射頻通信電路00

1、通信電子電路頓玉潔2009年8月西安交通大學(xué)電信學(xué)院信通系7/12/20221Information&Communication Engineering Dept. XJTU總學(xué)時(shí)：64；其中課內(nèi)學(xué)時(shí)56；實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)8；學(xué)分：適用專業(yè): 信息工程、學(xué)碩班使用教材：射頻通信電路，陳邦媛 著， 科學(xué)出版社，2006年8月第二版課程信息7/12/20222Information&Communication Engineering Dept. XJTU課程以通信與電子信息系統(tǒng)中的“射頻電路”為研究對象RFradio frequency射頻可以無線發(fā)射的頻率7/12/20223Information&Co

2、mmunication Engineering Dept. XJTU緒論(Introduction)緒論要解決的問題：本課程要研究的問題是什么？本課程的任務(wù)和地位。為什么要學(xué)習(xí)該課程？怎樣才能學(xué)好該課程？7/12/20224Information&Communication Engineering Dept. XJTU無所不在的無線通信7/12/20225Information&Communication Engineering Dept. XJTU通信系統(tǒng)的組成通信就是把信號（信息）從發(fā)信端（信源）傳遞到收信端（信宿）的過程。完成通信任務(wù)的系統(tǒng)就是通信系統(tǒng)。通信系統(tǒng)的兩大基本任務(wù)是保證通信的

3、可靠性和有效性。信號總是以某種物理量（聲、光、電等）的形式存在的。它會占有一定的資源（直接：能量、時(shí)間、空間、頻率等；間接：價(jià)格、易用性、優(yōu)先級等）。它在空間和時(shí)間上的傳播與擴(kuò)散具有其特有的規(guī)律性。通信系統(tǒng)的任務(wù)就是根據(jù)被傳遞信息的不同屬性和通信用戶的不同使用需求，選用合理的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、處理方法和實(shí)現(xiàn)電路，以實(shí)現(xiàn)高效、可靠完成通信任務(wù)的要求。7/12/20226Information&Communication Engineering Dept. XJTU通信系統(tǒng)的組成通信系統(tǒng)典型結(jié)構(gòu)兩種變換：1、非電信號電信號（基帶信號）基帶信號：模擬或數(shù)字，低頻2、調(diào)制與解調(diào)：基帶信號通帶信號通帶信號：高頻

4、，窄帶7/12/20227Information&Communication Engineering Dept. XJTU通信系統(tǒng)的組成 信道是通信系統(tǒng)的傳輸途徑。載有信息的信號（目前主要為電、光、聲形式）在信道中傳輸，與信道中不可避免的噪聲或干擾混合，送到輸出端進(jìn)行處理。為保證通信的有效性和可靠性，信道中傳輸?shù)男盘柕奶匦员仨毰c信道的特性相匹配。7/12/20228Information&Communication Engineering Dept. XJTU通信系統(tǒng)的組成調(diào)制的目的：1、有效的發(fā)射 2、有效的利用頻帶調(diào)制方式： 調(diào)幅 基帶信號控制載波幅度 調(diào)頻 基帶信號控制載波頻率 調(diào)相 基

5、帶信號控制載波相位基帶信號： 數(shù)字信號 模擬信號數(shù)字調(diào)制 模擬調(diào)制載波：7/12/20229Information&Communication Engineering Dept. XJTU無線電波波段劃分頻段名稱頻率范圍波長范圍傳播特性ELF(極低頻) 30300 Hz10,0001000 km傳播損耗小，通信距離遠(yuǎn)，信號穩(wěn)定可靠，滲入地層、海水能力強(qiáng)VF (音頻)300 3000 Hz 1000100 kmVLF (甚低頻) 330 kHz 10010 kmLF (低頻) 30 300 kHz 101 km用于導(dǎo)航、長距離通信MF (中頻)300 3000 kHz 10.1 km廣播、船舶通

6、信、飛行通信HF (高頻) 3 30 MHz 10010 m廣播、中遠(yuǎn)距離通信VHF (甚高頻) 30300 MHz 101 m移動通信、電視、雷達(dá)、導(dǎo)航UHF (超高頻)300 3000 MHz 10010 cm與VHF類同，還用于散射通信、衛(wèi)星通信等SHF (特高頻) 3 30 GHz 101 cmEHF (極高頻) 30 300 GHz 10.1 cmDecimillimeter至高頻3003000 GHz 10.1 mm7/12/202210Information&Communication Engineering Dept. XJTU常用無線通信方式的頻段廣播中波波段: 300kHz

7、 3000kHz短波波段30MHz調(diào)頻波段: 87MHz108MHzAM廣播信號：收音機(jī)中頻為465 KHz，帶寬一般在6KHz左右，頻道間隔9KHz； FM廣播信號：收音機(jī)中頻頻率為，帶寬為單聲道180kHz，立體聲256kHz。7/12/202211Information&Communication Engineering Dept. XJTU常用無線通信方式的頻段移動通信GSM: 900/1800 MHz小靈通: 1900 MHz移動TD-SCDMA大唐電信, GSM TD-SCDMA電信CDMA2000美國, CDMA IS95(2G) CDMA20001x CDMA20003x(3G

8、）聯(lián)通WCDMA歐洲，GSM(2G) GPRS EDGE WCDMA(3G)7/12/202212Information&Communication Engineering Dept. XJTU無線通信面臨的問題：有效輻射=天線線度與信號波長可比較=調(diào)制與解調(diào)=頻率資源有限，向更高頻率偏移=器件、電路結(jié)構(gòu)、分析方法。保證可靠性的前提下實(shí)現(xiàn)盡量遠(yuǎn)的信號傳送。=接收微弱信號的能力+發(fā)送大功率信號的能力=高倍放大、大功率輸出、高效率工作。干擾和噪聲是破壞可靠性的大敵。=減小系統(tǒng)電路的噪聲+濾波措施+可靠性編碼。7/12/202213Information&Communication Engineer

9、ing Dept. XJTU無線通信面臨的問題(2)：在環(huán)境條件變化時(shí)保證系統(tǒng)穩(wěn)定工作。=功率變化的適應(yīng)能力+頻率變化的適應(yīng)能力+多徑傳輸?shù)倪m應(yīng)能力。有效利用資源。=功率資源、頻率資源、空間資源、經(jīng)費(fèi)資源、人力資源。最優(yōu)化設(shè)計(jì)。=元器件、電路拓?fù)?、工作條件、制造和維護(hù)。7/12/202214Information&Communication Engineering Dept. XJTU移動通信中的射頻設(shè)計(jì)RF通信系統(tǒng)中的發(fā)送設(shè)備和接收設(shè)備框圖如下： 圖中所示接收機(jī)的結(jié)構(gòu)稱為超外差式接收機(jī)（Superheterodyne Receiver)。7/12/202215Information&Comm

10、unication Engineering Dept. XJTU移動通信中的射頻設(shè)計(jì)通信系統(tǒng)中的射頻部分設(shè)計(jì)模擬通信機(jī)發(fā)射機(jī)：調(diào)制、功率放大器接收機(jī)：低噪聲放大器、下變頻、解調(diào)器數(shù)字通信機(jī)發(fā)射機(jī)：調(diào)制、功率放大器接收機(jī)：低噪聲放大器、變頻器、解調(diào)器7/12/202216Information&Communication Engineering Dept. XJTU移動通信中的射頻設(shè)計(jì)數(shù)字通信機(jī)的射頻級電路框圖數(shù)字通信機(jī)7/12/202217Information&Communication Engineering Dept. XJTU移動通信中的射頻設(shè)計(jì)無線數(shù)字 的射頻級電路7/12/2022

11、18Information&Communication Engineering Dept. XJTU本課程的任務(wù)和地位任務(wù)：介紹通信系統(tǒng)中將基帶信號變換到適于信道傳輸?shù)纳漕l信號及其反變換過程所需要的主要功能電路的工作原理、分析方法和典型電路。包括濾波器、高頻率小信號放大器和功率放大器、正弦波振蕩器、頻率變換電路、調(diào)制與解調(diào)電路、鎖相環(huán)路與頻率合成器等，通稱為通信系統(tǒng)的前端電路。地位：通信電子線路是一門電子信息類專業(yè)基礎(chǔ)課。7/12/202219Information&Communication Engineering Dept. XJTU本課程的先修課程(1)主要先修課程包括：電路原理各基本電

12、路定律及其數(shù)學(xué)表達(dá)式；恒流源、恒壓源基本特征；正弦電流、電壓的復(fù)數(shù)、圖形表示法；RLC電路的諧振特性；互感、變壓器的基本特性，變壓器同名端的概念與確定方法等。電子線路基礎(chǔ)放大器工作原理、直流偏置的作用與偏置電路元件設(shè)計(jì)方法；三種放大器組態(tài)，放大電路的反饋類型與元件參數(shù)計(jì)算；差分放大器的工作原理和性能分析；運(yùn)放與基本集成電路的主要特性等。7/12/202220Information&Communication Engineering Dept. XJTU本課程的先修課程(2)信號與系統(tǒng)信號的分類與描述方法；傅立葉變換及其在頻譜分析中的應(yīng)用；線性網(wǎng)絡(luò)零極點(diǎn)圖分析方法；信號通過線性系統(tǒng)的不失真條件；

13、抽樣數(shù)據(jù)系統(tǒng)和z變換；MATLAB程序的應(yīng)用等。邏輯設(shè)計(jì)與數(shù)字電路數(shù)制與編碼；組合與時(shí)序邏輯基本單元；A/D轉(zhuǎn)換和D/A轉(zhuǎn)換的工作原理等。7/12/202221Information&Communication Engineering Dept. XJTU課程的內(nèi)容安排基礎(chǔ)知識與理論第一章： 選頻回路與阻抗變換第二章： 噪聲與非線性失真通信系統(tǒng)基礎(chǔ)知識第三章： 調(diào)制和解調(diào)第四章： 發(fā)送、接收機(jī)結(jié)構(gòu)7/12/202222Information&Communication Engineering Dept. XJTU課程的內(nèi)容安排各模塊電路第五章： 低噪聲放大器第六章： 混頻器第七章： 振蕩器第八

14、章： 鎖相與頻率合成技術(shù)第九章： 調(diào)制與解調(diào)電路第十章： 高頻功率放大器7/12/202223Information&Communication Engineering Dept. XJTU學(xué)習(xí)本課程的目標(biāo)基本目標(biāo)是以通信系統(tǒng)的功能單元為例，介紹模擬信號處理技術(shù)中電子電路的線性及非線性應(yīng)用的原理和技術(shù)，使學(xué)生掌握電子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)技術(shù)的基礎(chǔ)知識和應(yīng)用能力。在“電子技術(shù)基礎(chǔ)”課程的基礎(chǔ)上，更進(jìn)一步對高頻、非線性電子電路的原理和應(yīng)用技術(shù)展開討論，強(qiáng)化學(xué)生在模擬信號處理系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)技術(shù)方面的理論基礎(chǔ)和實(shí)踐能力，使他們初步掌握模擬電路硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法和測量、調(diào)試能力，并為學(xué)習(xí)后續(xù)的專業(yè)課程打下必備的基礎(chǔ)。7

15、/12/202224Information&Communication Engineering Dept. XJTU學(xué)習(xí)本課程的要求通過本課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生在電子電路的分析、設(shè)計(jì)和應(yīng)用知識方面應(yīng)當(dāng)達(dá)到以下基本要求：1掌握電子器件非線性應(yīng)用的特點(diǎn)和基本理論，熟悉各種分析方法的應(yīng)用及適用條件，對不同信號作用到非線性電路上所產(chǎn)生的響應(yīng)有清晰的概念。 2掌握通信系統(tǒng)中各主要功能單元的作用、工作原理和實(shí)現(xiàn)模型。對于實(shí)現(xiàn)低噪聲寬帶放大、選頻濾波、高頻功率放大、正弦信號發(fā)生、調(diào)制與解調(diào)、混頻與倍頻、鎖相與頻率合成等功能的電路技術(shù)和性能指標(biāo)有較清晰的概念。熟悉各種功能電路的基本分析方法和主要結(jié)論。了解各功能電路

16、連接時(shí)阻抗和信號電平的匹配要求。7/12/202225Information&Communication Engineering Dept. XJTU學(xué)習(xí)本課程的要求(2)3熟悉通信系統(tǒng)中常用集成電路的功能、基本工作原理和使用方法。能夠?qū)Ｓ么笠?guī)模集成電路中的單元電路進(jìn)行原理分析。了解電流模技術(shù)、開關(guān)電流技術(shù)、軟件無線電等新技術(shù)在通信電路中的應(yīng)用。了解模擬電路的EDA技術(shù)原理，能夠使用分析設(shè)計(jì)工具對通信電路進(jìn)行仿真分析和簡單的優(yōu)化設(shè)計(jì)。4熟悉常用電子器件的功能、作用、和主要性能指標(biāo)，能夠選擇合適的器件來實(shí)現(xiàn)所需的電路。了解電子電路設(shè)計(jì)的基本方法，能獨(dú)立完成電路的安裝、調(diào)試和指標(biāo)測量，具備解決工

17、程實(shí)際問題的初步能力。7/12/202226Information&Communication Engineering Dept. XJTU如何學(xué)習(xí)這門課程學(xué)習(xí)方法以電路的工作原理為核心，從電路結(jié)構(gòu)、元器件的工作狀態(tài)、信號的波形和頻譜特點(diǎn)、所采用的分析方法和主要結(jié)論等方面掌握好有關(guān)的內(nèi)容。重視實(shí)用電路的電路圖、工作原理和性能特點(diǎn)。關(guān)心針對各種不同應(yīng)用要求和實(shí)際問題所采取的措施和做法。經(jīng)?？偨Y(jié)學(xué)習(xí)內(nèi)容，及時(shí)解決遇到的問題，與老師和同學(xué)多交流、多討論，利用好答疑的機(jī)會，提高學(xué)習(xí)效率。7/12/202227Information&Communication Engineering Dept. XJT

18、U學(xué)習(xí)要求及教師聯(lián)系方式學(xué)習(xí)要求認(rèn)真聽課，讀懂教材和參考資料的主要內(nèi)容。按要求完成作業(yè)。提倡互相討論，反對抄襲作假。認(rèn)真做好實(shí)驗(yàn)。在實(shí)際電路中驗(yàn)證理論知識，發(fā)現(xiàn)和解決問題。網(wǎng)絡(luò)資源Username: rfclass2004, Password: rfclass2004教師聯(lián)系方式：辦公室 ：西一樓 525室聯(lián)系 ：82668772-525電子信箱: 7/12/202228Information&Communication Engineering Dept. XJTU參考書目錄董在望等. 通信電路原理.高等教育出版社. 2002年8月談文心等. 高頻電子線路.西安交通大學(xué)出版社.1996年10月

19、 謝沅清等. 通信電子電路. 北京郵電大學(xué)出版社. 2000年2月謝嘉奎等. 電子線路(非線性部分). 高等教育出版社. 2000年5月. RF Circuit Design:Theory . Fundamentals of RF Circuit Design Davis. Radio Frequency Circuit Design. 網(wǎng)絡(luò)資源7/12/202229Information&Communication Engineering Dept. XJTU通信技術(shù)發(fā)展歷程1820年 Oersted 發(fā)現(xiàn)電流會產(chǎn)生磁場； 1831年 Faraday發(fā)現(xiàn)導(dǎo)線作切割磁力線運(yùn)動產(chǎn)生感應(yīng)電流；18

20、64年 Maxwell提出電磁場方程組，預(yù)言電磁波存在； 1887年 德國科學(xué)家赫茲的電磁波輻射實(shí)驗(yàn)，輻射出1000MHz電磁波；1894年 O. Lodge發(fā)明粉末檢波器， 在牛津檢測到150碼遠(yuǎn)發(fā)出的無線信號； 7/12/202230Information&Communication Engineering Dept. XJTU通信技術(shù)發(fā)展歷程1895年 Marconi 發(fā)明的無線電報(bào)，傳輸2公里；1897年 Marconi申請無線電報(bào)專利，建立無線電 報(bào)公司；1901年12月12日 Marconi在加拿大紐芬蘭島收到 從英國Cornwall發(fā)出的無線信號，傳輸距 離1700mile.1900年 專利調(diào)諧 獲得批準(zhǔn)，專利號為 ；同年公司改名為Marconi公司；1907年 獲諾貝爾物理獎(jiǎng)1904年 Flemin發(fā)明電子二極管； 1906年 De Forest發(fā)明電子三極管放大； 1920年 AM廣播在美國P