高頻電子線路-曾興雯1

1、Tan YuehengHengyang normal universityDepartment of P.&E.I.S高頻電子線路第一章第一章 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 1.2 1.2 無線電信號(hào)與調(diào)制無線電信號(hào)與調(diào)制 1.3 1.3 本課程的特點(diǎn)本課程的特點(diǎn) Tan YuehengHengyang normal universityDepartment of P.&E.I.S高頻電子線路1.1 1.1 無線通信系統(tǒng)概述無線通信系統(tǒng)概述第一章第一章 緒緒 論論Tan YuehengHengyang normal universityDepartment of

2、P.&E.I.S高頻電子線路通信系統(tǒng)的組成通信系統(tǒng)的組成信源發(fā)送設(shè)備信道接收設(shè)備信宿語(yǔ)音電話機(jī)電路鏈接信道或者無線信道電話機(jī)語(yǔ)音有線或者無線（電話）語(yǔ)音通信系統(tǒng)圖象及聲音廣播電視發(fā)送設(shè)備有線或者無線信道電視（接收）機(jī)圖象及聲音有線（或）無線廣播系統(tǒng)數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)信源發(fā)送設(shè)備信道接收設(shè)備信宿語(yǔ)音電話機(jī)電路鏈接信道或者無線信道電話機(jī)語(yǔ)音有線或者無線（電話）語(yǔ)音通信系統(tǒng)圖象及聲音廣播電視發(fā)送設(shè)備有線或者無線信道電視（接收）機(jī)圖象及聲音有線（或）無線廣播系統(tǒng)數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)信源發(fā)送設(shè)備信道接收設(shè)備信宿語(yǔ)音電話機(jī)電路鏈接信道或者無線信道電話機(jī)語(yǔ)音有線

3、或者無線（電話）語(yǔ)音通信系統(tǒng)圖象及聲音廣播電視發(fā)送設(shè)備有線或者無線信道電視（接收）機(jī)圖象及聲音有線（或）無線廣播系統(tǒng)數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)Tan YuehengHengyang normal universityDepartment of P.&E.I.S高頻電子線路音頻放大器調(diào)制器激勵(lì)放大輸出功率放大載波振蕩器天線開關(guān)高頻放大混頻器中頻放大與濾波解調(diào)器音頻放大器話筒本地振蕩器揚(yáng)聲器變頻器 圖圖11 無線通信系統(tǒng)的基本組成無線通信系統(tǒng)的基本組成 無線通信系統(tǒng)的組成無線通信系統(tǒng)的組成信源信宿Tan YuehengHengyang normal universityDepart

4、ment of P.&E.I.S高頻電子線路無線通信系統(tǒng)的組成無線通信系統(tǒng)的組成 無線通信系統(tǒng)的基本組成無線通信系統(tǒng)的基本組成: （1）高頻振蕩器：用于產(chǎn)生載波或本地振蕩信號(hào)）高頻振蕩器：用于產(chǎn)生載波或本地振蕩信號(hào) （2）放大器：包括小信號(hào)放大和功率放大）放大器：包括小信號(hào)放大和功率放大 （3）混頻或變頻：）混頻或變頻： （4）調(diào)制與解調(diào)：）調(diào)制與解調(diào)： （5）反饋控制電路：包括）反饋控制電路：包括AGC、AFC和和APC（PLL） 高頻電路是通信系統(tǒng)高頻電路是通信系統(tǒng), 特別是無線通信系統(tǒng)的基礎(chǔ)特別是無線通信系統(tǒng)的基礎(chǔ), 以上以上電路也是電路也是高頻電子線路高頻電子線路課程的基本教學(xué)內(nèi)容課程

5、的基本教學(xué)內(nèi)容。 Tan YuehengHengyang normal universityDepartment of P.&E.I.S高頻電子線路 按照無線通信系統(tǒng)中關(guān)鍵部分的不同特性按照無線通信系統(tǒng)中關(guān)鍵部分的不同特性, 有以下有以下一些類型一些類型: （1）按照工作頻段或傳輸手段分類）按照工作頻段或傳輸手段分類, 有中波通信、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。短波通信、超短波通信、微波通信和衛(wèi)星通信等。 射頻（射頻（RF）實(shí)際上是）實(shí)際上是“高頻高頻”的廣義語(yǔ)的廣義語(yǔ), 它是指它是指適合無線電發(fā)射和傳播的頻率。適合無線電發(fā)射和傳播的頻率。無線通信系統(tǒng)的類型無線通信系

6、統(tǒng)的類型Tan YuehengHengyang normal universityDepartment of P.&E.I.S高頻電子線路 按照無線通信系統(tǒng)中關(guān)鍵部分的不同特性按照無線通信系統(tǒng)中關(guān)鍵部分的不同特性, 有以下有以下一些類型一些類型: （2） 按照通信方式來分類按照通信方式來分類, 主要有（全）雙工、主要有（全）雙工、 半雙工和單工方式。半雙工和單工方式。 （3） 按照調(diào)制方式的不同來劃分按照調(diào)制方式的不同來劃分, 有調(diào)幅、調(diào)頻、有調(diào)幅、調(diào)頻、調(diào)相以及混合調(diào)制等。調(diào)相以及混合調(diào)制等。 （4） 按照傳送的消息類型分類按照傳送的消息類型分類, 有模擬通信和數(shù)字有模擬通信和數(shù)字通信通信,

7、 也可以分為話音通信、也可以分為話音通信、 圖像通信、圖像通信、 數(shù)據(jù)通信和數(shù)據(jù)通信和多媒體通信等。多媒體通信等。無線通信系統(tǒng)的類型無線通信系統(tǒng)的類型Tan YuehengHengyang normal universityDepartment of P.&E.I.S高頻電子線路 各種不同類型的通信系統(tǒng)各種不同類型的通信系統(tǒng), 其系統(tǒng)組成和設(shè)其系統(tǒng)組成和設(shè)備的復(fù)雜程度都有很大不同。備的復(fù)雜程度都有很大不同。 但是組成設(shè)備的但是組成設(shè)備的基本電路及其原理都是相同的基本電路及其原理都是相同的, 遵從同樣的規(guī)遵從同樣的規(guī)律。律。 本課程將本課程將以模擬通信為重點(diǎn)以模擬通信為重點(diǎn)來研究這些基來研究這些

8、基本電路本電路, 認(rèn)識(shí)其規(guī)律。這些電路和規(guī)律完全可認(rèn)識(shí)其規(guī)律。這些電路和規(guī)律完全可以推廣應(yīng)用到其它類型的通信系統(tǒng)。以推廣應(yīng)用到其它類型的通信系統(tǒng)。 無線通信系統(tǒng)的類型無線通信系統(tǒng)的類型Tan YuehengHengyang normal universityDepartment of P.&E.I.S高頻電子線路1.2 1.2 無線電信號(hào)與調(diào)制無線電信號(hào)與調(diào)制第一章第一章 緒緒 論論Tan YuehengHengyang normal universityDepartment of P.&E.I.S高頻電子線路 一個(gè)無線電信號(hào)一個(gè)無線電信號(hào), 可以將它表示為電壓或電可以將它表示為電壓或電流的時(shí)

9、間函數(shù)流的時(shí)間函數(shù), 通常用時(shí)域波形或數(shù)學(xué)表達(dá)式來通常用時(shí)域波形或數(shù)學(xué)表達(dá)式來描述。描述。 無線電信號(hào)的時(shí)間特性就是信號(hào)隨時(shí)間變無線電信號(hào)的時(shí)間特性就是信號(hào)隨時(shí)間變化快慢的特性?；炻奶匦浴?無線電信號(hào)的時(shí)間特性無線電信號(hào)的時(shí)間特性tVTan YuehengHengyang normal universityDepartment of P.&E.I.S高頻電子線路 對(duì)于較復(fù)雜的信號(hào)（如話音信號(hào)、圖像信號(hào)對(duì)于較復(fù)雜的信號(hào)（如話音信號(hào)、圖像信號(hào)等）等）, 用頻譜分析法表示較為方便。用頻譜分析法表示較為方便。 信號(hào)幅度0t 圖圖 1 2 信號(hào)分解信號(hào)分解 無線電信號(hào)的頻譜特性無線電信號(hào)的頻譜特性T

10、an YuehengHengyang normal universityDepartment of P.&E.I.S高頻電子線路信號(hào)振幅0F3F5F7F9FF 圖圖 1 3 頻譜圖頻譜圖 對(duì)于較復(fù)雜的信號(hào)（如話音信號(hào)、圖像信號(hào)對(duì)于較復(fù)雜的信號(hào)（如話音信號(hào)、圖像信號(hào)等）等）, 用頻譜分析法表示較為方便。用頻譜分析法表示較為方便。 無線電信號(hào)的頻譜特性無線電信號(hào)的頻譜特性Tan YuehengHengyang normal universityDepartment of P.&E.I.S高頻電子線路 這里所講的頻率特性就是無線電信號(hào)的頻率或波長(zhǎng)。這里所講的頻率特性就是無線電信號(hào)的頻率或波長(zhǎng)。電磁波

11、輻射的波譜很寬電磁波輻射的波譜很寬, 如下圖所示。如下圖所示。 無線電信號(hào)的頻率特性無線電信號(hào)的頻率特性無線電波105紅外線1010可見光紫外線1015X射線1020宇宙射線1025f/Hz/m3103310 2(3.87.8)10 7310 7310 12310 17可以認(rèn)為無線電波是一種頻率相對(duì)較低的電磁波可以認(rèn)為無線電波是一種頻率相對(duì)較低的電磁波Tan YuehengHengyang normal universityDepartment of P.&E.I.S高頻電子線路無線電波的頻段劃分無線電波的頻段劃分 無線電頻率是人類寶貴的電磁資源，必須科學(xué)地分配、管無線電頻率是人類寶貴的電磁資

12、源，必須科學(xué)地分配、管理和使用。理和使用。 Tan YuehengHengyang normal universityDepartment of P.&E.I.S高頻電子線路 1897年，意大利無線電工程師、企業(yè)家馬年，意大利無線電工程師、企業(yè)家馬可尼，實(shí)用無線電報(bào)通信的創(chuàng)始人?？赡?，實(shí)用無線電報(bào)通信的創(chuàng)始人。 19世紀(jì)世紀(jì)60年代，英國(guó)物理學(xué)家麥克斯韋建年代，英國(guó)物理學(xué)家麥克斯韋建立了完整的電磁場(chǎng)理論；立了完整的電磁場(chǎng)理論； 1887年，德國(guó)物理學(xué)家赫茲第一次用實(shí)驗(yàn)?zāi)辏聡?guó)物理學(xué)家赫茲第一次用實(shí)驗(yàn)證實(shí)了電磁波的存在；證實(shí)了電磁波的存在； 無線電波的發(fā)現(xiàn)和應(yīng)用無線電波的發(fā)現(xiàn)和應(yīng)用Tan Yue

13、hengHengyang normal universityDepartment of P.&E.I.S高頻電子線路 莫爾斯電碼：一套由莫爾斯電碼：一套由“點(diǎn)點(diǎn)”和和“劃劃”構(gòu)成的系統(tǒng)，通過構(gòu)成的系統(tǒng)，通過“點(diǎn)點(diǎn)”和和“劃劃”間隔間隔的不同排列順序來表達(dá)不同的英文字母、的不同排列順序來表達(dá)不同的英文字母、數(shù)字和標(biāo)點(diǎn)符號(hào)。數(shù)字和標(biāo)點(diǎn)符號(hào)。 中文電報(bào)碼：中文電報(bào)碼：啊啊0759 阿阿7093 埃埃1002 挨挨2179 哎哎0740 矮矮4253 艾艾5337 礙礙4293 愛愛1947 隘隘7137 鞍鞍7254 氨氨8637 安安1344 按按2174 暗暗2542 電報(bào)、電話和移動(dòng)通信電報(bào)、

14、電話和移動(dòng)通信Tan YuehengHengyang normal universityDepartment of P.&E.I.S高頻電子線路電報(bào)、電話和移動(dòng)通信電報(bào)、電話和移動(dòng)通信Tan YuehengHengyang normal universityDepartment of P.&E.I.S高頻電子線路電報(bào)、電話和移動(dòng)通信電報(bào)、電話和移動(dòng)通信Tan YuehengHengyang normal universityDepartment of P.&E.I.S高頻電子線路 雙頻雙頻GSM使用使用GSM900和和DCS1800兩個(gè)頻段，其中兩個(gè)頻段，其中GSM900包括兩個(gè)包括兩個(gè)25M

15、Hz的子頻帶，即的子頻帶，即890915MHz以以及及935960MHz，DCS1800包括兩個(gè)包括兩個(gè)75MHz的子頻帶，的子頻帶，即即17101785MHz以及以及18051880MHz。 GSM標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定: 無線電波的頻段劃分無線電波的頻段劃分CDMA頻率頻率: 825880MHz。 Tan YuehengHengyang normal universityDepartment of P.&E.I.S高頻電子線路無線電信號(hào)的傳播特性無線電信號(hào)的傳播特性 傳播特性是指無線電信號(hào)的傳播特性是指無線電信號(hào)的傳播方式、傳播距離、傳傳播方式、傳播距離、傳播特點(diǎn)等播特點(diǎn)等。 電磁波從發(fā)射天線輻

16、射出去后電磁波從發(fā)射天線輻射出去后, 接收機(jī)只能收到其中接收機(jī)只能收到其中極小的一部分極小的一部分, 在傳播過程中在傳播過程中, 電波的能量會(huì)被地面、建電波的能量會(huì)被地面、建筑物或高空的電離層吸收或反射筑物或高空的電離層吸收或反射, 或者在大氣層中產(chǎn)生或者在大氣層中產(chǎn)生折射或散射等現(xiàn)象折射或散射等現(xiàn)象, 造成到達(dá)接收機(jī)時(shí)的強(qiáng)度大大衰減。造成到達(dá)接收機(jī)時(shí)的強(qiáng)度大大衰減。 決定傳播方式和傳播特點(diǎn)的關(guān)鍵因素決定傳播方式和傳播特點(diǎn)的關(guān)鍵因素是無線電信號(hào)的頻率是無線電信號(hào)的頻率。Tan YuehengHengyang normal universityDepartment of P.&E.I.S高頻電子

17、線路(a)射線(b)(c)電離層(d)對(duì)流層 圖圖1 5 無線電波的主要傳播方式無線電波的主要傳播方式（a） 直射傳播直射傳播; （b） 地波傳播地波傳播; （c） 天波傳播天波傳播; （d） 散射傳播散射傳播無線電信號(hào)的傳播特性無線電信號(hào)的傳播特性(距地面60600km)(距地面1012km)(散射傳播距離100500km)(適合頻率4006000MHz)(一次反射距離約為4000km)(適合于中短波)(適合于中長(zhǎng)波)(適合于超短波、微波)Tan YuehengHengyang normal universityDepartment of P.&E.I.S高頻電子線路 無線電傳播一般都要采用

18、高頻（射頻）的無線電傳播一般都要采用高頻（射頻）的原因是高頻適于天線輻射和無線傳播。原因是高頻適于天線輻射和無線傳播。 只有當(dāng)天線的尺寸可以與信號(hào)波長(zhǎng)相比擬只有當(dāng)天線的尺寸可以與信號(hào)波長(zhǎng)相比擬時(shí)時(shí), 天線的輻射效率才會(huì)較高天線的輻射效率才會(huì)較高, 從而以較小的信從而以較小的信號(hào)功率傳播較遠(yuǎn)的距離號(hào)功率傳播較遠(yuǎn)的距離, 接收天線也才能有效地接收天線也才能有效地接收信號(hào)。接收信號(hào)。 無線電信號(hào)的傳播特性無線電信號(hào)的傳播特性Tan YuehengHengyang normal universityDepartment of P.&E.I.S高頻電子線路 所謂調(diào)制所謂調(diào)制, 就是用調(diào)制信號(hào)去控制高頻載

19、波就是用調(diào)制信號(hào)去控制高頻載波的參數(shù)的參數(shù), 使載波信號(hào)的某一個(gè)或幾個(gè)參數(shù)（振幅、使載波信號(hào)的某一個(gè)或幾個(gè)參數(shù)（振幅、 頻率或相位）按照調(diào)制信號(hào)的規(guī)律變化。頻率或相位）按照調(diào)制信號(hào)的規(guī)律變化。 根據(jù)載波受調(diào)制參數(shù)的不同根據(jù)載波受調(diào)制參數(shù)的不同, 調(diào)制分為三種調(diào)制分為三種基本方式基本方式, 它們是振幅調(diào)制（調(diào)幅）、它們是振幅調(diào)制（調(diào)幅）、 頻率調(diào)制頻率調(diào)制（調(diào)頻）、（調(diào)頻）、 相位調(diào)制（調(diào)相）相位調(diào)制（調(diào)相）, 分別用分別用AM、 FM、 PM表示，表示， 還可以有組合調(diào)制方式。還可以有組合調(diào)制方式。 無線電信號(hào)的調(diào)制無線電信號(hào)的調(diào)制Tan YuehengHengyang normal univ

20、ersityDepartment of P.&E.I.S高頻電子線路1.3 1.3 本課程的特點(diǎn)本課程的特點(diǎn)第一章第一章 緒緒 論論Tan YuehengHengyang normal universityDepartment of P.&E.I.S高頻電子線路高頻電子線路的特點(diǎn)高頻電子線路的特點(diǎn) (1) 高頻電子線路是由線性元件（電阻、電容、電感等）高頻電子線路是由線性元件（電阻、電容、電感等）和非線性器件（二極管、三極管、場(chǎng)效應(yīng)管等）和非線性器件（二極管、三極管、場(chǎng)效應(yīng)管等）組成組成； (2) 非線性電路的分析是本課程的非線性電路的分析是本課程的核心和難點(diǎn)核心和難點(diǎn)； (3) 本課程的本課

21、程的主要內(nèi)容主要內(nèi)容有高頻振蕩器、高頻放大器（小信有高頻振蕩器、高頻放大器（小信號(hào)放大、功率放大）、高頻信號(hào)的變換和處理（變頻、調(diào)號(hào)放大、功率放大）、高頻信號(hào)的變換和處理（變頻、調(diào)制、解調(diào)）等。制、解調(diào)）等。Tan YuehengHengyang normal universityDepartment of P.&E.I.S高頻電子線路 1 畫出無線通信收發(fā)信機(jī)的原理框圖畫出無線通信收發(fā)信機(jī)的原理框圖, 并說出各部分并說出各部分的功用。的功用。 2 無線通信為什么要用高頻信號(hào)？無線通信為什么要用高頻信號(hào)？“高頻高頻”信號(hào)指的信號(hào)指的是什么？是什么？ 3 無線通信為什么要進(jìn)行調(diào)制？如何進(jìn)行調(diào)制？

22、無線通信為什么要進(jìn)行調(diào)制？如何進(jìn)行調(diào)制？ 4 無線電信號(hào)的頻段或波段是如何劃分的？各個(gè)頻段無線電信號(hào)的頻段或波段是如何劃分的？各個(gè)頻段的傳播特性和應(yīng)用情況如何？的傳播特性和應(yīng)用情況如何？ 思考題與習(xí)題思考題與習(xí)題Tan YuehengHengyang normal universityDepartment of P.&E.I.S高頻電子線路11 畫出無線通信收發(fā)信機(jī)的原理框圖，并說出各部分功用。畫出無線通信收發(fā)信機(jī)的原理框圖，并說出各部分功用。音頻放大器調(diào)制器激勵(lì)放大輸出功率放大載波振蕩器天線開關(guān)高頻放大混頻器中頻放大與濾波解調(diào)器音頻放大器話筒本地振蕩器揚(yáng)聲器變頻器 上圖是一個(gè)語(yǔ)音無線電廣播通

23、信系統(tǒng)的基本框圖，它由發(fā)射上圖是一個(gè)語(yǔ)音無線電廣播通信系統(tǒng)的基本框圖，它由發(fā)射部分、接收部分以及無線信道三大部分組成。部分、接收部分以及無線信道三大部分組成。思考題與習(xí)題思考題與習(xí)題Tan YuehengHengyang normal universityDepartment of P.&E.I.S高頻電子線路 發(fā)射部分由話筒、音頻放大器、調(diào)制器、變頻器、功率放大發(fā)射部分由話筒、音頻放大器、調(diào)制器、變頻器、功率放大器和發(fā)射天線組成。音頻信號(hào)經(jīng)低頻放大后，首先進(jìn)行調(diào)制變器和發(fā)射天線組成。音頻信號(hào)經(jīng)低頻放大后，首先進(jìn)行調(diào)制變成一個(gè)高頻已調(diào)波，然后通過變頻達(dá)到所需的發(fā)射頻率，經(jīng)高成一個(gè)高頻已調(diào)波，然

24、后通過變頻達(dá)到所需的發(fā)射頻率，經(jīng)高頻功率放大后，由天線發(fā)射出去。頻功率放大后，由天線發(fā)射出去。11 畫出無線通信收發(fā)信機(jī)的原理框圖，并說出各部分功用。畫出無線通信收發(fā)信機(jī)的原理框圖，并說出各部分功用。音頻放大器調(diào)制器激勵(lì)放大輸出功率放大載波振蕩器天線開關(guān)高頻放大混頻器中頻放大與濾波解調(diào)器音頻放大器話筒本地振蕩器揚(yáng)聲器變頻器思考題與習(xí)題思考題與習(xí)題Tan YuehengHengyang normal universityDepartment of P.&E.I.S高頻電子線路 接收設(shè)備由接收天線、高頻小信號(hào)放大器、混頻器、中頻放接收設(shè)備由接收天線、高頻小信號(hào)放大器、混頻器、中頻放大器、解調(diào)器、音

25、頻放大器、揚(yáng)聲器等組成。由天線接收的高大器、解調(diào)器、音頻放大器、揚(yáng)聲器等組成。由天線接收的高頻信號(hào)，經(jīng)放大、混頻后，變成一中頻已調(diào)波，然后檢波，恢頻信號(hào)，經(jīng)放大、混頻后，變成一中頻已調(diào)波，然后檢波，恢復(fù)出原來的音頻信息，經(jīng)低頻功放后驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器。復(fù)出原來的音頻信息，經(jīng)低頻功放后驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器。11 畫出無線通信收發(fā)信機(jī)的原理框圖，并說出各部分功用。畫出無線通信收發(fā)信機(jī)的原理框圖，并說出各部分功用。音頻放大器調(diào)制器激勵(lì)放大輸出功率放大載波振蕩器天線開關(guān)高頻放大混頻器中頻放大與濾波解調(diào)器音頻放大器話筒本地振蕩器揚(yáng)聲器變頻器思考題與習(xí)題思考題與習(xí)題Tan YuehengHengyang normal universityDepartment of P.&E.I.S高頻電子線路12 無線通信為什么要用高頻信號(hào)？無線通信為什么要用高頻信號(hào)？“高頻高頻”信號(hào)指的是信號(hào)指的是什么？什么？ 高頻信號(hào)指的是適合天線發(fā)射、傳播和接收的射頻信號(hào)。高頻信號(hào)指的是適合天線發(fā)射、傳播和接收的射頻信號(hào)。 采用高頻信號(hào)的原因主要是：采用高頻信號(hào)的原因主要是：（1）頻率越高，可利用的頻帶就越寬，信道容