第1讲 1绪论(高频)

1、 安安 颖颖 2013年年8月月 电子线路电子线路（非线性部分）（非线性部分）谢嘉奎主编，高等教育出版社谢嘉奎主编，高等教育出版社，第四版第四版关于课程的说明关于课程的说明绪 论先学课程先学课程 电子线路的线性部分电子线路的线性部分（模拟电子技术）（模拟电子技术）相关课程相关课程 信号与系统信号与系统后继课程后继课程 通信原理通信原理课程性质课程性质 专业基础课，考试专业基础课，考试主要内容主要内容 无线通信系统中的基本模拟电路单元无线通信系统中的基本模拟电路单元绪 论研究对象研究对象 非线性电子电路在无线通信系统中的应用非线性电子电路在无线通信系统中的应用课程名称课程名称 非线性电子线路非线

2、性电子线路 - 电路元件的工作区电路元件的工作区 高高 频频 电电 子子 线路线路 - 电路的工作频率电路的工作频率 通通 信信 电电 路路 - 电路的作用电路的作用关于授课的几点说明关于授课的几点说明1 1、理论学时、理论学时-40-40（3636）学时；实验）学时；实验-16-16学时学时 课内外学时比课内外学时比-2-2比比3 32 2、交作业时间：每周第一次课上课前，烦请课代表、交作业时间：每周第一次课上课前，烦请课代表 按学号排好按学号排好3 3、请自觉遵守课堂纪律，保持安静、请自觉遵守课堂纪律，保持安静4 4、请在课上保持手机的关机状态、请在课上保持手机的关机状态5 5、欢迎大家就

3、课程内容和授课方法多提宝贵意见、欢迎大家就课程内容和授课方法多提宝贵意见绪 论1.1 通信技术的发展历程通信技术的发展历程1.2 无线通信系统的组成无线通信系统的组成1.3 调制与解调调制与解调1.4 超外差接收与混频超外差接收与混频1.5 非线性电子电路的作用非线性电子电路的作用1.1 通信技术的发展历程通信技术的发展历程古代：古代：烽火台、驿站快马接力，信鸽，旗语等。烽火台、驿站快马接力，信鸽，旗语等。近代：近代：18371837年莫尔斯发明了电报，开创了近代通信年莫尔斯发明了电报，开创了近代通信 的新纪元。的新纪元。 18641864年麦克斯韦从理论上证明了电磁波的存年麦克斯韦从理论上证

4、明了电磁波的存 在。在。 18761876年贝尔发明了电话，实现了有线通信。年贝尔发明了电话，实现了有线通信。 18871887年赫兹通过实验证实了电磁波的存在。年赫兹通过实验证实了电磁波的存在。 18951895年马克尼首次在几百米的距离用电磁波年马克尼首次在几百米的距离用电磁波 实现通信。实现通信。 1901 1901年又完成了横跨大西洋的通信，实现了年又完成了横跨大西洋的通信，实现了 无线电通信。无线电通信。 19041904年弗莱明发明了电子二极管。年弗莱明发明了电子二极管。 19071907年李年李. .德德. .福雷斯特发明了电子三极管。福雷斯特发明了电子三极管。 19481948

5、年肖克莱等人发明了晶体三极管年肖克莱等人发明了晶体三极管 六十年代开始出现了集成电路。六十年代开始出现了集成电路。现代：现代：19781978年，美国贝尔实验室研制成功第一代模年，美国贝尔实验室研制成功第一代模 拟移动通信技术。拟移动通信技术。 8080年代，出现了第二代数字移动通信技术。年代，出现了第二代数字移动通信技术。1G1G模拟技术时代已成为历史模拟技术时代已成为历史1G1G是以美国的是以美国的AMPSAMPS系统和英国改进型系统系统和英国改进型系统TACSTACS为代为代表的模拟蜂窝移动通信网。对应的接入技术是表的模拟蜂窝移动通信网。对应的接入技术是FDMAFDMA技术，主要关注语音

6、信号的传输。技术，主要关注语音信号的传输。 2G2G窄带数字技术时代已到中后期窄带数字技术时代已到中后期2G2G是以欧洲的是以欧洲的GSMGSM和美国的和美国的IS-95IS-95为代表的窄带数字为代表的窄带数字蜂窝移动通信系统。对应的接入技术分别是蜂窝移动通信系统。对应的接入技术分别是TDMATDMA和和窄带窄带CDMACDMA技术，技术，接收电子邮件或网页。接收电子邮件或网页。从从1996年开始，出现了第年开始，出现了第2.5代移动通信技术。代移动通信技术。2000年，开始研究第三代移动通信技术，我国是以年，开始研究第三代移动通信技术，我国是以大唐电信集团为代表提出的大唐电信集团为代表提出

7、的TD-SCDMA。ITU确定确定了三个了三个3G通信系统的接口技术标准，即：通信系统的接口技术标准，即：WCDMA、CDMA2000以及以及TD-SCDMA。CDMA使用码分扩频技术，先进功率和话音激活使用码分扩频技术，先进功率和话音激活至少可提供大于至少可提供大于3倍倍GSM网络容量。网络容量。3G与与2G的主要区别是在传输声音和数据的速度上的的主要区别是在传输声音和数据的速度上的提升，它能够在全球范围内更好地实现提升，它能够在全球范围内更好地实现无线漫游无线漫游，并，并处理图像处理图像、音乐音乐、视频流视频流等多种媒体形式，提供包括等多种媒体形式，提供包括网页浏览网页浏览、电话会议电话会

8、议、电子商务电子商务等多种信息服务等多种信息服务中国移动通信集团于中国移动通信集团于2008年年4月月1日起在日起在北京、上海、北京、上海、天津、沈阳、广州、深圳、厦门和秦皇岛天津、沈阳、广州、深圳、厦门和秦皇岛8个城市启个城市启动第三代移动通信。并在动第三代移动通信。并在2008年开始搭建全国性年开始搭建全国性TD-SCDMA网络，网络，2009年全国性年全国性TD-SCDMA网络基本建网络基本建成，成，2010年以后，开始进行网络优化以及逐步扩容。年以后，开始进行网络优化以及逐步扩容。 1.2 无线通信系统的组成无线通信系统的组成 绪 论基基带带信信号号已已调调信信号号已已调调信信号号基基

9、带带信信号号远距离传输信道信道 信道是连接发送、接收两端的信息通道，也称为传信道是连接发送、接收两端的信息通道，也称为传输媒介。通信系统中的信道分为输媒介。通信系统中的信道分为有线信道有线信道和和无线信无线信道道两类。两类。 有线信道主要是传输线，无线信道主要有自由空间、有线信道主要是传输线，无线信道主要有自由空间、地球表面、海水等媒介。地球表面、海水等媒介。 无线电的频率范围划分为若干个区域，称为无线电的频率范围划分为若干个区域，称为波段或波段或频段频段。 绪 论(a)射线(b)(c)电离层(d)对流层40-50Km沿视线传输沿视线传输30M300GHz 雷达雷达 微波微波距地面距地面50K

10、m 以上以上距地面距地面12Km 以下以下直射传播直射传播地波传播地波传播天波传播天波传播散射传播散射传播30K3MHz 远距离通信远距离通信300K30MHz 广播广播30M3GHz 电视电视 雷达雷达无线电信号的无线电信号的传播传播特性特性绪 论 在自由空间中在自由空间中 c = f 式中，式中， c 3108m/s， f 为频率，为频率， 为波长。为波长。只有馈到天线上的信号波长与天线尺寸可以相只有馈到天线上的信号波长与天线尺寸可以相比拟时，天线才能有效地辐射和接收电磁波。比拟时，天线才能有效地辐射和接收电磁波。语音信号频率为语音信号频率为3003000Hz， 1001000km绪 论频

11、率越高，天线尺寸越小，可实现性越强。频率越高，天线尺寸越小，可实现性越强。调制，是一种手段，能够将频率很低的信号调制，是一种手段，能够将频率很低的信号“加载加载”到高频信号上，从而满足天线的要求，到高频信号上，从而满足天线的要求，提高辐射效率，以实现较小的信号功率传播较提高辐射效率，以实现较小的信号功率传播较远的距离。远的距离。调制调制用调制信号控制载波的用调制信号控制载波的振幅振幅、频率频率或或相相位位, , 使其按照调制信号的规律变化。使其按照调制信号的规律变化。调制信号调制信号基带信号基带信号低频信号低频信号载载 波波高频信号高频信号(正弦波正弦波脉冲信号脉冲信号)绪 论已已 调调 波波

12、 调制后的信号调制后的信号 （模拟信号（模拟信号 数字信号）数字信号）1.3 调制与解调调制与解调调制调制信号信号载波振幅载波振幅载波频率载波频率载波相位载波相位调幅调幅调相调相调频调频幅度键控幅度键控频移键控频移键控相移键控相移键控调调制制方方式式QAM绪 论调幅振幅调制调幅振幅调制用调制信号去控制高频载波的振幅，使载波用调制信号去控制高频载波的振幅，使载波信号的振幅按照调制信号的规律变化。信号的振幅按照调制信号的规律变化。模拟调幅模拟调幅调制信号调制信号-连续的低频信号连续的低频信号高频载波高频载波-正弦波正弦波绪 论单音的普通调幅信号的表达式为单音的普通调幅信号的表达式为: :tkUUU

13、mcmcmcostUtuccmccos)(tUtumcos)(载波信号为载波信号为绪 论单音低频信号为单音低频信号为用低频信号控制载波振幅后，载波振幅变为用低频信号控制载波振幅后，载波振幅变为ttkUUtucmcmcos)cos()(叠加后的叠加后的脉动直流脉动直流信号信号相乘后，载波相乘后，载波的频率、相位的频率、相位均不变，但振均不变，但振幅受控。幅受控。包络线包络线反映了反映了低频信低频信号的变号的变化化波波 形形 1UcmcmUt频分复用频分复用FDM信道复用信道复用若干信号在若干信号在同一信道上同一信道上传输传输时分复用时分复用TDM码分复用码分复用CDM电视、广播电视、广播绪 论绪

14、 论发送机将基带信号经过调制，再对其功率进行放大。发送机将基带信号经过调制，再对其功率进行放大。振荡器的频率不同，已调信号的载频就不同。振荡器的频率不同，已调信号的载频就不同。多组时，即可实现信道的频分复用。多组时，即可实现信道的频分复用。发送机发送机已调信号已调信号振荡器振荡器倍频器倍频器调制器调制器功率放大功率放大低频放大低频放大音频信号音频信号基带信号基带信号调制的意义调制的意义小信号远距离传输小信号远距离传输实现信道的复用实现信道的复用绪 论绪 论已调波的解调已调波的解调解调解调 是调制的逆过程，它的作用是将已调波是调制的逆过程，它的作用是将已调波信号变换为携有信息的电信号。信号变换为

15、携有信息的电信号。在模拟调制中，相应的解调电路是：在模拟调制中，相应的解调电路是：调幅（调幅（AM）- 检波检波调频（调频（FM）- 鉴频鉴频调相（调相（PM）- 鉴相鉴相绪 论超外差接收方式超外差接收方式接收机接收机高频放大高频放大混频器混频器中频放大中频放大解调器解调器低频放大低频放大本地振荡本地振荡fI IfLfc1.4 超外差接收与混频超外差接收与混频 混频器有两个输入电压，输入信号混频器有两个输入电压，输入信号us和本地和本地振荡信号振荡信号uL，其工作频率分别为，其工作频率分别为fc和和fL。输出输出信号为信号为uI，称为中频信号，其频率是，称为中频信号，其频率是fc和和fL的的差

16、频或和频，称为中频差频或和频，称为中频fI。绪 论混频器的功能混频器的功能fI=fLfct0t0绪 论混频器混频器us fc uIfI uLfL 输入载频输入载频输出中频输出中频本振频率本振频率 带通滤波器带通滤波器usuouLuI绪 论混频器的工作原理混频器的工作原理 设输入到混频器中的输入已调信号设输入到混频器中的输入已调信号us和本振电和本振电压压uL分别为分别为 us=Usmcostcosct uL=ULcosLt绪 论 这两个信号的乘积为这两个信号的乘积为tUttUuuullmcmlscoscoscosso）（tttUUlclmmcoscoscosscoscos21cosstttUU

17、lclclmm）（）（）（ttUUulclmm）（coscos21so绪 论经低通滤波后经低通滤波后输出电输出电压振幅压振幅依旧保依旧保留了低留了低频信号频信号的成分的成分输出输出电压电压频率频率被降被降低在低在中频中频在信道复用时，对于不同在信道复用时，对于不同载频载频fc的信号，调整本振的信号，调整本振频率频率fL，可以使中频可以使中频fI 统统一为固定数值，称为超外一为固定数值，称为超外差的接收方式。差的接收方式。 发射机发射机接收机接收机信信道道音频音频放大器放大器调制器调制器激励激励放大放大输出功输出功率放大率放大载波载波振荡器振荡器天线天线开关开关高频高频放大放大混频器混频器中频中

18、频放大放大解调器解调器音频音频放大器放大器话话筒筒本地本地振荡器振荡器扬扬声声器器变频器变频器1 1、高频振荡器、高频振荡器 2 2、高、中、低频放大器、高、中、低频放大器 3 3、混频或变频器、混频或变频器 4 4、调制器与解调器、调制器与解调器 绪 论课程课程主要主要内容内容无线通信系统的基本模拟电路单元无线通信系统的基本模拟电路单元绪 论 线线 性：性：叠加性叠加性与与齐次性齐次性 不失真（频率不变）不失真（频率不变） 非非 线线 性：失真性：失真 线性的元件：电阻、电容、电感线性的元件：电阻、电容、电感 非线性元件：二极管、三极管、场效应管非线性元件：二极管、三极管、场效应管1.5 非

19、线性电子电路的作用非线性电子电路的作用线性与非线性线性与非线性频率变换频率变换绪 论非线性器件的线性区非线性器件的线性区 AB段为非线性元件的线性区。段为非线性元件的线性区。ui0QAB绪 论结论结论1、当信号较小并工作在非线性元件的线性区时，、当信号较小并工作在非线性元件的线性区时， 可认为元件为线性元件，信号实现不失真传输。可认为元件为线性元件，信号实现不失真传输。 如二极管的导通状态、三极管的放大状态。如二极管的导通状态、三极管的放大状态。2、当信号较大并超过非线性元件的线性区时，信号、当信号较大并超过非线性元件的线性区时，信号 必将失真。如三极管产生的削底与削顶失真。必将失真。如三极管产生的削底与削顶失真。3、信号产生失真的实质是引入了谐波成分，失真信、信号产生失真的实质是引入了谐波成分，失真信 号的基频分量即为原信号。号的基频分量即为原信号。绪 论 实质：实质：