通信电路原理_第1章

通信电路原理电子工程赛景波saijingbo 本课程的特点 非线性电路形式的多样性和分析的近似性 电路的高频特性 实践性 学时安排计划授课 56学时实验 下学期安排 第一章通信系统与信号 6学时 第二章高频电路的主要元件 2学时 第三章高频滤波 匹配电路 2学时 第四章小信号高频放大器 4学时 第五章放大电路的噪声 2学时 第六章非线性电路分析方法 6学时 第七章高频功率放大器 8学时 第八章正弦波振荡器 8学时 第九章振幅调制与解调 6学时 第十章角度调制与解调 6学时 第十一章混频 4学时 第十二章反馈控制电路 6学时 第十三章通信系统简介 4学时 本课程学习指南 一 本课程要求的先修课程和部分内容 1 数学 付里叶变换 台劳级数 贝塞尔函数 2 电路分析基础 四种滤波电路 LC串并联回路 3 信号与系统 信号的频谱 付里叶变换的几种特性及应用 4 模拟电路 晶体管 参数等效电路的建立与分析 放大器的幅频特性与相频特性 结型场效应管与MOS场效应管及其放大器的分析 5 数字电路 数字相乘电路 多谐振荡电路 锯齿波发生电路等 本课程学习指南 二 1 预习和复习 2 听课 3 习题 准备习题本 4 答疑 5 参考书 成绩评定 1 卷面考试内容基本涵盖各章节的主要内容 分数分布应按要求 掌握 理解 和 了解 的教学内容 各占40 40 和20 左右的比例进行分配 2 总成绩评定 卷面考试成绩占80 左右 考勤 课堂测验和习题完成情况占20 左右 掌握 能根据不同情况对某些概念 定律 原理 方法等在正确理解的基础上结合事例加以运用 包括分析和综合 理解 能用自己的语言把学过的知识加以叙述 解释 归纳 并能把某一事实或概念分解为若干部分 指出它们之间的内在联系或与其他事物的相互关系 了解 应该辨认的科学事实 概念 原则 术语 知道事物的分类 过程及变化倾向 包括必要的记忆 掌握 理解 了解 的含义 第一章通信系统与信号 1 1通信系统 1 1 2通信系统中的基本信号 2 1 3调幅信号及其频谱 1 1 4调角信号及其频谱 1 1 5脉冲调制信号及其频谱 3 1 6多路通信及已调波比较 2 1 掌握 2 理解 3 了解 重点 较全面的了解通信系统中的发射机 接收机及各组成电路及信号流通情况 对本课程所学内容 要求 问题 难点等有个总体认识 掌握发射机 接收机组成框图及框图中各主要点信号的波形图及频谱图 难点 接收 发送系统中信号的流通与变换 信号的时域 波形 和频域 频谱 表达形式 第一章 1 1通信系统 1 一 概念通信 不失真地将信息 消息 从一方传送到另一方 典型的通信系统 1 输入变换器 发送设备 信道 接收设备 输出变换器 干扰源 信源 接收信息 信源 信息来源 它可以是声音 图像 电码等电信息 也可以是温度 压力 光强 湿度等非电物理量 输入变换器 将信息变换成电信号 称为基带信号 当信源为非电物理量时 它是不可缺少的 发送设备 对信号进行处理 把基带信号变换成适和于信道传输特性的信号 可包括振荡 放大 调制等电路 接收设备 将信道传来的信号还原成发送端的基带信号 可包括滤波 放大 混频 解调等电路 输出变换器 将接收设备输出的电信号变换成原来形式的信息 如声音 图像等 它可以是扬声器 显示器和打印设备等 信道 发送设备和接收设备中间的传输媒介 即信号传输的通道 大体分为有线信道和无线信道两大类 干扰源 工业干扰 天电干扰等一切干扰的集中形式 无线电波的传输方式 折射和反射传播方式 利用电离层的折射 反射 短波范围采用 绕射传播方式 电波沿地球弯曲表面传播 长波范围采用 直射传播方式 电波在自由空间中做直线传播 超短波和微波范围采用 无线电发送系统的原理 1 图1 2p5 高频振荡 高放或倍频 调幅 功放 低放 话筒 超外差式无线电接收机原理框图 图1 3p5 1 混频器 高频放大器 电台选择电路 中频放大器 2 3级 解调器 检波器 音频放大器 扬声器 本机振荡器 AGC电路 二 通信系统中的调制与解调 1 调制与解调的作用 2 1 信号的多路传输 2 天线与电磁波信号波长的有效配合 频段 波长划分 表1 2p8 常用信道工作频段的划分 2 实现调制与解调理论基础 付氏变换中的频谱搬移特性载频信号 高频信号 电压或电流的瞬时表达式 调制方式分类 表1 1p3 三 通信系统模式 无线调幅发射机框图 1 图1 2p5 无线调幅接收机框图 1 图1 3p5 数字彩电接收机框图 0 图1 4p7 四 通信系统的主要性能指标 2 共同的基本特性 1 通信容量 2 信号失真度 3 传输距离 4 抗干扰 抗噪声能力 1 通信容量一个信道 有线或无线 可同时传送的独立已调信号的路数 与传输媒介有关 空间 电缆 光缆等 与通信方式有关 AM SSB FM等 2 信号失真度通信系统中接收到的信号不同于原信号的程度 减小信号失真度的措施 合理的收 发设备的整体设计 优选单元电路 精调各电路的工作状态 3 传输距离 与发射功率 效率 和接收灵敏度有关 与通信体制 方式有关 与信道损耗 干扰和噪声的强度等有关 4 抗干扰 抗噪声能力 合理的通信体制 优良的选频电路 调制和解调电路 高质量和低噪声的元器件 1 2通信系统中的基本信号 2 一 电信号1 概念表示某种信息变化的电流 电压 信号 称为电信号 信号 基带信号 原始电信号 已调信号 高频 中频 另外 干扰 噪声也是信号 2 信号分类 1 规则信号 确定的时间函数 周期信号 采用付氏级数的方法分析时域 周期性的时间函数频域 离散频谱非周期信号 采用付氏变换的方法时域 非周期性的时间函数频域 连续频谱 2 非规则信号 非确定的时间函数 热噪声等随机信号 采用随机过程 概率和统计方法分析时域 随机信号频域 均匀频谱且频率趋于无穷大 重点 时域表达 波形 频域表达 频谱 两种表示方法的实质是一致的 1 周期信号 离散谱 付氏级数方法信号单边频谱和双边频谱 图1 7p10 二 信号的表示方法 信号单边频谱和双边频谱 图1 7p10 例1 单频周期正弦信号 图1 5图1 6p9 时域表达 频域表达 f t Asin 0t信号单边频谱 2 非周期信号 连续谱 付氏变换方法 例2 对称方波的合成与分解 1 图1 8分解 图1 9合成p11 结论 1 合成和分解的各次谐波的幅度 随谐波频率的上升而下降 故高次谐波项可以忽略 一般9 11次谐波即可较好地合成方波 2 信号的时域波形与频域特性的内在关系分析 高次谐波分量 主要决定方波前后沿的陡度 低次谐波分量 主要决定方波平顶的平缓度演示 3 推广 任何一个周期信号均可合成与分解 例 电子乐器 管乐以方波 弦乐以三角波为主语音合成 清音 噪声 浊音 周期信号 4 进一步推广 对任意信号的时域波形与频谱间的对应关系 也有重要的借鉴作用 图1 8分解p11 图1 9合成p11 三 常用周期信号的波形与频谱 表1 3p12 1 3调幅信号及其频谱 1 实现调幅 v t Vmcos 0t 0 AM 普通调幅 带载波双边带 1 DSB 抑制载波双边带调幅 1 SSB 单边带调幅 2 VSB 残留边带调幅 3 一 普通调幅AM 1 1 单频信号调幅 1 时域表达式 波形图1 10p14 2 频域表达式 频谱图1 10p14 3 频带宽度B 是设计通信广播系统的重要指标 B fo F fo F 2F 2 多频信号调幅 复杂 多频 调制信号 图1 11p15 多频调幅波形频谱 图1 12p16 频带宽度 B fo Fmax fo Fmax 2Fmax 调幅过程是一个频谱的线性搬移过程 故称为线性调幅 3 多路信号的频率分配 图1 13p17 频分多路 FDM 注意两电台间频谱的间隔 以防止频谱重叠 例 中短波调幅广播电路规定 Fmax 4 5KHz则频带宽度 B 2Fmax 9KHz AM的能量利用率 单频调幅时 mA 1时 百分之百调幅 载波频谱的幅度是边带频谱的幅度的2倍 令 负载电阻为单位电阻 另外 mA 0 5时 能量利用率为11 左右为了提高能量利用率 可采用DSB方式 二 抑制载波双边带调幅DSB 1 乘法器平衡调幅 图1 14p18 平衡调幅波形频谱 图1 15p18 频带宽度 与AM相同 B fo F fo F 2F 三 单边带调幅SSB 2 一般用于通信电台 为节省频带 可只传送一个携带全部信息的边带 上边带或下边带 但调制 解调电路比较复杂 SSB波形频谱 图1 16p19 滤波法 滤出DSB的上边带 vUSB Vmcos 0t 滤出DSB的下边带 vLSB Vmcos 0t SSB波形频谱 图1 16p19 四 残留边带调幅VSB 3 界于AM DSB与SSB之间 可节省带宽和提高能量利用率 且易于实现 注意低频段的信号强度问题 VSB波形频谱 图1 17p19 注意低频段的信号强度问题 例 电视图象信号Fmax 6MHzAM DSB方式 B 12MHzVSB方式 图象7 5MHz 伴音 8MHz 1 4调角信号及其频谱 1 一 调频 FM 和调相 PM 信号 FM波形 频谱 图1 18p20 mF与mp的比较 二 调角信号的频谱 1 调角信号的分解FM与PM的表达式类似 单频调制 令 0 0调角信号的已调信号 2 调角信号的频谱 已调信号中含有载频分量cos ot和无穷多对边频分量cos o n t即 调角信号的频谱理论上无穷宽由贝塞尔函数曲线 图1 19p22 简表 表1 5p22 1 载频和边频的振幅VmJn m 与m取值有关 2 边频次数n Jn m 即边频分量的振幅 3 对于所有的m 当n m 1时 均有Jn m 0 1 功率 0 01 定义调角信号的频带宽度 调频信号的频谱示意图 图1 20p23 注意 多频调制时 以双频F1 F2调制为例 1 FM PM的频谱除中心频率fo和边频fo nF1 fo nF2之外 增加交叉调制分量fo pF1 qF2 故FM PM称为非线性调制 2 AM 及DSB SSB VSB 的频谱中心频率fo和边频分量fo F1 fo F2之外 无其它频率分量 故调幅称为线性调制 即FM PM通过展宽频谱提高抗干扰性能 1 5数字调制信号及其频谱 3 数字调制信号 一 振幅键控 ASK 信号及其频谱 图1 22p24 ASK信号频谱 图1 23p25 二 频率键控 FSK 信号及其频谱 1 载频信号f1 0 载频信号f2令 f1 f2 FSK信号 图1 24p25 FSK信号的频谱 图1 25p26 三 相位键控 PSK 信号 PSK信号 绝对调相 图1 26p26 带宽与等幅ASK相同 1 6多路通信及已调波比较 2 一 多路通信频分多路通信FDM 图1 27p27 时分多路通信TDMA 图1 28p27 码分多路通信CDMA 图1 29p29 时分多路通信TDMA 图1 28p27 码分多路通信CDMA 图1 29p29 二 已调信号比较 1 抗干扰性能比较 1 一般情况mF的平均值 mP 固定值 则FM的抗干扰性能优于PM 2 因为mF mP mA 所以FM PM的抗干扰性能优于AM 3 数码调制抗干扰性能优于模拟调制 可整形 可进行纠错编码等 2 频带宽度比较 表1 6p30 FM PM的频带宽度大于AM 数字脉冲调制频带宽度与调制信号脉冲宽度成反比 且ASK PSK优于FSK 3 设备的功率利用率 表1 7p31 1 若发射机的额定发射功率相同则 PAM PF