高頻電路原理與分析 曾興雯

1、第1章 緒論第第1章章 緒論緒論 1.1 無線通信系統(tǒng)概述無線通信系統(tǒng)概述 1.2 信號、頻譜與調(diào)制信號、頻譜與調(diào)制 1.3 本課程的特點本課程的特點 思考題與習題思考題與習題 第1章 緒論1.1 無線通信系統(tǒng)概述無線通信系統(tǒng)概述 高頻電路是通信系統(tǒng), 特別是無線通信系統(tǒng)的基礎, 是無線通信設備的重要組成部分。 1.1.1 無線通信系統(tǒng)的組成無線通信系統(tǒng)的組成 無線通信(或稱無線電通信)的類型很多, 可以根據(jù)傳輸方法、 頻率范圍、 用途等分類。不同的無線通信系統(tǒng), 其設備組成和復雜度雖然有較大差異, 但它們的基本組成不變, 圖1 1是無線通信系統(tǒng)基本組成的方框圖。 圖中虛線以上部分為發(fā)送設備（

2、發(fā)信機）, 虛線以下部分為接收設備（收信機）, 天線及天線開關為收發(fā)共用設備。 信道為自由空間。 話筒和揚聲器屬于通信的終端設備, 分別為信源和信宿。 第1章 緒論音頻放大器調(diào)制器激勵放大輸出功率放大載波振蕩器天線開關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聲器變頻器 圖11 無線通信系統(tǒng)的基本組成 第1章 緒論 超外差接收機的主要特點就是由頻率固定的中頻放大器來完成對接收信號的選擇和放大。 當信號頻率改變時, 只要相應地改變本地振蕩信號頻率即可。 由上面的例子可以總結(jié)出無線通信系統(tǒng)的基本組成, 從中也可看出高頻電路的基本內(nèi)容應該包括: （1）高頻振蕩器 （2）放大器 （3

3、）混頻或變頻 （4）調(diào)制與解調(diào) 第1章 緒論 1.1.2 無線通信系統(tǒng)的類型無線通信系統(tǒng)的類型 按照無線通信系統(tǒng)中關鍵部分的不同特性, 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。 射頻實際上就是“高頻”的廣義語, 它是指適合無線電發(fā)射和傳播的頻率。 無線通信的一個發(fā)展方向就是開辟更高的頻段。 （2） 按照通信方式來分類, 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

4、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)組成和設備的復雜程度都有很大不同。 但是組成設備的基本電路及其原理都是相同的, 遵從同樣的規(guī)律。 本書將以模擬通信為重點來研究這些基本電路, 認識其規(guī)律。 這些電路和規(guī)律完全可以推廣應用到其它類型的通信系統(tǒng)。 第1章 緒論1.2 信號、信號、 頻譜與調(diào)制頻譜與調(diào)制 在高頻電路中, 我們要處理的無線電信號主要有三種: 基帶（消息）信號、 高頻載波信號和已調(diào)信號。 所謂基帶信號, 就是沒有進行調(diào)制之前的原始信號, 也稱調(diào)制信號。 1. 時間特性時間特性 一個無線電

5、信號, 可以將它表示為電壓或電流的時間函數(shù), 通常用時域波形或數(shù)學表達式來描述。 無線電信號的時間特性就是信號隨時間變化快慢的特性。 第1章 緒論 信號的時間特性要求傳輸該信號的電路的時間特性（如時間常數(shù)）與之相適應。 2. 頻譜特性頻譜特性 對于較復雜的信號（如話音信號、 圖像信號等）, 用頻譜分析法表示較為方便。 信號幅度0t 圖 1 2 信號分解 第1章 緒論 對于周期性信號, 可以表示為許多離散的頻率分量（各分量間成諧頻關系）, 例如圖 1 3即為圖 1 2所示信號的頻譜圖; 對于非周期性信號, 可以用傅里葉變換的方法分解為連續(xù)譜, 信號為連續(xù)譜的積分。 頻譜特性包含幅頻特性和相頻特性

6、兩部分, 它們分別反映信號中各個頻率分量的振幅和相位的分布情況。 任何信號都會占據(jù)一定的帶寬。 從頻譜特性上看, 帶寬就是信號能量主要部分（一般為90%以上）所占據(jù)的頻率范圍或頻帶寬度。 信號振幅0F3F5F7F9FF 圖 1 3 頻譜圖 第1章 緒論 3. 頻率特性頻率特性 任何信號都具有一定的頻率或波長。 我們這里所講的頻率特性就是無線電信號的頻率或波長。 電磁波輻射的波譜很寬, 如圖 1 4 所示。 無線電波只是一種波長比較長的電磁波, 占據(jù)的頻率范圍很廣。 在自由空間中, 波長與頻率存在以下關系: c = f （11） 第1章 緒論無線電波105紅外線1010可見光紫外線1015X射線

7、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 和分別為無線電波的頻率和波長, 因此, 無線電波也可以認為是一種頻率相對較低的電磁波。 對頻率或波長進行分段, 分別稱為頻段或波段。 不同頻段信號的產(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用范圍也不同。 應當指出, 不同頻段的信號具有不同的分析與實現(xiàn)方法, 對于米波以上（含米波, 1 m）的信號通常用集總（中）參數(shù)的方法來分析與實現(xiàn), 而對于米波以下（1 m）的信號一般應

8、用分布參數(shù)的方法來分析與實現(xiàn)， 當然, 這也是相對的。 第1章 緒論 4. 傳播特性傳播特性 傳播特性指的是無線電信號的傳播方式、 傳播距離、 傳播特點等。 無線電信號的傳播特性主要根據(jù)其所處的頻段或波段來區(qū)分。 電磁波從發(fā)射天線輻射出去后, 不僅電波的能量會擴散, 接收機只能收到其中極小的一部分, 而且在傳播過程中, 電波的能量會被地面、 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, 從而造成到達接收機時的強度大大衰減。 根據(jù)無線電波在傳播過程所發(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

9、5 所示。 決定傳播方式和傳播特點的關鍵因素是無線電信號的頻率。 第1章 緒論(a)射線(b)(c)電離層(d)對流層 圖1 5 無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; （d） 散射傳播第1章 緒論 5. 調(diào)制特性調(diào)制特性 無線電傳播一般都要采用高頻（射頻）的另一個原因就是高頻適于天線輻射和無線傳播。 只有當天線的尺寸到可以與信號波長相比擬時, 天線的輻射效率才會較高, 從而以較小的信號功率傳播較遠的距離, 接收天線也才能有效地接收信號。 所謂調(diào)制, 就是用調(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)（振幅、 頻率或相位）按照調(diào)制信號的

10、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 本課程的特點本課程的特點 高頻電子線路是在科學技術和生產(chǎn)實踐中發(fā)展起來的, 也只有通過實踐才能得到深入的了解。 因此, 在學習本課程時必須要高度重視實驗環(huán)節(jié), 堅持理論聯(lián)系實際, 在實踐中積累豐富的經(jīng)驗。 隨著計算機技術和電子設計自動化（EDA技術）的發(fā)展, 越來越多的高頻電子線路可以采用EDA軟件進行設計、 仿真分析和電路板制作, 甚至可以做電磁兼容的分析和實際環(huán)境下的仿真。因此, 掌握先進的高頻電路EDA技術,