现代通信和雷达系统中都需要设计高频电路。高频电路表示电路的工作频率在兆赫、千兆赫或微波频段。设计高频电路的关键是了解高频电路的特性,例如,信号传输、信号增益、反射损失和频率响应。
频率响应定义为电路对不同频率的信号发生的响应。在高频信号中,频率响应是定义电路性能和滤波器性能最基本的要素之一。高频响应的速度非常快,因此要考虑信号在电路中传输的时间延迟。高频电路的频率响应受到电容、电感、晶体管等因素的影响。
还有一种经常用于高频电路设计的频率响应,即低通滤波器。低通滤波对所有低于截止频率的频率信号都有很好的响应,但高于截止频率的信号则被滤掉。
高频信号的传输是高频电路设计中的一个主要问题。由于电路长度通常比波长小得多,因此必须考虑传输线理论。在导体中,以电场和磁场作为基础满足远距离传输的要求,这就是所谓的电磁波。在高频电路中使用传输线,如同电磁波在空间中传播一样。
传输线的电阻、电感、电导和介电常数等特性不仅影响信号的传输效率,还可以确定传输线的电阻、电抗和电导特性,影响传输线的长度和用途。
信号增益是指电路能够将输入信号放大到输出信号的比例。高频电路信号增益的测量受到提高输入噪声和信号丢失的影响,最好的测量方法是使用功率增益,即输出信号功率与输入信号功率之比。
对于微波信号,需要考虑几种主要的信号放大器拓扑结构:共栅、共源和共集放大器,每种放大器都有其自己的优点和限制。高频信号放大器设计是用于提高微波系统中噪声系数和放大器增益的关键领域之一。
当高频信号在电路中传输时,可能会发生反射和损失。反射通常发生在不匹配的阻抗、电压和电流之间的转换时。这些反射因素可以导致信号损失和折返,影响电路的性能。
为了减少反射损失,可以使用匹配网络,它能够将电路中的阻抗和传输线的阻抗相匹配,达到最佳传输效果。具体匹配网络的设计需要考虑电路复杂性和频率响应。