高頻電路原理與分析第1章緒論課件

第1章緒論1.1通信系統(tǒng)概述1.2信號、頻譜與調(diào)制1.3高頻電子線路的特點★思考題與習題1第1章緒論1.1通信系統(tǒng)概述1本章教學學時：1學時主要教學內(nèi)容介紹通信系統(tǒng)的組成，類型、特點，以及電磁波的波段劃分與傳播特性，應用特點等。還要介紹信號的時間特性、頻譜特性以及調(diào)制的基本概念。教學目的：讓同學對通信系統(tǒng)有一個概念性的了解；明白無線電信號的描述方法；掌握信號特性和無線電頻段的劃分以及不同頻率的信號的傳播和應用特點。2本章教學學時：1學時21.1通信系統(tǒng)概述1.1.1通信系統(tǒng)的組成一個通信系統(tǒng)由三大部分組成，見圖-1-1發(fā)送設備信道接收設備

將包含信息的高頻電信號發(fā)射出去將包含信息的電信號接收，并經(jīng)過處理，還原出原來的信息圖-1通信系統(tǒng)示意框圖信號傳輸介質(zhì)，當采用電纜、光纖叫有線通信，當采用自由空間傳送電磁波時叫無線通信。31.1通信系統(tǒng)概述發(fā)送設備信道接收設備將包含信息的高接收過程：由天線接收來的信號，經(jīng)放大后，再經(jīng)過混頻器，變成一中頻已調(diào)波，然后檢波，恢復出原來的信息，經(jīng)低頻功率放大后，推動揚聲器。圖-1-2無線廣播通信系統(tǒng)的基本組成框圖接收設備由：天線、高頻放大器、混頻器、中頻放大器、解調(diào)器、音頻放大器、揚聲器等組成發(fā)送過程：低頻音頻信號經(jīng)放大后，首先進行調(diào)制后變成一個已調(diào)波，經(jīng)高頻功率放大后，由天線發(fā)射出去。音頻放大調(diào)制器變頻器激勵放大輸出放大載波振蕩器音頻放大器解調(diào)器中頻放大混頻器高頻放大天線開關本地振蕩器話筒揚聲器發(fā)送設備由：話筒、音頻放大器、調(diào)制器、變頻器（不一定必須）、功率放大器組成。4接收過程：由天線接收來的信號，經(jīng)放大后，再經(jīng)過混頻器，變成一1.1.2無線通信的類型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.

按照通信方式來分類,主要有單工方式、半雙工方式和（全）雙工方式?！駟喂し绞剑褐话l(fā)射或只接受●半雙工方式：可接受也可發(fā)射，但不能同時?！袢p工方式：可同時接收和發(fā)射51.1.2無線通信的類型53.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?！M調(diào)制（AnalogModulation)

●調(diào)幅：AM調(diào)幅（AmplitudeModulation，縮寫為AM)雙邊帶調(diào)幅(DoublesidebandAM,縮寫為DSB)單邊帶調(diào)幅(SingleSideBandAM，縮寫為SSB)殘留單邊帶調(diào)幅(VestigialSingleSideBandAM,縮寫VSB)

●調(diào)角：調(diào)頻（FrequencyModulation,縮寫FM)調(diào)相（PhaseModulation，縮寫PM）

●混合調(diào)制63.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▲數(shù)字調(diào)制(DigitalModulation)

●移相鍵控(PhaseShiftKeying,簡稱PSK)

●移頻鍵控(FrequencyShiftKeying,簡稱FSK)

●振幅鍵控（AmplitudeShiftKeying,簡稱ASK4.按照傳送的消息的類型分類,有模擬通信和數(shù)字通信,也可以分為語音通信、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)7▲數(shù)字調(diào)制(DigitalModulation)71.2信號、頻譜與調(diào)制1.高頻電路中的幾種信號▲基帶(消息)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,如語音、圖像等。▲高頻載波信號：一種高頻正弦信號。▲已調(diào)波：已被基帶信號調(diào)制過的高頻載波信號2.信號的時間特性

時間特性：信號大小隨時間變化的規(guī)律。

一個無線電信號,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的規(guī)律。

i=Imcosωtu=a0+a1cosωt+a2cos2ωt+a3cos3ωt+……81.2信號、頻譜與調(diào)制1.高頻電路中的幾種信號8

3、頻譜特性：

信號的各諧波分量的振幅和相位隨頻率的分布，它包括幅頻特性和相頻特性。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。如：振幅ω0ω2ω3ω4ω5ω圖1-2信號分解

圖1-3信號頻譜93、頻譜特性：振幅ω0ω24.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=fλ

（1-1）

其中c為光速，f為信號頻率。無線電波是波長比較長或頻率相對較低的電磁波,占據(jù)的頻率范圍很廣，頻率遠低于紅外波。如果對頻率或波長分段，分別稱為頻段和波段。不同頻段的信號的產(chǎn)生、傳輸、接收等都有所不同。圖1-4和表1-1分別說明了電磁波波譜和無線電波頻段的具體劃分。104.頻率特性10圖1—4電磁波波譜11圖1—4電磁波波譜11表1-1無線電頻（波）段劃分表12表1-1無線電頻（波）段劃分表125.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—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135.傳播特性13▲地波傳播電磁波沿地球表面繞射傳播。但由于趨膚效應，電磁波的能量會被吸收，頻率越高，能量損耗越大。因此很適合中、長波通信。圖1—5無線電波的主要傳播方式（a）地波傳播14▲地波傳播圖1—5無線電波的主要傳播方式（a）地波傳▲電離層傳播（天波)距地面60-600千米的區(qū)域稱為電離層，它對電磁波有反射與折射作用和吸收作用。頻率越高，吸收越弱，因此，太高頻率的電磁波可能穿過電離層。所以很適合中、短波通信圖1—5無線電波的主要傳播方式（b）天波傳播15▲電離層傳播（天波)圖1—5無線電波的主要傳播方式（b）▲對流層散射在距地面10—12千米范圍的大氣層稱為對流層。由于大氣揣流運動等原因形成的不均勻性會對電磁波散射。散射具有很強的方向性和隨機性。散射傳播距離約為100—500千米，適合400—600MHz的頻率。既VHF和UHF波段的應用。圖1—5無線電波的主要傳播方式（c）散射傳播16▲對流層散射圖1—5無線電波的主要傳播方式（c）散射▲直線傳播（視距傳播)適合較高頻率的電磁波的傳播，但由于視距有限因此可以通過高架天線、中繼站或通信衛(wèi)星等方法擴大傳播距離。一般用于超短波通信和微波通信及衛(wèi)星通信。圖1—5無線電波的主要傳播方式（d）直射傳播17▲直線傳播（視距傳播)圖1—5無線電波的主要傳播方式（6.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)制信號的規(guī)律變化。186.調(diào)制特性181.3高頻電子線路的特點1.電路處理的信號都是正弦和非正弦的高頻信號2.大部分電路都是非線性電路3.對于非線性電路，一般要采用近似和圖解方法來分析。4.本課程涉及內(nèi)容很多，對電路基礎、模擬電子電路、信號與系統(tǒng)分析、高等數(shù)學等要求較高，理論與實際聯(lián)系很強。而且對后續(xù)通信原理課程影響很大。另外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。191.3高頻電子線路的特點1.電路處理的信號都是正弦和非思考題與習題畫出無線通信收發(fā)信機的原理框圖,并說出各部分的功用。無線通信為什么要用高頻信號？“高頻”信號指的是什么？無線通信為什么要進行調(diào)制？如何進行調(diào)制？無線電信號的頻段或波段是如何劃分的？各個頻段的傳播特性和應用情況如何？20思考題與習題畫出無線通信收發(fā)信機的原理框圖,并說出各部分的祝同學們精神愉快！學習進步！同學們再見！21祝同學們21第1章緒論1.1通信系統(tǒng)概述1.2信號、頻譜與調(diào)制1.3高頻電子線路的特點★思考題與習題22第1章緒論1.1通信系統(tǒng)概述1本章教學學時：1學時主要教學內(nèi)容介紹通信系統(tǒng)的組成，類型、特點，以及電磁波的波段劃分與傳播特性，應用特點等。還要介紹信號的時間特性、頻譜特性以及調(diào)制的基本概念。教學目的：讓同學對通信系統(tǒng)有一個概念性的了解；明白無線電信號的描述方法；掌握信號特性和無線電頻段的劃分以及不同頻率的信號的傳播和應用特點。23本章教學學時：1學時21.1通信系統(tǒng)概述1.1.1通信系統(tǒng)的組成一個通信系統(tǒng)由三大部分組成，見圖-1-1發(fā)送設備信道接收設備

將包含信息的高頻電信號發(fā)射出去將包含信息的電信號接收，并經(jīng)過處理，還原出原來的信息圖-1通信系統(tǒng)示意框圖信號傳輸介質(zhì)，當采用電纜、光纖叫有線通信，當采用自由空間傳送電磁波時叫無線通信。241.1通信系統(tǒng)概述發(fā)送設備信道接收設備將包含信息的高接收過程：由天線接收來的信號，經(jīng)放大后，再經(jīng)過混頻器，變成一中頻已調(diào)波，然后檢波，恢復出原來的信息，經(jīng)低頻功率放大后，推動揚聲器。圖-1-2無線廣播通信系統(tǒng)的基本組成框圖接收設備由：天線、高頻放大器、混頻器、中頻放大器、解調(diào)器、音頻放大器、揚聲器等組成發(fā)送過程：低頻音頻信號經(jīng)放大后，首先進行調(diào)制后變成一個已調(diào)波，經(jīng)高頻功率放大后，由天線發(fā)射出去。音頻放大調(diào)制器變頻器激勵放大輸出放大載波振蕩器音頻放大器解調(diào)器中頻放大混頻器高頻放大天線開關本地振蕩器話筒揚聲器發(fā)送設備由：話筒、音頻放大器、調(diào)制器、變頻器（不一定必須）、功率放大器組成。25接收過程：由天線接收來的信號，經(jīng)放大后，再經(jīng)過混頻器，變成一1.1.2無線通信的類型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.

按照通信方式來分類,主要有單工方式、半雙工方式和（全）雙工方式?！駟喂し绞剑褐话l(fā)射或只接受●半雙工方式：可接受也可發(fā)射，但不能同時?！袢p工方式：可同時接收和發(fā)射261.1.2無線通信的類型53.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?！M調(diào)制（AnalogModulation)

●調(diào)幅：AM調(diào)幅（AmplitudeModulation，縮寫為AM)雙邊帶調(diào)幅(DoublesidebandAM,縮寫為DSB)單邊帶調(diào)幅(SingleSideBandAM，縮寫為SSB)殘留單邊帶調(diào)幅(VestigialSingleSideBandAM,縮寫VSB)

●調(diào)角：調(diào)頻（FrequencyModulation,縮寫FM)調(diào)相（PhaseModulation，縮寫PM）

●混合調(diào)制273.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▲數(shù)字調(diào)制(DigitalModulation)

●移相鍵控(PhaseShiftKeying,簡稱PSK)

●移頻鍵控(FrequencyShiftKeying,簡稱FSK)

●振幅鍵控（AmplitudeShiftKeying,簡稱ASK4.按照傳送的消息的類型分類,有模擬通信和數(shù)字通信,也可以分為語音通信、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)28▲數(shù)字調(diào)制(DigitalModulation)71.2信號、頻譜與調(diào)制1.高頻電路中的幾種信號▲基帶(消息)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,如語音、圖像等。▲高頻載波信號：一種高頻正弦信號?！颜{(diào)波：已被基帶信號調(diào)制過的高頻載波信號2.信號的時間特性

時間特性：信號大小隨時間變化的規(guī)律。

一個無線電信號,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的規(guī)律。

i=Imcosωtu=a0+a1cosωt+a2cos2ωt+a3cos3ωt+……291.2信號、頻譜與調(diào)制1.高頻電路中的幾種信號8

3、頻譜特性：

信號的各諧波分量的振幅和相位隨頻率的分布，它包括幅頻特性和相頻特性。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。如：振幅ω0ω2ω3ω4ω5ω圖1-2信號分解

圖1-3信號頻譜303、頻譜特性：振幅ω0ω24.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=fλ

（1-1）

其中c為光速，f為信號頻率。無線電波是波長比較長或頻率相對較低的電磁波,占據(jù)的頻率范圍很廣，頻率遠低于紅外波。如果對頻率或波長分段，分別稱為頻段和波段。不同頻段的信號的產(chǎn)生、傳輸、接收等都有所不同。圖1-4和表1-1分別說明了電磁波波譜和無線電波頻段的具體劃分。314.頻率特性10圖1—4電磁波波譜32圖1—4電磁波波譜11表1-1無線電頻（波）段劃分表33表1-1無線電頻（波）段劃分表125.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—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345.傳播特性13▲地波傳播電磁波沿地球表面繞射傳播。但由于趨膚效應，電磁波的能量會被吸收，頻率越高，能量損耗越大。因此很適合中、長波通信。圖1—5無線電波的主要傳播方式（a）地波傳播35▲地波傳播圖1—5無線電波的主要傳播方式（a）地波傳▲電離層傳播（天波)距地面60-600千米的區(qū)域稱為電離層，它對電磁波有反射與折射作用和吸收作用。頻率越高，吸收越弱，因此，太高頻率的電磁波可能穿過電離層。所以很適合中、短波通信圖1—5無線電波的主要傳播方式（b）天波傳播36▲電離層傳播（天波)圖1—5無線電波的主要傳播方式（b）▲對流層散射在距地面10—12千米范圍的大氣層稱為對流層。由于大氣揣流運動等原因形成的不均勻性會對電磁波散射。散射具有很強的方向性和隨機性。散射傳播距離約為100—500千米，適合400—600MHz