哈理工通信电子线路Class01

1、高频电子线路 王军王军 哈尔滨理工大学通信工程系 p高频电子技术是工科电子信息工程、通信工程专高频电子技术是工科电子信息工程、通信工程专 业的一门专业技术核心课程。业的一门专业技术核心课程。 p高频电子技术是通信的基础，已经广泛地应用于高频电子技术是通信的基础，已经广泛地应用于 军事、科学、生活等各个领域。军事、科学、生活等各个领域。 p本课程的目标：本课程的目标： 了解通信系统的组成及信号传输的原理、调制解调的了解通信系统的组成及信号传输的原理、调制解调的 基本概念；基本概念； 掌握基本电路的组成、工作原理、主要指标和特点；掌握基本电路的组成、工作原理、主要指标和特点； 熟练掌握高频小信号放

2、大电路、高频功率放大电路和熟练掌握高频小信号放大电路、高频功率放大电路和 正弦波振荡电路的分析与设计；正弦波振荡电路的分析与设计； 熟练掌握振幅调制与解调、角度调制与解调、反馈控熟练掌握振幅调制与解调、角度调制与解调、反馈控 制电路的分析与设计。制电路的分析与设计。 具有正确分析、设计和实施常见高频电路功能的能力；具有正确分析、设计和实施常见高频电路功能的能力； 并具有利用所学知识和技能进行高频电子系统设计和并具有利用所学知识和技能进行高频电子系统设计和 综合能力。综合能力。 有两种设计师，一种是已经遇到了信号完整性问题，另一种有两种设计师，一种是已经遇到了信号完整性问题，另一种 是即将遇到信

3、号完整性问题是即将遇到信号完整性问题. Signal Integrity:SimplifiedE.Bogatin 必须考虑 现在的电子产品工作的频率越来越高现在的电子产品工作的频率越来越高.以前的电子产品以前的电子产品 工作频率也就几工作频率也就几MHz(信号对我们来说是信号对我们来说是透明的透明的), 而现而现 在的嵌入式产品工作频率一般都在几十在的嵌入式产品工作频率一般都在几十MHz以上。以上。 也许有的同学会说我就想做一个普通的电也许有的同学会说我就想做一个普通的电 子工程师，是不是就可以不用学高频了呢？子工程师，是不是就可以不用学高频了呢？ ( (高速电路互联问题高速电路互联问题) )

4、 高速电路高速电路可能可能带来的问题带来的问题: : 2 2、时序信号错乱、时序信号错乱 1 1、干扰、干扰 高速电信号容易造成电磁发射高速电信号容易造成电磁发射 数字电路中最重要的就是数字电路中最重要的就是时序时序 干扰别的电路 工作或影响电 路整体的性能 (performance) 时序经常是靠一些脉冲信号如时钟驱动的时序经常是靠一些脉冲信号如时钟驱动的 高速的时钟信号在高速的时钟信号在不加处理地不加处理地进行传输时会出现进行传输时会出现 什么现象呢？什么现象呢？ 通过分布参数通过分布参数/ /场作用与其他部分场作用与其他部分电磁耦合电磁耦合 甚至可能形成反馈 造成不稳定 这就是为什么一般

5、频率较高的电路会考虑加一些匹配阻这就是为什么一般频率较高的电路会考虑加一些匹配阻 抗的原因之一。如高速串行通讯、有线电视等输入端会抗的原因之一。如高速串行通讯、有线电视等输入端会 接一个与同轴电缆特征阻抗相匹配的电阻。接一个与同轴电缆特征阻抗相匹配的电阻。 p先修课程：先修课程：电路原理、模拟电子技术、信 号与系统(或积分变换) p考核：考核：平时成绩30%+期末考试70% p教材与参考书教材与参考书 2、阳昌汉. 高频电子线路学习指导. 高等教育出版社 3 3、张肃文、张肃文. .高频电子线路高频电子线路. .高等教育出版社高等教育出版社 4 4、卡尔卡尔约瑟夫约瑟夫. 射频电路设计射频电路

6、设计. .科学出版社科学出版社 1、阳昌汉.高频电子线路.哈尔滨工程大学出版社 第一章第一章 绪绪 论论 主要内容主要内容 1.1 通信系统的组成通信系统的组成 通信系统通信系统：实现信息的传输所需的设备总和称为通信系统。 通信系统的组成通信系统的组成: : 输入输入 变换器变换器 发送发送 设备设备 传输传输 信道信道 接收接收 设备设备 输出输出 变换器变换器 通信系统的分类通信系统的分类 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。 1输入变换器：输入变换器： 将传送的非电量信息(如声音、

7、图像等) 变换为电信号 2发送设备：发送设备： 将电信号变换为适应于信道传输特性的信号 3传输信道：传输信道： 是传输信息的通道，又称传输媒介 4接收设备：接收设备： 将电信号转变成原来传送的信号5输出变换器：输出变换器： 有线信道：双绞线、同轴电缆和光纤 无线信道；自由空间 将接收到的信号恢复成与发送设备输入信 号一致的信号 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。 1、绕射传播（地波）、绕射传播（地波）: 适合频率f： 1.5MHz以下 (为200m以上)的中长波。 沿地面传播沿地面传播 1.2 无线信道及其传播方式无线信道及其传播方

8、式 电磁波在自由空间传播方式主要取决于频率或波长。电 波在无线信道中传播的主要方式可分为四种：绕射传播(地 波)、电离层反射和折射(天波)、直射传播(空间波)和对流层 散射。 广播电台，如中央人民广播电台海军通信、航海导航 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。 利用电离层的折射和反射来实现传播。 2、电离层的折射和反射传播（天波）、电离层的折射和反射传播（天波） n适合频率f： 1.5MHz-30MHz （10m-200m)的短波 电离层电离层 电波从发射天线发出，沿直线传播到接收天线。 3、直射传播（空间波）、直射传

9、播（空间波） 适合频率f： 30MHz以上 (波长为10m以下) 的超短波。 特点特点：这种传播的距离只限制在视距范围内（也叫视距传 播）即传播距离短。 由于视距有限，因此可以通过高架天线、中继站或通信卫 星等方法扩大传播距离。一般用于超短波通信和微波通信 及卫星通信。 移动通信中的基站：既可以实现中继，也可以用于扩展服务用户的数量 电视发射塔：以前一般都安装山上的 电视接收天线 在距地面1012千米范围的大气层称为对流层。由于大气湍流 运动等原因形成的不均匀性会对电磁波散射。散射具有很强的 方向性和随机性。散射传播距离约为100500千米，适合 4006000MHz的频率。即VHF和UHF波

10、段的应用。 (a) 射线 (b) (c) 电离层 (d) 对流层 散射传播 4、对流层散射传播、对流层散射传播 频带波长名称典型用途 30300Hz104103km特低频水下通信；电报 0.33kHz103102km音频数据终端；实线电话 330kHz10210km甚低频 远距离导航；声呐；电报；电 话；频率标准 低频 (长波) 中频 (中波) 高频 (短波) 甚高频 (超短波) 超高频 (分米波) 极高频 (厘米波) 特高频 (毫米波)30300GHz101mm 雷达着陆系统；射电天文；铁 路设施；科学研究 0.33GHz10210cm 电视广播；雷达；遥控遥测； 导 航 ； 卫 星 通 信

11、 ； 无 线 电 测 高；移动通信 330GHz101cm 卫星通信；空间通信；微波接 力；机载雷达；气象雷达；陆 地机动车 330MHz10210m 国际定点通信；军用通信；商 用调幅广播；飞机和船通信； 岸与船通信 30 300MHz101m 电视广播；调频广播；车辆通 信；航空通信；导航设备 30300kHz101km 导航系统；航标信号；电报通 信 0.33MHz103102m 商 用 调 幅 广 播 ； 业 余 移 动 通 信；海军无线电通信；测向； 遇险和呼救 表表1-1 无线电波的频段划分及典型用途无线电波的频段划分及典型用途 国际电联国际电联(ITU)给出的划分给出的划分 1.

12、3 无线电发送设备的组成与原理无线电发送设备的组成与原理 一、无线电发送设备的原理一、无线电发送设备的原理 1、基本任务：、基本任务：无线电发送是以自由空间为传输信道，把需无线电发送是以自由空间为传输信道，把需 要传送的信息要传送的信息(声音、文字或图象声音、文字或图象)变换成无线电波传送到变换成无线电波传送到 远方的接收点。远方的接收点。 2、信息传输的基本要求、信息传输的基本要求: 希望传送距离远希望传送距离远 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、基带信号直接发送存在两个缺点 很难实现多路通信。

13、 要求有很长的天线，在工艺及使用上都是很困难的。 3、基带信号的特点、基带信号的特点 u不同的原始信息占有不同的频带宽度 u基带信号占有的频带属于低频范围。 模拟调制模拟调制:振幅调制振幅调制(AM) 频率调制频率调制(FM) 相位调制相位调制(PM) 调制的定义调制的定义: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、载波调制传送方式 数字调制数字调制:振幅键控振幅键控(ASK) 频率键控频率键控(FSK) 相位键控相位键控(PSK) 调制方式调制方式 二、无线电发送设备的组成二、无线电发送设备的组成(以

14、调幅广播为例以调幅广播为例) 1、组成方框图、组成方框图 缓冲器缓冲器 高频高频 放大器放大器 AM 调制器调制器 高频功率高频功率 放大器放大器 主振器主振器 低频功率低频功率 放大器放大器 前置前置 放大器放大器 声电声电 变换器变换器 2、信息传输的过程、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 1.4 无线电接收设备的组成与原理无线电接

15、收设备的组成与原理 一、无线电接收设备的原理一、无线电接收设备的原理 1、基本概念、基本概念：无线电接收过程正好和发送过程：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磁波接收下来，并从中取出需要接收的信息 信号。信号。 2、解调、解调：解调是调制的逆过程。即从已调波中：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、鉴频和鉴相。应，也分为三种：检波、鉴频和鉴相。 特点：特点： 电路简单 接收灵敏度太差，选择

16、性也差，很少直接采用。 二、直接检波式接收机二、直接检波式接收机 检波器检波器 选频回路选频回路 三、直接放大式接收机三、直接放大式接收机 选频选频 回路回路 高频高频 放大放大 检波器检波器 低频电低频电 压放大压放大 低频功低频功 率放大率放大 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。 四、超外差接收机四、超外差接收机( (以调幅广播为例以调幅广播为例) ) 混混 频频 中频中频 放大放大 检检 波波 低频电低频电 压放大压放大 低频功低频功 率放大率放大 本

17、机本机 振荡振荡 高频小高频小 信号放信号放 大大 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。 从收、发信机看到高频电子线路的基本内容应包括: (1) 高频振荡器(信号源、载波信号或本地振荡信号)； (2) 放大器(高频小信号放大器及高频功率放大器)； (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)； (5) 反馈控制电路，如自动增益控制(AGC)或自动电平控制 (ALC)电路、自动频率控制(AFC)电路和自动相位控制(APC) 电路(也即锁相环PLL)。 实现频谱搬移 负载变化负载变化 信号大小变化信号大小变化 希望得到的通希望得到的通 信质量不下降信质量不下降 1 1、改变本地振荡信号的频率、改变本地振荡信号的频率 2 2、解调、调制、解调、调制 一、研究对象一、研究对象 通信系统中的发送设备和接收设备的各种高频功能电路的 功能、原理和基本组成。 二、研究范畴二、研究范畴 1、高频、高频：指本课程所讨论的频率范围是几百KHz几百MHz 又称为射频(