碩力更高頻電子線路第一章緒論課件

1、高 頻 電 子 線 路1 按工作頻率的高低分為：按工作頻率的高低分為： 低頻電子線路、高頻電子線路低頻電子線路、高頻電子線路 按分析方法分為：按分析方法分為： 線性電子線路、非線性電子線路線性電子線路、非線性電子線路 電子線路電子線路 高頻電子線路及非線性電子線路主要高頻電子線路及非線性電子線路主要面向于面向于通信系統(tǒng)中通信系統(tǒng)中常用的基本組成電路常用的基本組成電路的的工作原理、主要技術(shù)指標(biāo)的計算、分工作原理、主要技術(shù)指標(biāo)的計算、分析方法及工程計算方法析方法及工程計算方法。 所以這門課程現(xiàn)在又多叫通信電子線路。所以這門課程現(xiàn)在又多叫通信電子線路。高 頻 電 子 線 路2本課程內(nèi)容、特點本課程內(nèi)

2、容、特點n 內(nèi)容：內(nèi)容：主要是介紹通信系統(tǒng)中將基帶信號變換主要是介紹通信系統(tǒng)中將基帶信號變換到適于信道（無線信道）傳輸?shù)牡竭m于信道（無線信道）傳輸?shù)纳漕l信號射頻信號及其及其反變換過程所需的主要反變換過程所需的主要功能電路的工作原理、功能電路的工作原理、分析方法和典型電路。分析方法和典型電路。 包括：濾波器、放大器、正弦波振蕩器、頻率變換電包括：濾波器、放大器、正弦波振蕩器、頻率變換電路、調(diào)制與解調(diào)電路、（鎖相環(huán)路與頻率合成器）等路、調(diào)制與解調(diào)電路、（鎖相環(huán)路與頻率合成器）等。高 頻 電 子 線 路3 1837年莫爾斯發(fā)明電報，創(chuàng)造莫爾斯電碼，開創(chuàng)年莫爾斯發(fā)明電報，創(chuàng)造莫爾斯電碼，開創(chuàng)通信的新紀(jì)

3、元。通信的新紀(jì)元。 1864年英國物理學(xué)家麥克斯韋從理論上證明了電年英國物理學(xué)家麥克斯韋從理論上證明了電磁波的存在，為后來的無線電發(fā)明和發(fā)展奠定了磁波的存在，為后來的無線電發(fā)明和發(fā)展奠定了堅實的理論基礎(chǔ)。堅實的理論基礎(chǔ)。 1876年貝爾發(fā)明電話，能夠直接將語言信號變?yōu)槟曦悹柊l(fā)明電話，能夠直接將語言信號變?yōu)殡娦盘栄貙?dǎo)線傳送。電信號沿導(dǎo)線傳送。 1887年德國物理學(xué)家赫茲以卓越的實驗技巧證實年德國物理學(xué)家赫茲以卓越的實驗技巧證實了電磁波是客觀存在的。了電磁波是客觀存在的。高 頻 電 子 線 路4 1895年馬可尼首次在幾百米的距離實現(xiàn)電磁波通年馬可尼首次在幾百米的距離實現(xiàn)電磁波通信，信，1901年

4、首次完成橫渡大西洋的通信。年首次完成橫渡大西洋的通信。 1904年，弗萊明發(fā)明電子二極管，進(jìn)入無線電電年，弗萊明發(fā)明電子二極管，進(jìn)入無線電電子學(xué)時代。子學(xué)時代。 1907年李年李德德福雷斯特發(fā)明了電子三極管，用它可福雷斯特發(fā)明了電子三極管，用它可組成多種重要功能的電子線路。組成多種重要功能的電子線路。 1948年肖克萊等人發(fā)明了晶體三極管，它在許多年肖克萊等人發(fā)明了晶體三極管，它在許多方面已取代了電子管的傳統(tǒng)地位。方面已取代了電子管的傳統(tǒng)地位。 20世紀(jì)世紀(jì)60年代開始出現(xiàn)將年代開始出現(xiàn)將“管管”、“路路”結(jié)合起結(jié)合起來的集成電路。來的集成電路。高 頻 電 子 線 路5 發(fā)展：發(fā)展：通信系統(tǒng)的

5、集成化、數(shù)字化、移動化和通信系統(tǒng)的集成化、數(shù)字化、移動化和多媒體化，對組成通信系統(tǒng)的電路提出了更高的多媒體化，對組成通信系統(tǒng)的電路提出了更高的要求。要求。n 重點：重點：在高頻率（幾十兆赫以上）電路中，目前在高頻率（幾十兆赫以上）電路中，目前主要還是模擬電路（模擬前端電路），且模擬電主要還是模擬電路（模擬前端電路），且模擬電路的性能往往成為通信系統(tǒng)的瓶頸。路的性能往往成為通信系統(tǒng)的瓶頸。高 頻 電 子 線 路6教教 材材n高頻電子線路高頻電子線路（第二版）（第二版）n 曾興雯曾興雯 主編主編 n 高等教育出版社高等教育出版社 20092009年年高 頻 電 子 線 路7n 教材原理性、工程性、

6、實踐性強(qiáng)，且涉及面教材原理性、工程性、實踐性強(qiáng)，且涉及面比較寬，介紹了許多近年來較新的技術(shù)。比較寬，介紹了許多近年來較新的技術(shù)。n 內(nèi)容可分為兩類：基本內(nèi)容和選讀內(nèi)容內(nèi)容可分為兩類：基本內(nèi)容和選讀內(nèi)容( (精講精講和泛講和泛講) )n 作為專業(yè)基礎(chǔ)課，做好與專業(yè)課的銜接，拓作為專業(yè)基礎(chǔ)課，做好與專業(yè)課的銜接，拓寬思路寬思路n 課時安排：課時安排：共共4 4學(xué)分，學(xué)分，3 3學(xué)分授課，學(xué)分授課，1 1學(xué)分實驗學(xué)分實驗教材特點教材特點高 頻 電 子 線 路8學(xué)習(xí)方法學(xué)習(xí)方法n 培養(yǎng)四個觀點培養(yǎng)四個觀點1 1、實踐的觀點、實踐的觀點: : 實用性，重視實驗和仿真實用性，重視實驗和仿真2 2、工程的觀

7、點：具體情況具體分析，合理近似、工程的觀點：具體情況具體分析，合理近似3 3、系統(tǒng)的觀點：在系統(tǒng)中考慮、系統(tǒng)的觀點：在系統(tǒng)中考慮4 4、辯證的觀點：例，非線性系統(tǒng)、辯證的觀點：例，非線性系統(tǒng) 抓住基本工作原理，基本分析方法和基本電抓住基本工作原理，基本分析方法和基本電路結(jié)構(gòu)，在此基礎(chǔ)上拓展知識面，拓寬思路。路結(jié)構(gòu)，在此基礎(chǔ)上拓展知識面，拓寬思路。 討論和交流討論和交流高 頻 電 子 線 路9參考書參考書 1 1、高頻電子線路高頻電子線路第四版第四版 張肅文、陸兆熊編張肅文、陸兆熊編 高等教育出版社高等教育出版社 2 2、高頻電路高頻電路（上、下冊）（上、下冊） 清華通信教研組編清華通信教研組編

8、 人民郵電出版社人民郵電出版社 3 3、電子線路電子線路 非線性部分非線性部分第四版第四版 謝嘉奎編謝嘉奎編 高等教育出版社高等教育出版社高 頻 電 子 線 路10n課前預(yù)習(xí)，養(yǎng)成自覺學(xué)習(xí)的好習(xí)慣課前預(yù)習(xí)，養(yǎng)成自覺學(xué)習(xí)的好習(xí)慣n課上認(rèn)真聽講，記筆記課上認(rèn)真聽講，記筆記n課后及時復(fù)習(xí)、按時獨立完成規(guī)定作業(yè)課后及時復(fù)習(xí)、按時獨立完成規(guī)定作業(yè)n思考、討論，結(jié)合仿真思考、討論，結(jié)合仿真 掌握基本要求（每部分電路的基本工作原掌握基本要求（每部分電路的基本工作原理，基本分析方法和基本電路結(jié)構(gòu)）；逐步建理，基本分析方法和基本電路結(jié)構(gòu)）；逐步建立系統(tǒng)概念；激發(fā)學(xué)習(xí)興趣。立系統(tǒng)概念；激發(fā)學(xué)習(xí)興趣。課程要求：課程

9、要求：第第1 1章章 緒緒 論論1.1 1.1 無線通信系統(tǒng)概述無線通信系統(tǒng)概述 1.1.1 無線通信系統(tǒng)的組成無線通信系統(tǒng)的組成 1.1.2 無線通信系統(tǒng)的信號與調(diào)制無線通信系統(tǒng)的信號與調(diào)制 1.1.3無線無線 通信系統(tǒng)的類型通信系統(tǒng)的類型 1.1.4 無線通信系統(tǒng)的要求與指標(biāo)無線通信系統(tǒng)的要求與指標(biāo) 1.2 1.2 射頻前端結(jié)構(gòu)射頻前端結(jié)構(gòu) 1.3 1.3 無線信道的特性無線信道的特性高 頻 電 子 線 路121.1.1 通信系統(tǒng)的組成通信系統(tǒng)的組成通信系統(tǒng)的組成如圖（通信系統(tǒng)的組成如圖（a）所示。）所示。（a）（b）有線信道通信系統(tǒng)有線信道通信系統(tǒng)1.1 無線通信系統(tǒng)的概述無線通信系統(tǒng)的

10、概述圖（圖（b）所示是兩臺計算機(jī)通過電話網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信的）所示是兩臺計算機(jī)通過電話網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信的例子。例子。高 頻 電 子 線 路（c）無線通信系統(tǒng)的基本組成無線通信系統(tǒng)的基本組成高 頻 電 子 線 路141.1.2 通信系統(tǒng)的信號與調(diào)制通信系統(tǒng)的信號與調(diào)制1.無線通信中的信號無線通信中的信號 電磁波波譜電磁波波譜C = f高 頻 電 子 線 路15波段波段名稱名稱波長波長范圍范圍頻率范圍頻率范圍頻段名稱頻段名稱 主要傳播方式主要傳播方式和用途和用途甚長波甚長波超長波超長波長波長波中波中波短波短波 1000100km10010km101km1000100m10010m 0.33kHz330kHz

11、 30300 kHz0.33MHz330 MHz 音頻音頻甚低頻甚低頻低頻低頻（LF）中頻中頻（MF）高頻高頻（HF） 地波、遠(yuǎn)距離地波、遠(yuǎn)距離通信通信地波、天波、地波、天波、廣播、通信、廣播、通信、導(dǎo)航導(dǎo)航天波、地波、天波、地波、廣播、通信廣播、通信 無線電波的頻（波）段劃分無線電波的頻（波）段劃分高 頻 電 子 線 路16直線傳播、散射，直線傳播、散射，通信、電視廣播、通信、電視廣播、中繼與衛(wèi)星通信、中繼與衛(wèi)星通信、雷達(dá)雷達(dá)直線傳播、中繼與直線傳播、中繼與衛(wèi)星通信、雷達(dá)衛(wèi)星通信、雷達(dá)直線傳播、微波通直線傳播、微波通信、雷達(dá)信、雷達(dá)特高頻特高頻（UHF）超高頻超高頻（SHF）極高頻極高頻（E

12、HF）0.33GHz 330GHz30300GHz 10100cm 110cm 110mm 分米波分米波微微 厘米波厘米波波波 毫米波毫米波直線傳播、對流層直線傳播、對流層散射，通信、電視散射，通信、電視廣播、調(diào)頻廣播、廣播、調(diào)頻廣播、雷雷 達(dá)達(dá)甚高頻甚高頻（VHF） 30300MHz101m超短波超短波（VSW）米波米波 高 頻 電 子 線 路不同頻段的信號具有不同的分析和實現(xiàn)方法不同頻段的信號具有不同的分析和實現(xiàn)方法t 集中參數(shù)的方法和集中參數(shù)的方法和“路路”的概念的概念( (1m) )t 分布參數(shù)的分布參數(shù)的方法和方法和“場場”的概念的概念(1m)高頻電路中的元件高頻電路中的元件（1）長

13、度為）長度為Z的傳輸線（同軸電纜）的傳輸線（同軸電纜）高 頻 電 子 線 路（2）高頻電阻）高頻電阻分布電容和引線電感越小，表明電阻的高頻特性越好。分布電容和引線電感越小，表明電阻的高頻特性越好。 一般說來，金屬膜電阻比碳膜電阻的高頻特性要好，而碳膜電阻比線繞電阻的高頻特性要好; 表面貼裝(SMD)電阻比引線電阻的高頻特性要好; 小尺寸的電阻比大尺寸的電阻的高頻特性要好。高 頻 電 子 線 路（3）高頻電容）高頻電容 電阻電阻RC為極間絕緣電阻，電感為極間絕緣電阻，電感LC為分布電感或為分布電感或(和和)極間電極間電感，小容量電容器的引線電感也是其重要組成部分。感，小容量電容器的引線電感也是其

14、重要組成部分。 電容器具有自身諧振頻率SRF(Self Resonant Frequency)。當(dāng)工作頻率小于自身諧振頻率時，電容器呈正常的電容特性，但當(dāng)工作頻率大于自身諧振頻率時，電容器將等效為一個電感。高 頻 電 子 線 路（3）高頻電感）高頻電感 高頻電感器一般由導(dǎo)線繞制(空心或有磁芯、單層或多層)而成(也稱電感線圈)，由于導(dǎo)線都有一定的直流電阻，所以高頻電感器具有直流電阻R。 工作頻率越高，趨膚效應(yīng)越強(qiáng)，再加上渦流損失、磁芯電感在磁介質(zhì)內(nèi)的磁滯損失以及由電磁輻射引起的能量損失等，都會使高頻電感的等效電阻(交流電阻)大大增加。一般地，交流電阻遠(yuǎn)大于直流電阻，因此，高頻電感器的電阻主要指交

15、流電阻。高 頻 電 子 線 路 但在實際中，并不直接用交流電阻來表示高頻電感器的損耗性能，而是引入一個易于測量、使用方便的參數(shù)品質(zhì)因數(shù)Q來表征。品質(zhì)因數(shù)Q定義為高頻電感器的感抗與其串聯(lián)損耗電阻之比。Q值越高，表明該電感器的儲能作用越強(qiáng)，損耗越小。 在中短波段和米波波段，高頻電感可等效為電感和電阻的串聯(lián)或并聯(lián)。若工作頻率更高，電感內(nèi)線圈匝與匝之間及各匝與地之間的分布電容的作用就十分明顯，等效電路應(yīng)考慮電感兩端總的分布電容，它應(yīng)與電感并聯(lián)。高 頻 電 子 線 路 與電容器類似，高頻電感器也具有自身諧振頻率SRF。在SRF上，高頻電感的阻抗的幅值最大，而相角為零，如圖所示。高 頻 電 子 線 路無線

16、電信號的多方面特性無線電信號的多方面特性t 時域特性時域特性t 頻譜特性頻譜特性t 調(diào)制特性調(diào)制特性t 傳播特性傳播特性高 頻 電 子 線 路24(a) 直射傳播；直射傳播；(b) 地面繞射傳播；地面繞射傳播；(c) 電離層反射傳播；電離層反射傳播；(d) 對流層散射傳播對流層散射傳播無線電波的主要傳播方式高 頻 電 子 線 路25t 天線的尺寸天線的尺寸t 信道的復(fù)用信道的復(fù)用2.無線通信中的調(diào)制無線通信中的調(diào)制 調(diào)制在無線通信中的作用至關(guān)重要，為什么信號要調(diào)制？調(diào)制在無線通信中的作用至關(guān)重要，為什么信號要調(diào)制？t 抗干擾抗干擾 所謂調(diào)制，就是用調(diào)制信號去控制高頻載波的參數(shù)，所謂調(diào)制，就是用

17、調(diào)制信號去控制高頻載波的參數(shù)，使載波信號的某一個或幾個參數(shù)使載波信號的某一個或幾個參數(shù)(振幅、頻率或相位振幅、頻率或相位)按按照調(diào)制信號的規(guī)律變化。照調(diào)制信號的規(guī)律變化。 根據(jù)載波受調(diào)制參數(shù)的不同，調(diào)制分為三種基本方根據(jù)載波受調(diào)制參數(shù)的不同，調(diào)制分為三種基本方式，它們是振幅調(diào)制式，它們是振幅調(diào)制(調(diào)幅調(diào)幅AM)、頻率調(diào)制、頻率調(diào)制(調(diào)頻調(diào)頻FM)、相位調(diào)制相位調(diào)制(調(diào)相調(diào)相PM)。高 頻 電 子 線 路26例如例如標(biāo)準(zhǔn)調(diào)幅波標(biāo)準(zhǔn)調(diào)幅波 SAM :為了實現(xiàn)中波廣播可以利用調(diào)幅技為了實現(xiàn)中波廣播可以利用調(diào)幅技術(shù)將聲音基帶信號搬移到中波波段的某一頻率附近。術(shù)將聲音基帶信號搬移到中波波段的某一頻率附近

18、。高 頻 電 子 線 路1.1.3 無線通信系統(tǒng)的類型無線通信系統(tǒng)的類型(1) 按照工作頻段或傳輸手段分類，有中波通信、短波通信、按照工作頻段或傳輸手段分類，有中波通信、短波通信、超短波通信、微波通信和衛(wèi)星通信等。超短波通信、微波通信和衛(wèi)星通信等。(2) 按照通信方式來分類，主要有按照通信方式來分類，主要有(全全)雙工、半雙工和單工方式。雙工、半雙工和單工方式。(3) 按照調(diào)制方式的不同來劃分，有調(diào)幅、調(diào)頻、調(diào)相以及混按照調(diào)制方式的不同來劃分，有調(diào)幅、調(diào)頻、調(diào)相以及混合調(diào)制等。合調(diào)制等。(4) 按照傳送的消息的類型分類，有模擬通信和數(shù)字通信，也按照傳送的消息的類型分類，有模擬通信和數(shù)字通信，也

19、可以分為話音通信、圖像通信、數(shù)據(jù)通信和多媒體通信等?？梢苑譃樵捯敉ㄐ?、圖像通信、數(shù)據(jù)通信和多媒體通信等。高 頻 電 子 線 路28移動無線環(huán)境電波傳播問題移動無線環(huán)境電波傳播問題u多徑效應(yīng)多徑效應(yīng)只考慮直射和一次反射信號只考慮直射和一次反射信號的二維多徑傳播物理模型的二維多徑傳播物理模型建筑物位于以發(fā)射機(jī)和接收建筑物位于以發(fā)射機(jī)和接收機(jī)為焦點的橢圓上：機(jī)為焦點的橢圓上：反射信反射信號與發(fā)射信號都會達(dá)到接收號與發(fā)射信號都會達(dá)到接收機(jī)。機(jī)。城市環(huán)境下多徑效應(yīng)尤為突出城市環(huán)境下多徑效應(yīng)尤為突出1.3 無線信道的特性無線信道的特性高 頻 電 子 線 路29（1 1）選擇性衰落）選擇性衰落 由于由于多徑效應(yīng)多徑效應(yīng)的存在，從發(fā)射機(jī)到達(dá)接收機(jī)信號經(jīng)過了的存在，從發(fā)射機(jī)到達(dá)接收機(jī)信號經(jīng)過了 不同的路徑。不同的路徑。不同頻率的信號沿不同路徑到達(dá)接收機(jī)產(chǎn)生不同頻率的信號沿不同路徑到達(dá)接收機(jī)產(chǎn)生 的相位移動不同。的相位移動不同。有的頻率點信號增強(qiáng)，有的頻率點信號有的頻率點信號增強(qiáng)，有的頻率點信號 相互抵消相互抵消。在整個頻域來看，對不同頻率的信號，信號衰。在整個頻域來看，對不同頻率的信號，信號衰 減不同。減不同。 高 頻 電 子 線 路30（2 2）延時擴(kuò)展）延時擴(kuò)展 由于反射波的存在，使到達(dá)接收點的信號有由于反射波的存在，使到達(dá)接收點