通信电子线路课件：电子线路(高频部分)

电子线路电子线路(高频部分高频部分)教师:熊爱民基础部分一、绪论 1 非线性电子线路的作用 各种电子器件都是非线性器件，因此，所有包含电子器件的电子线路都是非线性电路。电路的线性与非线性都有作用 线性：小信号放大，要求不失真 非线性：功率放大、振荡、频率变换2 相关概念 通信系统：一切将信息从发送者传送到接收者的过程都可看作为通信(Communication)，实现这种信息传送过程的系统称为通信系统。整个系统由发射装置、接收装置和传输媒质所组成 发射装置包括换能器、发射机(Transmitter)和发射天线(Antenna)三部分。根据传播媒质分有线无线两大类通信系统的组成通信系统的组成 通信系统的模型 信息源发送设备信道接收设备受信者噪声源发送端接收端图1-43 通信的分类通常，有线通信亦可进一步再分类，如明线通信、电缆通信、光缆通信等。无线通信常见的形式有微波通信、短波通信、移动通信、卫星通信、散射通信等，其形式较多。另外：通常信道中传送的信号可分为数字信号和模拟信号，由此通信亦可分为数字通信和模拟通信。按工作频段分按工作频段分 表 1-1 通信使用的频段及主要用途 续表续表 无线电波传播方式 1 沿地面传播 波长在200m以上，即频率在1 500kHz以下的中、长波段的电磁波主要沿着地球表面传播。因为大地表面是导体，当电磁波在其上传播时，一部分电磁波能量被损耗掉，并且频率越高，趋肤效应越严重，损耗就越大，所以频率更高的电磁波不适宜沿地面传播。2 电离层传播 波长为10m一200m，即频率为1 500kHz一30MHz的短波段，电磁波主要靠电离层传播，电离层(Ionosphere Layer)处在大气上层，它的形成是由于太阳和星际空间的辐射引起大气电离的结果。电磁波到达电离层后，一部分能量被吸收，一部分能量被反射与折射到地面。频率越高，电磁波被电离层吸收的能量就越小。但当频率超过一定值后，电磁波就会穿过电离层，不再返回地面。因此，频率更高的电磁波不能依靠电离层传播。3直线传播 波长在10m以下，即频率在30MHz以上的超短波段，电磁波主要沿空间直线传播。由于地球表面是弯曲的，这种传播的距离只能限制在视线范围内。可见，在这三种传播方式中，靠电离层反射或折射传播方式的传播距离最长，直线传播方式的传播距离最短，沿地球表面传播方式的传播距离介于两者之间。调制的概念所谓调制是指：由携有信息的电信号去控制高频振荡信号的某一参数，使该参数按照电信号的规律而变化的一种处理方式。通常将携有信息的电信号称为调制信号，未调制的高频振荡信号称为载波信号，经过调制后的高频振荡信号称为已调波信号。A调幅：受控的参数是高频振荡的振幅，则这种调制称为振幅调制，简称为调幅，相应的已调波信号称为调幅波信号；B调频与C调相：如果受控的参数是高频振荡的频率或相位，则这种调制称为频率调制或相位调制，简称为调频或调相，并统称为调角，相应的已调波信号分别称为调频波信号或调相波信号，并统称为调角波信号。解调就是调制的逆过程，它的作用是将已调波信号变换为携有信息的电信号。调制的作用 调制在无线通信系统中的作用至关重要。首先，只有馈送到天线上的信号波长与天线的尺寸可以相比拟时，天线才能有效地辐射和接收电磁波。如果将频谱分布在低频区的调制信号(例如语言信号，频谱分布在300Hz3 000Hz)，直接馈送到天线上，则要将它有效地变换为电磁波向传输媒质辐射，天线的长度就要几百km。显然，这是无法实现的。现在通过调制，将调制信号频谱转移到频率较高的载波信号频率附近，构成已调波信号。再将这种频率足够高的已调波信号加到天线上去，发射天线的尺寸就可显著缩小。其次，接收机必须具有任意选择某电台发送的信息而抑制其它电台发送的信息和各种干扰的能力，而调制可使各电台发送的信息(变换为电信号)载到不同频率的载波信号上，这样，接收机就能根据载波信号频率选择出所需电台发送的信息，而抑制其它电台发送的信息和各种干扰。二、非线性器件的基本特点就电路功能而言，上述各种非线性电子线路可以归纳为以下三类：第一类是实现功率放大功能的电路。这类电路可以在输入信号作用下将直流电源所提供的功率部分地变换为按输入信号规律变化的输出信号功率，并使输出信号功率大于输入信号功率。例如功率放大器以及电子线路(线性部分)中讨论过的各种小信号放大器均属此类。必须指出，功率放大器与小信号放大器都具有实现功率放大的功能，但是，两者在要求上却有明显区别。对小信号放大器的要求，主要体现在增益、频率响应和稳定性等方面；而对功率放大器的要求，除了增益、频率响应、稳定性以外，最主要的是在保证功率管安全工作的条件下，高效率地输出尽可能大且失真在允许范围内的功率。第二类是实现振荡功能的电路。这类电路能在不加输入信号时稳定地产生特定频率或特定频率范围的正弦波振荡信号。第三类是实现波形变换和频率变换功能的电路。这类电路能在输入信号作用下产生与输入信号波形和频谱不同的输出信号。属于这类功能电路的有：调制电路、解调电路、混频电路和倍频电路等。1、非线性器件特性的参数 非线性器件有多种含义不同的参数，而且这些参数都是随激励量的大小而变化的。分析非线性电子线路的性能时，必须根据实际工作情况选用不同的参数。而对于线性器件来说，却只有一种参数(例如，电阻器的参数是电阻R)，并其值是恒定的。2、非线性器件特性的控制变量 分析非线性器件的响应特性时，必须注明它的控制变量。控制变量不同，描非线性器件特性的函数也不同。3、不满足叠加原理 在分析非线性器件对输入信号的响应时，不能采用线性器件中行之有效的原理。三、选频网络三、选频网络 1.概念从非线性器件直接产生的或由外部引入的（干扰等）众多频率分量中取出有用分量，滤除其它的无用分量同时在有些非线性电路中（特别是功率电路）兼作阻抗匹配网络其它相关概念通频带理想幅频特性幅频特性：选择性（增益）相频特性：时延特性群延时线性网络（不失真）(f)f0 f线性网络相频特性常用选频网络（）串联谐振回路I(j)=vs(j)/R+j(L-1/C)其中 R=r+Rs+RL 当=0=1/LC回路电流最大,V与I同相 I0=V/R有载品质因素:Qe=0L/R=1/0CR=L/C/RI(j)=I0/(1+j)=Qe(/0-0/)则:幅频I()=I0/(1+2)相频I()=-arctan串联谐振电路幅频与相频图串联谐振电路讨论 1.幅频特性围绕0两侧非严格对称 2.谐振时,在L 与C 上产生的电压均为Vs的Qe倍,相位超前或滞后900 3.通频带BW0.7=f0/Qe 4.Qe越大,回路对干扰的抑制能力越强 Qe=0L/(r+Rs+R)=Q0/(1+Rs/r+R/r)Q0=0L/r为固有品质因素 Rs 与R对电路的影响 Rs 与R 减小，Qe提高(2)并联谐振电路 导纳Y(j)=1/Re+j(C-1/L)其中e=Rp/Rs/RLV(j)=Is(j)Re/1+jRe(C-1/L)当=0=1/LC回路电压最大,V与I同相 0=Is(j0)Re有载品质因素:Qe=e/0L=0CRe=C/L Re(j)=0/(1+j)=Qe(/0-0/)则:幅频()=0/(1+2)相频()=-arctanQe=Q0/(1+Rp/Rs+Rp/RL)Q0=Rp/0L为固有品质因素并联谐振电路讨论 1.幅频特性围绕0两侧非严格对称 2.谐振时,在L 与C 上产生的电流均为s的Qe倍,相位滞后或超前900 3.通频带BW0.7=f0/Qe 4.Qe越大,回路对干扰的抑制能力越强Qe=Q0/(1+Rp/Rs+Rp/RL)Q0=Rp/0L为固有品质因素Rs 与R对电路的影响 Rs 与R 增大，Qe提高实际并联谐振回路 Y(j)=1/Rs+1/RL+jC+1/(r+jL)谐振频率=P=01-(1/Q0)2 其中0=1/LC为回路自然谐振频率Q0 0/r为的固有品质因素即P0当Q0足够大时(Q010),P=0一般实际情况都满足这种情况此时，也等效为三个电阻与并联谐振则Q02r 0/r 这是重要的阻抗变换关系不变，变（）阻抗变换网络 A.采用理想变压器的阻抗变换网络 理想变压 n=W1/W2(耦合系数为1，无漏感)V2=V1/n I2=-nI1 次级外接电阻R (或阻抗Z)时,呈现在初级的电阻值为Ri=n2R(或n2Z)反之,初级接电阻Ri 转换到次级电阻为Ri/n2 考虑初次级损耗电阻RT1、RT2,则呈现在初级上的电阻为Ri=RT1+n2(RT2+R),此时变压器效率为n2R/RT1+n2(RT2+R)电感分压电路由功率相等原则得到Ri=(V1/V2)2R当RL2时,输入电压V1Ij(L1+L2+2M)输出电压V2Ij(L2+M)此时Ri (L1+L2+2M)/(L2+M)2R L1=W12L0 ;L2=W22L0 ;M=W1 W2L0L0为每匝线圈的电感量得到:Ri (W1+W2)/W22R Ri n2R反之(可逆性)电容分压电路由功率相等原则得到Ri=(V1/V2)2R当R1/(C2)时,V2V1C1/(C1+C2)此时Ri (C1+C2)/C12R=n2R 反之(可逆性)例题分析 输入信号源通过电容分压器接入 负载通过电感分压接入如图b 注意=1+2+2n1=(1+2)/1 n2=(W1+W2)/W2 回路的有载品质因素为：e=Q0/(1+RP/n12Rs+RP/n22RL)其中RP=Q02r Q0=L/r谐振时,输出电压为VO=IS(j)RP/n12Rs/n22RL/(n1n2)n1 n2增大,e增大,VO减小（）集中选频滤波器 1晶体滤波器2压电陶瓷滤波器工作频率从几百kHz到几十MHz 通频带不够宽 3声表面波滤波器 工作频率高(几MHz到GHz)通频带宽(BW0.7/f0可达到50%)体积小,重量轻都具有接近理想矩形的幅频特性,注意抑制集中滤波器的寄生边峰