高频电子理论与无线通信技术基础知识

第一章基本電路元件 *第三節：電感
③額定電流:額定電流主要對高頻電感器和大功率調諧電感器 而言,通過電感器的電流超過額定值時,電感器將發熱,嚴重時 會燒壞. (3)當一個線圈通以電流後産生的磁場隨時間變化時,在線圈中 就産生感應電壓. 一個線圈電流i産生的磁通ΦL與N匝線圈交鏈,則磁通鏈 ΨL=N ΦL其中Φ ,Ψ稱為自感磁通和自感磁通鏈. 當Ψ隨時間變化,在線圈端子間産生感應電壓u u=dψ/dt①
第二章電磁場與電磁波
第三節 電磁波的特點及其傳播特性
一、電磁波的特點 1.電磁波的定義：變化的電流通過天線以能量的形式向四周擴散，這種傳播物質稱為 電磁波。 2.電磁波分為縱波和橫波. 橫波：是對波行進方向，在垂直方向，將波的振幅振動的波. 縱波：像音波那樣， 在於行進方向同方向，使波變位的波叫做縱波。 3.電磁波是用光速C[m/s]在真空中傳播，頻率為f[Hz]，則其於波長入[m]的關係能用 下式來表示： 入=C/f [m] 其中C=1/√Σ0U0 上式中和分別表示真空中的介電常數和磁道率，其值為： Σ0=8.854*10-12[F/m] , uo=4*10-7[H/m] 代入 得C=2.998*108[m/s]
W=∫tt0Ri2(Σ)dΣ→轉為熱能
第一章基本電路元件 *第二節：電容

2.電容器是一種儲能元件。 作用：在電路中用於調諧，濾波，耦合，旁路和能量轉換等。 (1)正極板電荷公式：Ｑ=CU 其中C為電容，其單位為F(法拉，簡稱法)。 公式為：i=dq/dt=d(cu)/dt=C*(du/dt) ① 電流與電壓變化率成正比，故電容在直流情況下具兩端電壓 恆 定，相當於開路或者說有隔斷直流作用. 上面①式逆關系:q= ∫idt寫出其定積分→q= ∫t-∞idΣ= ∫t0-∞ idΣ= ∫t0-∞idΣ+ ∫tt0idΣ=q(t0)+ ∫tt0idΣ如設和=t0為時間起點 並設為0則： q(t)=q(0)+ ∫t0idΣ
第二章電磁場與電磁波
第三節 電磁波的特點及其傳播特性
2.傳播特性指的是無線電信號的傳播方式，傳播距離、傳播特點等。不同頻段的無線電 信號其傳播特點不同。同一信道對不同頻率的信號傳播特性是不同的。例如：在自由 空間媒介裡，電磁能量是以電磁波的形式傳播的。而不同頻率的電磁波卻有著不同的 傳播方式。 3.傳播特性主要有直射傳播、繞射(地波)傳播、折射和反射(天波)傳播及散射傳播等。決 定傳播方式和傳播特點的關鍵因素是無線電信號頻率。例如：1.5MHz以下的電磁波 可以繞著地的彎曲表面傳播，稱為地波。又如，對於1.5~30MHz的電磁波，由 於頻率較高，地面吸收較強，用表面波傳播時衰減很快，它主要靠天空中電離層的 折射和反射傳播，稱為天波。(注：電離層是陽和星際空間的輻射引起大氣上層 電離形成的。)電磁波到達電離層後，一部分能量被吸收，一部分能量被反射和折射 到地面。頻率越高，被吸收的能量越小，電磁波穿入電離層也越深，當頻率超過一 定值後，電磁波就會穿透電離層傳播到宇宙空間而不再返回地面。因此頻率更高的 電磁波不宜用天波傳播。再如，對於30MHz以上的電磁波，由於頻率很高，表面波 的衰減很大，電磁波穿入電離層也很深。它就會穿透電離層傳播到宇宙空間而不能 反射回來，因此不用表面波和天波傳播方式，而主要由發射天線直接輻射至接收天 線，沿空間直綠傳播，稱為空間波。
第二章電磁場與電磁波
第三節 電磁波的特點及其傳播特性
1. 4. 似光性 如：反射性，折射性，干涉，等特性。 2. 5.能量問題 理想電磁波在真空中傳播時，其能量總和保持不變，只是以電場能和磁場能的形式 互相轉化，但是現實生活中,在電磁波傳播過程中的各种各樣的影響.且物體吸收的電 磁波能量將以熱能的形式耗散。故距線越遠的地方其電磁能量越弱。 二、電磁波的傳播特點： 1.電磁波傳波：是以交變電磁場的形式在空間傳播，下圖是一空間傳播電磁波圖
第一章基本電路元件 *第四節：二極管與三極管
壓的增加而減小。變容二極管主要應用於高頻技術中。例 如：變容二極管調頻電路等。 (二)、 三極管 三極管主要有NPN型和PNP型兩大類。其三個極分別 叫做發射極e、基極b和集電極c，對應的每塊半導體稱 為發射區、基區和集電區。
c 集電極 c b e b
=i(t0)+∫tt0udΣ
第一章基本電路元件 *第三節：電感

或ΨL= ΨL(t0)+∫tt0udΣ 可見,電感是動感元件,也是記憶元件. 線性電感元件吸收的功率為: P=ui=Li(di/dt) 從-∞到t的時間段內電感吸收的磁場能量: WL(t)=∫t-∞pdΣ= ∫t-∞Li(di/dΣ)dΣ =∫i(t)0Lidi
第二章電磁場與電磁波
第二節：磁場
在磁場中對H的任意閉合路徑(環路)的線積分，等於該閉合路徑所界定面下的電流的代數和。即：
LH。dL
=ΣNi
2.磁路的基本定律： ①.在多個面結合組成一閉合面,磁路中不同磁段的截面結合處時有: SB。dS=Φ1+Φ2+。。。。+ΦK+。。。=0 即有 ΣΦ=0 同理有ΣBS=0 ②.在近似計算磁路時,取每一磁路段的中心線為計算長度的路徑,當積分環路由磁路段的中心線組成 時,磁場強度閉合線積分有: LH。dL =H1L1+H2L2+。。。。HKLK+。。。。= Σni 其中Ni為磁通勢Fm，是磁路中的激歷。 ΣHL= ΣFm 途述：磁路中由磁路段的中心線組成的環路上各磁路段的HL的代數和等於中心線(環路)交鏈的磁 通勢的代數和。 3.交變磁通磁路 .如果磁通隨時間變化,這時,鐵磁物質的磁滯現象將會産生磁滯損耗,電磁感應現象將會在鐵磁場質 中産生漏流,引起渦流損耗.,通常把磁滯損耗和渦流損耗的總和稱為鐵芯損耗.
=1/2Li2(t)=1/2(ΨL2(t)/L) (任意時刻磁能表達式)
從時間t1到t2內,線性電感元件吸收的磁場能量 WL=L∫i(t2)I(t1) idi=1/2Li2(t2)-1/2Li2(t1) =WL(t2)-WL(t1)
第一章基本電路元件 *第三節：電感

當電流(i)增加時，WL>0元件吸收能量;當電流(i)減小時,WL<0, 元件釋放能量.
第一章基本電路元件 *第三節：電感

①電感量L:電感量是指電感器通過變化電流時産生感應電動 勢的能力.其大小與磁導率u線圈單位長度中的匝數N以及體積 V有關.當線圈的長度遠大於直徑時,電感量: L=un2V 電感量的常用單位為H(亨利)，mH(毫亨)，UH(微亨) ②品質因數Q:品質因數Q反映電器傳輸能量的本領.Q值越大, 傳輸能量的本領越大,即損耗越小.一般要求Q=50~300. Q=WL/R 其中:W為工作角頻率 , L為線圈電感量,R為線圈電阻
第一章基本電路元件 *第二節：電容

u(t)=t1(t0)+(1/C) ∫tt0idΣ 或u(Ct)=u(0)+(C/1) ∫t0idΣ可看出有“記憶”
功率 P=ui=Cu(du/dt) 從t=-∞到t時刻，其吸收的電場能量： Wc= ∫t-∞u(Σ)i (Σ)dΣ= ∫t-∞Cu(Σ)*(d (Σ)/dΣ) dΣ =C∫u(t)u(-∞)u(Σ)du (Σ)I

第一章基本電路元件 *第三節：電感
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磁芯電感 鐵芯電感 又因線性電容: ΨL=Li ②其中L稱為該元件的自感(系數)或電 感.L是正實常數在國際單位制(SI)中,磁通和磁通鏈的單位是 Wb(韋伯,簡稱韋);當電流的單位采用A時,則自感或電感的單位 是H(亨利,簡稱亨)將②代入①得: u=L(di/dt) i=1/L∫udt i=1/L∫t-∞udΣ=1/L∫t-∞udΣ+1/L∫tt0udΣ
第一章基本電路元件 *第一節：電阻

1.電阻器:主要用途是穩定和調節電路中的電流和電壓，其次還可作 為分流器，分壓器和消耗電能的負載等。 (1)特殊電阻包括：MG型光敏電阻和MF型熱敏電阻 (2)色環電阻： 黑 棕 紅 橙 黃 綠 藍 紫 灰 白 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 (3)R電阻的單位為Ω(歐姆) G=1/R為電導 消耗功率 P=ui=Ri2=u2/R 從電能t0~t1電能
d
第二章電磁場與電磁波
第一節：電場
解：Fd=W動=1/2mV22-1/2mV12 又F=Eq=(U/d)q 1/2m22-1/2V22=(U/d)*q*d U=(Mv22-mV12)/2q 2.電位移矢量 電位移矢量用D表示，單位為C/m2(C為庫)，與電場 強度的關系是D= ΣE。其中介 電常數Σ= Σr Σ0，Σr無量綱， Σ0=(1/36π)*10-9(F/m) 第二節：磁場 1.磁路定義：由磁性材料組成的，能使磁力線集中通過的整體，稱為磁路。 磁路這種形式，可以用相對較小的電流，在其限定區域內獲得較強的磁場。 ①.磁感應強度:用向量B表示，是根據洛侖磁力定義的。在SI制中，B的單位是T(特斯拉)。穿過某一 截面S的磁感應強度B的通量稱為磁通量，簡稱為磁通，它定義為：φ=∫sB。s，磁面是一個標量， 在SI制中它的單位是Wb(韋伯). 對B的任意閉合面積分為零，即有： SB。Ds=0 ②.磁場強度用向量H表示，在SI制中它的單位是A/m，它是計及磁介質的作用後，描述磁場的另一 個物理量，它與磁感應強度B、磁介質的磁導率U之間有如下關系： B=Hh (非線性關系)
=1/2Cu2(t)-1/2Cu2(-∞) 若t=-∞,u(-∞)=0,電場能量也為0，則 WC(t)=1/2Cu2(t)
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第一章基本電路元件 *第三節：電感


從t1→t2時刻，吸收能量： Wc= ∫u(t2)u(t1)udu=1/2Cu2(t2)-1/2Cu2(t1) =Wc(t2)-Wc(t1) 當/u(t2)/>/u(t1)/ 電容充電，否則反之。 3.電感器：一般由線圈構成。為了增加電感量L提高品質因數， Q和減小體積，通常在線圈中加入軟磁性材料的磁芯。 (1)可變電感器的電感量可利用磁芯在線圈內移動而在較大的 范圍內調節。它與固定電容器配合使用於諧振電路中起調諧 作用。 (2)主要性能指標