高频电子线路_第1章

1、 第一章第一章 绪绪 论论v通信与通信系统通信与通信系统v无线电波的基本特点无线电波的基本特点v非线性电路的基本概念非线性电路的基本概念1.1 1.1 通信与通信系统通信与通信系统v一、通信系统一、通信系统 v用电信号（或光信号）传输信号的系统称为通信系统，也用电信号（或光信号）传输信号的系统称为通信系统，也称电信系统。称电信系统。 通信系统的组成：通信系统的组成： v一般由输入、输出变换器，发送、接收设备和信道等组成。一般由输入、输出变换器，发送、接收设备和信道等组成。 信源信源输入输入变换器变换器发送设备发送设备信道信道噪声与噪声与干扰干扰接收设备接收设备输出输出变换器变换器信宿信宿提供需

2、要传送的信息提供需要传送的信息将信息源（图像、声音等）的信息变换成电信号将信息源（图像、声音等）的信息变换成电信号将将基带信号基带信号进行处理，并以足够的功率送入信道进行处理，并以足够的功率送入信道以实现有效的传送。有两大任务：调制、放大以实现有效的传送。有两大任务：调制、放大 基基带带信信号号已调已调信号信号信息的传送通道。分为无线信道和有线信道信息的传送通道。分为无线信道和有线信道把基带信号恢复成原来形式的信息把基带信号恢复成原来形式的信息把由信道传送过来的已调信号取出并进行处理，得把由信道传送过来的已调信号取出并进行处理，得到与发送相对应的原基带信号，把这过程称为到与发送相对应的原基带信

3、号，把这过程称为解调解调基基带带信信号号调制：把待传送基带信号（调制信号）调制：把待传送基带信号（调制信号）“装载装载”到高频振荡到高频振荡信号上去的过程信号上去的过程解调：从高频已调波信号中解调：从高频已调波信号中“取出取出”调制信号的过程。调制信号的过程。通信系统的分类通信系统的分类根据信道不同分根据信道不同分有线通信系统有线通信系统无线通信系统无线通信系统根据传输信号不同分根据传输信号不同分模拟通信系统模拟通信系统数字通信系统数字通信系统双工：双工：A AB B如如电话电话 手机手机单工：单工：A AB B如如广播、电视广播、电视半双工：半双工： A AB B如如对讲对讲根据通信方式不同

4、分根据通信方式不同分n二、模拟通信系统二、模拟通信系统 n通信系统按传输的基带信号不同，分为模拟通通信系统按传输的基带信号不同，分为模拟通信系统和数字通信系统两大类。信系统和数字通信系统两大类。 模拟通信系统：直接传输模拟信号（即基模拟通信系统：直接传输模拟信号（即基带信号为模拟信号）的通信系统带信号为模拟信号）的通信系统, ,称为模拟通信称为模拟通信系统。系统。 典型的模拟通信系统的发送设备的组成框典型的模拟通信系统的发送设备的组成框图和接收设备的组成框图分别如图所示。图和接收设备的组成框图分别如图所示。将输入的高频载波信号和低频调将输入的高频载波信号和低频调制信号变换成高频已调信号，并制信

5、号变换成高频已调信号，并以足够大的功率输送到天线，然以足够大的功率输送到天线，然后辐射到空间后辐射到空间基带基带信号信号调制放调制放大器大器话筒话筒振荡器振荡器倍频器倍频器振幅调振幅调制器制器产生高频电产生高频电振荡信号振荡信号提高高频振荡频率提高高频振荡频率把声音信源转把声音信源转变成电信号变成电信号把音频信号放大到一定的幅度把音频信号放大到一定的幅度 扬扬声声器器本机振本机振荡器荡器高频放高频放大器大器混频器混频器中频放中频放大器大器检波器检波器（解调器）（解调器）低频放低频放大器大器将天线所收到的有将天线所收到的有用频率信号进行初用频率信号进行初步选择和放大步选择和放大fcfIfL 通常

6、取fI=fL-fC进一步滤除无用信进一步滤除无用信号，并将有用信号号，并将有用信号进行放大进行放大由以上的讨论可以看出，发送和接收设备中除了低由以上的讨论可以看出，发送和接收设备中除了低频放大电路外，其他主要是处理高频信号的电路，频放大电路外，其他主要是处理高频信号的电路，它包括：它包括：1 1）能对高频信号进行选频放大的高频电压和功率）能对高频信号进行选频放大的高频电压和功率放大器；放大器；2 2）能产生高频信号的振荡器；）能产生高频信号的振荡器；3 3）能对）能对基带信号基带信号进行变换和处理的调制器、解调进行变换和处理的调制器、解调器、混频器和倍频器。器、混频器和倍频器。基带信号的特点基

7、带信号的特点基带信号是需传送的原始信息的电信号。基带信号是需传送的原始信息的电信号。常用基带信号频率范围：常用基带信号频率范围： 图像信号图像信号 06MHz 语音语音 300Hz 3.4kHz 音乐音乐 16Hz 20kHz基带信号占有的频带属于低频范围。基带信号占有的频带属于低频范围。直接发射基带信号的缺点（为什么要调制）直接发射基带信号的缺点（为什么要调制）1）发射天线的尺寸太大）发射天线的尺寸太大。发射天线的尺寸应该是发射信号。发射天线的尺寸应该是发射信号波长的波长的1/10。如：当音频如：当音频 =2020KHz =15Km15000Km L=1.5km-150km 2）如果直接发射

8、，多家电台的发射信号频率范围大致相同，）如果直接发射，多家电台的发射信号频率范围大致相同，接收机无法区分。接收机无法区分。因此，无选择性，相互干扰，不能实现多路通信。因此，无选择性，相互干扰，不能实现多路通信。 解决方法：解决方法： 待发送的信息待发送的信息 运载工具运载工具把把基带信号基带信号( (调制信号）调制信号） “装载装载” 到高频振荡信号到高频振荡信号（载波）（载波）之中，之中，然后由天线向外辐射出去，这种方法叫然后由天线向外辐射出去，这种方法叫调制调制。 三种调制方式三种调制方式 用待传送基带信号去改变高频振荡信号的某一参量，用待传送基带信号去改变高频振荡信号的某一参量，就可以实

9、现调制。就可以实现调制。振幅调制：用基带信号去改变高频振荡信号的振幅，则称振幅调制：用基带信号去改变高频振荡信号的振幅，则称为振幅调制，简称调幅；为振幅调制，简称调幅；频率调制：用基带信号去改变高频振荡信号的频率，则称频率调制：用基带信号去改变高频振荡信号的频率，则称为频率调制，简称调频；为频率调制，简称调频；相位调制：用基带信号去改变高频振荡信号的相位，则称相位调制：用基带信号去改变高频振荡信号的相位，则称为相位调制，简称调相。为相位调制，简称调相。n三、数字通信系统三、数字通信系统 n数字通信系统：直接传输数字信号的通信系统。其原理数字通信系统：直接传输数字信号的通信系统。其原理框图如图所

10、示。框图如图所示。1.2 1.2 无线电波段的划分和无线电波的传播无线电波段的划分和无线电波的传播n一、无线电波段的划分一、无线电波段的划分 波长波长=c/f (c为为光速光速)波段名称波段名称波长范围波长范围频段名称频段名称频率范围频率范围主要用途主要用途长波长波LW103104m低频低频(LF)30300kHz长距离点与点通信长距离点与点通信中波中波MW102103m中频中频(MF)0.33MHz广播、船舶、飞行通信广播、船舶、飞行通信短波短波SW10102m高频高频(HF)330MHz短波广播、军事通信短波广播、军事通信米波米波110m甚高频甚高频(VHF)30300MHz电视、调频广播

11、、雷达电视、调频广播、雷达分米波分米波110dm特高频特高频(UHF)3003000MHz电视、雷达、移动通信电视、雷达、移动通信厘米波厘米波110cm超高频超高频(SHF)330GHz雷达、中继、卫星通信雷达、中继、卫星通信毫米波毫米波110mm极高频极高频(EHF)30300GHz射电天文、卫星、雷达射电天文、卫星、雷达本课程本课程涉及的涉及的频段频段n二、无线电波的传播二、无线电波的传播 n无线电波是一种电磁波。无线电波是一种电磁波。绕射传播（地波）绕射传播（地波）电离层的反射和折射传播（天波）电离层的反射和折射传播（天波）直射传播（空间波）直射传播（空间波）电波在无线信道中传播电波在无

12、线信道中传播的主要方式可分为三种：的主要方式可分为三种：n特点：特点：传播性能稳定可靠传播性能稳定可靠，但由于地面不是理，但由于地面不是理想的导体有能量的损耗。主要用于导航和广播。想的导体有能量的损耗。主要用于导航和广播。 1 1、绕射传播（地波）、绕射传播（地波）: :适合频率适合频率f f：3MHz3MHz以下的以下的中长波中长波。沿地面传播沿地面传播n特点：特点：电离层的特性受多种因素的影响，因此电离层的特性受多种因素的影响，因此通通信的稳定性较差，但传播距离远信的稳定性较差，但传播距离远。主要用于广播、。主要用于广播、船舶通信、和飞行通信。船舶通信、和飞行通信。利用电离层的折射和反射来

13、实现传播。利用电离层的折射和反射来实现传播。2 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 适合频率适合频率f f： 3MHz-30MHz 3MHz-30MHz的的短波短波 电波从发射天线发出，沿直线传播到接收天线。电波从发射天线发出，沿直线传播到接收天线。 特点：这种传播的距离只限制在视距范围内（也特点：这种传播的距离只限制在视距范围内（也叫视距传播）叫视距传播）即传播距离短即传播距离短, , 增高天线可以提高直增高天线可以提高直线传播的距离。线传播的距离。3 3、直射传播（空间波）、直射传播（空间波）适合频率适合频率f f：30MHz30MHz以上的以上的超短波超

14、短波。1.3 1.3 非线性电子线路的基本概念非线性电子线路的基本概念大部分电路属于非线性电路大部分电路属于非线性电路，分析方法不同。，分析方法不同。本课程涉及的电路工作在高频下，有源器件的极间本课程涉及的电路工作在高频下，有源器件的极间电容不能忽略电容不能忽略, , 且要注意器件的最高工作频率，无且要注意器件的最高工作频率，无源器件要注意其高频特性（源器件要注意其高频特性（分布参数对电路的影响分布参数对电路的影响不容忽视）。不容忽视）。 其特点：其特点：元件的参数与通过其上的电流或施于其上的电元件的参数与通过其上的电流或施于其上的电 压无关。压无关。 1. 线性元件和线性元件和非线性元件非线

15、性元件例如：例如： 二极管、变容二极管、带磁芯的二极管、变容二极管、带磁芯的电感线圈、三极管电感线圈、三极管 . 例如：例如： R、L、C 线性元件：线性元件： 元件的特性曲线表现为直线。元件的特性曲线表现为直线。 非线性元件：非线性元件： 元件的特性曲线不是直线。元件的特性曲线不是直线。 其特点：其特点：元件的参数与通过其上的电流或施于其上的电元件的参数与通过其上的电流或施于其上的电 压有关。压有关。uiOUIuiOIQUQQ u i 线性电路线性电路 全部由线性元件或处于线性工作状态的元全部由线性元件或处于线性工作状态的元器件组成的电路器件组成的电路 2. 线性电路和线性电路和非线性电路非

16、线性电路非线性电路非线性电路 电路中只要含有一个元器件是非线性的或电路中只要含有一个元器件是非线性的或处于非线性工作状态，称为非线性电路。但是当作用在非处于非线性工作状态，称为非线性电路。但是当作用在非线性器件上的信号很小、工作点取得适当时非线性器件近线性器件上的信号很小、工作点取得适当时非线性器件近似处于线性工作状态，可当作线性器件。例如在模拟电子似处于线性工作状态，可当作线性器件。例如在模拟电子技术中的晶体三级管放大器，在小信号作用下，在直流工技术中的晶体三级管放大器，在小信号作用下，在直流工作点作点Q处可近似作为线性器件，微变等效分析法，就是基处可近似作为线性器件，微变等效分析法，就是基

17、于这一点为基础的。于这一点为基础的。（1）不满足叠加定理）不满足叠加定理设设 i = a u2u = u1 + u2设设 u1 = U1m cos 1tu2 = U2m cos 2ttaUtaUiimm2222212121coscos 221)(uua （2）电路输出响应与器件工作点及输入信号的大小有关。）电路输出响应与器件工作点及输入信号的大小有关。3.非线性电路的基本特点非线性电路的基本特点设设 i = a u2当当u = u1 + u2则则 i = a (u12+ u22 + 2u1u2) i = a(U21mcos2 1t + U22mcos2 2t + 2U1mcos 1tU2mco

18、s 2t)设设 u1 = U1m cos 1tu2 = U2m cos 2t)2cos1(a11m221tU )2cos1(a22m221tU )cos()cos(a21212m1mttUU )a(2m21m221UU )2cos2cosa(22m211m221tUtU tUU)cos(a212m1m )cos(a212m1mtUU （3） 具有频率变换作用具有频率变换作用（输出中含有输入没有的频率成分）（输出中含有输入没有的频率成分）直流成分二次谐波非线性电路的基本特点非线性电路的基本特点1 1）非线性电路能够产生新的频率分量，具有频率）非线性电路能够产生新的频率分量，具有频率变换作用；变换作用；2 2）非线性电路分析上不适用叠加定理；）非线性电路分析上不适用叠加定理；3 3）当作用信号很小、工作点取得适当时，非线性）当作用信号很小、工作点取得适当时，非线性电路可近似按线性电路进行分析。电路可近似按线性电路进行分析。 1.4 1.4 本课程的主要内容及特点本课程的主要内容及特点高频电子线路几乎都是由线性元件