本書以無線通信系統與單元電路為主線, 在緒論中介紹了通信系統的原理框圖, 其余章節介紹各單元電路, 包括選頻網絡、阻抗變換與阻抗匹配、傳輸線和Smith圖、雙端口網絡參數和穩定性、放大器、噪聲及低噪聲放大器、非線性電路及其分析方法、正弦波振蕩器、調幅、角度調制與解調、反饋控制電路等部分, 最后一章介紹收發信機的技術指標、分類、工作原理等。
本書可作為高等院校通信專業和電子信息工程專業本科生“通信電路”等課程的教材或參考書, 也可供相關專業的工程技術人員參考
前言
通信電路講述發射機和接收機的射頻部分和中頻部分，其電路功能有射頻放大、中頻放大、變頻、調制和解調等。當前移動通信飛速發展，通信機的工作頻率已超出了2GHz，因而一部分射頻電路成為分布參數電路。電路技術的發展早已進入了集成電路設計的時代，分立器件用得越來越少，整機生產技術的無調整化趨勢使原來通信機中經常使用的LC調諧電路逐漸被各種體積小、設計精良的濾波器取代，整機設計人員必須準確地選用集成電路并能熟練使用CAD軟件。考慮到以上形勢，編寫本書旨在較全面地介紹通信電路的有關知識，為集成電路和整機設計工作打好基礎。
本書的特點是注重培養扎實的專業基礎，從通信系統框圖著手，系統地介紹通信電路的基礎知識和各單元電路的基本原理與實現方法，強調對基本概念的理解與運用，全書的內容與應用的結合比較緊密，理論與實踐的結合也比較緊密，并有一定的電路設計實例和仿真分析。
第1章為緒論，通過對通信機框圖的介紹，使讀者了解通信電路的主要功能以及各種功能電路在整機中所處的位置。
第2章為選頻網絡、阻抗變換與阻抗匹配，突出了單諧振回路的阻抗變換和阻抗匹配功能。電路分析時應用了電網絡的對偶原理，在末尾簡單介紹了各種濾波器的工作原理和適用頻率。
第3章為傳輸線和Smith圖，這是分析分布參數電路必備的知識，進一步介紹了用Smith圖實現阻抗匹配的方法，為后面講述放大器打基礎。傳輸線變壓器是寬帶阻抗匹配和功率合成的主要部件，因而一并在本章介紹。
第4章為雙端口網絡參數和穩定性，主要為下一章放大器設計打基礎。在此講述了Y參數和S參數以及相關的穩定性判據。用信號流圖的方法配合S參數進行電路分析可使過程簡單，分析結果明了，因而在4.5節簡單介紹了信號流圖。定向耦合器本屬多端口網絡，由于它是S參數測量中必須采用的器件，因此在附錄4A著重分析了由傳輸線變壓器構成的定向耦合器的原理，用這種定向耦合器可以構成有線電視網絡中的分支器。
放大器的分析放在第5、6兩章，第5章的分析重點在于最大功率傳輸和穩定性，第6章的出發點在于減小噪聲系數，有關噪聲的基礎知識也放在第6章介紹。
第7章介紹非線性電阻電路的常用工程分析方法。通過冪級數分析法解釋了非線性壓縮或擴張、交調、互調等電路現象，用折線分析法分析了二極管包絡檢波、功率放大和倍頻器，在介紹非線性時變電路后分析了各種混頻器，模擬四象限乘法器可用于較低頻率的混頻、同步檢波、鑒頻及可控增益放大，因而將此內容安排在本章。
第8章為正弦波振蕩器，除了LC振蕩器、RC振蕩器等一般內容外，還加入了用S參數分析潛在不穩定雙端口網絡產生振蕩的條件，并分析了相位噪聲的產生機理以及相位噪聲的功率譜密度曲線。
第9章為振幅調制與解調，第10章為角度調制與解調，考慮到本課程有可能安排在“通信原理”課程前面，因而在每章前面首先講述信號。目前調制與解調均用集成電路實現，因而在電路講述時側重于方法的介紹，像二極管包絡檢波器、斜率鑒頻器一類電路在實際中已很少用到，將它們留在教材中是考慮到內容的完整性。
第11章為反饋控制電路和頻率合成，介紹了AGC、AFC和PLL以及鎖相環頻率合成器，重點放在PLL和頻率合成部分。反饋控制電路均是非線性電路，因而以定性分析為主，配以一定的電路實例和設計實踐。
第12章為收發信機整體設計介紹，講述了收發信機的各種技術指標、發射機和接收機的各種技術方案，最后是設計實例。
本書涉及高頻電路、微帶電路、電網絡分析等內容，教學時可根據實際情況選用。建議教學學時為64學時。
學習本教材須具備電路分析基礎、模擬電子技術、概率論與隨機過程的基礎知識。本書適用于大學本科的教學，也可供相關工程技術人員參考。
本書的前7章為吳老師任教時編寫，孫冬艷老師接任教學后完成了后5章，全書的繪圖和計算機錄入由孫冬艷老師完成。另外，孫老師在最后增加了各章小結并補充增加了前7章的習題。
由于編者業務水平有限，加之編寫時間緊迫，因而教材中難免有不足之處，懇請專家和讀者批評指正。
教材編寫得到了南開大學電子信息與光學工程學院的支持，特此表示感謝。
編者2017年5月
吳嶽 1968年畢業于清華大學無線電電子學系，南開大學通信工程系教授。
孫冬艷 2011年獲得南開大學原信息技術科學學院博士學位，現為南開大學電子信息與光學工程學院通信工程系教師。
目錄
第1章緒論
1.1無線通信系統的組成
1.1.1通信系統的組成
1.1.2無線通信收發信機的框圖
1.2無線電頻率劃分和電波傳播
本章小結
習題與思考題
第2章選頻網絡、阻抗變換與阻抗匹配
2.1單諧振回路
2.1.1串聯諧振回路
2.1.2并聯諧振回路
2.1.3信號源內阻和負載電阻對諧振回路的影響
2.2串并聯阻抗等效互換與阻抗變換
2.2.1電阻與電抗串并聯的等效互換
2.2.2電抗回路和支路抽頭時電阻變換關系及電源等效電路
2.3匹配網絡設計之一
2.3.1L型匹配網絡
2.3.2T型和Π型匹配網絡
2.4雙耦合諧振回路
2.4.1雙耦合諧振回路的電路形式
2.4.2耦合回路的頻率特性
2.5其他形式選頻器件
2.5.1濾波器主要性能指標
2.5.2LC集中選擇性濾波器
2.5.3石英晶體諧振器與晶體濾波器
2.5.4陶瓷濾波器和聲表面波濾波器
本章小結
附錄2A調幅波通過諧振回路的失真
附錄2B電抗曲線和電納曲線
習題與思考題
第3章傳輸線和Smith圖
3.1均勻傳輸線上電磁能量傳輸定理
3.1.1電報方程及其解
3.1.2無損耗均勻傳輸線
3.2均勻傳輸線接負載后的電特性
3.2.1反射系數、終接負載傳輸線上任意一點的視入阻抗
3.2.2駐波、駐波系數及行波系數
3.2.3幾種情況討論
3.2.4電壓入射波計算
3.3Smith圖
3.3.1Smith阻抗圓圖
3.3.2Smith導納圓圖
3.4阻抗匹配網絡設計之二
3.4.1用Smith圖設計集中參數阻抗匹配
3.4.2用Smith圖設計分布參數匹配電路
3.4.3短傳輸線和集中參數元件間的等效
3.4.4傳輸線變壓器及寬帶阻抗匹配
本章小結
習題與思考題
第4章雙端口網絡參數和穩定性
4.1概述
4.2雙端口網絡的Y參數
4.2.1雙端口網絡的短路導納參數
4.2.2不定導納矩陣與不同組態Y參數間轉換
4.3散射參數
4.3.1單端口網絡的S參數
4.3.2多端口網絡的S參數及歸一化散射矩陣
4.3.3雙端口網絡的S參數
4.3.4歸一化入射和反射分量及S參數的物理意義
4.3.5散射參數的測量
4.4雙端口網絡的穩定性
4.4.1雙端口網絡穩定性的概述
4.4.2Y參數絕對穩定條件
4.4.3S參數絕對穩定條件
4.5信號流圖
4.5.1信號流圖基本概念
4.5.2散射參數信號流圖
本章小結
附錄4A定向耦合器
附錄4B有關公式的推導
附錄4B.1式(4119)和式(4120)的推導
附錄4B.2式(4124)的推導
附錄4B.3|Г2S|>ρ2S和|Г2S|<ρ2S條件推導
習題與思考題
第5章放大器
5.1概述
5.1.1雙端口網絡的有源性
5.1.2放大器設計時要考慮的主要問題
5.1.3射頻放大器的分類及主要指標
5.1.4晶體管和場效應管的高頻等效電路
5.2集中參數中頻放大器和高頻放大器的電路實例
5.2.1集中參數中頻放大器
5.2.2集中參數高頻小信號放大器
5.3Y參數小信號放大器設計
5.3.1單向化及單向化小信號放大器分析
5.3.2一般小信號放大器分析
5.4S參數小信號放大器設計
5.4.1S參數小信號放大器的一般分析
5.4.2最佳負載反射系數
5.4.3輸入、輸出同時共軛匹配的情況
5.4.4等功率增益圓
5.4.5潛在不穩定情況下放大器的設計
5.4.6轉換器功率增益與輸入阻抗匹配
5.4.7資用功率增益和等資用功率增益圓
本章小結
附錄5A有關公式的推導
附錄5A.1式(570)第二項取減號的說明
附錄5A.2式(576)的推導
附錄5A.3從g20求ГLm
附錄5A.4式(5107)的推導
習題與思考題
第6章噪聲及低噪聲放大器
6.1噪聲的統計描述，元器件內部噪聲
6.1.1噪聲的統計描述
6.1.2熱噪聲
6.1.3散彈噪聲
6.1.4閃爍噪聲
6.1.5雙極晶體管和場效應管的噪聲及噪聲模型
6.2噪聲電路計算、雙端口網絡噪聲參數
6.2.1電阻串并聯的噪聲計算
6.2.2噪聲通過網絡時的計算
6.2.3雙端口網絡的等效噪聲帶寬
6.2.4噪聲系數
6.2.5等效噪聲溫度
6.2.6噪聲系數的測量
6.3低噪聲放大器設計
6.3.1雙端口網絡的最佳信源阻抗和最小噪聲系數
6.3.2低噪聲放大器設計
本章小結
附錄6A單調諧回路的等效噪聲帶寬計算
附錄6B等噪聲系數圓推導
習題與思考題
第7章非線性電路及其分析方法
7.1概述
7.2非線性電路的基本概念與非線性元件
7.2.1非線性電路的基本概念
7.2.2非線性電阻及其性能描述
7.2.3非線性電感和非線性電容
7.2.4非線性電路的分類
7.3非線性電阻電路的冪級數分析法
7.3.1冪級數分析法
7.3.2非線性壓縮或擴張、交調和互調
7.3.31dB壓縮點和三階交截點
7.3.4非線性產物的一般規律
7.4折線分析法及其應用
7.4.1二極管包絡檢波器電路分析
7.4.2諧振功率放大器的折線分析法
7.4.3倍頻器
7.5雙極型四象限模擬乘法器
7.6混頻器和線性時變參量電路
7.6.1雙極晶體管混頻器
7.6.2二極管混頻器
本章小結
附錄7A余弦脈沖系數表
習題與思考題
第8章正弦波振蕩器
8.1反饋振蕩器的基本原理
8.1.1LCR回路的暫態過程
8.1.2反饋振蕩器的基本組成
8.1.3振蕩平衡條件
8.1.4振蕩器的起振條件
8.1.5振蕩器的穩定條件
8.2LC正弦波振蕩器
8.2.1三端式振蕩器
8.2.2互感耦合振蕩器
8.3石英晶體振蕩器
8.3.1并聯型晶體振蕩器
8.3.2串聯型晶體振蕩器
8.3.3用TTL電路構成晶體振蕩器
8.4RC正弦波振蕩器
8.4.1RC相移振蕩器
8.4.2文氏橋振蕩器
8.5負阻振蕩器
8.5.1負阻的概念
8.5.2負阻振蕩的原理
8.5.3潛在不穩定雙端口網絡構成振蕩器
8.6幾種特殊的振蕩現象
8.6.1寄生振蕩
8.6.2間歇振蕩
8.6.3頻率牽引
8.7振蕩器的頻率穩定
8.7.1頻率穩定度的表示
8.7.2影響振蕩器穩定的因素
8.7.3振蕩器的穩頻措施
8.7.4振蕩器的相位噪聲
本章小結
習題與思考題
第9章振幅調制與解調
9.1調幅信號分析
9.1.1普通調幅
9.1.2雙邊帶調幅
9.1.3單邊帶調幅
9.2調幅電路
9.2.1高電平調制
9.2.2二極管調制電路
9.2.3模擬乘法器調制電路
9.2.4單邊帶調制電路
9.3振幅解調電路
9.3.1振幅解調電路的質量指標
9.3.2二極管包絡檢波器
9.3.3同步檢波
9.4正交平衡調幅
本章小結
習題與思考題
第10章角度調制與解調
10.1角度調制信號的分析
10.1.1調頻波和調相波的表示式
10.1.2調頻波和調相波的頻譜和頻帶寬度
10.2調頻信號的產生
10.2.1調頻的性能指標
10.2.2調頻信號的產生方法
10.2.3擴大調頻器線性頻偏的方法
10.2.4直接調頻電路
10.3調相信號的產生
10.3.1矢量合成法
10.3.2可變移相法
10.3.3可變延時法
10.4調頻信號的解調
10.4.1鑒頻方法與鑒頻特性
10.4.2斜率鑒頻器
10.4.3正交鑒頻器
本章小結
習題與思考題
第5章
CHAPTER 5
放大器
5.1概述
第2章圖21畫出了電子電路的構成，它是由有源器件和匹配網絡組成的，放大器也不例外，也由這兩部分構成。第2章研究了集中參數匹配網絡，第3章研究了分布參數匹配網絡，第4章研究的雙端口網絡實際上是有源器件的線性等效電路，現在可以著手研究射頻放大器了。
5.1.1雙端口網絡的有源性
在討論放大器之前，首先要知道什么樣的器件具有放大作用。這里涉及器件的有源性(Activity)的問題，一般放大器件用雙端口網絡即可等效，因而這里只討論雙端口網絡的有源性。結論很容易推廣到多端口網絡。
能用來放大信號功率或用作振蕩器的電路稱有源電路。無源電路不能用來放大功率或實現持續振蕩。由線性時不變電阻、電感和電容構成的電路是無源電路(Passive Circuits)。
晶體管或場效應管在小信號工作時，若進入它所有端口的某一頻率信號的平均功率為零或大于零，則稱它為無源的，平均功率為零時稱為無損的，平均功率大于零時稱為有損的。若進入所有端口的某一頻率信號的總平均功率小于零，則稱該晶體管或場效應管在此頻率為有源的。由于在某工作頻率上小信號工作的晶體管或場效應管可以用參數與工作頻率相對應的雙端口線性網絡等效，因此下面直接來研究雙端口網絡。
進入雙端口網絡的兩個端口的總平均信號功率為
P=|V1||I1|cos1+|V2||I2|cos2
或
P=ReV1I1+ReV2I2=ReV1I1+ReV2I2
這樣有
P=12(V1I1+V1I1)+12(V2I2+V2I2)(51)
重新組合式(51)：
P=12(V1I1+V2I2)+12(V1I1+V2I2)(52)
用矩陣形式可表示為
P=12［V］T［I］+12［I］T［V］(53)
式中上標T表示轉置，矢量均為列矢量，在某工作點和具體的工作頻率，有
［I］=［Y］［V］和［I］T=［V］T［Y］T(54)
代入式(53)可得
P=12［V］T［Y］［V］+12［V］T［Y］T［V］
=［V］T12(［Y］+［Y］T)［V］
=［V］T［YH］［V］(55)
式(55)中
［YH］=12(［Y］+［Y］T)(56)
矩陣［YH］稱作埃爾米特(Hermite)矩陣。式(55)的矩陣形式稱為功率P的埃爾米特型(Hermite Form)。由式(55)可知，對于無源網絡，埃爾米特型必須是半正定的。
令雙端口網絡的Y參數為
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