第一章課件 概述

1、1,通信電子技術(shù),主講教師：許麗艷,E—mail：xly_wll @ 163.com,QQ：457090052,2,非線性電子線路,,高頻電子線路,通信電子線路,3,課程簡介,《高頻電子線路》是電子信息工程、通信工程、廣播電視工程等專業(yè)學生的重要技術(shù)基礎課程。它的任務是使學生掌握功率放大、正弦振蕩、頻譜線性搬移及非線性搬移的各單元電路的基本構(gòu)成、基本特點、基本工作原理、基本分析方法以及基本工程估算方法。,本課程的前續(xù)課程有《大學物理》、

2、《電路分析》、 《信號與系統(tǒng)》、《模擬電子技術(shù)》。 后續(xù)課程有《通信原理》、《電視原理》、《移動通信》、《微波技術(shù)》等。,與相關(guān)課程的銜接,4,本課程討論的內(nèi)容,主要討論用于各種電子系統(tǒng)和設備中的高頻電子線路。主要結(jié)合無線通信來討論高頻電路的線路組成、工作原理和分析、設計方法。,5,課程內(nèi)容安排,1、緒論2、高頻電路基礎3、高頻諧振放大器4、正弦波振蕩器5、頻譜的線性搬移電路6、振幅調(diào)制、解調(diào)與混頻7、角度調(diào)制與解

3、調(diào)8、 反饋控制電路,貫穿本書的基礎知識,,高頻小信號放大器,高頻功率放大器,第六章基礎知識,頻譜非線性搬移,,6,主要參考書,1、高頻電子線路 曾興雯 高等教育出版社 2、高頻電子線路 張肅文 高等教育出版社3、電子線路（非線性部分）謝嘉奎 高教出版社4、高頻電子電路 王衛(wèi)東 電子工業(yè)出版社,5、高頻電子線路 廖惜春 電子工業(yè)出版社,7,第1章 緒論,1.1 無線通信系統(tǒng)概述1.2 無線電信

4、號與調(diào)制1.3 本課程的特點,8,1．無線通信系統(tǒng),圖　無通信系統(tǒng)的組成,組成：發(fā)射裝置 + 接收裝置 + 傳輸媒質(zhì),(1) 發(fā)射裝置,① 換能器：,將被發(fā)送的信息變換為電信號。例：話筒將聲音變?yōu)殡娦盘枴?將換能器輸出的電信號變?yōu)閺姸茸銐虻母哳l電振蕩。,② 發(fā)射機：,③ 天線：,將高頻電振蕩變成電磁波向傳輸媒質(zhì)輻射。,9,(2) 接收裝置,接收是發(fā)射的逆過程。,① 接收天線：,高頻電振蕩,電信號。,② 接收機：,將從空間接收的電磁波

5、 ? 高頻電振蕩。,③ 換能器：將電信號,所傳送信息。,(3) 傳輸媒質(zhì) —— 自由空間,電磁波傳送方式，依據(jù)波長不同，可分為：長波、中波、短波、超短波。,無線通信系統(tǒng)的組成,10,2．無線通信存在的問題,(1)接收信號微弱,電磁波,接收天線,(2)存在干擾,例如其他電臺的發(fā)射信號，各種工業(yè)、醫(yī)學裝置輻射電磁波，大氣層、宇宙固有的電磁干擾等。,對接收裝置的要求：增益高，選擇性好。,3．解決方案,發(fā)射機和接收機借助線性和非線性電子線路對

6、攜有信息的電信號進行變換和處理。除放大外，最主要有調(diào)制、解調(diào)。,11,高頻載波信號可表示為： ?c=Vccos(?ct+?c),—— 放大、調(diào)制、解調(diào),3．解決方案,（1）調(diào)制的基本原理,12,調(diào)制：由攜有信息的電信號去控制高頻振蕩信號的某一參數(shù)，使該參數(shù),按照電信號的規(guī)律而變化的一種處理方式。,調(diào)制信號,載波信號,振幅---調(diào)幅 頻率---調(diào)頻 相位

7、---調(diào)相,經(jīng)過調(diào)制后的高頻振蕩信號-----稱已調(diào)波信號。,解調(diào)：調(diào)制的逆過程，將已調(diào)波信號變換為攜有信息的電信號。,（2）調(diào)制、解調(diào)的定義,13,(3)調(diào)制的作用,① 減小天線的尺寸。,② 選臺。,音頻范圍：20Hz ~ 20kHz，若發(fā)射 100 Hz，波長 ? = c /f = 3 000 km，天線至少幾百千米。需減少波長，提高發(fā)射頻率。,將不同電臺發(fā)送的信息分配到不同頻率的載波信號上，使接收機可選擇特定電臺的信息而抑制其他

8、電臺發(fā)送的信息和各種干擾。,只有饋送到天線上的信號波長與天線尺寸可以比擬時，天線才能有效地輻射和接收電磁波。,14,4．調(diào)幅廣播發(fā)射機組成,(1) 低頻部分：信息變換與放大,(2) 高頻部分：高頻信號產(chǎn)生、放大、調(diào)制,,,15,4．調(diào)幅廣播發(fā)射機組成,,振蕩器：產(chǎn)生 fosc 的高頻振蕩信號，幾十千赫以上。,高頻放大器： 多級小信號諧振放大器，放大振蕩信號，使頻率倍增至 fc，并提供足夠大的載波功率。,,,,,調(diào)制信號放大器：多級放大

9、器，前幾級為小信號放大器，放大微音器的電信號；后幾級為功放，提供功率足夠的調(diào)制信號。,振幅調(diào)制器：實現(xiàn)調(diào)幅功能，將輸入的載波信號和調(diào)制信號變換為所需的調(diào)幅波信號，并加到天線上。,16,各部分作用：,(1)振蕩器,產(chǎn)生 fosc 的高頻振蕩信號，幾十千赫以上。,(2)高頻放大器,多級小信號諧振放大器，放大振蕩信號，使頻率倍增至 fc，并提供足夠大的載波功率。,(3)調(diào)制信號放大器,多級放大器，前幾級為小信號放大器，放大微音器的電信號；后幾

10、級為功放，提供功率足夠的調(diào)制信號。,(4)振幅調(diào)制器,實現(xiàn)調(diào)幅功能，將輸入的載波信號和調(diào)制信號變換為所需的調(diào)幅波信號，并加到天線上。,調(diào)幅廣播發(fā)射機的組成,17,5．調(diào)幅廣播接收機 組成,(1) 低頻部分：信息變換與放大,(2) 高頻部分：高頻信號產(chǎn)生、放大、調(diào)制,,,18,(1) 高頻放大器,是小信號諧振放大器，作用：,① 選臺。利用可調(diào)諧的諧振系統(tǒng)選出有用信號，抑制其他頻率的干擾信號。,② 放大。放大選出的有用信號。,,19,(2

11、) 混頻器,兩路輸入為：,① 由高放級：已調(diào)信號 fc 。,② 由本機振蕩器：本振信號 fL。,作用：載波變頻，即將已調(diào)信號的載波由 fc (高頻)變換為 fI (中頻)， fI = |fc - fL |，而調(diào)制波形不變。,,,20,(3)本機振蕩器,產(chǎn)生頻率為 fL =|fc - fI |(或 fL = fc + fI )的高頻等幅振蕩信號。fL 可調(diào)，并能跟蹤 fc。,(4)中頻放大器,為多級固定調(diào)諧的小信號放大器，作用：放

12、大中頻信號。,,,21,(5)檢波器,解調(diào)，從中頻調(diào)幅波還原為所傳送的調(diào)制信號。,(6)低頻放大器,組成：小信號放大器 ＋ 功率放大器。 作用：放大調(diào)制信號，向揚聲器提供所需的推動功率。,,,22,特點：解調(diào)電路前包括混頻器、本機振蕩、中頻放大器等。,優(yōu)點： 增益高，選擇性好。,直接接收機：解調(diào)前僅包括高放，無混頻器、本機 振蕩

13、、中頻放大器等，增益低，選擇性差。,調(diào)幅廣播接收機的組成,超外差接收機的概念,,,,23,6、頻段劃分,例：多波段收音機,24,1.1 無線通信系統(tǒng)概述,一、無線通信系統(tǒng)的組成,,,,,,,發(fā)送設備,接收設備,,,超外差形式,25,,超外差接收機的主要特點,（1）由頻率固定的中頻放大器來完成對接收信號的選擇和放大。 當信號頻率改變時，只要相應地改變本地振蕩信號頻率即可。,（2）中頻比信號載頻低得多，因此在中頻上實現(xiàn)對有用信號的選擇要比在

14、載頻上選擇對濾波器Q值的要求低得多，容易實現(xiàn)穩(wěn)定的高增益放大。,26,一、無線通信系統(tǒng)的組成,（2）調(diào)制(Modulating)過程,在發(fā)送設備中，一般存在兩種變換：,（1）將信源產(chǎn)生的原始信息變換成電信號,該信號的頻譜通?？拷泐l附近，屬于低頻信號，稱為基帶信號(Baseband) ；,將基帶信號變換成適合在信道中傳輸?shù)男盘栃问?一般為射頻或高頻的帶通信號)。,（1）將接收到的已調(diào)信號變換為基帶信號的過程稱為解調(diào)(Demodulati

15、ng) 。,在接收設備中有相應的兩種反變換。,（2）將基帶信號通過輸出換能器轉(zhuǎn)換為原始信息形式。,27,（3）調(diào)制時還需要一個高頻振蕩信號，稱為載波(Carrier) 。載波通常為單一頻率的正弦信號或脈沖信號。,分析三種信號：,（2）調(diào)制后的信號稱為已調(diào)信號(Modulated Signal)；,（1）沒有進行調(diào)制之前的基帶信號稱為調(diào)制信號(Modulating Signal)；,調(diào)制信號、載波、已調(diào)波。,28,,(1) 高頻振蕩器(信

16、號源、載波信號或本地振蕩信號)；,信號的放大,信號的產(chǎn)生,(3) 混頻或變頻(高頻信號變換或處理)(4) 調(diào)制與解調(diào)(高頻信號變換或處理),(2) 放大器(高頻小信號放大器及高頻功率放大器)；,,頻率變換,高頻電路的基本內(nèi)容應該包括:,還需要什么電路？,反饋控制電路！,29,主要有自動增益控制(AGC) ，自動頻率控制(AFC)電路和自動相位控制(APC)電路(也稱鎖相環(huán)PLL)。,,無線通信系統(tǒng)中通常需要某些反饋控制電路！,還要考慮

17、高頻電路中所用的元件、器件和組件，以及信道或接收機中的干擾與噪聲問題。,30,(1) 按工作頻段或傳輸手段 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。,二、無線通信系統(tǒng)的類型,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。,工作頻率主要指發(fā)射與接收的射頻(RF)頻率。,31,二、無線通信系統(tǒng)的類型,圖的例子是半雙工方式，將天線開關(guān)換成雙工器就成了雙工方式。,主要有(全)雙工、半雙工和

18、單工方式。 單工通信，指的是只能發(fā)或只能收的方式； 半雙工，既可以發(fā)也可以收但不能同時收發(fā)的方式；雙工通信，可以同時收發(fā)的通信方式。,(2) 按通信方式,32,(3) 按調(diào)制方式 有調(diào)幅、調(diào)頻、調(diào)相以及混合調(diào)制等。,二、無線通信系統(tǒng)的類型,(4) 按傳送的消息的類型,(1) 按工作頻段或傳輸手段,(2) 按通信方式,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。,33,自然界中存在的電磁波的

19、波譜很寬，如圖：,1.2 無線電信號與調(diào)制,在電磁波譜中，波長最長的是無線電波。,一般將頻率低于3*1011Hz的電磁波統(tǒng)稱為無線電波。,34,無線電波的波段劃分,35,頻段劃分中的“高頻”段，其范圍為3～30 MHz，這是“高頻”的狹義解釋，它指的就是短波頻段。廣義的“高頻”指的是射頻，其頻率范圍非常寬。目前的技術(shù)水平，“高頻”的上限頻率可達微波頻段（如3GHz）。,1.2 無線電信號與調(diào)制,只要電路尺寸比工作波長小得多，仍可用集

20、中參數(shù)來分析實現(xiàn)，都可認為屬于“高頻”范圍。,高頻的解釋：,36,在高頻電路中，要處理的無線電信號主要有三種: 基帶信號、高頻載波信號和已調(diào)信號。這些無線電信號有多方面的特性，主要有時域特性、頻譜特性、調(diào)制特性、傳播特性等。,1.2 無線電信號與調(diào)制,37,無線電信號的特性,（1）時間特性----信號隨時間變化快慢的特性，通常用時域波形或數(shù)學表達式來表示。,（2）頻譜特性----任何信號都可以分解為許多不同頻率、不同幅度的正弦信號

21、之和。頻譜特性有幅頻特性和相頻特性兩部分。,（3）傳播特性----是無線電信號的傳播方式、傳播距離、傳播特點等。不同頻段的信號，其傳播特性不同。,（4）調(diào)制特性----不同的調(diào)制信號和不同的調(diào)制方式，其調(diào)制特性不同。,38,時間特性 一個無線電信號，可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。比較簡單的如正弦波、周期性方波等，此法表示很方便。無線電信號的時間特性就是信號隨時間變化快慢的特性。,1.2 無線電信

22、號與調(diào)制,39,1.2 無線電信號與調(diào)制,2. 頻譜特性　　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。,直流、基波及三次諧波之和,40,2. 頻譜特性,射頻頻率越高，可利用的頻帶寬度越寬。,帶寬就是信號能量主要部分(一般為90%以上)所占據(jù)的頻率范圍。不同的信號，其帶寬不同，如話音的頻率范圍大致為100 Hz～6 kHz，其主要能量集中在300 Hz～3400Hz。,任何信號都會占據(jù)一定的帶寬。,不僅可以

23、容納許多互不干擾的信道，從而實現(xiàn)頻分復用或頻分多址，而且也可以傳播某些寬頻帶的消息信號(如圖像信號)。,41,1.2 無線電信號與調(diào)制,3. 傳播特性,指無線電信號的傳播方式、傳播距離、傳播特點等。,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的關(guān)鍵因素是 無線電信號的頻率。,,42,電波的傳播方式,,直射傳

24、播,地波,天波,散射傳播,43,頻率在1.5MHZ以下地面波,特點：波長愈長，傳播損耗愈小。主要用于中、長波無線電通信和導航。例如，收音機接收的廣播電臺中波信號。,（1）地波傳播（繞射波）,1.2 無線電信號與調(diào)制,3、傳播特性,問題：地球表面是有電阻的導體，當電磁波在它上面行進時，有一部分電磁能量被消耗，且頻率越高，地面波損耗越大！,44,1.2 無線電信號與調(diào)制,3、傳播特性,（2）天波,主要靠天空中電離層的折射和反射傳播。,問

25、題：當頻率超過一定值后，電磁波會穿透電離層，不再返回地面！,,主要用于短波、中波的遠距離通信和廣播。例如，收音機接收的廣播電臺短波信號或軍用短波電臺。,頻率在1.5MHZ~30MHZ 反射波,45,電 離 層簡介,電離層：是由于太陽和星際空間的輻射引起大氣電離而產(chǎn)生的。在大氣層中離地面60～600 km的區(qū)域稱為電離層。,利用電離層進行的短波通信并不穩(wěn)定。但由于電離層離地面較高，因此，短波通信還是一種價格低廉的遠距離通

26、信方式。,,46,1.2 無線電信號與調(diào)制,3、傳播特性,頻率在30MHZ以上 空間波,特點：收、發(fā)信高架（高度比波長大的多）。主要用于超短波、微波波段的通信和電視廣播。例如，移動通信、衛(wèi)星通信采用視距傳播。,（3）視距傳播（直射波）（傳播距離在視線范圍內(nèi)）,47,1.2 無線電信號與調(diào)制,3、傳播特性,（4）散射傳播,散射現(xiàn)象。,散射發(fā)生于粗糙表面、小物體或不規(guī)則物體等許多地方。,,頻率在400~6000MHZ,48,

27、對 流 層,,散射是在電波通過的介質(zhì)中存在小于波長的物體并且單位體積內(nèi)阻擋體的個數(shù)非常大時產(chǎn)生的。,散射現(xiàn)象主要發(fā)生在對流層。在離地面大約10～12 km范圍內(nèi)的大氣層稱為對流層，該層的空氣密度較高，所有的大氣現(xiàn)象(如風、雨、雷、電等)都發(fā)生在這一層。,,因此，散射發(fā)生于粗糙表面、小物體或不規(guī)則物體等許多地方。,49,長波信號以地波繞射為主； 中波和短波信號可以地波和天波兩種方式傳播，但前者以地波傳播為主，后者以天波(反射與折射)為

28、主； 超短波以上頻段的信號大多以直射方式傳播，也可采用對流層散射的方式傳播。,電波傳播方式總結(jié),50,1.2 無線電信號與調(diào)制,4、調(diào)制特性,調(diào)制在無線通信中的作用至關(guān)重要。,（1）調(diào)制的定義,（2）調(diào)制的基本方式,三種信號：,,調(diào)制信號、 載波 、 已調(diào)波,本課程主要討論： 模擬消息(調(diào)制)信號和正弦載波的模擬調(diào)制。,51,,一、線性電子電路與非線性電子電路,電子器件嚴格講是非線性的，但依使用條件不同，表現(xiàn)的非

29、線性程度不同。為此，有如下兩種應用：,（1）線性電路 對信號進行處理時，盡量使用器件特性的線性部分。電路基本是線性的，但存在不希望有的失真。,（2）非線性電路 對信號進行處理時，使用了器件特性的非線性部分，利用器件的非線性完成振蕩、頻率變換等功能。,器件特性與使用條件密切相關(guān)，例如：,1.3 本課程的特點,52,,小信號條件下，輸入信號小，在一定條件下電路可用線性等效電路表示，例如各種小信號放大器，器件的特

30、性歸屬線性電子線路。,大信號條件下，輸入信號大，必涉及器件的非線性部分，例如功率放大器。必須用非線性電路的分析方法。,本書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。,器件特性與使用條件密切相關(guān)，例如：,一、線性電子電路與非線性電子電路,53,1.3 本課程的特點,在工程上根據(jù)實際情況對器件的數(shù)學模型和電路的工作條件進行合理的近似，以便用簡單的分析方法獲得具有實際意義的結(jié)果，而不必過

31、分追求其嚴格性。 精確的求解非常困難，也不必要。,非線性電路的分析方法：,54,二、本課程的學習方法,1.3 本課程的特點,在學習本課程時，要抓住各種電路之間的共性，洞悉各種功能之間的內(nèi)在聯(lián)系，而不要局限于掌握一個個具體的電路及其工作原理。,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。,掌握先進的高頻電路EDA技術(shù)，也是學習高頻電子線路的一個重要內(nèi)容。,55,本章主要內(nèi)容：,（1）介