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高频电子技术,课程简介,主讲：吴欣慧E-mail：cockwuxh,第一节相关课程比较,低频电子线路高频电子线路,模拟电子线路数字电子线路,线性电子线路非线性电子线路,低频电子线路晶体管放大器场效应管源极跟随器集成直流稳压电源变压、整流、滤波、稳压函数发生器正弦波、三角波、矩形波等脉冲波-波形发生器(触发器、电压比较器、正弦波变换器等)差分放大器RC有源滤波器音响放大器电子混响延时，音调输出控制、卡拉OK伴唱，对话筒与放音机的输出信号进行扩音-集成运放,集成功率放大器,高频电子线路高频小信号谐振放大器高频振荡器与变容二极管调频产生具有某一频率的信号高频功率放大器调频(角)发射和接收机信号调制解调调幅发射和接收机集成电路模拟乘法器的应用两个模拟信号实现相乘功能的的有源非线性器件混频,模拟电子线路设计单级晶体管小信号放大器多级小信号放大器负反馈放大器和运算放大器电压比较器波形发生器集成功率放大器差分放大器模拟乘法器模拟运算电路压控振荡器,数字电子线路设计组合逻辑电路设计时序逻辑电路设计数据选择器与译码器的应用同步时序电路设计串行加法器设计移位寄存器的应用变步长可逆计数器数模转换器直流数字电压表的设计字符发生与显示可编程定时器,表1晶体管放大器基础,功率放大器和电压放大器区别电压放大器主要任务:把微弱的信号电压进行放大。特点:输入及输出的电压和电流都较小，是小信号放大器。消耗能量少，信号失真小，输出信号的功率小。功率放大器主要任务:输出大的信号功率。特点:输入、输出电压和电流都较大,是大信号放大器。消耗能量多，信号容易失真，输出信号的功率大。因此应特别注意效率、输出功率信号失真、晶体管的功耗和击穿电压等问题。,图1无线通信系统简图,高频电路是通信系统,特别是无线通信系统的基础,是无线通信设备的重要组成部分。1、无线通信系统的组成无线通信(或称无线电通信)的类型很多,可以根据传输方法、频率范围、用途等分类。不同的无线通信系统,其设备组成和复杂度虽然有较大差异,但它们的基本组成不变,图2是无线通信系统基本组成的方框图。图中虚线以上部分为发送设备（发信机）,虚线以下部分为接收设备（收信机）,天线及天线开关为收发共用设备。信道为自由空间。话筒和扬声器属于通信的终端设备,分别为信源和信宿。,第二节无线通信系统概述,图2无线通信系统的基本组成,信源,信源,信宿,高频电子线路主讲内容包括振荡器正弦波振荡器产生载波或者本地振荡信号调制和解调调幅，调频，调相（调频和调相又称为调角）将信号加于载波上和将信号与载波分离变频、混频和选频晶体管混频器，二极管平衡混频器和环形混频器，模拟乘法混频器等选频网络（滤波）高频放大器高频小信号放大器、高频功率放大器反馈控制电路包括AGC、AFC和APC（PLL）,按照无线通信系统中关键部分的不同特性,有以下一些类型:1）、按照工作频段或传输手段分类,有中波通信、短波通信、超短波通信、微波通信和卫星通信等。所谓工作频率,主要指发射与接收的射频（RF）频率。射频实际上就是“高频”的广义语,它是指适合无线电发射和传播的频率。无线通信的一个发展方向就是开辟更高的频段。2）、按照通信方式来分类,主要有（全）双工、半双工和单工方式。3）、按照调制方式的不同来划分,有调幅、调频、调相以及混合调制等。,2、无线通信系统的类型,4）、按照传送的消息的类型分类,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。各种不同类型的通信系统,其系统组成和设备的复杂程度都有很大不同。但是组成设备的基本电路及其原理都是相同的,遵从同样的规律。,在高频电路中,我们要处理的无线电信号主要有三种:基带（消息）信号、高频载波信号和已调信号。所谓基带信号,就是没有进行调制之前的原始信号,也称调制信号。1、时间特性(1)、信号的描述：一个无线电信号,可以将它表示为电压或电流的时间函数,通常用时域波形或数学表达式来描述。(2)、时间特性的概念：无线电信号的时间特性就是信号随时间变化快慢的特性。信号的时间特性要求传输该信号的电路的时间特性（如时间常数）与之相适应。,第三节信号、频谱与调制,对于较复杂的信号（如话音信号、图像信号等）,用频谱分析法表示较为方便。信号的频谱特性的概念：信号的频谱特性就是信号中各频率成分的特性。,图3信号分解,对于周期性信号,可以表示为许多离散的频率分量（各分量间成谐频关系）,例如图4即为图3所示信号的频谱图;对于非周期性信号,可以用傅里叶变换的方法分解为连续谱,信号为连续谱的积分。频谱特性包含幅频特性和相频特性两部分,它们分别反映信号中各个频率分量的振幅和相位的分布情况。任何信号都会占据一定的带宽。从频谱特性上看,带宽就是信号能量主要部分（一般为90%以上）所占据的频率范围或频带宽度。,图4频谱图,3.频率特性任何信号都具有一定的频率或波长。我们这里所讲的频率特性就是无线电信号的频率或波长。电磁波辐射的波谱很宽,如图所示。无线电波只是一种波长比较长的电磁波,占据的频率范围很广。在自由空间中,波长与频率存在以下关系:c=f,式中:c为光速,f和分别为无线电波的频率和波长,因此,无线电波也可以认为是一种频率相对较低的电磁波。对频率或波长进行分段,分别称为频段或波段。不同频段信号的产生、放大和接收的方法不同,传播的能力和方式也不同,因而它们的分析方法和应用范围也不同。应当指出,不同频段的信号具有不同的分析与实现方法,对于米波以上（含米波,1m）的信号通常用集总（中）参数的方法来分析与实现,而对于米波以下（1m）的信号一般应用分布参数的方法来分析与实现，当然,这也是相对的。,无线电波频率划分,图5电磁波波谱,说明：“高频”是一个相对的概念，上表中的“高频”是一个狭义的概念，指的是短波波段，其频率范围为330MHz，而广义的“高频”指的是射频，其频率范围非常宽，只要电路尺寸比工作波长小得多，可以用集中参数来分析实现，都可以认为属于“高频”（就目前技术来讲，“高频”的上限频率可达3GHz）,4.传播特性传播特性指的是无线电信号的传播方式、传播距离、传播特点等。无线电信号的传播特性主要根据其所处的频段或波段来区分。电磁波从发射天线辐射出去后,不仅电波的能量会扩散,接收机只能收到其中极小的一部分,而且在传播过程中,电波的能量会被地面、建筑物或高空的电离层吸收或反射,或者在大气层中产生折射或散射等现象,从而造成到达接收机时的强度大大衰减。根据无线电波在传播过程所发生的现象,电波的传播方式主要有直射（视距）传播、绕射（地波）传播、折射和反射（天波）传播及散射传播等,如图6所示。决定传播方式和传播特点的关键因素是无线电信号的频率。,图6无线电波的主要传播方式（a）直射传播;（b）地波传播;（c）天波传播;（d）散射传播,(距地面60600km),(距地面1012km),(散射传播距离100500km),(适合频率4006000MHz),(一次反射距离约为4000km),(适合于中短波),(适合于中长波),(适合于超短波、微波),图7卫星通信,图8电离层,大气层垂直结构对流层：蒸发、云、雨等最经常出现的区域平流层：臭氧层，温暖层中间层：臭氧、氧、二氧化碳、氮的氧化物；即光化层热层：离子特别多，温度相当高；增温层、电离层外层：外太空的起点,高层大气层,大气中最活跃，与人类关系最密切的的大气层指的是对流层云、雨、雾、雪等天气现象主要出现在对流层有利于高空飞行的大气层是平流层臭氧主要存在于平流层出现流星、极光的大气层是高层大气层宇宙火箭、人造卫星飞行在高层大气层电离层主要存在于高层大气层,5.调制特性无线电传播一般都要采用高频（射频）的另一个原因就是高频适于天线辐射和无线传播。只有当天线的尺寸到可以与信号波长相比拟时,天线的辐射效率才会较高,从而以较小的信号功率传播较远的距离,接收天线也才能有效地接收信号。所谓调制,就是用调制信号去控制高频载波的参数,使载波信号的某一个或几个参数（振幅、频率或相位）按照调制信号的规律变化。根据载波受调制参数的不同,调制分为三种基本方式,它们是振幅调制（调幅）、频率调制（调频）、相位调制（调相）,分别用AM、FM、PM表示，还可以有组合调制方式。,第四节思考题,1.根据无线通信收发信机的原理框图,说出各部分的功用。2.无线通信为什么要用高频信号？“高频”信号指的是什么？3.无线通信为什么要进行调制？如何进行调制？4.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？,信源,信源,信宿,题1,题2无线电传播一般都要采用高频（射频）的原因高频适于天线辐射和无线传播。只有当天线的尺寸到可以与信号波长相比拟时,天线的辐射效率才会较高,从而以较小的信号功率传播较远的距离,接收天线也才能有效地接收信号。2.“高频”是一个相对的概念无线电波频段划分表中的“高频”是一个狭义的概念，指的是短波波段，其频率范围为330MHz，而广义的“高频”指的是射频，其频率范围非常宽，只要电路尺寸比工作波长小得多，可以用集中参数来分析实现，都可以认为属于“高频”（就目前技术来讲，“高频”的上限频率可达3GHz）,题3在高频电路中,我们要处理