线性电容混频、倍频。还有一种以P型，N型和本征（I）型三种半导体构成的PIN二极管，它具有较强的正向电荷储存能力。它的高频等效电阻受正向直流电流的控制，是一种可调电阻。它在高频及微波电路中可以用做电可控开关、限幅器、电调衰减器或电调移相器。
2.晶体管与场效应管
在高频中应用的晶体管仍然是双极型晶体管和多种场效应管，这些管子比用于低频的管子性能更好，在外形结构方面也有所不同。高频晶体管有两大类型：一类是做小信号放大的高频小功率管，对它们的主要要求是高增益和低噪声；另一类为高频功率放大管，除了增益外，要求其在高频有较大的输出功率。目前双极型小信号放大管，工作频率可达几吉赫兹（GHz），噪声系数为几分贝。小信号的场效应管也能工作在同样高的频率，且噪声更低。一种称为砷化镓的场效应管，其工作频率可达十几吉赫兹（GHz）以上。在高频大功率晶体管方面，在几百兆赫兹以下频率，双极型晶体管的输出功率可达十几瓦至上百瓦。而金属氧化物场效应管（MOSFET），甚至在几吉赫兹（GHz）的频率上还能输出几瓦功率。有关晶体管的高频等效电路，性能参数及分析方法将在以后章节中进行较为详细的描述。
3.集成电路
用于高频的集成电路的类型和品种要比用于低频的集成电路少得多，主要分为通用型和专用型两种。目前通用型的宽带集成放大器，工作频率可达一、二百兆赫兹，增益可达五、六十分贝，甚至更高。用于高频的晶体管模拟乘法器，工作频率也可达一百兆赫兹以上。随着集成技术的发展，也生产出了一些高频的专用集成电路（ASIC）。其中主要包括集成锁相环、集成调频信号解调器、单片集成接收机以及电视机中的专用集成电路等。
由于多种有源器件的基本原理在有关前修课程中已讨论过，而它的具体应用在本书各章节中将详细讨论，这里只对高频电路中有源器件的应用进行概括性的综述，下面将着重介绍和讨论用于高频中的无源网络。
1.2 简单谐振回路
谐振回路就是由电感和电容串联或并联形成的回路。只有一个回路的振荡电路称为简单振荡回路或单振荡回路。简单振荡回路的阻抗在某一特定频率上具有最小或最大值的特性称为谐振特性，这个特定频率称为谐振频率。简单振荡回路具有谐振特性和频率选择作用。这是它在高频电子线路中得到广泛应用的重要原因。1.2.1 串联谐振回路
图1.2.1（a）是最简单的串联回路。图中r是电感线圈L中的电阻，r通常很小，可以忽略，C为电容。图1.2.1 串联谐振回路及特性
振荡回路的谐振特性可以从它们的阻抗频率特性看出来。对于图1.2.1（a）的串联振荡回路，当信号角频率为ω时，其串联阻抗为
回路电抗X=ωL-1/ωC，回路阻抗的模|Z|和辐角φ随ω变化的曲线s分别如图1.2.1（b）、（c）和（d）所示。由图可知，当ω<ω时，回0路呈容性；当ω>ω时，回路呈感性；当ω=ω时，感抗与容抗相00等，|Z|最小，并为纯电阻r，我们称此时发生了串联谐振，且串联谐s振角频率ω为0
串联谐振频率ω是串联振荡回路的一个重要参数。0
若在串联振荡回路两端加一恒压信号，则发生串联谐振时因阻抗最小，流过电路的电流最大，称为谐振电流，其值为
在任意频率下的回路电流I与谐振电流之比为
其模为
式中
Q被称为回路的品质因数，它是振荡回路的另一个重要参数。根据式（1.2.6）画出相应的曲线如图1.2.2所示，称为谐振曲线。由图
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