《高频电子线路绪论》PPT课件.ppt

高频电子线路 高敬鹏 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 第一章绪论 主要内容 一 高频电子线路课程是电子信息和通信等专业的一门专业基础课 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和接收设备的高频功能电路的功能 基本组成与原理 1 高频 指本课程所讨论的工作频率范围是几百KHz 几百MHz的高频频段 电路用LCR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虑电路分布电容对电路特性的影响 第一节高频电子线路课程的研究对象 2 功能 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 3 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 4 大规模集成电路通常是由多个不同功能电路组成的 无线电波的频段划分 三 通信系统1 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 2 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 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 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 3 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 第二节无线电发送设备的组成与基本原理 一 无线电发送设备的原理1 基本任务 无线电发送是以自由空间为传输信道 把需要传送的信息 声音 文字或图象 变换成无线电波传送到远方的接收点 2 信息传输的基本要求 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 4 基带信号直接发送存在两个缺点 3 基带信号的特点 不同的原始信息占有不同的频带宽度 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20Hz 20KHz 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300Hz 3 4KHz 可见 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 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 模拟调制 振幅调制 AM 频率调制 FM 相位调制 PM 调制的定义 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 使其随需传送的信息成线性关系变化 5 载波调制传送方式 数字调制 振幅键控 ASK 频率键控 FSK 相位键控 PSK 调制方式 二 无线电发送设备的组成 以调幅广播为例 1 组成方框图 缓冲器 高频放大器 AM调制器 高频功率放大器 主振器 低频功率放大器 前置放大器 声电变换器 无线电发射机方框图 3 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 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 声音信号由声电变换器转换为电信号 基带信号 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制 产生调幅波 通过高频功率放大 经天线以电磁波形式辐射出去 第三节无线电接收设备的组成与基本原理一 无线电接收设备的原理 1 基本概念 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接收下来 并从中取出需要接收的信息信号 2 解调 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 也分为三种 检波器 鉴频器和鉴相器 特点 电路简单 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 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 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下 接收机输入端所需的最小有用信号电平 三 直接放大式接收机 特点 灵敏度较高 输出功率也较大 特别适用于固定频率的接收 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 频率高端的放大倍数比低端要低 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们称作直接放大式接收机 四 超外差接收机 以调幅广播为例 1 组成方框图 混频 中频放大 检波 低频电压放大 低频功率放大 本机振荡 高频小信号放大 四 超外差接收机 以调幅广播为例 1 组成方框图 典型超外差式接收机框图 2 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 电路比较复杂 且存在一定的干扰 1 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 30Km 无线电波划分为 超长波10km 30km 长波1km 10km 中波100m 1km 短波10m 100m 超短波0 3mm 10m 第四节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 自由空间和水 无线电波的频段划分 2 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 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 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 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 特点 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 和飞行通信 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 特点 这种传播的距离只限制在视距范围内 也叫视距传播 增高天线可以提高直线传播的距离 卫星通信 通信卫星 上行通信频率 6GHz下行通信频率 4GHz 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 频率较高的超短波及其更高频率的无线电波 主要沿空间直射传播 总结 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