高频电子线路第一章PPT

1、高频电子线路 采用的教材 n通信电子线路原理与应用通信电子线路原理与应用 陈永泰、刘泉陈永泰、刘泉 主编、高等教育出版社主编、高等教育出版社 2011年年8月出版月出版 n通信电子线路通信电子线路 刘泉主编刘泉主编 武汉理工大学武汉理工大学 出版社出版社 2005年年1月第二版月第二版 参考书参考书 高频电子线路高频电子线路 曾兴雯等曾兴雯等 编编 西安电子科技大西安电子科技大 学出版社学出版社 n高频电子线路（第五版）高频电子线路（第五版） 张肃文主编张肃文主编 高高 等教育出版社等教育出版社 电子线路（非线性部分）电子线路（非线性部分） 谢家奎谢家奎 编编 高等教高等教 育出版社育出版社

2、nWireless Communication Principles and Practice. Theodore S. Rappapot. Prentice Hall Inc. 1996. 信息传输是人类社会活动的重要内容。没有信息传输是人类社会活动的重要内容。没有 通信，就没有人类社会。通信，就没有人类社会。 从古代的烽火到近代的旗语，都是人们寻求快从古代的烽火到近代的旗语，都是人们寻求快 速远距离通信的手段。速远距离通信的手段。 1837年莫尔斯发明了电报，创造了莫尔斯码，年莫尔斯发明了电报，创造了莫尔斯码， 开创了通信的开创了通信的新纪元新纪元。 1864年英国物理学家麦克斯韦发表的年

3、英国物理学家麦克斯韦发表的“电磁场电磁场 的动力理论的动力理论”为无线电发展奠定了坚实的理论基为无线电发展奠定了坚实的理论基 础。础。 1876年贝尔发明了电话，将语音信号转换为电年贝尔发明了电话，将语音信号转换为电 能传送沿导线传送。能传送沿导线传送。 n1.1 无线电通信的发展简史无线电通信的发展简史 1887年，德国的赫兹通过实验证明了麦克斯韦的学说。年，德国的赫兹通过实验证明了麦克斯韦的学说。 1895年意大利的马克尼、俄罗斯的波波夫等人实现年意大利的马克尼、俄罗斯的波波夫等人实现 了无线电通信，了无线电通信，1901年又首次完成了横渡大西洋的通信年又首次完成了横渡大西洋的通信 190

4、4年，弗莱明发明电子二极管，年，弗莱明发明电子二极管，标志标志着进入无着进入无 线线 电电子学时代电电子学时代 。 1907年，美国德年，美国德福雷斯特发明了电子三极管，是电福雷斯特发明了电子三极管，是电 子技术发展史上子技术发展史上第一个重要里程碑第一个重要里程碑。 n1.1 无线电通信的发展简史无线电通信的发展简史 1946年年2月月14日日 世界上第一台计算机诞生世界上第一台计算机诞生 n 两位发明人莫奇来和爱克特 ENIAC使用的电子管 1887年，德国的赫兹通过实验证明了麦克斯韦的学说。年，德国的赫兹通过实验证明了麦克斯韦的学说。 1895年意大利的马克尼、俄罗斯的波波夫等人实现年意

5、大利的马克尼、俄罗斯的波波夫等人实现 了无线电通信，了无线电通信，1901年又首次完成了横渡大西洋的通信年又首次完成了横渡大西洋的通信 1904年，弗莱明发明电子二极管，年，弗莱明发明电子二极管，标志标志着进入无着进入无 线线 电电子学时代电电子学时代 。 1907年，美国德年，美国德福雷斯特发明了电子三极管，是电福雷斯特发明了电子三极管，是电 子技术发展史上子技术发展史上第一个重要里程碑第一个重要里程碑。 1948年，美国肖克莱等人发明了晶体三极管年，美国肖克莱等人发明了晶体三极管,是电子是电子 技术发展史上技术发展史上第二个重要里程碑第二个重要里程碑。 n1.1 无线电通信的发展简史无线电

6、通信的发展简史 1958年美国制成了第一块集成电路。年美国制成了第一块集成电路。 1967年研制成大规模集成（年研制成大规模集成（LSI）电路。电路。 1978年研制成超大年研制成超大 规模集成（规模集成（VLSI）电路，从电路，从 此电技术进入了微电子技术时代。此电技术进入了微电子技术时代。 20世纪世纪60年代，中、大规模乃至超大规模集成年代，中、大规模乃至超大规模集成 电路的不断涌现，是电子技术发展史上电路的不断涌现，是电子技术发展史上第三个重要第三个重要 里程碑里程碑。 n1.1 无线电通信的发展简史无线电通信的发展简史 20世纪初首先解决了无线电报通信问题。接着又世纪初首先解决了无线

7、电报通信问题。接着又 解决了用无线电波传送语言和音乐的问题，从而开展解决了用无线电波传送语言和音乐的问题，从而开展 了无线电话通信和无线电广播。以后传输图象的问题了无线电话通信和无线电广播。以后传输图象的问题 也解决了，出现了无线电传真和电视。也解决了，出现了无线电传真和电视。 20世世 纪纪30年代中期到第二次世界大战期间，为了年代中期到第二次世界大战期间，为了 防空的需要，无线电定位技术迅速发展和雷达的出现，防空的需要，无线电定位技术迅速发展和雷达的出现， 带动了其他科学的兴起，如无线电天文学、无线电气带动了其他科学的兴起，如无线电天文学、无线电气 象学等。象学等。 20世纪世纪50年代以

8、来，宇航技术的发展又促年代以来，宇航技术的发展又促 进了无进了无 线电技术向更高的阶段发展。线电技术向更高的阶段发展。 n1.1 无线电通信的发展简史无线电通信的发展简史 无线电技术的发展是从利用电磁无线电技术的发展是从利用电磁 波传输信息的无线电通信扩展到计算机波传输信息的无线电通信扩展到计算机 科学、宇航技术、自动控制以及其他各科学、宇航技术、自动控制以及其他各 学科领域的。学科领域的。 n1.1 无线电通信的发展简史无线电通信的发展简史 从发明无线电开始，传输信息就是无线电技从发明无线电开始，传输信息就是无线电技 术的首要任务。最基本的信息就是语言和文字。术的首要任务。最基本的信息就是语

9、言和文字。 音频在空气中传播速度很慢，且衰减很快，不音频在空气中传播速度很慢，且衰减很快，不 能远距离传播。因而只能借助电来传播。能远距离传播。因而只能借助电来传播。 n1.2 无线电通信的基本原理无线电通信的基本原理 由天线理论可知，要将无线电信号有效地发射出由天线理论可知，要将无线电信号有效地发射出 去，天线的尺寸必须和电信号的波长相当。去，天线的尺寸必须和电信号的波长相当。 原始的非电量信息经转换的原始电信号一般是低原始的非电量信息经转换的原始电信号一般是低 频信号，波长很长。频信号，波长很长。 如音频频率为如音频频率为20Hz-20kHz，对应波长为对应波长为15- 15000km,要

10、制造如此巨大的天线是不现实的。即使有要制造如此巨大的天线是不现实的。即使有 这样巨大的天线，由于各发射台均为同一频段的低频这样巨大的天线，由于各发射台均为同一频段的低频 信号，在信道中会互相重叠、干扰。信号，在信道中会互相重叠、干扰。 n1.2 无线电通信的基本原理无线电通信的基本原理 因此，必须采用几百因此，必须采用几百kHz以上的高频振荡信号作以上的高频振荡信号作 为载体，将低频信号与高频信号调制，然后经天线发为载体，将低频信号与高频信号调制，然后经天线发 射出去。接收端再对信号进行解调。调制以后，由于射出去。接收端再对信号进行解调。调制以后，由于 传送的是高频振荡信号，天线的尺寸就可大大

11、下降。传送的是高频振荡信号，天线的尺寸就可大大下降。 同时不同的发射台采用不同的高频振荡信号作为载波，同时不同的发射台采用不同的高频振荡信号作为载波， 频谱上就互相区分开了。频谱上就互相区分开了。 n1.2 无线电通信的基本原理无线电通信的基本原理 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 现代通信系统现代通信系统 n1.2 无线电通信的基本原理无线电通信的基本原理 信息源信息源 输入输入 换能器换能器 发送发送 设备设备 信道信道受信者受信者 输出输出 换能器换能器 接收接收 设备设备 噪声源噪声源 现代通信系统 1信

12、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。 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

13、带信号变换成原来形式的消息 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 无线通信系统的基本组成无线通信系统的基本组成 按照无线通信系统中关键部分的不同特性按照无线通信系统中关键部分的不同特性, 有以下一些有以下一些 类型类型: （1） 按照工作频段或传输手段分类按照工作频段或传输手段分类, 有中波通信、有中波通信、 短短 波通信、波通信、 超短波通信、超短波通信、 微波通信和卫星通信等。微波通信和卫星通信等。 所谓工作所谓工作 频率频率, 主要指发射与接收的射频（主要指发

14、射与接收的射频（RF）频率。频率。 射频实际上就射频实际上就 是是“高频高频”的广义语的广义语, 它是指适合无线电发射和传播的频率。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。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按照通信方式来分类, 主要有（全）双工、主要有（全）双工、 半双半双 工和单工方式。工和单工方式。 （3） 按照调制方式的不同来划分按照调制方式的不同来划分, 有调幅、有调幅、 调频、调频、 调调 相以及混合调制等。相以及混合调制等。 无线通信系统的类型无线通信系统的类型 （4） 按照传送的消息的类型分类按照传送的消息

15、的类型分类, 有模拟通信有模拟通信 和数字通信和数字通信, 也可以分为话音通信、也可以分为话音通信、 图像通信、图像通信、 数数 据通信和多媒体通信等。据通信和多媒体通信等。 各种不同类型的通信系统各种不同类型的通信系统, 其系统组成和设备其系统组成和设备 的复杂程度都有很大不同。的复杂程度都有很大不同。 但是组成设备的基本电但是组成设备的基本电 路及其原理都是相同的路及其原理都是相同的, 遵从同样的规律。遵从同样的规律。 传播特性指的是无线电信号的传播方式、传播特性指的是无线电信号的传播方式、 传播距离、传播距离、 传传 播特点等。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无线电

16、信号的传播特性主要根据其所处的频段或 波段来区分。波段来区分。 电磁波从发射天线辐射出去后电磁波从发射天线辐射出去后, 不仅电波的能量会扩散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接收机只能收到其中极小的一部分, 而且在传播过程中而且在传播过程中, 电波电波 的能量会被地面、的能量会被地面、 建筑物或高空的电离层吸收或反射建筑物或高空的电离层吸收或反射, 或者在或者在 大气层中产生折射或散射等现象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从而造成到达接收机时的强 度大大衰减。度大大衰减。 根据无线电波在传播过程所发生的现象根据无线电波在传播过程所发生的现象, 电波的

17、电波的 传播方式主要有直射（视距）传播、传播方式主要有直射（视距）传播、 绕射（地波）传播、绕射（地波）传播、 折折 射和反射（天波）传播及散射传播等。射和反射（天波）传播及散射传播等。 决定传播方式和传播决定传播方式和传播 特点的关键因素是特点的关键因素是无线电信号的频率无线电信号的频率。 传播特性传播特性 无线电波 105 红外线 1010可见光 紫外线 1015 X射线 1020 宇宙射线 1025 f/Hz /m 310 3 310 2 (3.87.8)10 7 310 7 310 12 310 17 电磁波波谱电磁波波谱 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

18、波段，列表如下: 波段名称波段名称波段范围波段范围频率范围频率范围频段名称频段名称 超长波超长波 长波长波 中波中波 短波短波 超短波超短波(米波米波) 10 000100 000m 100010 000m 1001 000m 10100m 110m 330kHz 30300kHz 0.31.5MHz 1.530MHz 30300MHz 甚低频甚低频(VLF) 低频低频(LF) 中频中频(MF) 高频高频(HF) 甚高频甚高频(VHF) 微波微波 分米波分米波 厘米波厘米波 毫米波毫米波 亚毫米波亚毫米波 10100 cm 110 cm 110 cm 0.11 mm 0.33GHz 330GH

19、z 30300GHz 3003000GHz 特高频特高频(UHF) 超高频超高频(SHF) 极高频极高频(EHF) 超极高频超极高频 n1.3 通信的传输媒质通信的传输媒质 1.3 通信的传输媒质通信的传输媒质 n 信道是信号的传输媒质信道是信号的传输媒质, 可分为有线可分为有线 和无线信道和无线信道. n有线信道有线信道: 明线明线 对称电缆对称电缆 双绞线双绞线 同轴电缆同轴电缆 光纤光纤 n无线信道无线信道: 如海水，地球表面，自由空间等如海水，地球表面，自由空间等 有线通信信道有线通信信道 1. 1. 双绞线双绞线 适用于短距离（小于适用于短距离（小于100100m m）、）、1 1M

20、b/sMb/s数据率的数据率的 通信环境。通信环境。 2. 2. 同轴电缆同轴电缆 适用于距离在几百米、带宽小于适用于距离在几百米、带宽小于1010MhzMhz、码流码流 率小于率小于2020MbpsMbps的通信环境。的通信环境。 3. 3. 光纤电缆光纤电缆 特点：衰减小（小于特点：衰减小（小于1 1db/kmdb/km）、）、工作频率高、工作频率高、 信息容量大信息容量大 无线通信信道无线通信信道 n无线通信的传输媒质是自由空间。无线通信的传输媒质是自由空间。 电磁波从发射天线辐射出去之后，电磁波从发射天线辐射出去之后， 经过自由空间到达接收天线的传播经过自由空间到达接收天线的传播 途径

21、可分为两大类：地波和天波。途径可分为两大类：地波和天波。 地波（分为地面波和空间波）地波（分为地面波和空间波） 1. 地面波地面波 就是沿地面传播的无线电波。适就是沿地面传播的无线电波。适 用于长波和超长波。用于长波和超长波。 1.5MHz以下的电磁波主要沿地表传播以下的电磁波主要沿地表传播 , 称为称为 地面波地面波 地波（分为地面波和空间波）地波（分为地面波和空间波） 2. 空间波空间波 是在发射天线与接收天线间直线是在发射天线与接收天线间直线 传播的无线电波传播的无线电波, , 发射天线和接收发射天线和接收 天线较高，接收点的电磁波由直接天线较高，接收点的电磁波由直接 波和地面反射波合成

22、。适用于超短波和地面反射波合成。适用于超短 波。波。 30MHz以上的电磁波主要沿空间直线传播，以上的电磁波主要沿空间直线传播， 称为称为空间波空间波 天波天波 n经过地面经过地面100100kmkm至至500500kmkm的电离层反射传的电离层反射传 送到接收点的电磁波。适用于短波。送到接收点的电磁波。适用于短波。 n电离层反射的特点：电离层反射的特点： 频率越高，吸收能量越小，但频率过频率越高，吸收能量越小，但频率过 高电波会穿透电离层。故频率只限于中高电波会穿透电离层。故频率只限于中 短波段短波段300300KhzKhz30Mhz30Mhz 。 1.530MHz的电磁波，主要靠天空中电的电磁波，主要靠天空中电 离层的折射和反射传播，称为离层的折射和反射传播，称为天波天波 电离层电离层 n1.4 高频电子线路的主要内容高频电子线路的主要内容 高频电子线路课程的绝大部分电路都属于非线高频电子线路课程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分析方法来分性电