高频通道基本概念(第三版).doc

高频通道基本概念
一、电平的基本概念
电路中任一点的功率P1和另一点的功率P2之比的对数,称之为电平(相对电平)。电平表示信号功率的强弱,被测信号的电平高表示电信号强;电平低表示电信号弱。电平的单位是分贝(dB)。电路中两点功率之比值的常用对数(10lgP1/P2)称为电平的分贝值,这种关系的电平值称为相对电平。在实际工作中,通常以某点的功率作为零电平(0dB),然后把其它点的功率与零电平功率相比并取常用对数,这个电平值称为绝对电平,简称电平。
  当某点的功率大于lmW时,绝对电平为正值;某点的功率等于lmW时,绝对电平为零;某点的功率小于lmW时,绝对电平为负值。
  电平的测量实际上是以交流电压测量来实现的,因此,虽然电平是以功率比取对数来定义的,但它可以变换成电压的测量。由于零功率电平是在600W负载上获得lmW功率时的电平,则零功率电平时负载上的电压,这个电压数值就是零电平电压,因此电压(绝对)电平:
  (dB)
式中,Vx为某点的电压值,单位为V。
功率绝对电平
电路中某测试点的功率Px和标准比较功率P0(P0=1mW)之比取常用对数的10倍,称之为该点的功率绝对电平,此时电平的单位为dB。
dB ⑴
电压绝对电平
当U0=,则测量电压U1与U0相比得到的电平称之为绝对电压电平
电路中某测试点的功率Ux和标准比较电压U0(U0=)之比取常用对数的20倍,称之为该点的电压绝对电平,此时电平的单位为dB。
dB ⑵
,所以我们选U0=
标准比较电压
功率电平与电压电平的关系
dB ⑶
当Z=600欧姆时 dB
当Z= 75 欧姆时 dB
电平的本质是测量能量强度的单位。工程中为了计算方便,根据电压电平与功率的电平的关系,常常在实际负载接近额定负载时近似的用电压电平进行计算。但是从式⑶中可以看到,Z的改变将引起功率电平的改变,也就是说,即使U未改变而Z变化时,功率电平也将改变。比如一个信号源(如振荡器)在空载时,功率电平是负无穷;在接75欧姆负载时,则功率电平比电压电平大9dB。所以在测量高频通道时,若实际负载与额定负载相差较大,上述近似计算就将产生较大的误差。
为了更好的体现电压(V)、功率(w)、电压电平和功率电平与负载阻抗的关系,,不同负载得到的功率(w)、电压电平、功率电平及电平间的差值。而图1表示的是电压电平与功率电平的差值与负载阻抗的函数关系。
表1 电压(V)、功率(w)、电压电平和功率电平与负载阻抗的关系
z(Ω)
U(V)
P(W)
LU(dBV)
LP(dBm)
L(dB)
20





40





60



41
10
75



40
9
100





120



38
7
150

5

37
6
300

3

34
3
600



31
0
1200



28
-3
图1
其它计量单位奈培(Np)
在实际应用中,还常常采用功率或电压之比的自然对数表示电平,单位为奈培(Np)
, 显然 1Np=
二、阻抗的基本概念
阻抗的定义
     在一般状态下的导体,多少都存有阻止电流流动的作用,而表示其阻止程度者,称为“电阻”,单位值是“欧姆”,代号为“Ω”。在交流电路中,除电阻外,还有电感和电容等皆有阻碍电流作用,通常将阻止交流电流作用的部分,总称为“阻抗”。
对高频信号,它的阻抗显然应包括电阻和电抗两部分。但是,若同时考虑电阻和电抗,显然会造成数学模型和计算的复杂化。实际上,在设计频带内高频加工设备的电抗远小于电阻,因而在工程应用时,我们假设高频加工设备在设计频带内只有电阻而没有电抗。这样,我们对于阻抗和频率的计算就可以用如下公式:
(Ω) ⑴
(W) ⑵
必须注意的是,在设计频带外,高频加工设备的电抗与电阻是可比的,此时公式⑴、⑵将不再适用。
四端网络
任何复杂的电气网络,如果有且只有四个端子与外部连接。且其中一对端子为电能的输入