第1章绪论(高频)

1、教材选用教材选用高频电子线路胡宴如主编高频电子线路胡宴如主编 高等教育出版社高等教育出版社参考教材：参考教材：1.高频电子电路王卫东高频电子电路王卫东 傅佑麟主编傅佑麟主编 电子工业出版社电子工业出版社2高频电子线路吴慎山主编高频电子线路吴慎山主编 电子工业出版社电子工业出版社3.权威教材：高频电子线路权威教材：高频电子线路 张肃文主编张肃文主编 高等教育出版社高等教育出版社知识的系统化、完整性。知识的系统化、完整性。内容多，课时偏少，有一定的难度。内容多，课时偏少，有一定的难度。 本课程的特点：本课程的特点： 本课程的学习要点：本课程的学习要点：专注的听讲，积极的思考，能起到事半功倍的效果。

2、专注的听讲，积极的思考，能起到事半功倍的效果。反复反复领悟各个电路工作原理之间内在的逻辑关系，抓住领悟各个电路工作原理之间内在的逻辑关系，抓住各种电路之间的共性，洞悉各种功能之间的内在联系，各种电路之间的共性，洞悉各种功能之间的内在联系，而而不要局限于掌握一个个具体的电路及其工作原理。不要局限于掌握一个个具体的电路及其工作原理。熟悉典型的单元电路，熟悉典型的单元电路，对识图能力对识图能力的提高和的提高和电路的系电路的系统设计统设计都是非常有意义的。都是非常有意义的。二、基本概念：二、基本概念： （1）300khz以下，属于低频电子线路。以下，属于低频电子线路。 （2）300khz300Mhz,

3、属于高频电子线路。属于高频电子线路。 （3）300Mhz以上，属于电磁场与微波技术以上，属于电磁场与微波技术 。第第1章章 绪论绪论 一、本课程在学科中的位置一、本课程在学科中的位置理工农理工农医文史医文史经哲经哲工程类工程类机械机械电学电学专业基础课专业基础课 模数模数高高拟拟字字频频公共课公共课基础课基础课专业课专业课强电强电弱电弱电三、无线电通信的发展史三、无线电通信的发展史研究背景：研究背景：信息传输信息传输是人类社会活动的重要内容，因此是人类社会活动的重要内容，因此人类总是在孜孜不倦的探索如何实现更快速的远距离通人类总是在孜孜不倦的探索如何实现更快速的远距离通信。信。起源：起源：19

4、世纪产生了电磁理论与实践的坚实基础后世纪产生了电磁理论与实践的坚实基础后 蓬勃发展。蓬勃发展。1.1864年英国物理学家麦克斯韦（年英国物理学家麦克斯韦（JCerk Maxwell）发）发表了闻名于世的论文表了闻名于世的论文电磁场动力学理论电磁场动力学理论，为无线电，为无线电的发明和发展奠定了理论基础。的发明和发展奠定了理论基础。2.1887年德国物理学家赫兹（年德国物理学家赫兹（HHertz）以卓越的实验技）以卓越的实验技巧证明了电磁波的存在。巧证明了电磁波的存在。三、无线电通信的发展史三、无线电通信的发展史3.1901年意大利的马尼克首次完成了横渡大西洋的通信，年意大利的马尼克首次完成了横

5、渡大西洋的通信，实现了无线电通信实现了无线电通信1904年弗年弗莱明发明莱明发明二极管二极管1907年福年福利斯特发利斯特发明电子三明电子三极管极管1948年肖克年肖克莱发明晶体莱发明晶体三极管三极管20世纪世纪60年代年代出现集出现集成电路成电路四、高频电路和低频电路的区别四、高频电路和低频电路的区别体会：体会：在高频电路中，由于布线的问题往往会导致电路中存在很在高频电路中，由于布线的问题往往会导致电路中存在很多意想不到的正反馈和负反馈而使得高频电路呈现出比低频电路多意想不到的正反馈和负反馈而使得高频电路呈现出比低频电路复杂得多的实际问题。高频的学习需要在扎实的理论功底上的丰复杂得多的实际问

6、题。高频的学习需要在扎实的理论功底上的丰富实践。富实践。（1）高频电路主要是研究）高频电路主要是研究模拟信号模拟信号的无线传输原理，的无线传输原理， 属于通信系统的基础课程。也就是广义上所说属于通信系统的基础课程。也就是广义上所说 的的“射频射频”（RF）。）。 （3） 信息的原始形式：信息的原始形式：（2）通信的任务：）通信的任务： 传递信息。即：将经过处理的信息从一个地方传递信息。即：将经过处理的信息从一个地方传递到另外一个地方。传递到另外一个地方。声音、文字、图像等，总之大部分为：非电量声音、文字、图像等，总之大部分为：非电量五、基本概念：五、基本概念：信号通过信号通过信道传输信道传输电

7、磁波的发射与接收电磁波的发射与接收无线通信的优点：无线电波能方便快捷的在自由空间进无线通信的优点：无线电波能方便快捷的在自由空间进 行远距离传播，所受限制少。行远距离传播，所受限制少。信道：信息的传输媒质。信道：信息的传输媒质。通信系统按信道的分类：有线通信和无线通信。通信系统按信道的分类：有线通信和无线通信。有线通信：导线、电缆、光纤有线通信：导线、电缆、光纤无线通信：自由空间、海水、地球表面无线通信：自由空间、海水、地球表面信源信源发信发信设备设备收信收信设备设备收信者收信者信道信道噪声源噪声源无线电波的波段划分无线电波的波段划分六、现代无线通信系统的组成六、现代无线通信系统的组成 1.1

8、.信息源：要传送的原始信息（一般为非电量）信息源：要传送的原始信息（一般为非电量）2.2.输入换能器：将非电量消息输入换能器：将非电量消息( (如声音、图像等如声音、图像等) )变换为电信号变换为电信号 3.3.发送设备：将基带信号转换为适宜无线发送的高频信号发送设备：将基带信号转换为适宜无线发送的高频信号 即：经过即：经过调制调制的已调信号的已调信号 4.4.接收设备：从已调信号中恢复出发送端相一致的基带信号接收设备：从已调信号中恢复出发送端相一致的基带信号5.5.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带信号变换成原来形式的消息 信息源信息源换能器换能器 发送发

9、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基带基带信号信号已调已调信号信号基带基带信号信号已调已调信号信号 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基带基带信号信号已调已调信号信号基带基带信号信号已调已调信号信号三、信号在信道中传输会产生两种状况：三、信号在信道中传输会产生两种状况：1.信道的媒介质会吸收信号的能量。信道的媒介质会吸收信号的能量。2.信道中一般都存在干扰的噪声源，这些噪声信号会和有用信号信道中一般都存在干扰的噪声源，这些噪声信号会和有用信号 叠加。叠加。强调：强调：一、基带

10、信号的特点是：一、基带信号的特点是：“频率低、幅度小、功率小的小信号频率低、幅度小、功率小的小信号”。二、通过天线发送出去的已调信号的特点是：二、通过天线发送出去的已调信号的特点是：“高频、幅度大高频、幅度大 且功率大的大信号且功率大的大信号”四、接收端接受到的信号特点就是：四、接收端接受到的信号特点就是：“小而杂的高频信号小而杂的高频信号”问题一：为什么要进行问题一：为什么要进行“调制调制”，即：基带信号不适宜直接通过天线传送的原因，即：基带信号不适宜直接通过天线传送的原因1.1.若直接发射基带信号，无法制造和安装与之相适宜的天线。若直接发射基带信号，无法制造和安装与之相适宜的天线。无线电波

11、是一种电磁波，它是以光速的速度传播的，无线电波是一种电磁波，它是以光速的速度传播的，smcfc/103,8音频信号的频率：音频信号的频率：20HZ20KHZ; 图像信号的频率：图像信号的频率：06MHZkmKHZf1510201032038若 由电磁学可知只有天线的长度与所发射的信号的波长相比拟，天线由电磁学可知只有天线的长度与所发射的信号的波长相比拟，天线才能有效的发送信号，因此直接发送基带信号，是不现实的。才能有效的发送信号，因此直接发送基带信号，是不现实的。多家电台发射的信号频率大致相同，它们在自由空间混合在一起，多家电台发射的信号频率大致相同，它们在自由空间混合在一起，互相干扰，使接收

12、机无法区分和选择互相干扰，使接收机无法区分和选择2.2.若直接发送基带信号，无法选择所要接受的信号。若直接发送基带信号，无法选择所要接受的信号。结论结论：必须将低频的基带信号必须将低频的基带信号“加载加载”到高频信号上到高频信号上 才能通过发射天线，并且被接收机所接受，这才能通过发射天线，并且被接收机所接受，这 个过程就叫调制。个过程就叫调制。调制：调制：将待传送的低频信号按照一定的规律加载到高频将待传送的低频信号按照一定的规律加载到高频 信号上的过程信号上的过程问题二：如何实现进行调制？问题二：如何实现进行调制？)sin()( tUtum 射频载波信号射频载波信号回忆：回忆：正弦信号的三要素

13、正弦信号的三要素振幅、频率、相位振幅、频率、相位 幅度调制幅度调制AM 载波的载波的幅度幅度Um受控于基带调制信号正比变化受控于基带调制信号正比变化 载波的角频率载波的角频率 和相位和相位 保持保持不变不变频率调制频率调制FM载波的载波的角频率角频率 受控于基带调制信号正比变化受控于基带调制信号正比变化 载波的幅度载波的幅度Um和相位和相位 保持保持不变不变相位调制相位调制PM载波的载波的相位相位 受控于基带调制相位正比变化受控于基带调制相位正比变化 载波的幅度载波的幅度Um和和角频率角频率 保持不变保持不变如果基带调制信号是模拟信号如果基带调制信号是模拟信号模拟信号的振幅调制波形比对模拟信号

14、的振幅调制波形比对等待传递的有用信等待传递的有用信息的息的低频基带信号低频基带信号承载有用信息的承载有用信息的高高频载波信号频载波信号携带有用信息的携带有用信息的高高频已调制信号频已调制信号数字信号调制的提出数字信号调制的提出移幅键控移幅键控ASK载波的载波的幅度幅度Um 随数字基带信号随数字基带信号m(t) 正比变化正比变化移频键控移频键控FSK载波的载波的频率频率f 随随数字基带信号数字基带信号m(t) 正比变化正比变化移相键控移相键控PSK 载波的载波的相位相位随随数字基带信号数字基带信号m(t) 正比变化正比变化如果载频的如果载频的幅度幅度Um和和相位相位两者随数字基带信号正比变化，则

15、所两者随数字基带信号正比变化，则所产生的已调信号是产生的已调信号是正交幅度调制正交幅度调制QAM。 )sin()( tUtum 射频载波信号射频载波信号如果基带调制信号是数字的如果基带调制信号是数字的o 举例 数字调制波形f1f2相位起始为相位起始为0 0相位起始为相位起始为1.1.主要沿地表传播的电磁波主要沿地表传播的电磁波, , 称为称为地波地波地波：适合地波：适合1.5MHZ1.5MHZ以下电磁波的传播（中长波的主要传播方式）以下电磁波的传播（中长波的主要传播方式）因为大地不是理想导体，频率越高大地吸收电磁波的能量就越多因为大地不是理想导体，频率越高大地吸收电磁波的能量就越多, , 所以

16、较高频率的信号不适合地波传播。所以较高频率的信号不适合地波传播。七、无线电波在信道里的传播方式：七、无线电波在信道里的传播方式：2.2.主要靠天空中电离层的折射和反射传播的电磁波，称为主要靠天空中电离层的折射和反射传播的电磁波，称为天波天波。电离层电离层天波：适合天波：适合1.5MHZ-30MHZ1.5MHZ-30MHZ电磁波的传播（短波的主要传播方式）电磁波的传播（短波的主要传播方式）因为：电离层是距地面因为：电离层是距地面50km-60km50km-60km区域，空气稀薄太阳辐射、宇宙区域，空气稀薄太阳辐射、宇宙射线使空气电离，电磁波的频率越高电离层吸收的能量越小，但电射线使空气电离，电磁

17、波的频率越高电离层吸收的能量越小，但电磁波的穿透力也越强，所以电离层传播的电磁波不能超过磁波的穿透力也越强，所以电离层传播的电磁波不能超过30MHZ30MHZ。3.3.主要沿空间直线传播的电磁波，称为主要沿空间直线传播的电磁波，称为空间波空间波。也叫视距传播、直线波传播。也叫视距传播、直线波传播。视距传播：适合视距传播：适合30MHZ30MHZ以上以上电磁波的传播（超短波、电磁波的传播（超短波、微波的主要传播方式）如：电视、广播即属此类传播方微波的主要传播方式）如：电视、广播即属此类传播方式。缺点：传播距离有限。式。缺点：传播距离有限。4.4.主要靠大气中对流层的的散射和折射传播电磁波，主要靠

18、大气中对流层的的散射和折射传播电磁波， 称为称为对流层传播对流层传播。对流层对流层对流层传播：适合对流层传播：适合30MHZ30MHZ以上以上电磁波的传播。电磁波的传播。对流层是距离地面对流层是距离地面10km-20km10km-20km范围的大气层，它是自然界大气现象：范围的大气层，它是自然界大气现象：风、雨、雷、电、雪的发生区，因此不稳定性是它的主要缺点。风、雨、雷、电、雪的发生区，因此不稳定性是它的主要缺点。提问：提问：手机信号的传播属于这四种中的哪种传播方式？手机信号的传播属于这四种中的哪种传播方式？(1) 低频部分：低频部分：信息变换与放大信息变换与放大(2) 高频部分：高频部分：高

19、频信号产生、高频信号产生、放大、调制放大、调制高频高频振荡器振荡器高频谐振高频谐振放大器放大器振幅振幅调制器调制器高频高频功放功放消息信号消息信号低频低频放大器放大器换能器换能器 （1）发送设备）发送设备问题三：信号在发射前为什么一定要进行功率问题三：信号在发射前为什么一定要进行功率放大？放大？超外差式无线电收信设备的组成超外差式无线电收信设备的组成（2）接收设备）接收设备混频器混频器中频中频放大器放大器检波器检波器(解调解调)高频谐振高频谐振放大器放大器1V左右左右本地本地振荡器振荡器fL几十几十v几几mVfCfI=fL-fC低频低频放大器放大器八、接收机的要点八、接收机的要点1.1.解调解

20、调是将已调波变换为携带信息的基带信号，是调制的逆过程。是将已调波变换为携带信息的基带信号，是调制的逆过程。AM信号信号解调解调检波检波FM信号信号解调解调鉴频鉴频PM信号信号解调解调鉴相鉴相2.3.将同一种调制方式的信号转化为固定的中频信号，能大大提将同一种调制方式的信号转化为固定的中频信号，能大大提 高后续的中频放大的增益与选择性，从而提高解调的质量。高后续的中频放大的增益与选择性，从而提高解调的质量。5.若将混频器与本地振荡器合为一个电路，则被称为若将混频器与本地振荡器合为一个电路，则被称为“变频器变频器”4.提问：提问：若广播信号的频率为若广播信号的频率为936KHZ936KHZ，中频为

21、，中频为465KHZ,465KHZ,则需要接则需要接收机的本机振荡器的频率是多少？你由此可以联想到混频器的收机的本机振荡器的频率是多少？你由此可以联想到混频器的设计的关键技术是什么？设计的关键技术是什么？HX108-2型型7管半导体收音机管半导体收音机 变频变频中频放大中频放大检波检波低频功放低频功放低频放大低频放大数字通信系统组成方框图 在在发送端发送端把由信息源产生的连续变化的模拟基带信号，变换成把由信息源产生的连续变化的模拟基带信号，变换成离散的离散的数字脉冲信号数字脉冲信号，用用A AD D变换器变换器( (ADCADC) )来来完成。完成。为为提高数字信提高数字信号的传输效果、增强抗

22、干扰能力和便于计算机处理，要对号的传输效果、增强抗干扰能力和便于计算机处理，要对ADCADC输出输出的数字脉冲信号进行的数字脉冲信号进行编码处理。编码处理。为了使通信具有保密性，可以再对为了使通信具有保密性，可以再对编码前的数字脉冲信号先进行编码前的数字脉冲信号先进行加密加密处理。经过这些处理以后就形成处理。经过这些处理以后就形成了了数字基带信号数字基带信号m(t)，就可以送入数字调制器中进行数字调制了，就可以送入数字调制器中进行数字调制了九、通信的双工方式按照信息传送的方向和时间不同，可分为单工、半双按照信息传送的方向和时间不同，可分为单工、半双工、全双工通信工、全双工通信单工通信：信息只单

23、工通信：信息只能沿一个方向传输能沿一个方向传输半双工通信：通信半双工通信：通信双方均可收发信息，双方均可收发信息，但收和发不能同时进但收和发不能同时进行行全双工通信：通信全双工通信：通信双方可同时进行发送双方可同时进行发送和接收信息和接收信息十、非线性电子线路的基本概念十、非线性电子线路的基本概念1、非线性电子线路的重要作用：对输入信号进行处理，、非线性电子线路的重要作用：对输入信号进行处理，以便产生以便产生特定波形与频率的输出信号特定波形与频率的输出信号，在无线电发送与，在无线电发送与接收设备中具有重要的意义。如：调制与解调，就是利接收设备中具有重要的意义。如：调制与解调，就是利用非线性元器

24、件的特征。用非线性元器件的特征。2、非线性元器件的特点：它的参数不是一个常数，必须、非线性元器件的特点：它的参数不是一个常数，必须引入其他的参数（如：交流电导引入其他的参数（如：交流电导g=i/ u）才能完整地）才能完整地反映它的特征。见教材反映它的特征。见教材P9图图1.3.23、非线性元器件的基本特点：见教材、非线性元器件的基本特点：见教材P9-P11作业：教材作业：教材P12 习题习题1.3本课程主要内容：本课程主要内容：高频小信号放大器高频小信号放大器高频功率放大器高频功率放大器振幅调制振幅调制频率调制频率调制相位调制相位调制振幅解调振幅解调混频混频频率解调频率解调相位解调相位解调正弦

25、波振荡器正弦波振荡器发送设备发送设备接收设备接收设备发送、接收设备发送、接收设备知识拓展：移动通信制式的发展知识拓展：移动通信制式的发展GSM:全球移动通讯系统全球移动通讯系统Global System of Mobile communication，是当前应用最为广泛的移动电话标准，是当前应用最为广泛的移动电话标准（我们通常说的（我们通常说的2G）。全球超过）。全球超过200个国家和地区超个国家和地区超过过10亿人正在使用亿人正在使用GSM电话。电话。GSM标准的无处不在性标准的无处不在性使通过使通过漫游协定漫游协定在移动电话运营商之间自由漫游变在移动电话运营商之间自由漫游变得很平常。得很平

26、常。 第一代移动通信（第一代移动通信（1G-first generation）：）：模拟移动网模拟移动网 第二代移动通讯技术：第二代移动通讯技术：2G（second generation）。）。代表为代表为GSM。以数字语音传输技术为核心。以数字语音传输技术为核心。 2.5代移动通信技术代移动通信技术-CDMA:其英文全称为其英文全称为Code Division Multiple Access，中文意思为，中文意思为“码分多址码分多址”，一种数字信号在空中传输的编码方式一种数字信号在空中传输的编码方式CDMA中所提供语音编码技术，通话品质比目前中所提供语音编码技术，通话品质比目前GSM好，且可把用户对话时周围环境噪音降低，使通话更好，且