高频电子线路第1章绪论

1、2022-4-81高频电子线路高频电子线路A西安理工大学西安理工大学 自动化与信息工程学院自动化与信息工程学院2012.82022-4-82课时安排1、理论课：、理论课：52学时。学时。 第第1章章 绪论 2学时 第第2章章 高频电路基础 6学时 第第3章章 高频谐振放大器 8学时 第第4章章 正弦波振荡器 10学时 第第5章章 频谱线性搬移电路 8学时 第第6章章 振幅调制、解调及混频 10学时 第第7章章 角度调制与解调 8学时2、实验课：、实验课：12学时，共学时，共4个实验。个实验。 (1). 高频谐振功率放大器 3学时 (2). 高频LC、压控及晶体振荡器 3学时 (3). 模拟乘法

2、器 4学时 (4). 相位鉴频器 2学时第第1章章 绪论绪论 无线通信系统概述无线通信系统概述 无线电信号与调制无线电信号与调制 本课程的特点本课程的特点 2022-4-84一、无线通信系统概述一、无线通信系统概述 1、无线通信系统的组成、无线通信系统的组成(1).电信与无线通信电信与无线通信无线通信简史：无线通信简史：1861年Maxwell理论上证明电磁波的存在，1888年Hertz实验证明电磁波的存在，1896年Marconi进行无线通信实验，从此无线通信技术逐步走向成熟。通信的目的和任务：通信的目的和任务：传递消息。消息传递的方法：消息传递的方法：现代通信系统中信息通常以电(或光)的形

3、式出现，所以通信又被称为电信。传输电信号的媒质可以是有线的，也可以是无线的，而无线形式最能体现高频电路的应用。2022-4-85(2). 典型无线通信系统的基本组成典型无线通信系统的基本组成传统的超外差传统的超外差(Super Heterodyne)接收机结构：接收机结构：所谓超外差就是在高频选频放大后，经过下混频，取出中频进行放大和其它处理，然后解调。优点是可以获得高中频增益和较强的滤波能力，缺点是混频会形成很多组合频率干扰，特别是镜像干扰。2022-4-86现代接收机结构：现代接收机结构：采用软件无线电(Software Radio)思想，有两种形式：数字中频(DigitalIF)结构和直

4、接变换(Direct Conversion)结构。l 数字中频(DigitalIF)结构：对中频信号进行正交数字化，解调在数字域完成。优点是可以共享RF/IF模块，灵活方便便于产品集成和小型化，缺点是对于宽带通信需要高速A/D 器件和数字处理芯片。l 直接变换(Direct Conversion)结构：与DigitalIF类似，但是让中频频率为零，所以又称零中频( ZeroIF)结构。优点是不存在镜频干扰，不需要中频滤波，降低A/D速率等。缺点是增益低，存在本振泄露、直流偏移以及两支路的平衡与匹配问题。 随着A/D转换速度和DSP处理速度的提高，A/D变换的位置逐步向天线靠近，这是软件无线电接

5、收机的发展目标。2022-4-87高频电路的基本内容：高频电路的基本内容：l 高频振荡器高频振荡器：为发信机产生载波信号，为收信机产生本地载波信号；l 高频放大器高频放大器：包括高频小信号放大器和高频功率放大器； l 混频器或变频器混频器或变频器：对高频信号进行频率变换；l 调制器和解调器调制器和解调器：高频信号的变换或处理。l 其它辅助电路其它辅助电路：自动增益控制电路(AGC)或自动电平控制电路(ALC)，自动频率控制电路(AFC)，自动相位控制电路(APC)(又叫锁相环PLL)。2022-4-88按照工作频段分类：按照工作频段分类：中波通信、短波通信、超短波通信、微波通信和卫星通信等。工

6、作频率指的是发送和接收的射频(RF)载波频率。按照通信方式分类：按照通信方式分类：全双工通信、半双工通信和单工通信。按照调制方式分类：按照调制方式分类：调幅通信、调频通信、调相通信和混合调制通信。按照消息类型来分类：按照消息类型来分类：模拟通信和数字通信。 高频电路主要研究模拟通信中的基本电路高频电路主要研究模拟通信中的基本电路。2、无线通信系统的分类、无线通信系统的分类 2022-4-891. 电磁波谱与无线电频段划分电磁波谱与无线电频段划分自然界中的电磁波波谱：自然界中的电磁波波谱：0Hz1030Hz，很宽。无线通信中的电磁波波谱：无线通信中的电磁波波谱：30kHz-300GHz (波长为

7、1mm-104m)，属于电磁波一部分、频率较低 。频率频率f和波长和波长的关系的关系：c=f ，c=3108m/s为光速。二、无线电信号与调制二、无线电信号与调制2022-4-810无线电波频无线电波频(波波)段划分：段划分：2022-4-811无线电信号分类无线电信号分类：高频电路处理的无线电信号包括：基带(消息)信号、高频载波信号和已调波信号。l基带信号：基带信号：没有进行调制之前的原始信号，又称调制信号。l高频载波信号：高频载波信号：单一频率的正弦信号，用来进行调制和解调，由正弦波振荡器或频率合成器产生。l已调波信号：已调波信号：调制信号对载波信号进行调制后的信号。说明说明：基带信号通常

8、为低频信号，而我们要研究的高频信号指的是高频载波信号和已调波信号。 2022-4-812 无线电信号的特性包括时间特性、频谱特性、传播特性、时间特性、频谱特性、传播特性、调制特性。调制特性。(1)、时间特性：、时间特性：是指信号随时间变化快慢的特性，通常用时域波形或数学表达式来描述。时间特性要求时间特性要求：传输信号的电路的时间特性与该信号的时间特性相一致。(2)、频谱特性：、频谱特性： 任何信号都可以分解为多个不同频率、不同幅度的正弦信号之和，谐波次数越高，对应的幅度越小。2. 无线电信号的特性无线电信号的特性:频谱分解矩形脉冲的2022-4-813信号的带宽信号的带宽：由于谐波次数越高，幅

9、度越小，因此在工程中只考虑占信号能量90%的频谱分量，并将这部分频谱分量所占的频带定义为信号的带宽。频谱图频谱图： 例：语音和图象信号的带宽分别为4kHz、6MHz。 说明：说明：无线电通信所使用的射频频率越高，可利用的带宽也就越宽。这也是无线通信采用高频的原因之一。2022-4-814(3)、传播特性：、传播特性：指的是无线电信号的传播方式、传播距离和传播特点等。不同频段的无线电信号传播特性也不一样。 为了更好地理解，先介绍对流层和电离层的概念。 对流层对流层(Troposphere)：在离地面1012公里地球大气层区域，大气密度较高，所有大气现象(比如风雨雷电等)都在该区域产生，该区域称为

10、对流层对流层。对流层的不均匀性导致电磁波的散射传播。散射传播距离100500km，适合频率4006000MHz。电离层电离层(Ionosphere)：在距离地面60600公里处，空气比较稀薄，太阳和各种宇宙辐射的作用已经很强烈，从而使空气产生电离。由于被电离的空气是按电离密度成层分布的，所以称为电离层。电离层由低到高分为D、E、F1、F2四层，D层和F1层在夜晚消失，经常存在的是E层和F2层。电离层对电磁波有吸收作用，频率越高，吸收能力越弱，穿透能力越强。对于短波信号，D、E为吸收层，F2层为反射层。F2层的高度为250 300km，一次反射的传播距离为4000km。2022-4-815无线电

11、波的传播方式：无线电波的传播方式：可以分为以下四种。2022-4-816不同波段的无线电信号的传播方式：不同波段的无线电信号的传播方式：l 长波信号长波信号：波长较长，以地波的方式绕射传播很远，而且比较稳定；l 中波信号中波信号：以地波和天波(电离层反射与折射)方式传播，但以地波为主；l 短波信号：短波信号：短波信号的远距离传播主要靠电离层的反射和折射(天波传播)，但电离层的状态随着时间变化，所以短波通信是不稳定的，也可以靠对流层散射传播，对流层散射传播更不稳定；l 超短波信号超短波信号：可以是视距传播，也可以采用对流层散射的传播方式，但以视距传播为主；l 微波信号微波信号：只能视距传播。20

12、22-4-817l 调制的目的：调制的目的：只有当天线的尺寸可以与信号的波长接近时，天线的辐射效率最高。因此无线通信中要把低频的调制信号调制到较高的载波频率上。l 调制的概念：调制的概念：就是用调制信号去控制高频载波的参数(包括幅度、频率和相位)，使载波信号的一个或多个参数按照调制信号的规律变化。l 基本调制方式：基本调制方式：振幅调制(调幅)、频率调制(调频)、相位调制(调相)，可以分别用AM、FM、PM表示。若调制信号为数字信号时，调制又称为键控，三种键控方式分别为ASK、FSK、PSK。l 载波分类：载波分类：高频载波为单一频率的正弦信号时，相应的调制称为正弦调制；若载波为单一频率的脉冲信号时，相应的调制为脉冲调制。 (4)、调制特特性、调制特特性2022-4-818三三、 本课程的特点本课程的特点 高频电路采用两种分析方法：线性分析方法和非线性分析方法。1. 线性分析方法：线性分析方法：对于小信号高频放大器，由于输入信号足够小，电路中的非线性器件可以用线性电