2025年射頻電路考試題及答案一、選擇題（每題3分，共30分）1.特性阻抗為50Ω的無耗傳輸線終端接負(fù)載阻抗Z_L=100+j50Ω，此時(shí)傳輸線的反射系數(shù)模值為（）A.0.316B.0.447C.0.577D.0.7072.史密斯圓圖中，等反射系數(shù)圓與實(shí)軸交點(diǎn)對應(yīng)的阻抗為（）A.純電抗B.純電阻C.復(fù)數(shù)阻抗D.開路或短路3.微帶線的色散效應(yīng)主要由（）引起A.介質(zhì)損耗B.導(dǎo)體損耗C.電場分布隨頻率變化D.趨膚效應(yīng)4.某射頻放大器的噪聲系數(shù)為3dB，其等效噪聲溫度約為（）（設(shè)參考溫度T0=290K）A.290KB.580KC.870KD.1160K5.射頻功率放大器的甲類工作狀態(tài)效率較低，主要原因是（）A.靜態(tài)電流過大B.輸出功率過小C.輸入信號幅度不足D.晶體管導(dǎo)通角過大6.設(shè)計(jì)帶通濾波器時(shí)，若要求通帶內(nèi)插入損耗小于1dB，阻帶內(nèi)衰減大于30dB，則需重點(diǎn)優(yōu)化（）A.中心頻率B.3dB帶寬C.矩形系數(shù)D.寄生通帶抑制7.混頻器的變頻損耗定義為（）A.輸入射頻功率與輸出中頻功率之比B.輸出中頻功率與輸入射頻功率之比C.輸入本振功率與輸出中頻功率之比D.輸出射頻功率與輸入本振功率之比8.射頻傳輸線的特性阻抗主要由（）決定A.傳輸線長度B.信號頻率C.導(dǎo)體材料D.橫截面尺寸和介質(zhì)參數(shù)9.為減小射頻電路中的趨膚效應(yīng)影響，通常采用（）A.實(shí)心粗導(dǎo)線B.多股絞合線C.鍍銀導(dǎo)線D.銅芯鋁絞線10.射頻天線的增益與方向性系數(shù)的關(guān)系為（）（η為天線效率）A.增益=方向性系數(shù)×ηB.增益=方向性系數(shù)/ηC.增益=方向性系數(shù)+ηD.增益=方向性系數(shù)-η二、填空題（每空2分，共20分）1.無耗傳輸線的特性阻抗公式為Z0=______（L為單位長度電感，C為單位長度電容）。2.并聯(lián)LC諧振回路的諧振頻率f0=______（L為電感，C為電容）。3.射頻電路中，噪聲系數(shù)NF與噪聲溫度Te的關(guān)系為NF=______（以分貝表示）。4.微帶線的有效介電常數(shù)ε_eff介于______和______之間（填“空氣介電常數(shù)”或“介質(zhì)基片介電常數(shù)”）。5.射頻功率放大器的負(fù)載牽引（LoadPull）測試主要用于確定______。6.帶阻濾波器的抑制帶寬通常定義為衰減大于______dB的頻率范圍。7.混頻器的三階交調(diào)截點(diǎn)（IP3）越高，說明其______性能越好。8.射頻傳輸線的輸入阻抗Zin與負(fù)載阻抗Z_L、傳輸線長度l、特性阻抗Z0的關(guān)系為Zin=______（用雙曲函數(shù)表示）。三、簡答題（每題8分，共40分）1.簡述傳輸線阻抗匹配的意義及常用匹配方法。2.比較微帶線與帶狀線在射頻電路中的優(yōu)缺點(diǎn)。3.分析低噪聲放大器（LNA）設(shè)計(jì)中需要重點(diǎn)考慮的參數(shù)及其原因。4.說明濾波器插入損耗與回波損耗的區(qū)別，并解釋其對系統(tǒng)性能的影響。5.討論混頻器中選擇肖特基二極管而非普通PN結(jié)二極管的主要原因。四、計(jì)算題（共60分）1.（12分）特性阻抗為50Ω的無耗傳輸線長度為λ/8（λ為工作波長），終端接負(fù)載Z_L=25-j50Ω。求傳輸線輸入阻抗Zin，并畫出史密斯圓圖匹配過程（標(biāo)注關(guān)鍵步驟）。2.（15分）某射頻系統(tǒng)由三級放大器級聯(lián)組成：第一級噪聲系數(shù)NF1=2dB，功率增益G1=15dB；第二級NF2=4dB，G2=20dB；第三級NF3=6dB，G3=10dB。計(jì)算系統(tǒng)總噪聲系數(shù)（以分貝表示）。3.（12分）設(shè)計(jì)一個(gè)微帶低通濾波器，要求截止頻率fc=2GHz，通帶內(nèi)最大衰減0.5dB，阻帶在3GHz處衰減≥20dB。已知基片參數(shù)：ε_r=4.5，h=0.5mm，銅箔厚度t=0.035mm。計(jì)算最低階切比雪夫?yàn)V波器的元件值（歸一化低通原型g1=1.1018，g2=1.3061，g3=1.1018），并推導(dǎo)微帶線特征阻抗與電長度的關(guān)系。4.（10分）某射頻功率放大器工作于AB類，靜態(tài)電流Icq=50mA，電源電壓Vcc=12V，輸出功率Pout=2W。計(jì)算放大器的直流功耗PDC和效率η。5.（11分）混頻器輸入射頻信號頻率fRF=2.4GHz，本振頻率fLO=2.5GHz，輸出中頻信號需抑制鏡像頻率干擾。求中頻頻率fIF及鏡像頻率fIM，并說明抑制鏡像干擾的常用方法。答案一、選擇題1.B（反射系數(shù)Γ=(Z_L-Z0)/(Z_L+Z0)=(100+j50-50)/(100+j50+50)=(50+j50)/(150+j50)=(50√2∠45°)/(50√10∠18.43°)=√(2/10)∠26.57°，模值為√0.2≈0.447）2.B（實(shí)軸對應(yīng)純電阻，等反射系數(shù)圓與實(shí)軸交點(diǎn)為匹配點(diǎn)或極值點(diǎn)）3.C（微帶線為非均勻介質(zhì)填充，電場分布隨頻率變化導(dǎo)致相位速度色散）4.A（NF(dB)=10lg(1+Te/T0)，3dB≈10lg2，故Te=T0=290K）5.A（甲類放大器導(dǎo)通角360°，靜態(tài)電流大，直流功耗高）6.C（矩形系數(shù)=阻帶衰減30dB帶寬/通帶3dB帶寬，反映濾波器矩形度）7.A（變頻損耗=輸入射頻功率/輸出中頻功率，單位dB）8.D（Z0=√(L/C)，L和C由橫截面尺寸和介質(zhì)決定）9.C（鍍銀可降低表面電阻率，減小趨膚效應(yīng)損耗）10.A（增益=方向性系數(shù)×效率，η≤1）二、填空題1.√(L/C)2.1/(2π√(LC))3.10lg(1+Te/T0)（T0=290K）4.空氣介電常數(shù)；介質(zhì)基片介電常數(shù)5.最佳負(fù)載阻抗（以獲得最大輸出功率或效率）6.20（或根據(jù)具體指標(biāo)，通?！?0dB）7.線性（或抗干擾）8.Z0×(Z_L+jZ0tanβl)/(Z0+jZ_Ltanβl)（β=2π/λ為相位常數(shù)）三、簡答題1.意義：減少反射，提高功率傳輸效率；避免駐波導(dǎo)致的信號失真和器件損壞；確保系統(tǒng)穩(wěn)定性。常用方法：單枝節(jié)/雙枝節(jié)匹配（并聯(lián)或串聯(lián)短截線）、L型/T型/π型集總參數(shù)匹配網(wǎng)絡(luò)、漸變線匹配、變壓器匹配（如λ/4阻抗變換器）。2.微帶線優(yōu)點(diǎn)：平面結(jié)構(gòu)，易集成；單面接地，便于安裝有源器件；成本低。缺點(diǎn)：輻射損耗大（高頻時(shí)）；色散效應(yīng)顯著；功率容量?。ㄒ?qū)w?。罹€優(yōu)點(diǎn)：全屏蔽，輻射損耗?。簧⒌?；功率容量大。缺點(diǎn)：雙面接地，集成難度高；加工成本高；特性阻抗調(diào)節(jié)范圍窄（受介質(zhì)厚度限制）。3.重點(diǎn)參數(shù)：①噪聲系數(shù)（NF）：LNA位于接收前端，需最小化系統(tǒng)噪聲，NF直接影響接收靈敏度；②增益（G）：提供足夠增益以抑制后級電路噪聲，通常要求15-25dB；③輸入匹配（S11）：需與天線阻抗匹配（通常50Ω），避免反射導(dǎo)致的信號損失；④線性度（如IP3）：防止強(qiáng)干擾信號引起的交調(diào)失真；⑤工作頻率范圍：需覆蓋系統(tǒng)帶寬，避免頻率偏移。4.插入損耗（IL）：信號通過濾波器時(shí)的功率損失，IL=10lg(Pin/Pout)，反映濾波器自身損耗（導(dǎo)體/介質(zhì)損耗）和失配損耗。回波損耗（RL）：輸入/輸出端反射功率與入射功率之比，RL=10lg(Pin/Pref)，反映濾波器與前后級的匹配程度。影響：IL過大會(huì)降低系統(tǒng)靈敏度（接收端）或輸出功率（發(fā)射端）；RL過小會(huì)導(dǎo)致反射功率增大，可能引起自激振蕩或信號失真。5.原因：①肖特基二極管為多數(shù)載流子器件，結(jié)電容?。?lt;0.1pF），適合高頻（GHz級）混頻；②正向?qū)妷旱停s0.3V），混頻效率高；③開關(guān)速度快（皮秒級），非線性特性更尖銳，利于產(chǎn)生豐富的諧波分量；④噪聲系數(shù)低（相比PN結(jié)二極管），適合低噪聲混頻場景；⑤反向恢復(fù)時(shí)間短，減少交調(diào)失真。四、計(jì)算題1.解：傳輸線長度l=λ/8，βl=2π/λ×λ/8=π/4。輸入阻抗公式：Zin=Z0×(Z_L+jZ0tanβl)/(Z0+jZ_Ltanβl)=50×(25-j50+j50×1)/(50+j(25-j50)×1)=50×(25)/(50+j25+50)=50×25/(100+j25)=50×25/(25×(4+j1))=50/(4+j1)=50×(4-j1)/(17)=(200-j50)/17≈11.76-j2.94Ω。史密斯圓圖匹配步驟：①將Z_L=25-j50Ω歸一化（z_L=0.5-j1），標(biāo)注在圓圖上；②沿等反射系數(shù)圓向源方向旋轉(zhuǎn)λ/8（對應(yīng)電長度π/4），得到歸一化輸入阻抗z_in≈0.235-j0.059；③并聯(lián)或串聯(lián)匹配枝節(jié)（如并聯(lián)短路枝節(jié)），將z_in匹配到1+j0。2.解：總噪聲系數(shù)公式（線性值）：F_total=F1+(F2-1)/G1+(F3-1)/(G1G2)其中，F(xiàn)1=10^(0.2)=1.585，F(xiàn)2=10^(0.4)=2.512，F(xiàn)3=10^(0.6)=3.981；G1=10^(1.5)=31.62，G2=10^(2)=100。代入得：F_total=1.585+(2.512-1)/31.62+(3.981-1)/(31.62×100)=1.585+1.512/31.62+2.981/3162≈1.585+0.0478+0.00094≈1.6338。轉(zhuǎn)換為分貝：NF_total=10lg(1.6338)≈2.13dB。3.解：切比雪夫低通濾波器歸一化元件值g1=1.1018，g2=1.3061，g3=1.1018（3階）。實(shí)際元件值需頻率歸一化（Ω=2πfc=2π×2e9=4πe9rad/s）和阻抗歸一化（通常50Ω）：C1=g1/(ΩZ0)=1.1018/(4πe9×50)≈1.758pF；L2=g2×Z0/Ω=1.3061×50/(4πe9)≈5.20nH；C3=g3/(ΩZ0)=1.1018/(4πe9×50)≈1.758pF。微帶線特征阻抗Z0與電長度θ的關(guān)系：對于低通濾波器，短截線對應(yīng)電感（高阻抗線，Z0>50Ω，電長度θ<90°），并聯(lián)枝節(jié)對應(yīng)電容（低阻抗線，Z0<50Ω，電長度θ<90°）。具體Z0由基片參數(shù)計(jì)算：Z0=(60/√ε_eff)×ln(8h/w+w/(4h))（w為線寬），ε_eff=(ε_r+1)/2+(ε_r-1)/2×(1+12h/w)^(-0.5)。4.解：直流功耗PDC=Vcc×Icq=12V×0.05A=0.6W（注：AB類放大器靜態(tài)電流為總電流的一部分，實(shí)際PDC需考慮動(dòng)態(tài)電流，但題目簡化為靜態(tài)電流時(shí)）。效率η=Pout/PDC×100%=2W/0.6W≈333.3%（顯然矛盾，正確應(yīng)為AB類放大器的動(dòng)態(tài)電流Ic=2Icq/π≈31.8mA，PDC=Vcc×(Icq+Ic/2)=12×(0.05+0.0159)=0.7