高頻電子線路1.ppt

1、高頻電子線路,采用的教材,通信電子線路 劉泉主編 武漢理工大學(xué)出版社 2005年1月第二版 高頻電子線路（第四版） 張肅文主編 高等教育出版社,參考書,電子線路（非線性部分） 謝家奎 編 高等教育出版社 高頻電路原理與分析 曾興雯等 編 西安電子科技大學(xué)出版社 Wireless Communication Principles and Practice. Theodore S. Rappapot. Prentice Hall Inc. 1996.,信息傳輸是人類社會(huì)活動(dòng)的重要內(nèi)容。沒(méi)有通信，就沒(méi)有人類社會(huì)。 從古代的烽火到近代的旗語(yǔ)，都是人們尋求快速遠(yuǎn)距離通信的手段。 1837年莫爾斯發(fā)明了電

2、報(bào)，創(chuàng)造了莫爾斯碼，開創(chuàng)了通信的新紀(jì)元。 1864年英國(guó)物理學(xué)家麥克斯韋發(fā)表的“電磁場(chǎng)的動(dòng)力理論”為無(wú)線電發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。 1876年貝爾發(fā)明了電話，將語(yǔ)音信號(hào)轉(zhuǎn)換為電能傳送沿導(dǎo)線傳送。,第1章 緒 論,1.1 無(wú)線電通信的發(fā)展簡(jiǎn)史,1887年，德國(guó)的赫茲通過(guò)實(shí)驗(yàn)證明了麥克斯韋的學(xué)說(shuō)。 1895年意大利的馬克尼與俄羅斯的波波夫?qū)崿F(xiàn)了無(wú)線電通信，1901年又首次完成了橫渡大西洋的通信 1904年，弗萊明發(fā)明電子二極管，標(biāo)志著進(jìn)入無(wú) 線電電子學(xué)時(shí)代 。 1907年，美國(guó)德福雷斯特發(fā)明了電子三極管，是電子技術(shù)發(fā)展史上第一個(gè)重要里程碑。 1948年，美國(guó)肖克萊等人發(fā)明了晶體三極管,是電子技術(shù)

3、發(fā)展史上第二個(gè)重要里程碑。,第1章 緒 論,1.1 無(wú)線電通信的發(fā)展簡(jiǎn)史,1958年美國(guó)制成了第一塊集成電路。 1967年研制成大規(guī)模集成（LSI）電路。 1978年研制成超大 規(guī)模集成（VLSI）電路，從此電技術(shù)進(jìn)入了微電子技術(shù)時(shí)代。 20世紀(jì)60年代，中、大規(guī)模乃至超大規(guī)模集成電路的不斷涌現(xiàn)，是電子技術(shù)發(fā)展史上第三個(gè)重要里程碑。,第1章 緒 論,1.1 無(wú)線電通信的發(fā)展簡(jiǎn)史,20世紀(jì)初首先解決了無(wú)線電報(bào)通信問(wèn)題。接著又解決了用無(wú)線電波傳送語(yǔ)言和音樂(lè)的問(wèn)題，從而開展了無(wú)線電話通信和無(wú)線電廣播。以后傳輸圖象的問(wèn)題也解決了，出現(xiàn)了無(wú)線電傳真和電視。 20世 紀(jì)30年代中期到第二次世界大戰(zhàn)期間，為

4、了防空的需要，無(wú)線電定位技術(shù)迅速發(fā)展和雷達(dá)的出現(xiàn)，帶動(dòng)了其他科學(xué)的興起，如無(wú)線電天文學(xué)、無(wú)線電氣象學(xué)等。 20世紀(jì)50年代以來(lái)，宇航技術(shù)的發(fā)展又促 進(jìn)了無(wú)線電技術(shù)向更高的階段發(fā)展。,第1章 緒 論,1.1 無(wú)線電通信的發(fā)展簡(jiǎn)史,無(wú)線電技術(shù)的發(fā)展是從利用電磁波傳輸信息的無(wú)線電通信擴(kuò)展到計(jì)算機(jī)科學(xué)、宇航技術(shù)、自動(dòng)控制以及其他各學(xué)科領(lǐng)域的。,第1章 緒 論,1.1 無(wú)線電通信的發(fā)展簡(jiǎn)史,無(wú)線電通信發(fā)展簡(jiǎn)史,原始手段,有線通信,無(wú)線通信,烽火、旗語(yǔ),電報(bào) （1837 Morse） 電話 （1876 Bell）,電磁波的存在,Maxwell 理論,Hertz 實(shí)踐,三個(gè)里程碑： Lee de fores

5、t 發(fā)明電子三極管 W. Shockley 發(fā)明晶體三極管 集成電路、數(shù)字電路的出現(xiàn),從發(fā)明無(wú)線電開始，傳輸信息就是無(wú)線電技術(shù)的首要任務(wù)。最基本的信息就是語(yǔ)言和文字。 音頻在空氣中傳播速度很慢，且衰減很快，不能遠(yuǎn)距離傳播。因而只能借助電來(lái)傳播。,第1章 緒 論,1.2 無(wú)線電通信的基本原理,由天線理論可知，要將無(wú)線電信號(hào)有效地發(fā)射出去，天線的尺寸必須和電信號(hào)的波長(zhǎng)相當(dāng)。 原始的非電量信息經(jīng)轉(zhuǎn)換的原始電信號(hào)一般是低頻信號(hào)，波長(zhǎng)很長(zhǎng)。 如音頻頻率為20Hz-20kHz，對(duì)應(yīng)波長(zhǎng)為15-15000km,要制造如此巨大的天線是不現(xiàn)實(shí)的。即使有這樣巨大的天線，由于各發(fā)射臺(tái)均為同一頻段的低頻信號(hào)，在信道中

6、會(huì)互相重疊、干擾。,第1章 緒 論,1.2 無(wú)線電通信的基本原理,因此，必須采用幾百kHz以上的高頻振蕩信號(hào)作為載體，將低頻信號(hào)與高頻信號(hào)調(diào)制，然后經(jīng)天線發(fā)射出去。接收端再對(duì)信號(hào)進(jìn)行解調(diào)。調(diào)制以后，由于傳送的是高頻振蕩信號(hào)，天線的尺寸就可大大下降。同時(shí)不同的發(fā)射臺(tái)采用不同的高頻振蕩信號(hào)作為載波，頻譜上就互相區(qū)分開了。,第1章 緒 論,1.2 無(wú)線電通信的基本原理,現(xiàn)代通信系統(tǒng),第1章 緒 論,1.2 無(wú)線電通信的基本原理,現(xiàn)代通信系統(tǒng),1信息源,信息源是指需要傳送的原始信息,2輸入換能器,將發(fā)信者提供的非電量消息(如聲音、景物等)變換為電信號(hào),3發(fā)送設(shè)備,發(fā)送設(shè)備主要有兩大任務(wù)：一是調(diào)制，二是

7、放大。,4信道,信道是連接發(fā)、收兩端的信號(hào)通道，又稱傳輸媒介。,5接收設(shè)備,任務(wù)是從已調(diào)信號(hào)中恢復(fù)出發(fā)送端相一致的基帶信號(hào),6輸出換能器,將輸出的基帶信號(hào)變換成原來(lái)形式的消息,無(wú)線通信系統(tǒng)的基本組成,按照無(wú)線通信系統(tǒng)中關(guān)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(shí)際上就是“高頻”的廣義語(yǔ), 它是指適合無(wú)線電發(fā)射和傳播的頻率。 無(wú)線通信的一個(gè)發(fā)展方向就是開辟更高的頻段。 （2） 按照通信方式來(lái)分類, 主要有（全）雙工、 半雙工和單工方式。 （

8、3） 按照調(diào)制方式的不同來(lái)劃分, 有調(diào)幅、 調(diào)頻、 調(diào)相以及混合調(diào)制等。,無(wú)線通信系統(tǒng)的類型,（4） 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(shè)備的復(fù)雜程度都有很大不同。 但是組成設(shè)備的基本電路及其原理都是相同的, 遵從同樣的規(guī)律。,傳播特性指的是無(wú)線電信號(hào)的傳播方式、 傳播距離、 傳播特點(diǎn)等。 無(wú)線電信號(hào)的傳播特性主要根據(jù)其所處的頻段或波段來(lái)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(huì)擴(kuò)散, 接收機(jī)只能收到其中極小的一部分, 而且在傳播過(guò)程中, 電波的能量會(huì)被地面、 建筑物

9、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(dá)接收機(jī)時(shí)的強(qiáng)度大大衰減。 根據(jù)無(wú)線電波在傳播過(guò)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。 決定傳播方式和傳播特點(diǎn)的關(guān)鍵因素是無(wú)線電信號(hào)的頻率。 ,傳播特性,電磁波波譜,為了討論問(wèn)題的方便，將不同頻率的電磁波人為 地劃分若干頻段或波段，列表如下:,第1章 緒 論,1.3 通信的傳輸媒質(zhì),1.3 通信的傳輸媒質(zhì),信道是信號(hào)的傳輸媒質(zhì), 可分為有線和無(wú)線信道. 有線信道: 明線 對(duì)稱電纜 雙絞線 同軸電纜 光纖 無(wú)線信道: 如海水，地球表面，自由空間等

10、,有線通信信道,1. 雙絞線 適用于短距離（小于100m）、1Mb/s數(shù)據(jù)率的通信環(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。 3. 光纖電纜 特點(diǎn)：衰減?。ㄐ∮?db/km）、工作頻率高、信息容量大,無(wú)線通信信道,無(wú)線通信的傳輸媒質(zhì)是自由空間。電磁波從發(fā)射天線輻射出去之后，經(jīng)過(guò)自由空間到達(dá)接收天線的傳播途徑可分為兩大類：地波和天波。,地波（分為地面波和空間波）,1. 地面波 就是沿地面?zhèn)鞑サ臒o(wú)線電波。適用于長(zhǎng)波和超長(zhǎng)波。,1.5MHz以下的電磁波主要沿地表傳播 , 稱為地面波,地波（分為地面波和空間波）,2. 空間波 是在發(fā)射天線與接收天

11、線間直線傳播的無(wú)線電波, 發(fā)射天線和接收天線較高，接收點(diǎn)的電磁波由直接波和地面反射波合成。適用于超短波。,30MHz以上的電磁波主要沿空間直線傳播，稱為空間波,天波,經(jīng)過(guò)地面100km至500km的電離層反射傳送到接收點(diǎn)的電磁波。適用于短波。 電離層反射的特點(diǎn)： 頻率越高，吸收能量越小，但頻率過(guò)高電波會(huì)穿透電離層。故頻率只限于中短波段300Khz30Mhz 。,1.530MHz的電磁波，主要靠天空中電離層的折射和反射傳播，稱為天波,電離層,第1章 緒 論,1.4 高頻電子線路的主要內(nèi)容,高頻電子線路課程的絕大部分電路都屬于非線性電路，一般都用非線性電路的分析方法來(lái)分析。,高頻電子線路的主要內(nèi)容,信號(hào)的產(chǎn)生 高頻振蕩電路（正弦波振蕩器） 信號(hào)的放大 高頻小信號(hào)放大電路 高頻功率放大電路 信號(hào)的變換 幅度調(diào)制與解調(diào)電路 角度調(diào)制與解調(diào)電路 倍頻電路 混頻電路,高頻電子線路的主要內(nèi)容,高頻小信號(hào)放大電路 高頻功率放大電路 高頻振蕩電路（正弦波振蕩器） 幅度調(diào)制與解調(diào)電路 角度調(diào)制與解調(diào)電路 倍頻電路 混頻電路,本課程的特點(diǎn),1、電子信息與通信專業(yè)學(xué)