高頻電子線路第1章緒論

1、2022-3-91高頻電子線路高頻電子線路A西安理工大學(xué)西安理工大學(xué) 自動(dòng)化與信息工程學(xué)院自動(dòng)化與信息工程學(xué)院2012.82022-3-92課時(shí)安排1、理論課：、理論課：52學(xué)時(shí)。學(xué)時(shí)。 第第1章章 緒論 2學(xué)時(shí) 第第2章章 高頻電路基礎(chǔ) 6學(xué)時(shí) 第第3章章 高頻諧振放大器 8學(xué)時(shí) 第第4章章 正弦波振蕩器 10學(xué)時(shí) 第第5章章 頻譜線性搬移電路 8學(xué)時(shí) 第第6章章 振幅調(diào)制、解調(diào)及混頻 10學(xué)時(shí) 第第7章章 角度調(diào)制與解調(diào) 8學(xué)時(shí)2、實(shí)驗(yàn)課：、實(shí)驗(yàn)課：12學(xué)時(shí)，共學(xué)時(shí)，共4個(gè)實(shí)驗(yàn)。個(gè)實(shí)驗(yàn)。 (1). 高頻諧振功率放大器 3學(xué)時(shí) (2). 高頻LC、壓控及晶體振蕩器 3學(xué)時(shí) (3). 模擬乘法

2、器 4學(xué)時(shí) (4). 相位鑒頻器 2學(xué)時(shí)第第1章章 緒論緒論 無線通信系統(tǒng)概述無線通信系統(tǒng)概述 無線電信號(hào)與調(diào)制無線電信號(hào)與調(diào)制 本課程的特點(diǎn)本課程的特點(diǎn) 2022-3-94一、無線通信系統(tǒng)概述一、無線通信系統(tǒng)概述 1、無線通信系統(tǒng)的組成、無線通信系統(tǒng)的組成(1).電信與無線通信電信與無線通信無線通信簡(jiǎn)史：無線通信簡(jiǎn)史：1861年Maxwell理論上證明電磁波的存在，1888年Hertz實(shí)驗(yàn)證明電磁波的存在，1896年Marconi進(jìn)行無線通信實(shí)驗(yàn)，從此無線通信技術(shù)逐步走向成熟。通信的目的和任務(wù)：通信的目的和任務(wù)：傳遞消息。消息傳遞的方法：消息傳遞的方法：現(xiàn)代通信系統(tǒng)中信息通常以電(或光)的形

3、式出現(xiàn)，所以通信又被稱為電信。傳輸電信號(hào)的媒質(zhì)可以是有線的，也可以是無線的，而無線形式最能體現(xiàn)高頻電路的應(yīng)用。2022-3-95(2). 典型無線通信系統(tǒng)的基本組成典型無線通信系統(tǒng)的基本組成傳統(tǒng)的超外差傳統(tǒng)的超外差(Super Heterodyne)接收機(jī)結(jié)構(gòu)：接收機(jī)結(jié)構(gòu)：所謂超外差就是在高頻選頻放大后，經(jīng)過下混頻，取出中頻進(jìn)行放大和其它處理，然后解調(diào)。優(yōu)點(diǎn)是可以獲得高中頻增益和較強(qiáng)的濾波能力，缺點(diǎn)是混頻會(huì)形成很多組合頻率干擾，特別是鏡像干擾。2022-3-96現(xiàn)代接收機(jī)結(jié)構(gòu)：現(xiàn)代接收機(jī)結(jié)構(gòu)：采用軟件無線電(Software Radio)思想，有兩種形式：數(shù)字中頻(DigitalIF)結(jié)構(gòu)和直

4、接變換(Direct Conversion)結(jié)構(gòu)。l 數(shù)字中頻(DigitalIF)結(jié)構(gòu)：對(duì)中頻信號(hào)進(jìn)行正交數(shù)字化，解調(diào)在數(shù)字域完成。優(yōu)點(diǎn)是可以共享RF/IF模塊，靈活方便便于產(chǎn)品集成和小型化，缺點(diǎn)是對(duì)于寬帶通信需要高速A/D 器件和數(shù)字處理芯片。l 直接變換(Direct Conversion)結(jié)構(gòu)：與DigitalIF類似，但是讓中頻頻率為零，所以又稱零中頻( ZeroIF)結(jié)構(gòu)。優(yōu)點(diǎn)是不存在鏡頻干擾，不需要中頻濾波，降低A/D速率等。缺點(diǎn)是增益低，存在本振泄露、直流偏移以及兩支路的平衡與匹配問題。 隨著A/D轉(zhuǎn)換速度和DSP處理速度的提高，A/D變換的位置逐步向天線靠近，這是軟件無線電接

5、收機(jī)的發(fā)展目標(biāo)。2022-3-97高頻電路的基本內(nèi)容：高頻電路的基本內(nèi)容：l 高頻振蕩器高頻振蕩器：為發(fā)信機(jī)產(chǎn)生載波信號(hào)，為收信機(jī)產(chǎn)生本地載波信號(hào)；l 高頻放大器高頻放大器：包括高頻小信號(hào)放大器和高頻功率放大器； l 混頻器或變頻器混頻器或變頻器：對(duì)高頻信號(hào)進(jìn)行頻率變換；l 調(diào)制器和解調(diào)器調(diào)制器和解調(diào)器：高頻信號(hào)的變換或處理。l 其它輔助電路其它輔助電路：自動(dòng)增益控制電路(AGC)或自動(dòng)電平控制電路(ALC)，自動(dòng)頻率控制電路(AFC)，自動(dòng)相位控制電路(APC)(又叫鎖相環(huán)PLL)。2022-3-98按照工作頻段分類：按照工作頻段分類：中波通信、短波通信、超短波通信、微波通信和衛(wèi)星通信等。工

6、作頻率指的是發(fā)送和接收的射頻(RF)載波頻率。按照通信方式分類：按照通信方式分類：全雙工通信、半雙工通信和單工通信。按照調(diào)制方式分類：按照調(diào)制方式分類：調(diào)幅通信、調(diào)頻通信、調(diào)相通信和混合調(diào)制通信。按照消息類型來分類：按照消息類型來分類：模擬通信和數(shù)字通信。 高頻電路主要研究模擬通信中的基本電路高頻電路主要研究模擬通信中的基本電路。2、無線通信系統(tǒng)的分類、無線通信系統(tǒng)的分類 2022-3-991. 電磁波譜與無線電頻段劃分電磁波譜與無線電頻段劃分自然界中的電磁波波譜：自然界中的電磁波波譜：0Hz1030Hz，很寬。無線通信中的電磁波波譜：無線通信中的電磁波波譜：30kHz-300GHz (波長(zhǎng)為

7、1mm-104m)，屬于電磁波一部分、頻率較低 。頻率頻率f和波長(zhǎng)和波長(zhǎng)的關(guān)系的關(guān)系：c=f ，c=3108m/s為光速。二、無線電信號(hào)與調(diào)制二、無線電信號(hào)與調(diào)制2022-3-910無線電波頻無線電波頻(波波)段劃分：段劃分：2022-3-911無線電信號(hào)分類無線電信號(hào)分類：高頻電路處理的無線電信號(hào)包括：基帶(消息)信號(hào)、高頻載波信號(hào)和已調(diào)波信號(hào)。l基帶信號(hào)：基帶信號(hào)：沒有進(jìn)行調(diào)制之前的原始信號(hào)，又稱調(diào)制信號(hào)。l高頻載波信號(hào)：高頻載波信號(hào)：?jiǎn)我活l率的正弦信號(hào)，用來進(jìn)行調(diào)制和解調(diào)，由正弦波振蕩器或頻率合成器產(chǎn)生。l已調(diào)波信號(hào)：已調(diào)波信號(hào)：調(diào)制信號(hào)對(duì)載波信號(hào)進(jìn)行調(diào)制后的信號(hào)。說明說明：基帶信號(hào)通常

8、為低頻信號(hào)，而我們要研究的高頻信號(hào)指的是高頻載波信號(hào)和已調(diào)波信號(hào)。 2022-3-912 無線電信號(hào)的特性包括時(shí)間特性、頻譜特性、傳播特性、時(shí)間特性、頻譜特性、傳播特性、調(diào)制特性。調(diào)制特性。(1)、時(shí)間特性：、時(shí)間特性：是指信號(hào)隨時(shí)間變化快慢的特性，通常用時(shí)域波形或數(shù)學(xué)表達(dá)式來描述。時(shí)間特性要求時(shí)間特性要求：傳輸信號(hào)的電路的時(shí)間特性與該信號(hào)的時(shí)間特性相一致。(2)、頻譜特性：、頻譜特性： 任何信號(hào)都可以分解為多個(gè)不同頻率、不同幅度的正弦信號(hào)之和，諧波次數(shù)越高，對(duì)應(yīng)的幅度越小。2. 無線電信號(hào)的特性無線電信號(hào)的特性:頻譜分解矩形脈沖的2022-3-913信號(hào)的帶寬信號(hào)的帶寬：由于諧波次數(shù)越高，幅

9、度越小，因此在工程中只考慮占信號(hào)能量90%的頻譜分量，并將這部分頻譜分量所占的頻帶定義為信號(hào)的帶寬。頻譜圖頻譜圖： 例：語音和圖象信號(hào)的帶寬分別為4kHz、6MHz。 說明：說明：無線電通信所使用的射頻頻率越高，可利用的帶寬也就越寬。這也是無線通信采用高頻的原因之一。2022-3-914(3)、傳播特性：、傳播特性：指的是無線電信號(hào)的傳播方式、傳播距離和傳播特點(diǎn)等。不同頻段的無線電信號(hào)傳播特性也不一樣。 為了更好地理解，先介紹對(duì)流層和電離層的概念。 對(duì)流層對(duì)流層(Troposphere)：在離地面1012公里地球大氣層區(qū)域，大氣密度較高，所有大氣現(xiàn)象(比如風(fēng)雨雷電等)都在該區(qū)域產(chǎn)生，該區(qū)域稱為

10、對(duì)流層對(duì)流層。對(duì)流層的不均勻性導(dǎo)致電磁波的散射傳播。散射傳播距離100500km，適合頻率4006000MHz。電離層電離層(Ionosphere)：在距離地面60600公里處，空氣比較稀薄，太陽和各種宇宙輻射的作用已經(jīng)很強(qiáng)烈，從而使空氣產(chǎn)生電離。由于被電離的空氣是按電離密度成層分布的，所以稱為電離層。電離層由低到高分為D、E、F1、F2四層，D層和F1層在夜晚消失，經(jīng)常存在的是E層和F2層。電離層對(duì)電磁波有吸收作用，頻率越高，吸收能力越弱，穿透能力越強(qiáng)。對(duì)于短波信號(hào)，D、E為吸收層，F(xiàn)2層為反射層。F2層的高度為250 300km，一次反射的傳播距離為4000km。2022-3-915無線電

11、波的傳播方式：無線電波的傳播方式：可以分為以下四種。2022-3-916不同波段的無線電信號(hào)的傳播方式：不同波段的無線電信號(hào)的傳播方式：l 長(zhǎng)波信號(hào)長(zhǎng)波信號(hào)：波長(zhǎng)較長(zhǎng)，以地波的方式繞射傳播很遠(yuǎn)，而且比較穩(wěn)定；l 中波信號(hào)中波信號(hào)：以地波和天波(電離層反射與折射)方式傳播，但以地波為主；l 短波信號(hào)：短波信號(hào)：短波信號(hào)的遠(yuǎn)距離傳播主要靠電離層的反射和折射(天波傳播)，但電離層的狀態(tài)隨著時(shí)間變化，所以短波通信是不穩(wěn)定的，也可以靠對(duì)流層散射傳播，對(duì)流層散射傳播更不穩(wěn)定；l 超短波信號(hào)超短波信號(hào)：可以是視距傳播，也可以采用對(duì)流層散射的傳播方式，但以視距傳播為主；l 微波信號(hào)微波信號(hào)：只能視距傳播。20

12、22-3-917l 調(diào)制的目的：調(diào)制的目的：只有當(dāng)天線的尺寸可以與信號(hào)的波長(zhǎng)接近時(shí)，天線的輻射效率最高。因此無線通信中要把低頻的調(diào)制信號(hào)調(diào)制到較高的載波頻率上。l 調(diào)制的概念：調(diào)制的概念：就是用調(diào)制信號(hào)去控制高頻載波的參數(shù)(包括幅度、頻率和相位)，使載波信號(hào)的一個(gè)或多個(gè)參數(shù)按照調(diào)制信號(hào)的規(guī)律變化。l 基本調(diào)制方式：基本調(diào)制方式：振幅調(diào)制(調(diào)幅)、頻率調(diào)制(調(diào)頻)、相位調(diào)制(調(diào)相)，可以分別用AM、FM、PM表示。若調(diào)制信號(hào)為數(shù)字信號(hào)時(shí)，調(diào)制又稱為鍵控，三種鍵控方式分別為ASK、FSK、PSK。l 載波分類：載波分類：高頻載波為單一頻率的正弦信號(hào)時(shí)，相應(yīng)的調(diào)制稱為正弦調(diào)制；若載波為單一頻率的脈沖信號(hào)時(shí)，相應(yīng)的調(diào)制為脈沖調(diào)制。 (4)、調(diào)制特特性、調(diào)制特特性2022-3-918三三、 本課程的特點(diǎn)本課程的特點(diǎn) 高頻電路采用兩種分析方法：線性分析方法和非線性分析方法。1. 線性分析方法：線性分析方法：對(duì)于小信號(hào)高頻放大器，由于輸入信號(hào)足夠小，電路中的非線性器件可以用線性電