高頻電子線路第1章-緒論概要

高頻電子線路A西安理工高校自動(dòng)化與信息工程學(xué)院2012.83/14/20231課時(shí)支配1、理論課：52學(xué)時(shí)。第1章緒論2學(xué)時(shí)第2章高頻電路基礎(chǔ)6學(xué)時(shí)第3章高頻諧振放大器8學(xué)時(shí)第4章正弦波振蕩器10學(xué)時(shí)第5章頻譜線性搬移電路8學(xué)時(shí)第6章振幅調(diào)制、解調(diào)及混頻10學(xué)時(shí)第7章角度調(diào)制與解調(diào)8學(xué)時(shí)2、試驗(yàn)課：12學(xué)時(shí)，共4個(gè)試驗(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).模擬乘法器4學(xué)時(shí)(4).相位鑒頻器2學(xué)時(shí)3/14/20232第1章緒論

無線通信系統(tǒng)概述

無線電信號(hào)與調(diào)制

本課程的特點(diǎn)3/14/20233一、無線通信系統(tǒng)概述

1、無線通信系統(tǒng)的組成(1).電信與無線通信無線通信簡史：1861年Maxwell理論上證明電磁波的存在，1888年Hertz試驗(yàn)證明電磁波的存在，1896年Marconi進(jìn)行無線通信試驗(yàn)，從今無線通信技術(shù)逐步走向成熟。通信的目的和任務(wù)：傳遞消息。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。3/14/20234(2).典型無線通信系統(tǒng)的基本組成傳統(tǒng)的超外差(SuperHeterodyne)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)是可以獲得中學(xué)頻增益和較強(qiáng)的濾波實(shí)力，缺點(diǎn)是混頻會(huì)形成很多組合頻率干擾，特殊是鏡像干擾。3/14/20235現(xiàn)代接收機(jī)結(jié)構(gòu)：接受軟件無線電(SoftwareRadio)思想，有兩種形式：數(shù)字中頻(DigitalIF)結(jié)構(gòu)和干脆變換(DirectConversion)結(jié)構(gòu)。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，敏捷便利便于產(chǎn)品集成和小型化，缺點(diǎn)是對(duì)于寬帶通信須要高速A/D器件和數(shù)字處理芯片。干脆變換(DirectConversion)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，不須要中頻濾波，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，這是軟件無線電接收機(jī)的發(fā)展目標(biāo)。3/14/20236高頻電路的基本內(nèi)容：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)；高頻放大器：包括高頻小信號(hào)放大器和高頻功率放大器；混頻器或變頻器：對(duì)高頻信號(hào)進(jìn)行頻率變換；調(diào)制器和解調(diào)器：高頻信號(hào)的變換或處理。其它協(xié)助電路：自動(dòng)增益限制電路(AGC)或自動(dòng)電平限制電路(ALC)，自動(dòng)頻率限制電路(AFC)，自動(dòng)相位限制電路(APC)(又叫鎖相環(huán)PLL)。3/14/20237依據(jù)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。工作頻率指的是發(fā)送和接收的射頻(RF)載波頻率。依據(jù)通信方式分類：全雙工通信、半雙工通信和單工通信。依據(jù)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。依據(jù)消息類型來分類：模擬通信和數(shù)字通信。高頻電路主要探討模擬通信中的基本電路。2、無線通信系統(tǒng)的分類

3/14/202381.電磁波譜與無線電頻段劃分自然界中的電磁波波譜：0Hz~1030Hz，很寬。無線通信中的電磁波波譜：30kHz-300GHz(波長為1mm-104m)，屬于電磁波一部分、頻率較低。頻率f和波長λ的關(guān)系：c=fλ，c=3×108m/s為光速。二、無線電信號(hào)與調(diào)制3/14/20239無線電波頻(波)段劃分：3/14/202310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)。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)。高頻載波信號(hào)：單一頻率的正弦信號(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。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：基帶信號(hào)通常為低頻信號(hào)，而我們要探討的高頻信號(hào)指的是高頻載波信號(hào)和已調(diào)波信號(hào)。3/14/202311無線電信號(hào)的特性包括時(shí)間特性、頻譜特性、傳播特性、調(diào)制特性。(1)、時(shí)間特性：是指信號(hào)隨時(shí)間變更快慢的特性，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：傳輸信號(hào)的電路的時(shí)間特性與該信號(hào)的時(shí)間特性相一樣。(2)、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3/14/202312信號(hào)的帶寬：由于諧波次數(shù)越高，幅度越小，因此在工程中只考慮占信號(hào)能量90%的頻譜重量，并將這部分頻譜重量所占的頻帶定義為信號(hào)的帶寬。頻譜圖：例：語音和圖象信號(hào)的帶寬分別為4kHz、6MHz。說明：無線電通信所運(yùn)用的射頻頻率越高，可利用的帶寬也就越寬。這也是無線通信接受高頻的緣由之一。3/14/202313(3)、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(Troposphere)：在離地面10~12公里地球大氣層區(qū)域，大氣密度較高，全部大氣現(xiàn)象(比如風(fēng)雨雷電等)都在該區(qū)域產(chǎn)生，該區(qū)域稱為對(duì)流層。對(duì)流層的不勻整性導(dǎo)致電磁波的散射傳播。散射傳播距離100~500km，適合頻率400~6000MHz。電離層(Ionosphere)：在距離地面60~600公里處，空氣比較淡薄，太陽和各種宇宙輻射的作用已經(jīng)很猛烈，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層在夜晚消逝，常常存在的是E層和F2層。電離層對(duì)電磁波有吸取作用，頻率越高，吸取實(shí)力越弱，穿透實(shí)力越強(qiáng)。對(duì)于短波信號(hào)，D、E為吸取層，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。3/14/202314無線電波的傳播方式：可以分為以下四種。3/14/202315不同波段的無線電信號(hào)的傳播方式：長波信號(hào)：波長較長，以地波的方式繞射傳播很遠(yuǎn)，而且比較穩(wěn)定；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；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)間變更，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；超短波信號(hào)：可以是視距傳播，也可以接受對(duì)流層散射的傳播方式，但以視距傳播為主；微波信號(hào)：只能視距傳播。3/14/202316調(diào)制的目的：只有當(dāng)天線的尺寸可以與信號(hào)的波長接近時(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。調(diào)制的概念：就是用調(diào)制信號(hào)去限制高頻載波的參數(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)依據(jù)調(diào)制信號(hào)的規(guī)律變更。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。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3/14/202317三、本課程的特點(diǎn)

高頻電路接受兩種分析方法：線性分析方法和非線性分析方法。1.線性分析方法：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路來等效，包括中頻