高頻電子線路緒論

1、n課程名稱：通信電子線路n學(xué)時(shí)數(shù)：授課70學(xué)時(shí)，實(shí)驗(yàn)18學(xué)時(shí)n授課時(shí)間：118周n主講教師：張高原n聯(lián)系方式：電話：81607568電子郵件：gaoyuan_n教材：高頻電子線路第三版 張肅文 高等教育出版社n參考書(shū)： 射頻通信電路第二版 陳邦媛 科學(xué)出版社通信電子線路第二版 高如云 西安電子科技大學(xué)本章要點(diǎn)n無(wú)線電發(fā)射機(jī)框圖，超外差式接收機(jī)框圖；各功能模塊的功能，工作狀態(tài)以及波形n調(diào)制與解調(diào)的概念n非線性的概念第1章 緒論第第1章章 緒論緒論 1.1 無(wú)線通信系統(tǒng)概述無(wú)線通信系統(tǒng)概述 1.2 信號(hào)、頻譜與調(diào)信號(hào)、頻譜與調(diào)制制 1.3 本課程的特點(diǎn)本課程的特點(diǎn)1.4 學(xué)習(xí)方法學(xué)習(xí)方法 1.1

2、無(wú)線通信系統(tǒng)概述無(wú)線通信系統(tǒng)概述1.1.1 無(wú)線電通信發(fā)展簡(jiǎn)史1.1.2 無(wú)線通信系統(tǒng)的組成1.1.3 無(wú)線通信系統(tǒng)的類型1.1.1無(wú)線通信發(fā)展簡(jiǎn)史n1864年、麥克斯韋、電磁場(chǎng)的動(dòng)力理論n1887年、赫茲、電磁波的客觀存在n1895年、馬可尼、百米范圍的電磁波通信n1901年、馬可尼、跨大西洋無(wú)線通信n1904年、弗萊明、電子二極管n1907年、弗雷斯特、電子三極管n1948年、肖克萊、晶體三極管n1960年代、集成電路 1.1.2 無(wú)線通信系統(tǒng)的組成無(wú)線通信系統(tǒng)的組成n添加本小節(jié)內(nèi)容組織路線圖 1.1.2 無(wú)線通信系統(tǒng)的組成無(wú)線通信系統(tǒng)的組成高頻電路是通信系統(tǒng), 特別是無(wú)線通信系統(tǒng)的基礎(chǔ),

3、 是無(wú)線通信設(shè)備的重要組成部分。 無(wú)線通信(或稱無(wú)線電通信)的類型很多, 可以根據(jù)傳輸方法、 頻率范圍、 用途等分類。不同的無(wú)線通信系統(tǒng), 其設(shè)備組成和復(fù)雜度雖然有較大差異, 但它們的基本組成不變, 圖1 1是無(wú)線通信系統(tǒng)基本組成的方框圖。 圖中虛線以上部分為發(fā)送設(shè)備（發(fā)信機(jī)）, 虛線以下部分為接收設(shè)備（收信機(jī)）, 天線及天線開(kāi)關(guān)為收發(fā)共用設(shè)備。 信道為自由空間。 話筒和揚(yáng)聲器屬于通信的終端設(shè)備, 分別為信源和信宿。 第1章 緒論音頻放大器調(diào)制器激勵(lì)放大輸出功率放大載波振蕩器天線開(kāi)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11 無(wú)線通信系統(tǒng)的基本組成 無(wú)線電通

4、信調(diào)幅廣播發(fā)射機(jī)、接收機(jī)組成與工作原理無(wú)線電通信調(diào)幅廣播發(fā)射機(jī)、接收機(jī)組成與工作原理發(fā)射機(jī)框圖發(fā)射機(jī)框圖接收機(jī)框圖接收機(jī)框圖第1章 緒論 超外差接收機(jī)的主要特點(diǎn)就是由頻率固定的中頻放大器來(lái)完成對(duì)接收信號(hào)的選擇和放大。 當(dāng)信號(hào)頻率改變時(shí), 只要相應(yīng)地改變本地振蕩信號(hào)頻率即可。 由上面的例子可以總結(jié)出無(wú)線通信系統(tǒng)的基本組成, 從中也可看出高頻電路的基本內(nèi)容應(yīng)該包括: （1）高頻振蕩器 （2）放大器 （3）混頻或變頻 （4）調(diào)制與解調(diào) 第1章 緒論 無(wú)線通信系統(tǒng)的類型無(wú)線通信系統(tǒng)的類型 按照無(wú)線通信系統(tǒng)中關(guān)鍵部分的不同特性, 有以下一些類型: （1） 按照工作頻段或傳輸手段分類, 有中波通信、 短波

5、通信、 超短波通信、 微波通信和衛(wèi)星通信等。 所謂工作頻率, 主要指發(fā)射與接收的射頻（RF）頻率。 射頻實(shí)際上就是“高頻”的廣義語(yǔ), 它是指適合無(wú)線電發(fā)射和傳播的頻率。 無(wú)線通信的一個(gè)發(fā)展方向就是開(kāi)辟更高的頻段。 （2） 按照通信方式來(lái)分類, 主要有（全）雙工、 半雙工和單工方式。 （3） 按照調(diào)制方式的不同來(lái)劃分, 有調(diào)幅、 調(diào)頻、 調(diào)相以及混合調(diào)制等。 第1章 緒論 （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。 各種不同類型的通信系統(tǒng), 其系統(tǒng)組成和設(shè)備的復(fù)雜程度都有很大不同。 但是組成設(shè)備的基本電路及其原理都是相同

6、的, 遵從同樣的規(guī)律。 本書(shū)將以模擬通信為重點(diǎn)來(lái)研究這些基本電路, 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)。 第1章 緒論1.2 信號(hào)、信號(hào)、 頻譜與調(diào)制頻譜與調(diào)制 在高頻電路中, 我們要處理的無(wú)線電信號(hào)主要有三種: 基帶（消息）信號(hào)、 高頻載波信號(hào)和已調(diào)信號(hào)。 所謂基帶信號(hào), 就是沒(méi)有進(jìn)行調(diào)制之前的原始信號(hào), 也稱調(diào)制信號(hào)。 1. 時(shí)間特性時(shí)間特性 一個(gè)無(wú)線電信號(hào), 可以將它表示為電壓或電流的時(shí)間函數(shù), 通常用時(shí)域波形或數(shù)學(xué)表達(dá)式來(lái)描述。 無(wú)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。 第1章 緒論 信號(hào)的時(shí)間特性要求傳輸該信號(hào)的電路的時(shí)間特性（如時(shí)間常數(shù)）與之

7、相適應(yīng)。 2. 頻譜特性頻譜特性 對(duì)于較復(fù)雜的信號(hào)（如話音信號(hào)、 圖像信號(hào)等）, 用頻譜分析法表示較為方便。 信號(hào)幅度0t 圖 1 2 信號(hào)分解 第1章 緒論 對(duì)于周期性信號(hào), 可以表示為許多離散的頻率分量（各分量間成諧頻關(guān)系）, 例如圖 1 3即為圖 1 2所示信號(hào)的頻譜圖; 對(duì)于非周期性信號(hào), 可以用傅里葉變換的方法分解為連續(xù)譜, 信號(hào)為連續(xù)譜的積分。 頻譜特性包含幅頻特性和相頻特性兩部分, 它們分別反映信號(hào)中各個(gè)頻率分量的振幅和相位的分布情況。 任何信號(hào)都會(huì)占據(jù)一定的帶寬。 從頻譜特性上看, 帶寬就是信號(hào)能量主要部分（一般為90%以上）所占據(jù)的頻率范圍或頻帶寬度。 信號(hào)振幅0F3F5F7

8、F9FF 圖 1 3 頻譜圖 第1章 緒論 3. 頻率特性頻率特性 任何信號(hào)都具有一定的頻率或波長(zhǎng)。 我們這里所講的頻率特性就是無(wú)線電信號(hào)的頻率或波長(zhǎng)。 電磁波輻射的波譜很寬, 如圖 1 4 所示。 無(wú)線電波只是一種波長(zhǎng)比較長(zhǎng)的電磁波, 占據(jù)的頻率范圍很廣。 在自由空間中, 波長(zhǎng)與頻率存在以下關(guān)系: c = f （11） 第1章 緒論無(wú)線電波105紅外線1010可見(jiàn)光紫外線1015X射線1020宇宙射線1025f/Hz/m3103310 2(3.87.8)10 7310 7310 12310 17 圖 1 4 電磁波波譜 第1章 緒論第1章 緒論 式中: c為光速, f 和分別為無(wú)線電波的頻率

9、和波長(zhǎng), 因此, 無(wú)線電波也可以認(rèn)為是一種頻率相對(duì)較低的電磁波。 對(duì)頻率或波長(zhǎng)進(jìn)行分段, 分別稱為頻段或波段。 不同頻段信號(hào)的產(chǎn)生、放大和接收的方法不同, 傳播的能力和方式也不同, 因而它們的分析方法和應(yīng)用范圍也不同。 應(yīng)當(dāng)指出, 不同頻段的信號(hào)具有不同的分析與實(shí)現(xiàn)方法, 對(duì)于米波以上（含米波, 1 m）的信號(hào)通常用集總（中）參數(shù)的方法來(lái)分析與實(shí)現(xiàn), 而對(duì)于米波以下（1 m）的信號(hào)一般應(yīng)用分布參數(shù)的方法來(lái)分析與實(shí)現(xiàn)， 當(dāng)然, 這也是相對(duì)的。 第1章 緒論 4. 傳播特性傳播特性 傳播特性指的是無(wú)線電信號(hào)的傳播方式、 傳播距離、 傳播特點(diǎn)等。 無(wú)線電信號(hào)的傳播特性主要根據(jù)其所處的頻段或波段來(lái)區(qū)分

10、。 電磁波從發(fā)射天線輻射出去后, 不僅電波的能量會(huì)擴(kuò)散, 接收機(jī)只能收到其中極小的一部分, 而且在傳播過(guò)程中, 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, 或者在大氣層中產(chǎn)生折射或散射等現(xiàn)象, 從而造成到達(dá)接收機(jī)時(shí)的強(qiáng)度大大衰減。 根據(jù)無(wú)線電波在傳播過(guò)程所發(fā)生的現(xiàn)象, 電波的傳播方式主要有直射（視距）傳播、 繞射（地波）傳播、 折射和反射（天波）傳播及散射傳播等, 如圖 1 5 所示。 決定傳播方式和傳播特點(diǎn)的關(guān)鍵因素是無(wú)線電信號(hào)的頻率。 第1章 緒論(a)射線(b)(c)電離層(d)對(duì)流層 圖1 5 無(wú)線電波的主要傳播方式 （a） 直射傳播; （b） 地波傳播; （c） 天波傳播

11、; （d） 散射傳播 第1章 緒論 5. 調(diào)制特性調(diào)制特性 無(wú)線電傳播一般都要采用高頻（射頻）的另一個(gè)原因就是高頻適于天線輻射和無(wú)線傳播。 只有當(dāng)天線的尺寸到可以與信號(hào)波長(zhǎng)相比擬時(shí), 天線的輻射效率才會(huì)較高, 從而以較小的信號(hào)功率傳播較遠(yuǎn)的距離, 接收天線也才能有效地接收信號(hào)。 所謂調(diào)制, 就是用調(diào)制信號(hào)去控制高頻載波的參數(shù), 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。 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（調(diào)幅）、 頻率調(diào)制（調(diào)頻）、 相位調(diào)制（調(diào)相）, 分別用AM、 FM、 PM表示， 還可以有組合調(diào)制方式。 第1章 緒論1.3

12、 本課程的特點(diǎn)本課程的特點(diǎn) 高頻電子線路是在科學(xué)技術(shù)和生產(chǎn)實(shí)踐中發(fā)展起來(lái)的, 也只有通過(guò)實(shí)踐才能得到深入的了解。 因此, 在學(xué)習(xí)本課程時(shí)必須要高度重視實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié), 堅(jiān)持理論聯(lián)系實(shí)際, 在實(shí)踐中積累豐富的經(jīng)驗(yàn)。 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化（EDA技術(shù)）的發(fā)展, 越來(lái)越多的高頻電子線路可以采用EDA軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)、 仿真分析和電路板制作, 甚至可以做電磁兼容的分析和實(shí)際環(huán)境下的仿真。因此, 掌握先進(jìn)的高頻電路EDA技術(shù), 也是學(xué)習(xí)高頻電子線路的一個(gè)重要內(nèi)容。 n從信號(hào)、系統(tǒng)與電路三面理解課程的內(nèi)容n抓住性能指標(biāo)n學(xué)會(huì)模擬電路的分析方法n電路結(jié)構(gòu)、晶體管工作狀態(tài)、信號(hào)輸入輸出方式、信號(hào)大小要求、端口

13、匹配電路、電路關(guān)鍵點(diǎn)的波形與頻譜、關(guān)鍵指標(biāo)計(jì)算、從原理電路過(guò)渡到實(shí)際電路所必須的一些元件、影響電路性能的因素n學(xué)會(huì)工程近似方法1.4 學(xué)習(xí)方法幾對(duì)重要的關(guān)系n線性vs非線性n大信號(hào)vs小信號(hào)n信號(hào)帶寬vs信道帶寬n基帶vs頻帶 非線性電路不滿足組疊加定理非線性產(chǎn)生新的頻率分量電子線路工作于非線性狀態(tài)，因此存在與線性電子線路不同的分析方法解析法：冪級(jí)數(shù)分析方法，指數(shù)函數(shù)分析方法，折線法時(shí)變參量分析方法：時(shí)變跨導(dǎo)電路分析，模擬乘法器電路分析，開(kāi)關(guān)函數(shù)分析法圖解法：根據(jù)放大電路的輸入特性和輸出特性作圖分析輸入信號(hào)的大小、靜態(tài)工作點(diǎn)決定了晶體管的工作狀態(tài)線性線性VS非線性非線性 本課程章節(jié)編排n第一章 緒論n第二章 高頻電路基礎(chǔ)n第三章 高頻小信號(hào)放大器n第四章 噪聲與干擾n第五章 非線性電路分析方法與混頻器n第六章 高頻功率放大器n第七章 正