高频电子线路绪论课件

高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学高频电子线路绪论高敬鹏高敬鹏 高频电子线路高频电子线路哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学1.本课程研究的对象和范畴2.通信系统的无线电发射和接收基本原理3.本课程的特点和学习方法 第一章第一章 绪绪 论论 主要内容主要内容高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学高频电子线路绪论一、一、 高频电子线路课程高频电子线路课程是电子信息和通信等专业的一门专业是电子信息和通信等专业的一门专业基础课。基础课。二、高频电子线路课程的研究对象二、高频电子线路课程的研究对象是通信系统中的发送设备是通信系统中的发送设备和接收设备的高频功能电路的功能、基本组成与原理。和接收设备的高频功能电路的功能、基本组成与原理。1 1、高频、高频：指本课程所讨论的工作频率范围是几百：指本课程所讨论的工作频率范围是几百KHzKHz几百几百MHzMHz的高频频段；电路用的高频频段；电路用LCRLCR分离元件和有源器件组成；分离元件和有源器件组成；有源器件的极间电容不能忽略，而且研制电路时必须考有源器件的极间电容不能忽略，而且研制电路时必须考虑电路分布电容对电路特性的影响。虑电路分布电容对电路特性的影响。 第一节第一节 高频电子线路课程的高频电子线路课程的研究对象研究对象高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学高频电子线路绪论2 2、功能、功能：指基本电路能够完成的信号传输和信号变换处理：指基本电路能够完成的信号传输和信号变换处理的具体工作任务。的具体工作任务。3 3、对于同一功能电路，可以用不同的器件和不同的电路形对于同一功能电路，可以用不同的器件和不同的电路形式构成，但功能电路的功能和输入、输出频谱的关系不式构成，但功能电路的功能和输入、输出频谱的关系不会因不同器件或不同的电路形式而改变。也就是说实现会因不同器件或不同的电路形式而改变。也就是说实现同一功能电路的功能的基本原理是不变的。同一功能电路的功能的基本原理是不变的。 4 4、大规模集成电路通常是由多个不同功能电路组成的。大规模集成电路通常是由多个不同功能电路组成的。 高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学高频电子线路绪论频带波长名称典型用途30300Hz104103km特低频水下通信；电报0.33kHz103102km音频数据终端；实线电话330kHz10210km甚低频远距离导航；声呐；电报；电话；频率标准低频(长波)中频(中波)高频(短波)甚高频(超短波)超高频(分米波)极高频(厘米波)特高频(毫米波)30300GHz101mm雷达着陆系统；射电天文；铁路设施；科学研究0.33GHz10210cm电视广播；雷达；遥控遥测；导 航 ； 卫 星 通 信 ； 无 线 电 测高；移动通信330GHz101cm卫星通信；空间通信；微波接力；机载雷达；气象雷达；陆地机动车330MHz10210m国际定点通信；军用通信；商用调幅广播；飞机和船通信；岸与船通信30300MHz101m电视广播；调频广播；车辆通信；航空通信；导航设备30300kHz101km导航系统；航标信号；电报通信0.33MHz103102m商 用 调 幅 广 播 ； 业 余 移 动 通信；海军无线电通信；测向；遇险和呼救无线电波的频段划分无线电波的频段划分高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学高频电子线路绪论三、通信系统三、通信系统 1 1、什么是通信系统？、什么是通信系统？ 实现信息的传输所需的设备总和称为通信系统。实现信息的传输所需的设备总和称为通信系统。 2 2、通信系统的组成方框图、通信系统的组成方框图 一个通信系统应由输入变换器、发送设备、传输信道、接收设备一个通信系统应由输入变换器、发送设备、传输信道、接收设备和输出变换器五个基本部分组成。下图是通信系统和输出变换器五个基本部分组成。下图是通信系统 的组成方框图。的组成方框图。输入变换器的功能是将需传送的信息变换为相应的电信号。输入变换器的功能是将需传送的信息变换为相应的电信号。传输信道是信号的传输通道。传输信道是信号的传输通道。输出变换器是将接收设备的电信号转变成原来传送的信号。输出变换器是将接收设备的电信号转变成原来传送的信号。例如：声音、文字、图象等。例如：声音、文字、图象等。高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学高频电子线路绪论3、通信系统的分类、通信系统的分类 按所用信道可分为：有线通信系统和无线通信系统按所用信道可分为：有线通信系统和无线通信系统 按通信方式可分为：双工、半双工和单工方式。按通信方式可分为：双工、半双工和单工方式。 按传输的基带信号可分为：模拟通信系统和数字通信系统。按传输的基带信号可分为：模拟通信系统和数字通信系统。高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学高频电子线路绪论第二节第二节 无线电发送设备的无线电发送设备的 组成与基本原理组成与基本原理 一、无线电发送设备的原理一、无线电发送设备的原理1、基本任务、基本任务：无线电发送是以自由空间为传输信道，把需：无线电发送是以自由空间为传输信道，把需要传送的信息要传送的信息(声音、文字或图象声音、文字或图象)变换成无线电波传送变换成无线电波传送到远方的接收点。到远方的接收点。2、信息传输的基本要求、信息传输的基本要求: 希望传送距离远希望传送距离远 是要能实现多路传输，且各路信号传输时，应互不干扰是要能实现多路传输，且各路信号传输时，应互不干扰高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学高频电子线路绪论4、基带信号直接发送存在两个缺点、基带信号直接发送存在两个缺点3、基带信号的特点、基带信号的特点u不同的原始信息占有不同的频带宽度。不同的原始信息占有不同的频带宽度。u基带信号占有的频带属于低频范围。基带信号占有的频带属于低频范围。基带信号是需传送的原始信息的电信号。不同的原始信息占有不基带信号是需传送的原始信息的电信号。不同的原始信息占有不同的频带宽度。例如声音信号通过微音器变换成电信号，一般来同的频带宽度。例如声音信号通过微音器变换成电信号，一般来说它占有频带是说它占有频带是20Hz-20KHz20Hz-20KHz。但对电话来说它强调可懂度，而不。但对电话来说它强调可懂度，而不要求音色。因此，国际规定电话信号的频带是要求音色。因此，国际规定电话信号的频带是300Hz-3.4KHz300Hz-3.4KHz。可。可见，基带信号占有的频带属于低频范围。见，基带信号占有的频带属于低频范围。 基带信号通过电磁波辐射方式直接发射有两个缺点，一是基带信基带信号通过电磁波辐射方式直接发射有两个缺点，一是基带信号占有一定的频带宽度，但都在低频范围，相互之间不易区分，号占有一定的频带宽度，但都在低频范围，相互之间不易区分，很难实现多路通信。二是基带信号频率低，要求有很长的天线，很难实现多路通信。二是基带信号频率低，要求有很长的天线，在工艺及使用上都是很困难的。目前通信采用载波调制方式进行在工艺及使用上都是很困难的。目前通信采用载波调制方式进行是很普遍的。是很普遍的。 高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学高频电子线路绪论 模拟调制模拟调制: :振幅调制振幅调制(AM) (AM) 频率频率调制调制(FM) (FM) 相位调制相位调制(PM)(PM)调制的定义调制的定义:载波调制是用需传送的信息（基带信载波调制是用需传送的信息（基带信号）去控制高频载波振荡信号的三参量之一，使其号）去控制高频载波振荡信号的三参量之一，使其随需传送的信息成线性关系变化。随需传送的信息成线性关系变化。 5 5、载波调制传送方式、载波调制传送方式数字调制数字调制:振幅键控振幅键控(ASK) (ASK) 频率键控频率键控(FSK) (FSK) 相位键控相位键控(PSK)(PSK)调制方式调制方式高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学高频电子线路绪论 二、无线电发送设备的组成二、无线电发送设备的组成( (以调幅广播为例以调幅广播为例) ) 1 1、组成方框图、组成方框图缓冲器缓冲器高频高频放大器放大器AM 调制器调制器高频功率高频功率放大器放大器主振器主振器低频功率低频功率放大器放大器前置前置放大器放大器声电声电变换器变换器高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学高频电子线路绪论n无线电发射机方框图无线电发射机方框图高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学高频电子线路绪论3 3、信息传输的过程信息传输的过程主振器产生的高频振荡信号经缓冲或倍频主振器产生的高频振荡信号经缓冲或倍频, ,并通过并通过高频电压放大后作为高频载波电压送给振幅调制器。高频电压放大后作为高频载波电压送给振幅调制器。声音信号由声电变换器转换为电信号声音信号由声电变换器转换为电信号(基带信号基带信号),经过放大后送给低频放大器。经过放大后送给低频放大器。调制器将送来的高频载波信号和基带信号进行调调制器将送来的高频载波信号和基带信号进行调制制, 产生调幅波产生调幅波,通过高频功率放大、经天线以电磁通过高频功率放大、经天线以电磁波形式辐射出去。波形式辐射出去。高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学高频电子线路绪论第三节第三节 无线电接收设备的无线电接收设备的组成与基本原理组成与基本原理 一、无线电接收设备的原理一、无线电接收设备的原理1、基本概念基本概念：无线电接收过程正好和发送过程相：无线电接收过程正好和发送过程相反，它的基本任务是将通过天空传来的电磁波反，它的基本任务是将通过天空传来的电磁波接收下来，并从中取出需要接收的信息信号。接收下来，并从中取出需要接收的信息信号。2、解调、解调：解调是调制的逆过程。即从已调波中恢：解调是调制的逆过程。即从已调波中恢复出原基带信号的过程。和模拟调制相对应，复出原基带信号的过程。和模拟调制相对应，也分为三种：检波器、鉴频也分为三种：检波器、鉴频器器和鉴相和鉴相器器。 高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学高频电子线路绪论特点：特点：电路简单电路简单接收灵敏度太差，选择性也差，很少直接采用接收灵敏度太差，选择性也差，很少直接采用。二、直接检波式接收机二、直接检波式接收机最简单的接收机是由选频回路和解调器组成。最简单的接收机是由选频回路和解调器组成。最简单的接收机方框图接收灵敏度：接收灵敏度：是表征接收机接收微弱有用信号能力强弱的是表征接收机接收微弱有用信号能力强弱的一个重要指标，它定义为在保证必要的输出信噪比的条件一个重要指标，它定义为在保证必要的输出信噪比的条件下，接收机输入端所需的最小有用信号电平。下，接收机输入端所需的最小有用信号电平。高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学高频电子线路绪论三、直接放大式接收机三、直接放大式接收机 特点：特点： 灵敏度较高，输出功率也较大，特别适用于固定频率灵敏度较高，输出功率也较大，特别适用于固定频率 的接收。的接收。 在用于多个电台接收时，其调谐比较复杂。在用于多个电台接收时，其调谐比较复杂。 高频小信号放大器的整个接收频带内，频率高端的高频小信号放大器的整个接收频带内，频率高端的 放大倍数比放大倍数比 低端要低。低端要低。在选频电路和解调器之间增加了高频放大器，将在选频电路和解调器之间增加了高频放大器，将通过选频电路的高频信号进行放大，同时在解调通过选频电路的高频信号进行放大，同时在解调器之后进行了音频电压放大和功率放大，然后推器之后进行了音频电压放大和功率放大，然后推动扬声器发声，这种带有高频放大器的接收机我动扬声器发声，这种带有高频放大器的接收机我们称作直接放大式接收机。们称作直接放大式接收机。高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学高频电子线路绪论四、超外差接收机四、超外差接收机( (以调幅广播为例以调幅广播为例) )1 1、组成方框图、组成方框图 混混频频中频中频放大放大检检 波波 低频电低频电压放大压放大低频功低频功率放大率放大本机本机振荡振荡高频小高频小信号放信号放大大高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学高频电子线路绪论四、超外差接收机四、超外差接收机( (以调幅广播为例以调幅广播为例) )1 1、组成方框图、组成方框图 典型超外差式接收机框图高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学高频电子线路绪论 2、主要特点、主要特点 超外差接收机由于有固定频率的中频放大器，它不仅可超外差接收机由于有固定频率的中频放大器，它不仅可以实现较高的放大倍数，而且选择性也很容易得到满足。以实现较高的放大倍数，而且选择性也很容易得到满足。 可以同时兼顾高灵敏度与高选择性可以同时兼顾高灵敏度与高选择性. 电路比较复杂，且存在一定的干扰。电路比较复杂，且存在一定的干扰。高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学高频电子线路绪论1 1、无线电波的划分、无线电波的划分 电磁波的波长或频率范围不同，电磁波在自由空间的传播方式也不同。 无线电波的频率范围为： =10k-1000GHz； 波长 =0.3mm-30Kmf无线电波划分为 超长波 10km-30km 长 波 1km-10km 中 波 100m-1km 短 波 10m100m 超短波 0.3mm-10m第四节第四节 无线信道及传播方式无线信道及传播方式无线传输信道有地球表层、大气层上部的电离层、自由无线传输信道有地球表层、大气层上部的电离层、自由空间和水。空间和水。高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学高频电子线路绪论频带波长名称典型用途30300Hz104103km特低频水下通信；电报0.33kHz103102km音频数据终端；实线电话330kHz10210km甚低频远距离导航；声呐；电报；电话；频率标准低频(长波)中频(中波)高频(短波)甚高频(超短波)超高频(分米波)极高频(厘米波)特高频(毫米波)30300GHz101mm雷达着陆系统；射电天文；铁路设施；科学研究0.33GHz10210cm电视广播；雷达；遥控遥测；导 航 ； 卫 星 通 信 ； 无 线 电 测高；移动通信330GHz101cm卫星通信；空间通信；微波接力；机载雷达；气象雷达；陆地机动车330MHz10210m国际定点通信；军用通信；商用调幅广播；飞机和船通信；岸与船通信30300MHz101m电视广播；调频广播；车辆通信；航空通信；导航设备30300kHz101km导航系统；航标信号；电报通信0.33MHz103102m商 用 调 幅 广 播 ； 业 余 移 动 通信；海军无线电通信；测向；遇险和呼救无线电波的频段划分无线电波的频段划分高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学高频电子线路绪论2 2、无线电波的传播方式、无线电波的传播方式传播方式有三种 地波 空间波 天 波 和光波一样，无线电波也具有直射、反射、折射等现象。高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学高频电子线路绪论 沿地球弯曲表面传播，适用于波长 =200m以上的中、长波。 地面波的发射与接收 由于大地表面是导体，当电磁波在其表面传播时，一部分能量将被损耗掉，且频率越高，趋肤效应越强，损耗越大。故频率更高的电磁波不易沿地面传播，而主要靠电离层。1、绕射传播（地波）、绕射传播（地波）n 特点：传播性能稳定可靠，但由于地面不是理想的导体特点：传播性能稳定可靠，但由于地面不是理想的导体有能量的损耗。主要用于长距离通信、导航和广播。有能量的损耗。主要用于长距离通信、导航和广播。 高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学高频电子线路绪论 利用电离层的折射与反射，使电磁波到达电离层后，一部分能量被吸收，一部 天波的发射与接收分被反射、折射到地面。当频率升高时，电磁波被电离层吸收的能量增加，当频率升高超过一定值时，电磁波将会穿过电离层，不再返回地面。所以天波适用于10m-200m的短波。 2、折射和反射传播（天波）、折射和反射传播（天波）n 特点：特点：电离层的特性受多种因素的影响，因此通信的稳定性电离层的特性受多种因素的影响，因此通信的稳定性较差，但传播距离远。主要用于广播、船舶通信、和飞行通较差，但传播距离远。主要用于广播、船舶通信、和飞行通信。信。高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学高频电子线路绪论 空间波的发射与接收 频率更高的电磁波（ 10m）,不再适用电离层传播，而是沿空间直线传播，即利用直射和反射实现电磁波的传播。但只限于视频距离范围内。通常，50米高的天线通信距离约50公里。3、直线传播（空间波）、直线传播（空间波） 特点特点：这种传播的距离只限制在视距范围内（也叫视距传：这种传播的距离只限制在视距范围内（也叫视距传播）播） 增高天线可以提高直线传播的距离。增高天线可以提高直线传播的距离。高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学高频电子线路绪论卫星通信卫星通信通信卫星上行通信频率：上行通信频率：6GHz下行通信频率：下行通信频率：4GHz高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学高频电子线路绪论 决定无线电波传播方式的关键是无线电信号的频决定无线电波传播方式的关键是无线电信号的频率（波长），长波信号以地波传播为主。中波和率（波长），长波信号以地波传播为主。中波和短波信号可以用地波和天波两种方式传播，而中短波信号可以用地波和天波两种方式传播，而中波以地波为主，短波以天波为主。频率较高的超波以地波为主，短波以天波为主。频率较高的超短波及其更高频率的无线电波，主要沿空间直射短波及其更高频率的无线电波，主要沿空间直射传播。传播。总结总结高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学高频电子线路绪论本课程的特点及学习方法本课程的特点及学习方法电路的工作频率高。器件工作在非线性的状态。电路的功能种类繁多。工程性和实践性很强。高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学高频电子线路绪论本课程参考资料本课程参考资料阳昌汉 主编 .高频电子线路学习指导. 高等教育出版社 2006.阳昌汉 主编 .高频电子线路学习与解题指导. 哈尔滨工程大学出版社 高吉祥 主编.高频电子线路. 电子工业出版社 2003.于洪珍 编著.通信电子电路. 清华大学出版社 2005.顾宝良 编著.通信电子线路. 电子工业出版社 2002.