高頻電子線路(張肅文)緒論

高頻電子線路

High-FrequencyElectronicCircuits

太原理工大學信息工程學院信息與通信工程系1課程基本情況課程名稱：高頻電子線路/非線性電子線路學時：64(56+8)先修課程：電路基礎信號與系統(tǒng)

模擬電子電路（低頻電子線路）后修課程：通信原理微波技術21緒論1.1

無線電通信發(fā)展簡史

1.2無線電信號傳輸原理

1.2.1傳輸信號的基本方法

1.2.2無線電信號的產(chǎn)生與發(fā)射

1.2.3無線電信號的接收

1.3通信的傳輸媒質(zhì)31.1無線電通信發(fā)展簡史1837年莫爾斯發(fā)明電報，創(chuàng)造莫爾斯電碼，開創(chuàng)通信的新紀元

1876年貝爾發(fā)明電話，能夠直接將語言信號變?yōu)殡娦盘栄貙Ь€傳送

1887年德國物理學家赫茲以卓越的實驗技巧證實了電磁波是客觀存在的

1864年英國物理學家麥克斯韋從理論上證明了電磁波的存在，為后來的無線電發(fā)明和發(fā)展奠定了堅實的理論基礎

41895年馬可尼首次在幾百米的距離實現(xiàn)電磁波通信，1901年首次完成橫渡大西洋的通信。1904年，弗萊明發(fā)明電子二極管，進入無線電電子學時代。

1907年李·德·福雷斯特發(fā)明了電子三極管，用它可組成多種重要功能的電子線路。

1948年肖克萊等人發(fā)明了晶體三極管，它在許多方面已取代了電子管的傳統(tǒng)地位。

20世紀60年代開始出現(xiàn)將“管”、“路”結合起來的集成電路。 1.1無線電通信發(fā)展簡史5通信的一般含義是從發(fā)送者到接收者之間信息的傳遞。用電信號傳輸信息的系統(tǒng)稱通信系統(tǒng)，也稱電信系統(tǒng)通信系統(tǒng)由輸入、輸出變換器，發(fā)送、接收設備和信道等組成1.2.1傳輸信號的基本方法61.2.1傳輸信號的基本方法圖1.2.3通信系統(tǒng)框圖通信系統(tǒng)是指“電通信”，包括移動通信、電報、電話、廣播、電視、雷達、遙測、遙控等。信號源接收設備發(fā)送設備傳輸信道收信裝置7在實際的通信電子線路中傳輸?shù)氖歉鞣N電信號，為此就需要將各種形式的信息轉變成電信號常見的輸入變換器有：話筒攝像機其他各種傳感器件輸入變換器8發(fā)送設備的作用：將基帶信號變換成適合信道的傳輸特性的信號對基帶信號進行變換的原因：基帶信號往往并不適合信道的直接傳輸發(fā)送設備9為什么要調(diào)制？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。自由空間中,波長與頻率關系:

c=λf式中:c為光速,f和λ分別為無線電波的頻率和波長從切實可行的天線出發(fā)區(qū)別不同的音頻信號可實現(xiàn)的回路帶寬10電磁波波譜11

理論和實踐證明，只有當電信號的頻率很高，以致它的波長與天線的尺寸相近時，電信號才能有效輻射傳輸

一般基帶信號頻率很低，采用調(diào)制就可以把低頻基帶信號調(diào)制在高頻載波信號上，從而易于實現(xiàn)電信號的有效傳輸調(diào)制的基本原理12用基帶信號去改變高頻載波信號的某一參量，就可以實現(xiàn)調(diào)制。用基帶信號去改變高頻載波信號的振幅，則稱為振幅調(diào)制，簡稱調(diào)幅，用符號AM表示。用基帶信號去改變高頻載波信號的頻率，則稱為頻率調(diào)制，簡稱調(diào)頻，用符號FM表示。用基帶信號去改變高頻載波信號的相位，則稱為相位調(diào)制，簡稱調(diào)相，用符號PM表示。調(diào)制方式13接收設備的作用：接收傳送過來的信號，并進行處理，以恢復發(fā)送端的基帶信號。對接收設備的要求：由于信號在傳輸和恢復的過程中存在著干擾和失真，接收設備要盡量減少這種失真。接收設備14收信裝置接收設備輸出的電信號變換成原來形式的信號的裝置。如：還原聲音的喇叭恢復圖象的顯象管收信裝置151.2.2無線電信號的產(chǎn)生與發(fā)射圖1.2.6正弦調(diào)幅波形將低頻信號“裝載”在高頻載波上，以利于天線發(fā)射和接收。16倍頻高頻放大調(diào)制話筒聲音發(fā)射天線圖1.2.8調(diào)幅發(fā)射機方框圖音頻放大高頻振蕩緩沖1.2.2無線電信號的產(chǎn)生與發(fā)射171.2.3無線電信號的接收圖1.2.11超外差式接收機方框圖181.3通信的傳輸媒質(zhì)圖1.2.3通信系統(tǒng)框圖接收設備發(fā)送設備傳輸媒質(zhì)有線電視網(wǎng)廣播網(wǎng)電視機收音機局域網(wǎng)計算機1計算機2

根據(jù)傳輸媒質(zhì)的不同，分為有線通信與無線通信。191.3通信的傳輸媒質(zhì)有線通信傳輸媒質(zhì)有：雙線對電纜同軸電纜光纖（光纜）無線通信的傳輸媒質(zhì)是自由空間。201、雙絞線適用于短距離（小于100m）、1Mb/s數(shù)據(jù)率通信環(huán)境2、同軸電纜適用于距離在幾百米、帶寬小于10Mhz、碼流率小于20Mbps的通信環(huán)境有線通信信道3、光纖衰減?。ㄐ∮?db/km）、工作頻率高、信息容量大21圖1.3.1電磁波傳播的幾種方式無線通信的傳輸媒質(zhì)是自由空間。1.3通信的傳輸媒質(zhì)2223音頻射頻微波高頻電子線路的工作頻段1.3通信的傳輸媒質(zhì)24課程主要內(nèi)容處理高頻信號的功能電路高頻信號的產(chǎn)生電路（振蕩器）放大電路（高頻小信號放大器和高頻功放）變換電路（倍頻、混頻）調(diào)制和解調(diào)電路反饋控制電路（自動增益控制、自動頻率控制、自動相位控制）25第1章緒論第2章選頻網(wǎng)絡第3章高頻小信號放大器第4章非線性電路、時變參量電路和變頻器第5章高頻功率放大器第6章正弦波振蕩器第7章振幅調(diào)制與解調(diào)

第8章角度調(diào)制與解調(diào)課程章節(jié)26課程特點功能電路都是非線性電路，用工程近似分析法、頻域分析法功能電路多，注意各電路的共性及功能之間的內(nèi)在聯(lián)系課程實踐性強27數(shù)字通信系統(tǒng)

傳輸數(shù)字信號的通信系統(tǒng)即數(shù)字通信系統(tǒng)，原理框圖如圖 模擬信號經(jīng)信源編碼和信道編碼變成數(shù)字基帶信號，發(fā)射機將基帶信號調(diào)制到高頻載波上經(jīng)信道傳輸?shù)浇邮斩?，接收機還原出數(shù)字基帶信號，經(jīng)信道解碼和信源解碼還原出模擬基帶信號。用數(shù)字基帶信號對高頻正弦載波進行的調(diào)制稱數(shù)字調(diào)制。根據(jù)基帶信號控制載波的參數(shù)不同，數(shù)字調(diào)制通常分為與振幅鍵控調(diào)制，頻率鍵控和相位鍵控三種基本方式28數(shù)字通信系統(tǒng)振幅鍵控：(ASK:Amplitude-shiftkeying)載波振幅受基帶控制相位鍵控：(PSK:phase-shiftkeying)載波相位受基帶信號控制，當基帶信號p(t)=1時，載波起始相位為0，當p(t)=0時載波起始相位為

頻率鍵控：(FSK:Frequency-shiftkeying)載波頻率受基帶信號控制，當p(t)=1時，載波頻率為f1；當p(t)=1時,載波頻率為f229數(shù)字通信系統(tǒng)

數(shù)字通信的主要優(yōu)點：

(1)有較強的抗干擾能力，通過再生中繼技術可以消除噪聲的積累，并能對信號傳輸中因干擾而產(chǎn)生的差錯及時發(fā)現(xiàn)和糾正，從而提高了信息傳輸?shù)目煽啃浴?2)數(shù)字信號便于保密處理，易于實現(xiàn)保密通信。(3)數(shù)字信號便于計算機進行處理，使通信系統(tǒng)更加通用和靈活。(4)數(shù)字電路易于大規(guī)模集成，便于設備的微型化數(shù)字通信的缺點：

數(shù)字信號占據(jù)頻帶較寬，頻帶利用率低但目前采用了一些新的數(shù)字調(diào)制技術，不斷增大通信容量，提高頻率利用率，所以數(shù)字通信的發(fā)展前景廣闊。30現(xiàn)代通信系統(tǒng)

70年代以前，通信系統(tǒng)主要是模擬體制，接收機如前介紹的超外差接收機，70—80年代無線電通信實現(xiàn)了模擬→數(shù)字的大轉變，從系統(tǒng)控制（選臺調(diào)諧、音量控制，均衡控制等）到信源編碼、信道編碼，以及硬件實現(xiàn)技術都無一例外地實現(xiàn)了數(shù)字化。現(xiàn)代超外差接收機可用下圖來表示，它是一個模擬與數(shù)字的混合系統(tǒng)。31現(xiàn)代通信系統(tǒng)進入90年代后，通信界開始了一場新的無線電革命，即從數(shù)字化走向了軟件化，軟件無線電技術（softwareRadio）應運而生。支持這場革命的是多種技術的綜合，包括多頻段天線和RF變換寬帶A/D/A轉換，完成IF、基帶、比特流處理功能的通用可編程處理器等。軟件無線電最初目的是滿足軍用通信中不同頻段，不同信道調(diào)制方式和數(shù)據(jù)方式的各類電臺之間的聯(lián)網(wǎng)需要，因為它可以很容易地解決各種接口標準之間的兼容問題，使得它的優(yōu)越性很快得到商用通信的青睞，并且在個人移動通信領域發(fā)展迅速。軟件無線電是特指具有用軟件實現(xiàn)各種功能特點的無線電臺（如移動通信中的移動電話機、基站電臺、軍用電臺等），它主要由低成本、高性能的DSP芯片組成。規(guī)范的軟件無線電典型結構如下圖所示。32現(xiàn)代通信系統(tǒng)33現(xiàn)代通信系統(tǒng)軟件無線電的標志：無線通信功能是由軟件定義并完成的，這種完全的可編程能力包括可編程的射頻波段、信道接入方式、信道調(diào)制方式與糾錯算法等，軟件無線電區(qū)別于軟件控制的數(shù)字無線電。在盡可能靠近天線的地方使用A/D/A轉換器，因為信號的數(shù)字化是實現(xiàn)軟件無線電的首要條件。理想軟件無線電系統(tǒng)中的A/D/A轉換器已相當靠近天線，從而可對高頻信號進行數(shù)字化處理，這也是它與常用的數(shù)字通信系統(tǒng)的根本區(qū)別所在。34現(xiàn)代通信系統(tǒng)軟件無線電的特點：

具有完全的可編程性：通過安裝不同的軟件來實現(xiàn)不同的電路功能，包括工作模式，系統(tǒng)功能，擴展業(yè)務等。

軟件無線電基于DSP技術：系統(tǒng)所需要的信號處理工作有變頻、濾波、調(diào)制解調(diào)，信道編譯碼，接口協(xié)議與信令處理，加解密、抗干擾處理，以及網(wǎng)絡監(jiān)控管理。

其有很強的靈活性及可擴充性：可以任意轉換信道接入方式，改變調(diào)制方式或接收不同系統(tǒng)的信號。

具有集中性：由于軟件無線電結構具有相對集中和統(tǒng)一的硬件平臺，所以多個信道可以享有共同的射頻前端與寬帶A/D/A轉換器，從而可以獲取每一信道的相對廉價的信號處理性能。35現(xiàn)代通信系統(tǒng)

由于大規(guī)模集成電路的數(shù)字無線電和軟件無線電收發(fā)信機，其內(nèi)部的基本功能，基本原理，工作流程和電路結構與傳統(tǒng)的超外式無線電收發(fā)信機并無太大差異，經(jīng)典高頻電子線路的分析方法與設計思想仍可作為現(xiàn)代無線電新技術的理論基礎。 而且，由于目前器件水平的限制，軟件無線電技術還基本只能在通信系統(tǒng)的基帶處理部分得到較好發(fā)揮，還必須采用與傳統(tǒng)電路結合的方式進行系統(tǒng)研制。要超越器件水平的限制，進行深入的理論研究，提出新的解決方案和好的算法，也需要借助于一些經(jīng)典的通信電路理論。數(shù)字通信中的很多電路功能也基本上用模擬電路實現(xiàn)。因此，本門課程中仍以基本模擬通信電子電路為主要內(nèi)容進行分析。36樹立質(zhì)量法制觀念、提高全員質(zhì)量意識。12月-2412月-24Sunday,December8,2024人生得意須盡歡，莫使金樽空對月。11:12:5111:12:5111:1212/8/202411:12:51AM安全象只弓，不拉它就松，要想保安全，常把弓弦繃。12月-2411:12:5111:12Dec-2408-Dec-24加強交通建設管理，確保工程建設質(zhì)量。11:12:5111:12:5111:12Sunday,December8,2024安全在于心細，事故出在麻痹。12月-2412月-2411:12:5111:12:51December8,2024踏實肯干，努力奮斗。2024年12月8日11:12上午12月-2412月-24追求至善憑技術開拓市場，憑管理增創(chuàng)效益，憑服務樹立形象。08十二月202411:12:51上午11:12:5112月-24嚴格把控質(zhì)量關，讓生產(chǎn)更加有保障。十二月2411:12上午12月-2411:12December8,2024作業(yè)標準記得牢，駕輕就熟除煩惱。2024/12/811:1