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1、7/31/20241高频电子线路高频电子线路高频电子线路高频电子线路教材：高频电子线路教材：高频电子线路 曾兴雯曾兴雯 主编主编 高等教育出版社高等教育出版社高频电子线路绪论 最新7/31/20242高频电子线路高频电子线路 主要学习无线通信系统所涉及到的各单元电路的主要学习无线通信系统所涉及到的各单元电路的组成、工作原理、性能计算及应用。通过该课程的学组成、工作原理、性能计算及应用。通过该课程的学习，使学生熟悉非线性电子线路课程的体系结构，引习，使学生熟悉非线性电子线路课程的体系结构，引导学生在分析非线性电子线路时，树立工程分析的观导学生在分析非线性电子线路时，树立工程分析的观点，用简单的分
2、析方法获得具有实用意义的结果，具点，用简单的分析方法获得具有实用意义的结果，具有一定的电路综合能力。有一定的电路综合能力。课程的目的与任务：课程的目的与任务：高频电子线路绪论 最新7/31/20243高频电子线路高频电子线路第一章第一章 绪论绪论 第一节第一节 无线通信系统概述无线通信系统概述第二节第二节 无线电信号与调制无线电信号与调制第三节第三节 本课程的特点本课程的特点高频电子线路绪论 最新7/31/20244高频电子线路高频电子线路第一章第一章 绪论绪论 本章重点：本章重点： 发送、接收设备的组成框发送、接收设备的组成框图及其简单的工作原理、工作图及其简单的工作原理、工作波形、各部分的
3、作用。波形、各部分的作用。 高频电子线路绪论 最新7/31/20245高频电子线路高频电子线路第一节第一节 无线通信系统概述无线通信系统概述无线通信系统发展简史无线通信系统发展简史18951895年，马可尼实现了短距离的无线电通信年，马可尼实现了短距离的无线电通信18761876年贝尔发明电话，建立了常规通信工具；年贝尔发明电话，建立了常规通信工具；18641864年年, ,麦克斯韦推导出电磁场方程；麦克斯韦推导出电磁场方程；18871887年赫兹用实验证实了电磁波的存在；年赫兹用实验证实了电磁波的存在；19011901年，实现了横渡大西洋的通信；年，实现了横渡大西洋的通信；18961896年
4、年, ,马可尼开始无线通信实验；马可尼开始无线通信实验；高频电子线路绪论 最新7/31/20246高频电子线路高频电子线路19481948年，维纳、香农提出信息论、控制论、系统论年，维纳、香农提出信息论、控制论、系统论的基础；肖克莱发明晶体三极管；的基础；肖克莱发明晶体三极管；19601960年代后期开始卫星通信；年代后期开始卫星通信；19581958年集成电路诞生；年集成电路诞生；19701970年代后期，光通信成为通信介质的主流。年代后期，光通信成为通信介质的主流。19071907年，年，发明电子三极管；发明电子三极管；高频电子线路绪论 最新7/31/20247高频电子线路高频电子线路第一
5、节第一节 无线通信系统概述无线通信系统概述一、无线通信系统的组成一、无线通信系统的组成 信息源信息源换能器换能器 发送发送 设备设备 信道信道受信者受信者换能器换能器 接收接收 设备设备噪声源噪声源1信息源信息源信息源是指需要传送的原始信息信息源是指需要传送的原始信息 2输入换能器输入换能器 将发信者提供的非电量消息将发信者提供的非电量消息(如声音、景物等如声音、景物等)变换为电信号变换为电信号 3发送设备发送设备 发送设备主要有两大任务：一是调制，二是放大。发送设备主要有两大任务：一是调制，二是放大。 高频电子线路绪论 最新7/31/20248高频电子线路高频电子线路第一节第一节 无线通信系
6、统概述无线通信系统概述一、无线通信系统的组成一、无线通信系统的组成 信息源信息源换能器换能器 发送发送 设备设备 信道信道受信者受信者换能器换能器 接收接收 设备设备噪声源噪声源4信道信道 信道是连接发、收两端的信号通道，又称传输媒介。信道是连接发、收两端的信号通道，又称传输媒介。 5接收设备接收设备任务是从已调信号中恢复出发送端相一致的基带信号。任务是从已调信号中恢复出发送端相一致的基带信号。6输出换能器输出换能器 将输出的基带信号变换成原来形式的消息。将输出的基带信号变换成原来形式的消息。 高频电子线路绪论 最新7/31/20249高频电子线路高频电子线路载波振荡高频放大调制器输出功放音频
7、放大发射部分功能框图发射部分功能框图话筒高频电子线路绪论 最新7/31/202410高频电子线路高频电子线路高频放大混频中放滤波解调音频放大本机振荡接收部分功能框图接收部分功能框图高频电子线路绪论 最新7/31/202411高频电子线路高频电子线路图1-1 无线通信系统基本组成音频放大器调制器激励放大输出功率放大载波振荡器天线开关高频放大混频器中频放大与滤波解调器音频放大器话筒本地振荡器扬声器变频器可有可无高频电子线路绪论 最新7/31/202412高频电子线路高频电子线路数字通信：数字通信：与图1-1类似，只需将模拟通信终端换成数字通信终端或在模拟通信终端与调制解调器之间分别增加ADC和DA
8、C即可。数字接收机的结构超外差结构数字中频结构直接变换结构 无论其组成结构如何变化，必定要包含基本的高频电路，其基本内容几乎不变，主要包括：高频振荡器、高频放大器、混频或变频、调制与解调。高频电子线路绪论 最新7/31/202413高频电子线路高频电子线路数字中频接收机数字中频接收机又称数字变换接收机,其典型的接收机结构仍是超外差型, 只不过是由模拟频率变换把RF 频谱变到较低的中频, 然后在此IF上进行数字化, 再用DSP 技术来实现信号提取和解调。用于数字中频接收机的SP 技术主要有直接数字式合成器(DDS)、数字下变换(DDC)、高速数字滤波(DF以及多速率(multi- rate) 技
9、术等。的最大优点就是可以共享RF/IF模块, 由于解调和同步均采用数字化处理, 灵活方便, 也便于产品的集成和小型化。但是在宽带通信中, 射频的频率较高, 若选取较高的数字中频, 也就意味着需要有高速的A /D 变换器、高速的大动态范围的宽带采样保持电路以及速度足够快的数字处理芯片。高频电子线路绪论 最新7/31/202414高频电子线路高频电子线路直接变换接收机 所谓直接变换接收机, 就是外差接收机的本振(正交注入混频器) 频率f L 与变频前信号载频f c 相同, 从而使变频后的中频频率为零。接收R F 信号经双工器送入低噪声放大器, 再经低通滤波后由功分器分别馈向正交混频器。对于直接变换
10、接收机, 由于信号载频和本振频率重合, 没有镜像分量, 故对变频前的射频放大器及变频器的选择性要求大为降低。变频输出采用容易实现的低通滤波器, 解调器可用DSP 实现。这样, 信号带宽就变为已调信号的一半, 从而使接收门限得以改善。而变频后信号频率的降低, 使得对A /D 变换器的要求大大降低。 目前采用这种接收机结构的有450MHz 和900MHz 的无线寻呼机、蜂窝移动产品和无线局域网产品等。高频电子线路绪论 最新7/31/202415高频电子线路高频电子线路第一节第一节 无线通信系统概述无线通信系统概述二、无线通信系统的类型二、无线通信系统的类型（1）按工作频段或传输手段分类：中波通信、
11、短波通信、超短波通信、微波通信和卫星通信。（2）按通信方式分类：双工、半双工、单工。（3）按调制方式分类：调幅、调频、调相、混合调制。（4）按传输消息的类型分类：模拟通信、数字通信。高频电子线路绪论 最新7/31/202416高频电子线路高频电子线路第二节第二节 无线电信号与调制无线电信号与调制无线电波在空间传播的速度无线电波在空间传播的速度 c=3108 m/s，则高频信号的频率与其波长的关系，则高频信号的频率与其波长的关系 为：为： =c/f ，f单位取单位取Hz，单位用单位用m。习惯上按电磁波的频率范围划分为若干个区段，习惯上按电磁波的频率范围划分为若干个区段，称为频段或波段。称为频段或
12、波段。高频电子线路绪论 最新7/31/202417高频电子线路高频电子线路为了讨论问题的方便，将不同频率的电磁波人为地划分若干频段或波段，列表如下: 波段名称波段范围频率范围频段名称超长波长波中波短波超短波(米波)10 000100 000m100010 000m1001 000m10100m110m330kHz30300kHz0.3M3MHz3M30MHz30M300MHz甚低频(VLF)低频(LF)中频(MF)高频(HF)甚高频(VHF)微波分米波厘米波毫米波亚毫米波10100 cm110 cm110 cm0.11 mm300M3GHz3G30GHz30G300GHz300G3000GHz
13、特高频(UHF)超高频(SHF)极高频(EHF)超级高频高频电子线路绪论 最新7/31/202418高频电子线路高频电子线路注：信号的频段不同，分析与实现方法不完全相同注：信号的频段不同，分析与实现方法不完全相同。当当1米时，用集总参数的方法和路的概念分析与实现；米时，用集总参数的方法和路的概念分析与实现；当当1米时，用分布参数的方法和场的概念分析与实现。米时，用分布参数的方法和场的概念分析与实现。集总参数：当实际电路的尺寸远小于电路工作时电磁波的波长时，可以把元件的作用集总在一起，用一个或有限个R、L、C元件来加以描述，这样的电路参数叫做集总参数。 参数的分布性：指电路中同一瞬间相邻两点的电
14、位和电流都不相同。这说明分布参数电路中的电压和电流除了是时间的函数外，还是空间坐标的函数。 高频电子线路绪论 最新7/31/202419高频电子线路高频电子线路注：信号的频段不同，分析与实现方法不完全相同注：信号的频段不同，分析与实现方法不完全相同。当当1米时，用集总参数的方法和路的概念分析与实现；米时，用集总参数的方法和路的概念分析与实现；当当1米时，用分布参数的方法和场的概念分析与实现。米时，用分布参数的方法和场的概念分析与实现。一个电路应该作为集总参数电路，还是作为分布参数电路，或者说，要不要考虑参数的分布性，取决于其本身的线性尺寸与表征其内部电磁过程的电压、电流的波长之间的关系。若用
15、L表示电路本身的最大线性尺寸，则当不等式 L成立，电路便可视为集总参数电路，否则便需作为分布参数电路处理。 高频电路中要处理的无线电信号主要有：消息（基带）信高频电路中要处理的无线电信号主要有：消息（基带）信号、高频载波信号、已调信号。号、高频载波信号、已调信号。高频电子线路绪论 最新7/31/202420高频电子线路高频电子线路一、时间特性一、时间特性一个无线电信号可以表示为电压或电流的时间一个无线电信号可以表示为电压或电流的时间函数，用时域波形或数学表达式描述。函数，用时域波形或数学表达式描述。二、频谱特性二、频谱特性对于比较复杂的信号，用频谱法表示较为方便。对于比较复杂的信号，用频谱法表
16、示较为方便。tUUf无线电信号的特性无线电信号的特性高频电子线路绪论 最新7/31/202421高频电子线路高频电子线路绕射（地波）传播：中、低频率（绕射（地波）传播：中、低频率（1.5MHz以下）的无线电波；传播距离远且稳定的无线电波；传播距离远且稳定。三、传播特性三、传播特性高频电子线路绪论 最新7/31/202422高频电子线路高频电子线路电离层电离层折射和反射（天波）传播：短波波段（折射和反射（天波）传播：短波波段（ 1.530MHz ）的）的无线电波；电离层的反射和折射，传播距离远（最大距离无线电波；电离层的反射和折射，传播距离远（最大距离为为4000km）；传播性能不稳定。）；传播
17、性能不稳定。高频电子线路绪论 最新7/31/202423高频电子线路高频电子线路 直射（视距）传播：超短波或频率更高的无线电直射（视距）传播：超短波或频率更高的无线电波（波（ 30MHz以上）；传播距离有限；架高天线、）；传播距离有限；架高天线、中继或卫星。中继或卫星。 高频电子线路绪论 最新7/31/202424高频电子线路高频电子线路 散射传播：散射传播：4004006000MHz6000MHz的无线电波；对流层；传播距离的无线电波；对流层；传播距离远且稳定。远且稳定。对流层对流层高频电子线路绪论 最新7/31/202425高频电子线路高频电子线路四、调制特性四、调制特性所谓所谓调制调制，
18、就是将基带信号变换成适合信，就是将基带信号变换成适合信道传输的频带信号。它是利用基带信号去道传输的频带信号。它是利用基带信号去控制载波信号的某一参数，让该参数随基控制载波信号的某一参数，让该参数随基带信号的大小而线形变化的处理过程。带信号的大小而线形变化的处理过程。调制类型调制类型振幅调制（AM）频率调制（FM）相位调制（PM）高频电子线路绪论 最新7/31/202426高频电子线路高频电子线路数字调制数字调制频率键控（频率键控（FSK）幅度键控（幅度键控（ASK）相位键控相位键控（PSK）高频电子线路绪论 最新7/31/202427高频电子线路高频电子线路无线电广播的参数为：无线电广播的参数
19、为：频率：频率：波长：波长：则天线长度为：则天线长度为： 低频信号（调制信号、基带信号）低频信号（调制信号、基带信号）：携带需要传输信：携带需要传输信息的低频信号；有用信号息的低频信号；有用信号。发射天线高度：高频电子线路绪论 最新7/31/202428高频电子线路高频电子线路第三节第三节 本课程的特点本课程的特点 高频电子线路几乎都是由线性元件和非高频电子线路几乎都是由线性元件和非线性的器件组成的。其中的非线性器件可以线性的器件组成的。其中的非线性器件可以用线性等效电路来表示，分析方法也可以用用线性等效电路来表示，分析方法也可以用线性电路的分析方法。本书的绝大部分电路线性电路的分析方法。本书
20、的绝大部分电路都属于非线性电路，一般都用非线性电路的都属于非线性电路，一般都用非线性电路的分析方法来分析。分析方法来分析。 高频电子线路绪论 最新7/31/202429高频电子线路高频电子线路学习本课程的方法学习本课程的方法 在学习本课程时，要抓住各种电路之间在学习本课程时，要抓住各种电路之间的共性，洞悉各种功能之间的内在联系，而不的共性，洞悉各种功能之间的内在联系，而不要局限于掌握某个具体的电路及其工作原理。要局限于掌握某个具体的电路及其工作原理。 学习时要注意学习时要注意“分立为基础，集成为重分立为基础，集成为重点，分立为集成服务点，分立为集成服务”的原则。的原则。 重视实验环节，坚持理论
21、联系实际，在重视实验环节，坚持理论联系实际，在实践中积累丰富的经验。实践中积累丰富的经验。高频电子线路绪论 最新7/31/202430高频电子线路高频电子线路上图是一个语音无线电广播通信系统的基本组成框图，它由发上图是一个语音无线电广播通信系统的基本组成框图，它由发射部分、接收部分以及无线信道三大部分组成。发射部分由话射部分、接收部分以及无线信道三大部分组成。发射部分由话筒、音频放大器、调制器、变频器（不一定必须）、功率放大筒、音频放大器、调制器、变频器（不一定必须）、功率放大器和发射天线组成。器和发射天线组成。1 11 1 画出无线通信收发信机的原理框图，并画出无线通信收发信机的原理框图，并
22、说出各部分的功用。说出各部分的功用。答：高频电子线路绪论 最新7/31/202431高频电子线路高频电子线路低频音频信号经放大后，首先进行调制后变低频音频信号经放大后，首先进行调制后变成一个高频已调波，然后可通过变频，达到成一个高频已调波，然后可通过变频，达到所需的发射频率，经高频功率放大后，由天所需的发射频率，经高频功率放大后，由天线发射出去。接收设备由接收天线、高频小线发射出去。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、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。由天线接收来音频放大器、扬声器等组成。由天线接收来的信号，经放大后，再经过混频器，
23、变成一的信号，经放大后，再经过混频器，变成一中频已调波，然后检波，恢复出原来的信息，中频已调波，然后检波，恢复出原来的信息，经低频功放放大后，驱动扬声器。经低频功放放大后，驱动扬声器。高频电子线路绪论 最新7/31/202432高频电子线路高频电子线路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”信信号指的是什么？号指的是什么？ 答：答： 高频信号指的是适合天线发射、传播和接收的高频信号指的是适合天线发射、传播和接收的射频信号。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，可利用的频带宽度就越宽，信道容）频率越高，可利用的频带宽度就
24、越宽，信道容量就越大，而且可以减小或避免频道间的干扰；量就越大，而且可以减小或避免频道间的干扰；（2）高频信号更适合电线辐射和接收，因为只有天）高频信号更适合电线辐射和接收，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效率，这样，可以采用较小的信号辐射效率和接收效率，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功率，传播较远的距离，也可获得较高的接收灵敏度。度。高频电子线路绪论 最新7/31/202433高频电子线路高频电子线路13 无线通信为什么要进行凋制？如何进行调制？无线通信为什么要进行凋制？如何
25、进行调制？ 答：答：因为基带调制信号都是频率比较低的信号，为了达到较高的因为基带调制信号都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，减小天线的尺寸，可以通过调制，把发射效率和接收效率，减小天线的尺寸，可以通过调制，把调制信号的频谱搬移到高频载波附近；另外，由于调制后的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，所以也提高了信道利用率，实现了信道复信号是高频信号，所以也提高了信道利用率，实现了信道复用。用。 调制方式有模拟调调制和数字调制。在模拟调制中，用调调制方式有模拟调调制和数字调制。在模拟调制中，用调制信号去控制高频载波的某个参数。有调幅方式（制信号去控制高频载波的某个参数。有调幅方式（AMAM）、调）、调频（频（FMFM）和调相（）和调相（PMPM）。）。 在数字调制中，一般有频率键控（在数字调制中，一般有频率键控（FSKFSK）、幅度键控）、幅度键控（ASKASK）、相位键控（）、相位键控（PSKPSK）等调制方法。）等调制方法。高频电子线路绪论 最新7/31/202434高频电子线路高频电子线路14 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？高频电子线路绪论 最新
