第1章高頻電子線路

1、 高等教育出版社，胡宴如、耿蘇燕主編 主講教師：李智主講教師：李智高頻電子線路高頻電子線路上課時間：上課時間：3-13周周實驗時間：實驗時間：6,8,10,12,13周周1-2班班：周五周五下午第四大節(jié)下午第四大節(jié)3-5班班：周四周四下午第四大節(jié)下午第四大節(jié)實驗地點：實驗地點：6513高頻實驗室高頻實驗室考試時間：考試時間：18周周成績組成：考試成績組成：考試70%，考勤，考勤10%， 作業(yè)作業(yè)10%，實驗，實驗10% 通信與通信系統(tǒng)通信與通信系統(tǒng) 無線電波段的劃分與無線電波的傳播無線電波段的劃分與無線電波的傳播 非線性電子線路的基本概念非線性電子線路的基本概念 本章

2、小結(jié)本章小結(jié)1.1通信與通信系統(tǒng)通信與通信系統(tǒng)主要要求：主要要求： 掌握通信系統(tǒng)的基本組成及各組成部分的作用掌握通信系統(tǒng)的基本組成及各組成部分的作用了解調(diào)幅廣播通信系統(tǒng)的基本組成及各組成部了解調(diào)幅廣播通信系統(tǒng)的基本組成及各組成部分的作用分的作用了解數(shù)字通信系統(tǒng)的基本組成及各組成部分的了解數(shù)字通信系統(tǒng)的基本組成及各組成部分的作用作用理解通信系統(tǒng)中為何要采用調(diào)制技術(shù)理解通信系統(tǒng)中為何要采用調(diào)制技術(shù)獲取獲取信息信息傳遞傳遞信息信息處理處理信息信息信息社會的三大支柱信息社會的三大支柱一、通信系統(tǒng)的基本組成一、通信系統(tǒng)的基本組成信源信源輸入輸入變換器變換器發(fā)送發(fā)送設(shè)備設(shè)備信道信道接收接收設(shè)備設(shè)備輸出輸出

3、變換器變換器輸輸出出通信：通信：發(fā)送者與接收者之間的信息傳遞發(fā)送者與接收者之間的信息傳遞通信系統(tǒng)：利用電信號或光信號實現(xiàn)信息傳遞的系統(tǒng)通信系統(tǒng)：利用電信號或光信號實現(xiàn)信息傳遞的系統(tǒng)通信系統(tǒng)基本組成通信系統(tǒng)基本組成基帶信號基帶信號 (低頻信號低頻信號)調(diào)制調(diào)制已調(diào)信號已調(diào)信號(高頻信號高頻信號)噪聲與干擾噪聲與干擾解調(diào)解調(diào)基帶信號基帶信號二、調(diào)制的概念及其意義二、調(diào)制的概念及其意義 用基帶信號去控制高頻信號的某一參數(shù)，使該參數(shù)用基帶信號去控制高頻信號的某一參數(shù)，使該參數(shù)按照基帶信號的規(guī)律變化的過程，稱為調(diào)制。按照基帶信號的規(guī)律變化的過程，稱為調(diào)制。 基帶信號也稱為調(diào)制信號；未調(diào)制的高頻信號稱為基

4、帶信號也稱為調(diào)制信號；未調(diào)制的高頻信號稱為載波信號；載波信號； 經(jīng)調(diào)制后的高頻信號稱為已調(diào)信號經(jīng)調(diào)制后的高頻信號稱為已調(diào)信號 用基帶信號去控制高頻信號的用基帶信號去控制高頻信號的振幅振幅，稱為，稱為調(diào)幅調(diào)幅 AM 頻率頻率，稱為，稱為調(diào)頻調(diào)頻 FM 相位相位，稱為，稱為調(diào)相調(diào)相 PM1. 天線尺寸大于信號波長的十分之一，信號才能有效發(fā)射。天線尺寸大于信號波長的十分之一，信號才能有效發(fā)射。例如例如 f = 1 kHz，則，則00km3s/10m/s10338fC天線長度需大于天線長度需大于30km ，顯然是不現(xiàn)實的，顯然是不現(xiàn)實的常用基帶信號頻率范圍：常用基帶信號頻率范圍： 圖像信號圖像信號 0

5、6MHz 語音語音 300Hz 3.4kHz 音樂音樂 16Hz 20kHz 直接進行傳輸是不現(xiàn)實的。直接進行傳輸是不現(xiàn)實的。2. 實現(xiàn)信道的頻率復(fù)用實現(xiàn)信道的頻率復(fù)用三、通信系統(tǒng)的分類三、通信系統(tǒng)的分類根據(jù)信道不同分根據(jù)信道不同分有線通信系統(tǒng)有線通信系統(tǒng)無線通信系統(tǒng)無線通信系統(tǒng)根據(jù)基帶信號不同分根據(jù)基帶信號不同分模擬通信系統(tǒng)模擬通信系統(tǒng)數(shù)字通信系統(tǒng)數(shù)字通信系統(tǒng)廣播通信系統(tǒng)廣播通信系統(tǒng)電視通信系統(tǒng)電視通信系統(tǒng)雙工：雙工： 發(fā)送者發(fā)送者接收者接收者 如如電話電話單工：單工： 發(fā)送者發(fā)送者接收者接收者 如如廣播、電視廣播、電視半雙工：半雙工： 發(fā)送者發(fā)送者接收者接收者 如如對講機對講機根據(jù)通信方式

6、不同分根據(jù)通信方式不同分四、模擬通信系統(tǒng)四、模擬通信系統(tǒng)以典型的中短波調(diào)幅廣播通信系統(tǒng)為例，以典型的中短波調(diào)幅廣播通信系統(tǒng)為例，介紹其組成及各部分作用介紹其組成及各部分作用直接傳輸模擬信號的通信系統(tǒng)直接傳輸模擬信號的通信系統(tǒng)五、數(shù)字通信系統(tǒng)五、數(shù)字通信系統(tǒng)傳輸數(shù)字信號的通信系統(tǒng)傳輸數(shù)字信號的通信系統(tǒng)模模擬擬通通信信系系統(tǒng)統(tǒng)數(shù)數(shù)字字通通信信系系統(tǒng)統(tǒng) 用數(shù)字基帶信號去控制高頻信號的用數(shù)字基帶信號去控制高頻信號的振幅振幅，稱為，稱為振幅鍵控振幅鍵控 ASK 頻率頻率，稱為，稱為頻率鍵控頻率鍵控 FSK 相位相位，稱為，稱為相位鍵控相位鍵控 PSK 數(shù)字調(diào)制：用數(shù)字基帶信號對高頻正弦波進行的調(diào)制數(shù)字調(diào)

7、制：用數(shù)字基帶信號對高頻正弦波進行的調(diào)制 高頻小信號放大電路、高頻小信號放大電路、高頻功率放大電路高頻功率放大電路、振蕩電路、振蕩電路、調(diào)制電路、解調(diào)電路、混頻器、倍頻器調(diào)制電路、解調(diào)電路、混頻器、倍頻器、低頻放大電路低頻放大電路反饋控制電路等。反饋控制電路等。 數(shù)字通信系統(tǒng)抗干擾、抗噪聲能力強，易利用計算機進數(shù)字通信系統(tǒng)抗干擾、抗噪聲能力強，易利用計算機進行處理。行處理。六、通信系統(tǒng)的基本單元電路六、通信系統(tǒng)的基本單元電路非線性電路非線性電路高頻電路高頻電路1.2無線電波段的劃分與無線電波的傳播無線電波段的劃分與無線電波的傳播主要要求：主要要求： 了解無線電波段的劃分了解無線電波段的劃分了解

8、無線電波的傳播方式及其特點了解無線電波的傳播方式及其特點一、無線電波段的劃分一、無線電波段的劃分波段波段名稱名稱波長范圍波長范圍頻率范圍頻率范圍頻段頻段名稱名稱超長波超長波100 10 km3 30 kHz甚低頻甚低頻VLF長波長波中波中波短波短波超短波超短波(米波米波)10 1 km1000 200 m200 10 m10 1 m30 300 kHz0.3 3 MHz3 30 MHz30 300 MHz低頻低頻 LF中頻中頻 MF高頻高頻 HF甚高頻甚高頻VHF微微波波分米波分米波厘米波厘米波毫米波毫米波亞毫米波亞毫米波100 10 cm10 1 cm10 1 mm1 0.1 mm0.3 3

9、 GHz3 30 GHz30 300 GHz300 3000 GHz特高頻特高頻UHF超高頻超高頻SHF極高頻極高頻EHF超極高頻超極高頻光波光波100 1 m3 300 THz1T=1012fc中波中波AM廣播廣播 530kHz1602kHz 地波地波短波短波 5.818MHz 天波天波FM 88108MHz二、無線電波的傳播方式及其應(yīng)用二、無線電波的傳播方式及其應(yīng)用沿地面?zhèn)鞑パ氐孛鎮(zhèn)鞑ラL波、超長波長波、超長波(30MHz)距離短距離短依靠電離依靠電離層傳播層傳播電離層電離層短波短波(30MHz)( (地波地波) )( (空間波空間波) )( (天波天波) )距離遠距離遠波段名稱波段名稱傳播

10、傳播主要應(yīng)用主要應(yīng)用超長波超長波地波地波潛艇通信、遠洋通信、遠程導航、潛艇通信、遠洋通信、遠程導航、發(fā)送標準時間信號等發(fā)送標準時間信號等長波長波地波地波除上述外，還用于低下通信除上述外，還用于低下通信中波中波地波為主地波為主廣播、導航、船舶通信、飛行通信、船港通信等廣播、導航、船舶通信、飛行通信、船港通信等短波短波天波為主天波為主中遠距離的廣播與通信等中遠距離的廣播與通信等超短波超短波(米波米波)空間波空間波調(diào)頻廣播、電視、移動通信、雷達、導航等調(diào)頻廣播、電視、移動通信、雷達、導航等微微波波分米波分米波厘米波厘米波毫米波毫米波亞毫米波亞毫米波空間波空間波電視、雷達、衛(wèi)星通信、中繼通信等電視、雷

11、達、衛(wèi)星通信、中繼通信等光波光波1.3.1 線性與非線性電路線性與非線性電路 線性電路線性電路 全部由線性或處于線性工作狀態(tài)的元器件全部由線性或處于線性工作狀態(tài)的元器件組成的電路組成的電路 非線性電路非線性電路 有一個以上非線性元器件組成的電路有一個以上非線性元器件組成的電路 線性元件：線性元件： R、L、C 非線性元件：非線性元件： 二極管、三極管二極管、三極管.uiOUIuiOIQUQQ u i 非線性元件在正弦波作用下的波形非線性元件在正弦波作用下的波形uiOIQUQQuttiO線性線性非線性非線性1.2.2 非線性電路的基本特點非線性電路的基本特點設(shè)設(shè) i = a u2當當u = u1

12、 + u2則則 i = a (u12+ u22 + 2u1u2) i = a(U21mcos2 1t + U22mcos2 2t + 2U1mcos 1tU2mcos 2t)設(shè)設(shè) u1 = U1m cos 1tu2 = U2m cos 2t)2cos1(a11m221tU )2cos1(a22m221tU )cos()cos(a21212m1mttUU )a(2m21m221UU )2cos2cosa(22m211m221tUtU tUU)cos(a212m1m )cos(a212m1mtUU 1. 產(chǎn)生了新的頻率分量產(chǎn)生了新的頻率分量, 可變換頻率可變換頻率(混頻器混頻器);2. 疊加定理不

13、再適用疊加定理不再適用;3. Q合適且信號小時合適且信號小時,可按線性電路處理可按線性電路處理.思考討論題（見教材）思考討論題（見教材） 課堂練習一1.如果廣播電臺發(fā)射的信號頻率為如果廣播電臺發(fā)射的信號頻率為 936kHzfcfLfffCLIfffICLfI接收機中頻接收機中頻 =455KHz, 問接收機本振頻率問接收機本振頻率 是多少？是多少？解：解：936KHz455KHz1391KHz答：接收機本振頻率為答：接收機本振頻率為1391KHz。 課堂練習二2.如果高頻載波頻率為如果高頻載波頻率為150MHZ,問問/4天線應(yīng)天線應(yīng)多多 長？長？ 解：解：頻率等于光速頻率等于光速C除以波長除以波

14、長,即即 C,則：則： C , 3 150 2(米米), /4240.5 (米米) 答：答：/4天線應(yīng)天線應(yīng)0.5米長。米長。108106 課堂練習三3. 中波廣播波段的波長范圍為中波廣播波段的波長范圍為187560米米,問其問其頻率范圍為頻率范圍為? 解：解：頻率頻率 等于光速等于光速C除以波長除以波長,即即 C, 則：則： 560米時，米時， 3 560536 KHz 187米時，米時， 3 1871604 KHz 答：頻率范圍為答：頻率范圍為536 KHz 1604 KHz。 108108本章小結(jié)（本章小結(jié)（P11）1. 通信系統(tǒng)的構(gòu)成及類型。（電、光）通信系統(tǒng)的構(gòu)成及類型。（電、光）

15、2.為了改善通信性能采用的方法。（調(diào)制為了改善通信性能采用的方法。（調(diào)制 ） 3.通信系統(tǒng)中電路的特點。（高頻、非線性）通信系統(tǒng)中電路的特點。（高頻、非線性）思考題與習題思考題與習題1-11-1 為什么在無線電通信中要使用為什么在無線電通信中要使用“載波載波”發(fā)射，其作用是什么？發(fā)射，其作用是什么？答：答：一些需要傳送的信息轉(zhuǎn)變成電信號后，其主要頻率成分在低頻范一些需要傳送的信息轉(zhuǎn)變成電信號后，其主要頻率成分在低頻范圍。將這些低頻范圍的電信號直接發(fā)射出去，有兩個問題難以解決：圍。將這些低頻范圍的電信號直接發(fā)射出去，有兩個問題難以解決：一是無選擇性、互相干擾、不能實現(xiàn)多路通信；二是因為當電信號頻

16、一是無選擇性、互相干擾、不能實現(xiàn)多路通信；二是因為當電信號頻率低時，需要特長的發(fā)射天線。因此，率低時，需要特長的發(fā)射天線。因此，在無線電通信中要使用在無線電通信中要使用“高頻高頻載波載波”發(fā)射，其作用是發(fā)射天線的尺寸小；不同的電臺采用不同的載發(fā)射，其作用是發(fā)射天線的尺寸?。徊煌碾娕_采用不同的載頻，就容易多路同時發(fā)送，實現(xiàn)多路通信。頻，就容易多路同時發(fā)送，實現(xiàn)多路通信。1-21-2 在無線電通信中為什么要采用在無線電通信中為什么要采用“調(diào)制調(diào)制”與與“解調(diào)解調(diào)”，各自的作用，各自的作用是什么？是什么？答答：“調(diào)制調(diào)制”是發(fā)射機的主要功能。是發(fā)射機的主要功能。所謂調(diào)制是用需傳送的信息所謂調(diào)制是用

17、需傳送的信息（基帶信號）去控制載波振蕩信號的三參量之一，使其隨需傳送的（基帶信號）去控制載波振蕩信號的三參量之一，使其隨需傳送的信息成線性關(guān)系變化。因為載波信號相當于運載工具，其頻率為高信息成線性關(guān)系變化。因為載波信號相當于運載工具，其頻率為高頻、超高頻甚至是微波，其頻率很高。若采用無線發(fā)射，其天線尺頻、超高頻甚至是微波，其頻率很高。若采用無線發(fā)射，其天線尺寸可以很小。寸可以很小。 “解調(diào)解調(diào)”是接收機的主要功能。所謂解調(diào)是將收到的已調(diào)波的原是接收機的主要功能。所謂解調(diào)是將收到的已調(diào)波的原信號取出來。信號取出來。1-3 1-3 計算機通信中應(yīng)用的計算機通信中應(yīng)用的“調(diào)制解調(diào)調(diào)制解調(diào)”與無線電通

18、信中的與無線電通信中的“調(diào)制解調(diào)制解調(diào)調(diào)”有什么異同點？有什么異同點？答：答：計算機通信中傳送的是數(shù)字信號，它的調(diào)制器的主要作用是計算機通信中傳送的是數(shù)字信號，它的調(diào)制器的主要作用是波形變換，它將基帶數(shù)字信號的波形變換成適合于模擬信道傳輸波形變換，它將基帶數(shù)字信號的波形變換成適合于模擬信道傳輸?shù)牟ㄐ?。的波形?解調(diào)器的作用是波形識別，它將經(jīng)過調(diào)制器變換過的模擬信解調(diào)器的作用是波形識別，它將經(jīng)過調(diào)制器變換過的模擬信號恢復(fù)成原來的數(shù)字信號。號恢復(fù)成原來的數(shù)字信號。 計算機通信中應(yīng)用的計算機通信中應(yīng)用的“調(diào)制解調(diào)調(diào)制解調(diào)”與無線電通信中的與無線電通信中的“調(diào)制調(diào)制解調(diào)解調(diào)”的相同之處是都有調(diào)幅、調(diào)頻

19、和調(diào)相。的相同之處是都有調(diào)幅、調(diào)頻和調(diào)相。 計算機通信中傳送的基帶信號是數(shù)字基帶信號，無線電通信計算機通信中傳送的基帶信號是數(shù)字基帶信號，無線電通信中傳送的基帶信號是模擬基帶信號。中傳送的基帶信號是模擬基帶信號。1-41-4 試說明模擬信號和數(shù)字信號的特點，它們之間的相互轉(zhuǎn)換應(yīng)采試說明模擬信號和數(shù)字信號的特點，它們之間的相互轉(zhuǎn)換應(yīng)采用什么器件實現(xiàn)？用什么器件實現(xiàn)？答：答：信號的某一參量（如連續(xù)波的振幅、頻率、相位，脈沖波的信號的某一參量（如連續(xù)波的振幅、頻率、相位，脈沖波的振幅、寬度、位置等）可以取無限多數(shù)值，且直接與信息對應(yīng)的振幅、寬度、位置等）可以取無限多數(shù)值，且直接與信息對應(yīng)的稱模擬信號

20、。其特點是信號連續(xù)變化。稱模擬信號。其特點是信號連續(xù)變化。 信號的某一參量只能取有限值，并且常常不直接與信息相對信號的某一參量只能取有限值，并且常常不直接與信息相對應(yīng)的信號，稱為數(shù)字信號。其特點是離散（不連續(xù)）的。應(yīng)的信號，稱為數(shù)字信號。其特點是離散（不連續(xù)）的。 數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成模擬信號用數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成模擬信號用D/AD/A變換，模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字變換，模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號用信號用A/DA/D變換。變換。1-51-5 理解理解“功能功能”電路的功能的含義，說明掌握功能電路的電路的功能的含義，說明掌握功能電路的功能在開發(fā)電子系統(tǒng)中有什么好處。功能在開發(fā)電子系統(tǒng)中有什么好處。答答：“功能功能” 是指基本電路能夠完成的信號傳輸和信號變換是指基本電路能夠完成的信號傳輸和信號變換處理的具體工作任務(wù)。處理的具體工作任務(wù)。 高頻功能電路可以用不同的器件和不同的電路形式構(gòu)成。高頻功能電路可以用不同的器件和不同的電路形式構(gòu)成。其功能和輸入、輸出頻譜的關(guān)系不會因不同器