通信电子线路(CH-1,CH-2)

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1、 0 序本课程的特点通信 （高频）电子线路是在科学技术和生产实践 中发展起来的, 也只有通过实践才能得到深入的了解 ， 它是“模拟电子线路”和“数字电路”的后继课程，即我 院电气、测控、通信、信息工程专业的一门专业基础 课。讲授主要以通信系统为主线，并贯穿到现代电子 设备中的各种高频电路。力求适应“打牢基础，拓展 知识面，培养创新能力”的教学宗旨。在学习本课程时必须要高度重视实验环节, 坚持理 论联系实际, 在实践中积累丰富的经验。掌握先进的 高频电路EDA技术,通过典型电路实验仿真，也是学 习本的本课一个重要内容。 目录第1章 通信系统导论第2章 通信 （高频）电子线路基础第3章 高频小信号

2、放大电路第4章 谐振功率放大电路第5章 正弦波振荡器第6章 调幅、 检波与混频电路(线性频率变换电路) 第7章 角度调制与解调电路(非线性频率变换电路)课程基本内容与要求范 围：通信领域中各种高频电路(含非 线性电路)的组成、工作原理及分析计算 。 主要内容：分析和介绍了选频网络、高频小 信号放大器、高频功率放大器、正玹波振 荡器、调制、解调、干扰和噪声等。 基本要求：要求掌握基本概念及分析方法， 高频发射机、接收机的组成和基本电路设 计，掌握有关内容的数学推导。第一章 通信系统导论 1.1 通信系统简介 1.1.1 通信系统的基本组成框图 通信系统：实现信息传递所需设备的总和。收信者信号源输

3、入 变换器信道发射机输出 变换器噪声 和干扰接收机图1-1 通信系统基本框图信号源常见的信号源有：摄像机、数码相机、各种传感器。 输入变换器主要作用是将要传递的非电量信息（如声 音、景物、温度等）变换成电信号。 发射机发射机主要有两大作用：调制和放大。 调制就是将基带信号变换成适合信道传输特 性传输的频带信号。调制的主要作用：1、进行频谱搬移（ 将原来不适宜传输的 基带信号搬移到适合 传输的某一个频段上 ，再送入信道）； 2、实现信道复用（ 把多个信号分别安排 在不同的频段上同时 进行传输）； 3、调制可以提高通 信系统抗干扰能力。放大是指对基带信号和频带信号的电压和功 率放大、滤波等处理的过

4、程。 信道信道是连接发、收两端的信号通道，又称 传输媒介。可分为有线信道和无线信道。 接收机处理信道传送过来的已调信号并恢复出与 发送端相一致的基带信号。 输出变换器将接收机输出的基带信号变换成信号源提 供的信息。电线、电缆、 波导、光缆等海水、地球表面 、自由空间等1.1.2 无线电信号的发送与接收一、传输信号的基本方法 语言、文字（最原始、最直接的手段） 光通信（远距离、迅速准确） 电通信（有线通信、无线通信） 二、发送端信号是如何传送到远方?根据电磁场理论，需要借助天线才能有效地把 信号用电磁波辐射出去。基带信号通常是低频信号，波长很长。为了有 效地辐射，必须采用几百千赫兹以上的高频振荡

5、信 号（载波信号）作为运载工具，将携带信息的基带 信号“装载”到高频信号上，即调制。三、无线电发射机方框图高频 振荡器高频谐振 放大器振幅调制器高频 功放变换器消息信号低频 放大器(2) 高频部分： 高频信号产生、 放大、调制(1) 低频部分： 信息变换与放大图1-2 无线发射机框图调制方法：调幅、调频、调相。调幅 用调制信号去控制高频振动器的 幅度，使其幅度的变化量随调制信号成正 比的变化。调频 用调制信号去控制高频振荡器的 频率，使其频率的变化量和调制信号成正 比。调相 用调制信号去控制高频振动器的 相位，使其相位的变化量和调制信号成正 比。基带信号图1-3 基带信号波形 1）AM波形调制

6、图14 载波信号波形图15 频带信号波形图 16 三种波形的示意图上面采用的是普通调幅器。如果应用平衡调幅器，深蓝色频带信号波形；浅蓝色基带信号波形；粉红色载波信号波形其频带波形如图表5示。图17 平衡调幅波形深蓝色频带信号波形；浅蓝色基带信号波形；粉红色载波信号波形比较图4和图5知，平衡调幅器的输出信号中载波已被抑制。2）FM波形调频图18 基带信号波形图19 载波信号波形图 110 频带信号波形浅蓝色基带信号波形；粉红色载波信号波形； 深蓝色频带信号波形图111 三种信号波形3）PM波形调相图112 基带信号波形图113 载波信号波形图114 频带信号波形图115 三种信号波形红色基带信号

7、波形；绿色载波信号波形； 黄色频带信号波形1.1.3 无线电接收机框图接收机高频谐振 放大器混频器中频放大器检波器 (解调)低频放大器本地振荡器图116 超外差式无线电接收机的组成1.2 信号及其频谱基本通信信号:基带（消息）信号、高频载波 信号和已调（频带）信号。1、信号的表示方法电信号通常用数学函数、时域波形和频谱来描述 。 （1）数学表达式如：（2）波形表示（3）频域表示如果我们把信号看成一个函数，根据傅立叶 变 换的基本原理，那么任何复杂的信号都可以分解 为 许多不同频率的正弦信号之和，因而“频谱”即 组 成信号的各正弦分量按频率分布的情况。我们常 用 频谱图来了解信号的频率组成及其特

8、点（变化规 律 、能量分布等）。oT/2T3T/22Tti信号中各种频率正弦 分量的相对振幅随频 率而变化的关系图。图117 信号的波形表示2、信号的频谱信号的特性可用信号频谱表示。任何信号都 会占据一定的带宽。从频谱特性上看，带宽就是 信号能量的主要部分所占据的频率范围。对于周期性信号，可以用傅立叶级数分解为 许多离散的频率分量离散谱（各分量间成谐频 关系）；非周期性信号，可以表示为连续谱。单频信号：i(t) = 2 sin 100t双频信号：i(t) = 2 sin 100t + cos200 t 多频信号：占据一段频带宽度-带宽离散谱连续谱B例1：图示开关函数用傅里叶级数可分解为2/-2

9、/32/523252o振幅f (Hz)250(rad/s)10001001K(2t)2t o1频谱图如右:图118 信号的谱图119 信号及其频谱f(Hz)3003400o振幅例2 语音信号用傅里叶变换后的频谱分布如图。例1所示频谱图即为离散谱，例2所示话音频谱图 为连续谱，数字信号的频谱是离散谱。从频谱图 即可知道信号能量分布情况，如语音信号的能量 主要集中在1000Hz附近。一般数字信号的频谱如下图示：振 幅f图120 语音信号的频谱图121 数字信号的频谱脉冲信号的分解1357次谐波1+3次 谐波135 7次谐波基波图122 脉冲信号的分解如果我们用 、 、 、 分别表示基波、三 次、五

10、次、七次谐波频率，则下图表示其频谱分布 。由谱线图即可知道各脉冲直流分量的大小和频 率 之间的关系。fi图123 脉冲信号的频谱1.3 通信系统中的信道 1.3.1 传输信道传输信道通常可分为有线信道和无线信道 。 1、有线信道 双绞线 同轴电缆 光缆适合远距离、大容量（带宽可100THz） 、高速（目前速率可达60Gbps）、低损耗（ 目前低于0.28dB/km）的通信系统。2、无线信道无线信道包含地球表面、自由空间、海 水等，这里只讨论自由空间的传输特性。 无线电信号在自由空间的传播方式有三种 ： 地波传播（绕射波）特点：波长愈长，传播损耗愈小。主要 用于中、长波无线电通信和导航。 视距传

11、播（直射波）特点：收、发天线高架(高度比波长大得 多)。主要用于超短波、微波波段的通信和电 视广播。天波传播（反射波）也称电离层传播特点：损耗小，传播距离远。主要用于短波、中波的远距离通信和广播。绕射方式（沿地面传播）反射方式直射方式大地大地大地电离层三种传播方式示意图如下图124 无线电波的传播方式1.3.2 无线电波段的划分电磁波辐射的波谱很宽 , 在自由空间中 , 波长与频率存在以下关系: , c为光速。例：多波段收音机： （8.518）MHz：（2.28.5）MHz：（1830）MHzMW：FMSW：LM(535KHz1605KHz)（88108）MHz下图给出电磁波谱覆盖的频率范围：

12、0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 电磁频谱：频率（10 Hz)n次声频声频超声频射频频带可见光X射线伽马射线宇宙射线图125 电磁波谱漂亮范围无线电波段的划分 波段名称波长范围频率范围主要传播方式和应用举例长波波段1000 10000m30300kHz 低频LF地波；远距离通信、 航海设备、无线电信标 中波波段1001000m3003000kHz 中频MF地波、天波；导航、调幅广 播、业余无线电台 短波波段10100m330MHz 高频HF天波、地波；短波广播、军 用（移动）通信、无线电台 超短波波段110m30300MHz 甚高频VHF直线传播、对流层散射；电 视

13、、调频广播、雷达、空中 交通管制；业余无线电台 分米波波段10100cm3003000MHz 特高频UHF直线传播、散射传播；电视 、遥测、雷达、中继与卫星 通信 厘米波波段110cm330GHz 超高频SHF直线传播；雷达、卫星和空 间通信、业余无线电台毫米波波段0.11cm30300GHz 极高频EHF直线传播；雷达、着陆设备 、微波通信、无线电台1.3.3 无线通信系统的分类 按工作频段分: 有中波通信、短波通 信、超短波通信、 微波通信和卫星通 信等。 按传输手段分：有无线通信、有线通 信和光通信等。 按通信方式分: 主要有（全）双工、半双 工和单工方式。 按调制方式分: 有调幅、调频

14、、调相以及 混合调制等。按传输信号分: 有模拟通信和数字通信， 也可以分为话音通信、图像通信、数据通 信和多媒体通信等。1.4 数字通信系统传输数字信号的通信系统称为数字通信 系统。通常其模型如下图示。信 息 源加 密 器调 制 器信道解 密 器译 码 器解 调 器编 码 器受 信 者噪声源图126 数字通信系统模型数字通信系统包括了两个重要变换： 消息和数字基带信号之间的变换； 数字基带信号和信道信号之间的变换。用数字基带信号对高频正弦波信号进行的 调制称为数字调制。根据基带信号控制载波的参数不同，数字 调制通常分为振幅键控调制、频率键控调制 和相位键控调制三种基本方式。振幅键控（Ampli

15、tude-shift keying） (ASK)载波振幅受基带信号控制 相位键控（Phase-shift keying）(PSK)载波相位受基带信号控制，当基带信号 时，载波起始相位为0；当 时，载波起始相 位为 。 频率键控（Frequency-shift keying）(FSK)载波频率受基带信号控制，当 时，载波 频率为 ；当 时，载波频率为 。 数字通信的主要特点抗干扰能力强；可靠性高；便于实现以计算机通信；便于加密处理，易于实现保密通信；有利于设备的微型化。 数字通信的主要缺点比模拟信号占用带宽更宽；频带利用率低。1.4 现代通信系统现代通信系统就是模拟和数字混合的通信系 统。现代超外差接收机可用下图表示，其实就是 一个模拟与数字的混合系统。宽带RF 放大器IF放 大器本振（数字频率合成可控振荡源）DSP解调DACADC混频图127 现代超外差接收机框图本课程的特点 基础性：是通信系统，特别是无线通信 系统的基础； 实践性：具有极强的应用价值和实践性 ； 多样性：一种功能可由多种电路实现； 一种电路可实现多种功能。第二章 通信电子线路分析基础2.1 选频网络 2.1.1 引言 1、选频的基本概念选频就是从众