第一章课件 概述.ppt

1、1,通信电子技术,主讲教师：许丽艳,Email：xly_wll ,QQ：457090052,2,非线性电子线路,高频电子线路,通信电子线路,3,课程简介,高频电子线路是电子信息工程、通信工程、广播电视工程等专业学生的重要技术基础课程。它的任务是使学生掌握功率放大、正弦振荡、频谱线性搬移及非线性搬移的各单元电路的基本构成、基本特点、基本工作原理、基本分析方法以及基本工程估算方法。,本课程的前续课程有大学物理、电路分析、 信号与系统、模拟电子技术。 后续课程有通信原理、电视原理、移动通信、微波技术等。,与相关课程的衔接,4,本课程讨论的内容,主要讨论用于各种电子系统和设备中的高频电子线路。 主要结

2、合无线通信来讨论高频电路的线路组成、工作原理和分析、设计方法。,5,课程内容安排,1、绪论 2、高频电路基础 3、高频谐振放大器 4、正弦波振荡器 5、频谱的线性搬移电路 6、振幅调制、解调与混频 7、角度调制与解调 8、 反馈控制电路,贯穿本书的基础知识,高频小信号放大器,高频功率放大器,第六章基础知识,频谱非线性搬移,6,主要参考书,1、高频电子线路 曾兴雯 高等教育出版社 2、高频电子线路 张肃文 高等教育出版社 3、电子线路（非线性部分）谢嘉奎 高教出版社 4、高频电子电路 王卫东 电子工业出版社,5、高频电子线路 廖惜春 电子工业出版社,7,第1章 绪论,1.1 无线通信系统概述 1

3、.2 无线电信号与调制 1.3 本课程的特点,8,1无线通信系统,图无通信系统的组成,组成：发射装置 + 接收装置 + 传输媒质,(1) 发射装置, 换能器：,将被发送的信息变换为电信号。例：话筒将声音变为电信号。,将换能器输出的电信号变为强度足够的高频电振荡。, 发射机：, 天线：,将高频电振荡变成电磁波向传输媒质辐射。,9,(2) 接收装置,接收是发射的逆过程。, 接收天线：,高频电振荡,电信号。, 接收机：,将从空间接收的电磁波 高频电振荡。, 换能器：将电信号,所传送信息。,(3) 传输媒质 自由空间,电磁波传送方式，依据波长不同，可分为：长波、中波、短波、超短波。,无线通信系统的组成

4、,10,2无线通信存在的问题,(1)接收信号微弱,电磁波,接收天线,(2)存在干扰,例如其他电台的发射信号，各种工业、医学装置辐射电磁波，大气层、宇宙固有的电磁干扰等。,对接收装置的要求：增益高，选择性好。,3解决方案,发射机和接收机借助线性和非线性电子线路对携有信息的电信号进行变换和处理。除放大外，最主要有调制、解调。,11,高频载波信号可表示为： c=Vccos(ct+c), 放大、调制、解调,3解决方案,（1）调制的基本原理,12,调制：由携有信息的电信号去控制高频振荡信号的某一参数，使该参数,按照电信号的规律而变化的一种处理方式。,调制信号,载波信号,振幅-调幅 频率-调频 相位-调相

5、,经过调制后的高频振荡信号-称已调波信号。,解调：调制的逆过程，将已调波信号变换为携有信息的电信号。,（2）调制、解调的定义,13,(3)调制的作用, 减小天线的尺寸。, 选台。,音频范围：20Hz 20kHz，若发射 100 Hz，波长 = c /f = 3 000 km，天线至少几百千米。需减少波长，提高发射频率。,将不同电台发送的信息分配到不同频率的载波信号上，使接收机可选择特定电台的信息而抑制其他电台发送的信息和各种干扰。,只有馈送到天线上的信号波长与天线尺寸可以比拟时，天线才能有效地辐射和接收电磁波。,14,4调幅广播发射机组成,(1) 低频部分： 信息变换与放大,(2) 高频部分：

6、高频信号产生、放大、调制,15,4调幅广播发射机组成,振荡器：产生 fosc 的高频振荡信号，几十千赫以上。,高频放大器： 多级小信号谐振放大器，放大振荡信号，使频率倍增至 fc，并提供足够大的载波功率。,调制信号放大器：多级放大器，前几级为小信号放大器，放大微音器的电信号；后几级为功放，提供功率足够的调制信号。,振幅调制器：实现调幅功能，将输入的载波信号和调制信号变换为所需的调幅波信号，并加到天线上。,16,各部分作用：,(1)振荡器,产生 fosc 的高频振荡信号，几十千赫以上。,(2)高频放大器,多级小信号谐振放大器，放大振荡信号，使频率倍增至 fc，并提供足够大的载波功率。,(3)调制

7、信号放大器,多级放大器，前几级为小信号放大器，放大微音器的电信号；后几级为功放，提供功率足够的调制信号。,(4)振幅调制器,实现调幅功能，将输入的载波信号和调制信号变换为所需的调幅波信号，并加到天线上。,调幅广播发射机的组成,17,5调幅广播接收机 组成,(1) 低频部分： 信息变换与放大,(2) 高频部分：高频信号产生、放大、调制,18,(1) 高频放大器,是小信号谐振放大器，作用：, 选台。利用可调谐的谐振系统选出有用信号，抑制其他频率的干扰信号。, 放大。放大选出的有用信号。,19,(2) 混频器,两路输入为：, 由高放级：已调信号 fc 。, 由本机振荡器：本振信号 fL。,作用：载波

8、变频，即将已调信号的载波由 fc (高频)变换为 fI (中频)， fI = |fc - fL |，而调制波形不变。,20,(3)本机振荡器,产生频率为 fL =|fc - fI |(或 fL = fc + fI )的高频等幅振荡信号。fL 可调，并能跟踪 fc。,(4)中频放大器,为多级固定调谐的小信号放大器，作用：放大中频信号。,21,(5)检波器,解调，从中频调幅波还原为所传送的调制信号。,(6)低频放大器,组成：小信号放大器 功率放大器。 作用：放大调制信号，向扬声器提供所需的推动功率。,22,特点：解调电路前包括混频器、本机振荡、中频放大器等。,优点： 增益高，选择性好。,直接接收机

9、：解调前仅包括高放，无混频器、本机 振荡、中频放大器等，增益低，选择性差。,调幅广播接收机的组成,超外差接收机的概念,23,6、频段划分,例：多波段收音机,24,1.1 无线通信系统概述,一、无线通信系统的组成,发送设备,接收设备,超外差形式,25,超外差接收机的主要特点,（1）由频率固定的中频放大器来完成对接收信号的选择和放大。 当信号频率改变时，只要相应地改变本地振荡信号频率即可。,（2）中频比信号载频低得多，因此在中频上实现对有用信号的选择要比在载频上选择对滤波器Q值的要求低得多，容易实现稳定的高增益放大。,26,一、无线通信系统的组成,（2）调制(Modulating)过程,在发送设备

10、中，一般存在两种变换：,（1）将信源产生的原始信息变换成电信号,该信号的频谱通常靠近零频附近，属于低频信号，称为基带信号(Baseband) ；,将基带信号变换成适合在信道中传输的信号形式(一般为射频或高频的带通信号)。,（1）将接收到的已调信号变换为基带信号的过程称为解调(Demodulating) 。,在接收设备中有相应的两种反变换。,（2）将基带信号通过输出换能器转换为原始信息形式。,27,（3）调制时还需要一个高频振荡信号，称为载波(Carrier) 。载波通常为单一频率的正弦信号或脉冲信号。,分析三种信号：,（2）调制后的信号称为已调信号(Modulated Signal)；,（1）

11、没有进行调制之前的基带信号称为调制信号(Modulating Signal)；,调制信号、载波、已调波。,28,(1) 高频振荡器(信号源、载波信号或本地振荡信号)；,信号的放大,信号的产生,(3) 混频或变频(高频信号变换或处理) (4) 调制与解调(高频信号变换或处理),(2) 放大器(高频小信号放大器及高频功率放大器)；,频率变换,高频电路的基本内容应该包括:,还需要什么电路？,反馈控制电路！,29,主要有自动增益控制(AGC) ，自动频率控制(AFC)电路和自动相位控制(APC)电路(也称锁相环PLL)。,无线通信系统中通常需要某些反馈控制电路！,还要考虑高频电路中所用的元件、器件和组

12、件，以及信道或接收机中的干扰与噪声问题。,30,(1) 按工作频段或传输手段 有中波通信、短波通信、超短波通信、微波通信和卫星通信等。,二、无线通信系统的类型,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。,工作频率主要指发射与接收的射频(RF)频率。,31,二、无线通信系统的类型,图的例子是半双工方式，将天线开关换成双工器就成了双工方式。,主要有(全)双工、半双工和单工方式。 单工通信，指的是只能发或只能收的方式； 半双工，既可以发也可以收但不能同时收发的方式； 双工通信，可以同时收发的通信方式。,(2) 按通信方式,32,(3) 按调制方式 有调幅、调频、调相以及混合调

13、制等。,二、无线通信系统的类型,(4) 按传送的消息的类型,(1) 按工作频段或传输手段,(2) 按通信方式,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。,33,自然界中存在的电磁波的波谱很宽，如图：,1.2 无线电信号与调制,在电磁波谱中，波长最长的是无线电波。,一般将频率低于3*1011Hz的电磁波统称为无线电波。,34,无线电波的波段划分,35,频段划分中的“高频”段，其范围为330 MHz，这是“高频”的狭义解释，它指的就是短波频段。 广义的“高频”指的是射频，其频率范围非常宽。 目前的技术水平，“高频”的上限频率可达微波频段（如3GHz）。,1.2 无

14、线电信号与调制,只要电路尺寸比工作波长小得多，仍可用集中参数来分析实现，都可认为属于“高频”范围。,高频的解释：,36,在高频电路中，要处理的无线电信号主要有三种: 基带信号、高频载波信号和已调信号。 这些无线电信号有多方面的特性，主要有 时域特性、频谱特性、调制特性、传播特性等。,1.2 无线电信号与调制,37,无线电信号的特性,（1）时间特性-信号随时间变化快慢的特性，通常用时域波形或数学表达式来表示。,（2）频谱特性-任何信号都可以分解为许多不同频率、不同幅度的正弦信号之和。频谱特性有幅频特性和相频特性两部分。,（3）传播特性-是无线电信号的传播方式、传播距离、传播特点等。不同频段的信号

15、，其传播特性不同。,（4）调制特性-不同的调制信号和不同的调制方式，其调制特性不同。,38,时间特性 一个无线电信号，可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。比较简单的如正弦波、周期性方波等，此法表示很方便。 无线电信号的时间特性就是信号随时间变化快慢的特性。,1.2 无线电信号与调制,39,1.2 无线电信号与调制,2. 频谱特性 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。,直流、基波及三次谐波之和,40,2. 频谱特性,射频频率越高，可利用的频带宽度越宽。,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。不同的信号，其带

16、宽不同，如话音的频率范围大致为100 Hz6 kHz，其主要能量集中在300 Hz3400Hz。,任何信号都会占据一定的带宽。,不仅可以容纳许多互不干扰的信道，从而实现频分复用或频分多址，而且也可以传播某些宽频带的消息信号(如图像信号)。,41,1.2 无线电信号与调制,3. 传播特性,指无线电信号的传播方式、传播距离、传播特点等。,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。,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。,42,电波的传播方式,直射传播,地波,天波,散射传播,43,频率在 1.5MHZ以下 地面波,特点：波长愈长，

17、传播损耗愈小。主要用于中、长波无线电通信和导航。例如，收音机接收的广播电台中波信号。,（1）地波传播（绕射波）,1.2 无线电信号与调制,3、传播特性,问题：地球表面是有电阻的导体，当电磁波在它上面行进时，有一部分电磁能量被消耗，且频率越高，地面波损耗越大！,44,1.2 无线电信号与调制,3、传播特性,（2）天波,主要靠天空中电离层的折射和反射传播。,问题：当频率超过一定值后，电磁波会穿透电离层，不再返回地面！,主要用于短波、中波的远距离通信和广播。例如，收音机接收的广播电台短波信号或军用短波电台。,频率在 1.5MHZ30MHZ 反射波,45,电 离 层简介,电离层：是由于太阳和星际空间的

18、辐射引起大气电离而产生的。在大气层中离地面60600 km的区域称为电离层。,利用电离层进行的短波通信并不稳定。但由于电离层离地面较高，因此，短波通信还是一种价格低廉的远距离通信方式。,46,1.2 无线电信号与调制,3、传播特性,频率在30MHZ以上 空间波,特点：收、发信高架（高度比波长大的多）。主要用于超短波、微波波段的通信和电视广播。例如，移动通信、卫星通信采用视距传播。,（3）视距传播（直射波）（传播距离在视线范围内）,47,1.2 无线电信号与调制,3、传播特性,（4）散射传播,散射现象。,散射发生于粗糙表面、小物体或不规则物体等许多地方。,频率在4006000MHZ,48,对 流

19、 层,散射是在电波通过的介质中存在小于波长的物体并且单位体积内阻挡体的个数非常大时产生的。,散射现象主要发生在对流层。在离地面大约1012 km范围内的大气层称为对流层，该层的空气密度较高，所有的大气现象(如风、雨、雷、电等)都发生在这一层。,因此，散射发生于粗糙表面、小物体或不规则物体等许多地方。,49,长波信号以地波绕射为主； 中波和短波信号可以地波和天波两种方式传播，但前者以地波传播为主，后者以天波(反射与折射)为主； 超短波以上频段的信号大多以直射方式传播，也可采用对流层散射的方式传播。,电波传播方式总结,50,1.2 无线电信号与调制,4、调制特性,调制在无线通信中的作用至关重要。,（1）调制的定义,（2）调制的基本方式,三种信号：,调制信号、 载波 、 已调波,本课程主要讨论： 模拟消息(调制)信号和正弦载波的模拟调制。,51,一、线性电子电路与非线性电子电路,电子器件严格讲是非线性的，但依使用条件不同，表现的非线性程度不同。为此，有如下两种应用：,（1）线性电路 对信号进行处理时，尽量使用器件特性的线性部分。电路基本是线性的，但存在不希望有的失真。,（2