《高频电子线路》讲稿

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1、学院讲 稿（2018 2019 学年第 一 学期）课程名称高频电子线路授课对象 电信本、通信本开课院（课部）机电学院教研室 电信教研室授课教师课程学时48课程学分3编制时间 高频电子线路 课程讲稿授课时间第 1 课次学时分配理论（ 2 ） 实践（ ）讨论（ ） 其它（ ）章节名称第1章 绪论讲授内容1.1 通信系统的组成与分类导入：这门课主要研究什么问题？ 主要研究信息传输系统的基本概念、传输发送与接收设备基本电路以及电路的基本分析方法-通信电子电路。通信系统的组成：信道（传输媒质）：电缆、光导纤维（光纤）、传输电磁波的自由空间。 有线通信系统：利用电缆、光纤等传送信号的系统，其中利用光纤传送

2、信号的系统又称为光纤通信系统； 无线通信系统：利用电磁波在自由空间传送信号的系统。 本课程主要讨论无线电通信系统及其相关电路。 各部分功能：信 源 产生消息的来源，将消息转换成原始的电信号，又称基带信号，即必须有换能器（如话筒或摄像机）； 发送设备 将微弱电信号变换成适合于信道传输的信号，然后送入道； 传输媒质 信号传输的通道，又称为信道； 接收设备 完成发送设备的反变换，即从带有干扰的接收信号中恢复原始的基带信号； 信 宿 将恢复的原始信号转换成相应的消息，如扬声器或显像等。通信系统的分类：1、根据信道不同分：有线通信系统、无线通信系统2、根据基带信号不同分：模拟通信系统、数字通信系统3、根

3、据通信方式不同分：双工、单工、半双工1.2 通信系统中的调制什么是调制？1）调制：把待传送基带信号（调制信号）“装载”到高频振荡信号上去的过程。2）三种信号：调制信号、载波信号和已调信号3）三种调制方式：调幅（AM）、调频（FM）和调相（PM）为什么要调制？ 因为信号源直接发送存在的问题，主要有以下两点：1）天线尺寸 天线尺寸与被辐射信号的波长相比拟时（波长的1/101），信号才能被天线有效的辐射出去。对于音频范围20Hz20kHz来说，这样的天线不可能实现。2）信号选择 如果直接发射，多家电台的发射信号频率范围大致相同，接收机无法区分。三种调制方式：用待传送基带信号去改变高频振荡信号的某一参

4、量，就可以实现调制。1）振幅调制：用基带信号去改变高频振荡信号的振幅，则称为振幅调制，简称调幅；2）频率调制：用基带信号去改变高频振荡信号的频率，则称为频率调制，简称调频；3）相位调制：用基带信号去改变高频振荡信号的相位，则称为相位调制，简称调相。1.3 无线电波段的划分和无线电波的传播无线电波是一种电磁波，其传播速度与光速相同，且有=c/f。无线电波具有直射、绕射、反射与折射等现象。1.4 模拟通信系统与数字通信系统通信系统按传输的基带信号不同，分为模拟通信系统和数字通信系统两大类。 1）模拟通信系统：直接传输模拟信号（即基带信号为模拟信号）的通信系统,称为模拟通信系统。典型的模拟通信系统的

5、发送设备的组成框图和接收设备的组成框图分别如图2所示。高频振荡器： 产生高频电振荡信号，这种高频电波是用来运载基带信号，称为载波，或载频。倍频器：输出信号的频率是输入信号频率整数倍的电路，称为倍频器。作用提高高频振荡频率。高频放大器：把振荡器产生的高频振荡放大到一定的幅度。高频功率放大器与调幅器：作用是将输入的高频载波信号和低频调制信号 变换成高频已调信号，并以足够大的功率输送到天线，然后辐射到空间；话筒（拾音器）：输入变换器，它的作用是把声音信源转变成电信号，称为音频信号，即基带信号或调制信号；低频放大器：把话筒变换的音频信号放大到一定的幅度，以实现一定的调制度。2）数字通信系统：传输数字信

6、号（即基带信号为数字信号）的通信系统，称为数字通信系统。课后总结1、高频电子线路的典型应用是通信系统；2、通信系统由发射设备、接收设备和传输媒介三部分组成；3、电信号的发射与接收的关键是调制与解调；4、高放、混频、本振、调制、解调等相关知识是本课程要解决的问题；5、了解无线电信号所具有的基本特点是必备的基本知识。 高频电子线路 课程讲稿授课时间第 2 课次学时分配理论（ 2 ） 实践（ ）讨论（ ） 其它（ ）章节名称2.1选频网络讲授内容 2.1.1 LC谐振回路首先我在这里介绍一下什么是选频放大器和滤波器？ 选频放大器：在射频无线电通信中的同一通信频段内，存在着许多被传送的无线电信号和噪声

7、，而接收机只需选择所需要的信号进行放大。因此接收机中的放大器除了要有足够的增益外，还应具有选择不同频率的信号能力，于是便产生了各种各样的选频放大器，选频放大器一般由放大器和选频电路组成。滤波器：其实也是选频电路，它可允许部分频率（需要的或有用的）的信号顺利通过，而另一部分频率（不需要的或无用的）的信号受到较大抑制。因此无线通信系统中很多地方都要使用到滤波器。1、串联谐振电路 U i为信号源电压，频率为；电路电流为I ，X表示电抗。由此式可以得到串联谐振的一些特点。 当满足X=0，也即串联谐振电路电抗为0，电路呈纯阻态，这时电路会出现谐振状态，其谐振频率为谐振时电路的阻抗最低为 R 。由于电流

8、I o= U i/ R ，所以谐振时电流最大。品质因数可以表示为: 其中，Q 0一般在50200之间 得到：串联谐振回路的阻抗曲线如下图所示：1）当工作频率低于0 时，电路呈容抗特性；2）当工作频率高于0 时，电路呈感抗特性；3）当工作频率等于0 时，电路呈纯电阻特性；电流与频率的幅频特性关系如下图所示：由上图可见, 串联谐振电路对谐振信号电流最大为U i/ R而对远离谐振频率的信号加以抑制（电流小），因此串联谐振电路对不同输入 信号具有一定的选择能力，称其为选择性。Q的值越高, 曲线越尖锐, 选择性就越好。因此串联谐振电路可以用作选频电路。 2、并联谐振电路并联谐振回路的品质因数为：1）当工

9、作频率低于0 时，电路呈感抗特性；2）当工作频率高于0 时，电路呈容抗特性；3）当工作频率等于0 时，电路呈纯电阻特性；输出电压与频率的关系 :由上图可见, 并联谐振电路对谐振信号电压最大为I/G2.1.2 阻抗变换与阻抗匹配阻抗匹配是无线电技术中常见的一种工作状态，它反映了输入电路与输出电路之间的功率传输关系当电路实现阻抗匹配时，将获得最大的功率传输反之，当电路阻抗失配时，不但得不到最大的功率传输，还可能对电路产生损害。例如：当R入= R内时，电路匹配，输出功率最大 。阻抗匹配常见于 各级放大电路之间、 放大器与负载之间、 测量仪器与被测电路之间、 天线与接收机或发信机与天线之间。为何要引进

10、阻抗匹配电路?例1：扩音机的输出电路与扬声器之间必须做到阻抗匹配，不匹配时，扩音机的输出功率将不能全部送 至扬声器。如果扬声器的阻抗远小于扩音机的输出阻抗，扩音机就处于过载状态，其末级功率放大管 很容易损坏。反之，如果扬声器的阻抗高于扩音机的输出阻抗过多，会引起输出电压升高，同样不利 于扩音机的工作，声音还会产生失真因此扩音机电路的输出阻抗与扬声器的阻抗越接近越好。例2：无线电发信机的输出阻抗与馈线的阻抗、馈线与天线的阻抗也应达到一致如果阻抗值不一致，发信机输出的高频 能量将不能全部由天线发射出去这部分没有发射出去的能量会反射回来，产生驻波，严重时会引起馈线的绝缘层及 发信机末级功放管的损坏。

11、为了使信号和能量有效地传输，必须使电路工作在阻抗匹配状态，即信号源或功率源的内 阻等于电路的输入阻抗，电路的输出阻抗等于负载的阻抗。例3：对于功率放大器，当信号源的输出阻抗与放大电路的输入阻抗相等时即称阻抗匹配，这时放大电路就能在输出端 获得最大功率。 输出阻抗是指电路对着负载讲的阻抗。将电路输入端的电源短路，输出端去掉负载后，从输出端看进去的等效阻抗称为输出阻抗。如果负载阻抗与输出阻抗不相等，称阻抗不匹配，负载就不能获得最大的功率输出。在实际的电子电路中，常会遇到信号 源与放大电路或放大电路与负载的阻 抗不相等的情况，因而不能把它们直 接相连。解决的办法是在它们之间加 入一个匹配电路或匹配网

12、络，如：变压器、LC滤波器等。输入匹配网络: 要求它把放大器的输入阻抗变换为前级信号源所需的负载阻抗，使电路能从前级获得尽可 能大的激励功率； 输出匹配网络: 要求它具有滤波和阻抗变换功能； 所谓阻抗匹配是通过匹配网络的作用，使负载阻抗的虚数部分与信号源内阻的虚数部分相抵消（谐振）， 同时实数部分等于放大器所需的最佳负载值； 2.1.3 集中选频滤波器1、滤波电路无线通信系统中所需传输的信号的带宽只占整个频段的一小部分，因此无线通信系统中很多地方都使用到滤波器。 滤波器主要是用来 选择 或者 抑制 某一频段信号的装置 。滤波器按照频率选择性可以分为低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器和带阻滤波器

13、。 前面三种滤波器使在其频段内的信号能够顺利通过，这个频段叫做通带，而对 于其频段外的信号衰减很大，从而阻止信号通过称为阻带。带阻滤波器和前面三种相反，它主要是对频段内信号进行阻碍，而使频段外信号可以顺利通过。滤波器按照频率选择性可以分为：无源滤波器：LC滤波器、晶体滤波器、陶瓷滤波器、声表面波滤波器等。 LC滤波器主要利用分立元件(电容、电感)来实现滤波特性。LC滤波器一般用于中心频率小于500MHz的电路，并且其Q值也不会太大，一般在几百。但LC滤波器可以很容易的获得较大的带宽。 （1）低通滤波器 LC低通滤波器单元可以由图所示。两种单元电路的功能都是一样的，以图（a） 为例，当输入的信号

14、频率较低时，电感相当于导线，电容相当于与地断开，信号很容 易通过。但当信号频率达到一定数值后，电感相当于一个大电阻阻碍信号，而电容相 当于导线，这样信号经过电感的阻碍直接进入地线，因此信号很难通过。利用这两种低通滤波器单元电路，可以很容易的得到高阶低通滤波器。方法很简单只 要将所需的单元电路进行级联，就可以构成任意N阶低通滤波器。阶数越高滤波器的 边沿陡峭程度就越高，但滤波器对信号的衰减会增加，因此一般要通过计算得到适合的阶数再进行设计。（2）高通滤波器（3）带通滤波器 宽带带通滤波器可以通过低通滤波器和高通滤波器组合电路构成，其中低通滤波器的截止频 率设计成带通滤波器的高端截止频率，高通滤波

15、器的截止频率设计成带通滤波器的低端截止 频率。如图所示就是一个典型的有低通和高通滤波器串联组成的宽带带通滤波器。窄带带通滤波器一般使用带通滤波器单元电路的级联形式构成。带通滤波器的单元电路与 低通和高通一样也有两种形式，如图所示。以图（a）为例L1和C1组成串联谐振电路，当输入信号频率为其谐振频率附近时，串联谐振电路的阻抗最 小，对信号的损耗也最小，信号很容易通过。而L2和C2组成了并联谐振电路，当输入信号的频率为其谐 振频率附近时，并联谐振的阻抗最大，因此信号不容易通过并联谐振电路流入地线，而是继续进入下级 电路。由此单元电路可以选择其谐振频率附近的信号通过，而对其他频率信号进行阻碍，从而实现带通 滤波的功能。 课