高频电子线路-曾兴雯1

TanYuehengHengyangnormaluniversityDepartmentofP.&E.I.S高频电子线路第一章第一章 绪绪 论论1.1 1.1 无线通信系统概述无线通信系统概述 1.2 1.2 无线电信号与调制无线电信号与调制 1.3 1.3 本课程的特点本课程的特点 TanYuehengHengyangnormaluniversityDepartmentofP.&E.I.S高频电子线路1.1 1.1 无线通信系统概述无线通信系统概述第一章第一章 绪绪 论论TanYuehengHengyangnormaluniversityDepartmentofP.&E.I.S高频电子线路通信系统的组成通信系统的组成TanYuehengHengyangnormaluniversityDepartmentofP.&E.I.S高频电子线路图图11 无线通信系统的基本组成无线通信系统的基本组成无线通信系统的组成无线通信系统的组成信源信宿TanYuehengHengyangnormaluniversityDepartmentofP.&E.I.S高频电子线路无线通信系统的组成无线通信系统的组成 无线通信系统的基本组成无线通信系统的基本组成:（1）高频振荡器：用于产生载波或本地振荡信号）高频振荡器：用于产生载波或本地振荡信号 （2）放大器：包括小信号放大和功率放大）放大器：包括小信号放大和功率放大 （3）混频或变频：）混频或变频：（4）调制与解调：）调制与解调：（5）反馈控制电路：包括）反馈控制电路：包括AGC、AFC和和APC（PLL）高频电路是通信系统高频电路是通信系统,特别是无线通信系统的基础特别是无线通信系统的基础,以以上电路也是上电路也是高频电子线路高频电子线路课程的基本教学内容课程的基本教学内容。TanYuehengHengyangnormaluniversityDepartmentofP.&E.I.S高频电子线路按照无线通信系统中关键部分的不同按照无线通信系统中关键部分的不同特性特性,有以下有以下一些类型一些类型:（1）按按照照工工作作频频段段或或传传输输手手段段分分类类,有有中中波波通通信信、短波通信、超短波通信、微波通信和卫星通信等。短波通信、超短波通信、微波通信和卫星通信等。射射频频（RF）实实际际上上是是“高高频频”的的广广义义语语,它它是是指指适合无线电发射和传播的频率。适合无线电发射和传播的频率。无线通信系统的类型无线通信系统的类型TanYuehengHengyangnormaluniversityDepartmentofP.&E.I.S高频电子线路按照无线通信系统中关键部分的不同按照无线通信系统中关键部分的不同特性特性,有以下有以下一些类型一些类型:（2）按按照照通通信信方方式式来来分分类类,主主要要有有（全全）双双工工、半双工和单工方式。半双工和单工方式。（3）按按照照调调制制方方式式的的不不同同来来划划分分,有有调调幅幅、调调频频、调相以及混合调制等。调相以及混合调制等。（4）按照传送的消息类型分类按照传送的消息类型分类,有模拟通信和数有模拟通信和数字通信字通信,也可以分为话音通信、也可以分为话音通信、图像通信、图像通信、数据通信数据通信和多媒体通信等。和多媒体通信等。无线通信系统的类型无线通信系统的类型TanYuehengHengyangnormaluniversityDepartmentofP.&E.I.S高频电子线路各各种种不不同同类类型型的的通通信信系系统统,其其系系统统组组成成和和设设备备的的复复杂杂程程度度都都有有很很大大不不同同。但但是是组组成成设设备备的的基基本本电电路路及及其其原原理理都都是是相相同同的的,遵遵从从同同样样的的规规律。律。本本课课程程将将以以模模拟拟通通信信为为重重点点来来研研究究这这些些基基本本电电路路,认认识识其其规规律律。这这些些电电路路和和规规律律完完全全可可以推广应用到其它类型的通信系统。以推广应用到其它类型的通信系统。无线通信系统的类型无线通信系统的类型TanYuehengHengyangnormaluniversityDepartmentofP.&E.I.S高频电子线路1.2 1.2 无线电信号与调制无线电信号与调制第一章第一章 绪绪 论论TanYuehengHengyangnormaluniversityDepartmentofP.&E.I.S高频电子线路 一一个个无无线线电电信信号号,可可以以将将它它表表示示为为电电压压或或电电流流的的时时间间函函数数,通通常常用用时时域域波波形形或或数数学学表表达达式式来来描述。描述。无无线线电电信信号号的的时时间间特特性性就就是是信信号号随随时时间间变变化快慢的特性。化快慢的特性。无线电信号的时间特性无线电信号的时间特性tVTanYuehengHengyangnormaluniversityDepartmentofP.&E.I.S高频电子线路 对对于于较较复复杂杂的的信信号号（如如话话音音信信号号、图图像像信信号号等）等）,用频谱分析法表示较为方便。用频谱分析法表示较为方便。图图 1 2 信号分解信号分解无线电信号的频谱特性无线电信号的频谱特性TanYuehengHengyangnormaluniversityDepartmentofP.&E.I.S高频电子线路图图 1 3 频谱图频谱图 对对于于较较复复杂杂的的信信号号（如如话话音音信信号号、图图像像信信号号等）等）,用频谱分析法表示较为方便。用频谱分析法表示较为方便。无线电信号的频谱特性无线电信号的频谱特性TanYuehengHengyangnormaluniversityDepartmentofP.&E.I.S高频电子线路 这这里里所所讲讲的的频频率率特特性性就就是是无无线线电电信信号号的的频频率率或或波波长长。电磁波辐射的波谱很宽电磁波辐射的波谱很宽,如下图所示。如下图所示。无线电信号的频率特性无线电信号的频率特性可以认为无线电波是一种频率相对较低的电磁波可以认为无线电波是一种频率相对较低的电磁波TanYuehengHengyangnormaluniversityDepartmentofP.&E.I.S高频电子线路无线电波的频段划分无线电波的频段划分 无线电频率是人类宝贵的电磁资源，必须科学地分配、管无线电频率是人类宝贵的电磁资源，必须科学地分配、管理和使用。理和使用。TanYuehengHengyangnormaluniversityDepartmentofP.&E.I.S高频电子线路 1897年，意大利无线电工程师、企业家马年，意大利无线电工程师、企业家马可尼，实用无线电报通信的创始人。可尼，实用无线电报通信的创始人。19世纪世纪60年代，英国物理学家麦克斯韦建年代，英国物理学家麦克斯韦建立了完整的电磁场理论；立了完整的电磁场理论；1887年，德国物理学家赫兹第一次用实验年，德国物理学家赫兹第一次用实验证实了电磁波的存在；证实了电磁波的存在；无线电波的发现和应用无线电波的发现和应用TanYuehengHengyangnormaluniversityDepartmentofP.&E.I.S高频电子线路 莫尔斯电码：一套由莫尔斯电码：一套由“点点”和和“划划”构成的系统，通过构成的系统，通过“点点”和和“划划”间隔间隔的不同排列顺序来表达不同的英文字母、的不同排列顺序来表达不同的英文字母、数字和标点符号。数字和标点符号。中文电报码：中文电报码：啊啊0759 阿阿7093 埃埃1002 挨挨2179 哎哎0740 矮矮4253 艾艾5337 碍碍4293 爱爱1947 隘隘7137 鞍鞍7254 氨氨8637 安安1344 按按2174 暗暗2542 电报、电话和移动通信电报、电话和移动通信TanYuehengHengyangnormaluniversityDepartmentofP.&E.I.S高频电子线路电报、电话和移动通信电报、电话和移动通信TanYuehengHengyangnormaluniversityDepartmentofP.&E.I.S高频电子线路电报、电话和移动通信电报、电话和移动通信TanYuehengHengyangnormaluniversityDepartmentofP.&E.I.S高频电子线路 双频双频GSM使用使用GSM900和和DCS1800两个频段，其中两个频段，其中GSM900包括两个包括两个25MHz的子频带，即的子频带，即890915MHz以以及及935960MHz，DCS1800包括两个包括两个75MHz的子频带，的子频带，即即17101785MHz以及以及18051880MHz。GSM标准规定标准规定:无线电波的频段划分无线电波的频段划分CDMA频率频率:825880MHz。TanYuehengHengyangnormaluniversityDepartmentofP.&E.I.S高频电子线路无线电信号的传播特性无线电信号的传播特性 传播特性是指无线电信号的传播特性是指无线电信号的传播方式、传播距离、传传播方式、传播距离、传播特点等播特点等。电电磁磁波波从从发发射射天天线线辐辐射射出出去去后后,接接收收机机只只能能收收到到其其中中极极小小的的一一部部分分,在在传传播播过过程程中中,电电波波的的能能量量会会被被地地面面、建建筑筑物物或或高高空空的的电电离离层层吸吸收收或或反反射射,或或者者在在大大气气层层中中产产生生折折射射或或散散射射等等现现象象,造造成成到到达达接接收收机机时时的的强强度度大大大大衰衰减。减。决定传播方式和传播特点的关键因素决定传播方式和传播特点的关键因素是无线电信号的频率是无线电信号的频率。TanYuehengHengyangnormaluniversityDepartmentofP.&E.I.S高频电子线路图图1 5 无线电波的主要传播方式无线电波的主要传播方式（a）直射传播直射传播;（b）地波传播地波传播;（c）天波传播天波传播;（d）散射传播散射传播无线电信号的传播特性无线电信号的传播特性(距地面60600km)(距地面1012km)(散射传播距离100500km)(适合频率4006000MHz)(一次反射距离约为4000km)(适合于中短波)(适合于中长波)(适合于超短波、微波)TanYuehengHengyangnormaluniversityDepartmentofP.&E.I.S高频电子线路无无线线电电传传播播一一般般都都要要采采用用高高频频（射射频频）的的原因是高频适于天线辐射和无线传播。原因是高频适于天线辐射和无线传播。只只有有当当天天线线的的尺尺寸寸可可以以与与信信号号波波长长相相比比拟拟时时,天天线线的的辐辐射射效效率率才才会会较较高高,从从而而以以较较小小的的信信号号功功率率传传播播较较远远的的距距离离,接接收收天天线线也也才才能能有有效效地地接收信接收信号。号。无线电信号的传播特性无线电信号的传播特性TanYuehengHengyangnormaluniversityDepartmentofP.&E.I.S高频电子线路所所谓谓调调制制,就就是是用用调调制制信信号号去去控控制制高高频频载载波波的的参参数数,使使载载波波信信号号的的某某一一个个或或几几个个参参数数（振振幅幅、频率或相位）按照调制信号的规律变化。频率或相位）按照调制信号的规律变化。根根据据载载波波受受调调制制参参数数的的不不同同,调调制制分分为为三三种种基基本本方方式式,它它们们是是振振幅幅调调制制（调调幅幅）、频频率率调调制制（调调频频）、相相位位调调制制（调调相相）,分分别别用用AM、FM、PM表示，表示，还可以有组合调制方式。还可以有组合调制方式。无线电信号的调制无线电信号的调制TanYuehengHengyangnormaluniversityDepartmentofP.&E.I.S高频电子线路1.3 1.3 本课程的特点本课程的特点第一章第一章 绪绪 论论TanYuehengHengyangnormaluniversityDepartmentofP.&E.I.S高频电子线路高频电子线路的特点高频电子线路的特点 (1)高频电子线路是由线性元件（电阻、电容、电感等）高频电子线路是由线性元件（电阻、电容、电感等）和非线性器件（二极管、三极管、场效应管等）和非线性器件（二极管、三极管、场效应管等）组成组成；(2)非线性电路的分析是本课程的非线性电路的分析是本课程的核心和难点核心和难点；(3)本课程的本课程的主要内容主要内容有高频振荡器、高频放大器（小信有高频振荡器、高频放大器（小信号放大、功率放大）、高频信号的变换和处理（变频、调号放大、功率放大）、高频信号的变换和处理（变频、调制、解调）等。制、解调）等。TanYuehengHengyangnormaluniversityDepartmentofP.&E.I.S高频电子线路 1 画出无线通信收发信机的原理框图画出无线通信收发信机的原理框图,并说出各部分并说出各部分的功用。的功用。2 无线通信为什么要用高频信号无线通信为什么要用高频信号？“高频高频”信信号指的号指的是什么？是什么？3 无线通信为什么要进行调制？如何进行调制？无线通信为什么要进行调制？如何进行调制？4 无线电信号的频段或波段是如何划分的？各个频段无线电信号的频段或波段是如何划分的？各个频段的传播特性和应用情况如何？的传播特性和应用情况如何？思考题与习题思考题与习题TanYuehengHengyangnormaluniversityDepartmentofP.&E.I.S高频电子线路11 画出无线通信收发信机的原理框图，并说出各部分功用。画出无线通信收发信机的原理框图，并说出各部分功用。上图是一个语音无线电广播通信系统的基本框图，它由发射上图是一个语音无线电广播通信系统的基本框图，它由发射部分、接收部分以及无线信道三大部分组成。部分、接收部分以及无线信道三大部分组成。思考题与习题思考题与习题TanYuehengHengyangnormaluniversityDepartmentofP.&E.I.S高频电子线路 发射部分由话筒、音频放大器、调制器、变频器、功率放大发射部分由话筒、音频放大器、调制器、变频器、功率放大器和发射天线组成。器和发射天线组成。音频信号经低频放大后，首先进行调制变音频信号经低频放大后，首先进行调制变成一个高频已调波，然后通过变频达到所需的发射频率，经高成一个高频已调波，然后通过变频达到所需的发射频率，经高频功率放大后，由天线发射出去。频功率放大后，由天线发射出去。11 画出无线通信收发信机的原理框图，并说出各部分功用。画出无线通信收发信机的原理框图，并说出各部分功用。思考题与习题思考题与习题TanYuehengHengyangnormaluniversityDepartmentofP.&E.I.S高频电子线路 接收设备由接收天线、高频小信号放大器、混频器、中频放接收设备由接收天线、高频小信号放大器、混频器、中频放大器、解调器、音频放大器、扬声器等组成。由天线接收的高大器、解调器、音频放大器、扬声器等组成。由天线接收的高频信号，经放大、混频后，变成一中频已调波，然后检波，恢频信号，经放大、混频后，变成一中频已调波，然后检波，恢复出原来的音频信息，经低频功放后驱动扬声器。复出原来的音频信息，经低频功放后驱动扬声器。11 画出无线通信收发信机的原理框图，并说出各部分功用。画出无线通信收发信机的原理框图，并说出各部分功用。思考题与习题思考题与习题TanYuehengHengyangnormaluniversityDepartmentofP.&E.I.S高频电子线路12 无线通信为什么要用高频信号？无线通信为什么要用高频信号？“高频高频”信号指的是信号指的是什么？什么？高频信号指的是适合天线发射、传播和接收的射频信号。高频信号指的是适合天线发射、传播和接收的射频信号。采用高频信号的原因主要是：采用高频信号的原因主要是：（1）频率越高，可利用的频带就越宽，信道容量就越大频率越高，可利用的频带就越宽，信道容量就越大，而且可以减小或避免频道间的干扰；而且可以减小或避免频道间的干扰；（2）高频信号更适合天线辐射和接收，因为只有天线尺寸高频信号更适合天线辐射和接收，因为只有天线尺寸大小可以与信号波长相比拟时，才有较高的辐射效率和接收大小可以与信号波长相比拟时，才有较高的辐射效率和接收效率效率，这样，可以采用较小的信号功率，传播较远的距离，这样，可以采用较小的信号功率，传播较远的距离，也可获得较高的接收灵敏度。也可获得较高的接收灵敏度。思考题与习题思考题与习题TanYuehengHengyangnormaluniversityDepartmentofP.&E.I.S高频电子线路 因为基带调制信号通常是频率比较低的信号，为了达到较因为基带调制信号通常是频率比较低的信号，为了达到较高的发射效率和接收效率，减小天线尺寸，可以通过调制，高的发射效率和接收效率，减小天线尺寸，可以通过调制，把低频调制信号的频谱搬移到高频载波附近；另外，由于调把低频调制信号的频谱搬移到高频载波附近；另外，由于调制后的信号是高频信号，因而提高了信道利用率。制后的信号是高频信号，因而提高了信道利用率。调制的过程是用低频调制信号去控制高频载波的某个参数调制的过程是用低频调制信号去控制高频载波的某个参数（幅度、频率或相位），因而有调幅（幅度、频率或相位），因而有调幅（AMAM）、调频（）、调频（FMFM）和）和调相（调相（PMPM）等方式。）等方式。1 13 3 无线通信为什么要进行调制？如何进行调制？无线通信为什么要进行调制？如何进行调制？思考题与习题思考题与习题TanYuehengHengyangnormaluniversityDepartmentofP.&E.I.S高频电子线路1 14 4 无线电信号的频段或波段是如何划分的？各个频段的传无线电信号的频段或波段是如何划分的？各个频段的传 播特性和应用情况如何？播特性和应用情况如何？思考题与习题思考题与习题