高频电子第1章

1、第1章 绪论第1章 绪论 目目 录录第第1 1章章 绪论绪论第第2 2章章 高频电路基础与系统问题高频电路基础与系统问题 第第3 3章章 高频谐振放大器高频谐振放大器第第4 4章章 正弦波振荡器正弦波振荡器 第第5 5章章 频谱的线性搬移电路频谱的线性搬移电路第第6 6章章 振幅调制、振幅调制、 解调及混频解调及混频第第7 7章章 频率调制与解调频率调制与解调 第第8 8章章 反馈控制电路反馈控制电路 第第9 9章章 高频电路的集成化与系统设计高频电路的集成化与系统设计第1章 绪论课程介绍课程介绍课程性质课程性质通信、无线电、电子等专业的一主要专业基础课。通信、无线电、电子等专业的一主要专业基

2、础课。课程内容课程内容研究通信系统中各种高频电子电路的基本原理与基本分析方法。研究通信系统中各种高频电子电路的基本原理与基本分析方法。课程特点课程特点非纯理论性课程非纯理论性课程 ，实践性很强，实践性很强功能电路种类多功能电路种类多线性和非线性电路均有、以非线性电路为主线性和非线性电路均有、以非线性电路为主小信号、大信号工作状态均有且混杂小信号、大信号工作状态均有且混杂不同频率信号共同作用一个电路不同频率信号共同作用一个电路课程基础课程基础高等数学，电路，模拟电子技术基础高等数学，电路，模拟电子技术基础第1章 绪论课程学习方法课程学习方法1.1.从信号、系统、电路三个方面来理解课程内容从信号、

3、系统、电路三个方面来理解课程内容 信号信号所传输的信号形式、特征所传输的信号形式、特征 系统系统系统方案、衡量指标、组成模块系统方案、衡量指标、组成模块 电路电路实现各种功能的电路原理实现各种功能的电路原理2.2.抓住性能指标：抓住性能指标： 电路完成的不仅是功能，更重要的是指标电路完成的不仅是功能，更重要的是指标3.3.抓住高频电路的特征抓住高频电路的特征4.4.学会工程近似学会工程近似第1章 绪论第第1章绪论章绪论1.1 无线通信系统概述无线通信系统概述 1.2 信号、信号、 频谱与调制频谱与调制 1.3 本课程的特点本课程的特点思考题与习题思考题与习题第1章 绪论通信的任务就是传递各种信

4、息（包括语言、音乐、文本、通信的任务就是传递各种信息（包括语言、音乐、文本、图像和数据等），图像和数据等）， 传输信息的系统称为传输信息的系统称为“通信系统通信系统”。一个完整的通信系统应包括那几部分组成呢一个完整的通信系统应包括那几部分组成呢? ? 现以大家熟知的无线电广播发送系统和超外差式接收现以大家熟知的无线电广播发送系统和超外差式接收机为例进行分析。机为例进行分析。1.1 1.1 无线无线通信系统概述通信系统概述第1章 绪论 图1-1 无线通信系统的基本组成第1章 绪论 低频部分包括有：低频部分包括有： 话筒话筒（或录音带等）：属于终端设备（或录音带等）：属于终端设备 音频放大器音频放

5、大器：包括低频电压放大器、低频功率放大器。：包括低频电压放大器、低频功率放大器。主主要作用是放大话筒输出信号到所需功率电平，然后对高频要作用是放大话筒输出信号到所需功率电平，然后对高频（载波）进行调制。（载波）进行调制。 该部分属于低频部件，本书不讨论。该部分属于低频部件，本书不讨论。它由低频、高频和电源三大部分组成它由低频、高频和电源三大部分组成第1章 绪论振荡器振荡器产生频率稳定度高的载波信号；产生频率稳定度高的载波信号； 调制器调制器其功能是使高频载波信号的某个参数按低频信号变其功能是使高频载波信号的某个参数按低频信号变化规律变化。化规律变化。变频器（倍频器）变频器（倍频器）将已调信号频

6、率提高到需要的频率值；将已调信号频率提高到需要的频率值； 高频放大器高频放大器(预放、激励和输出预放、激励和输出) )。主要作用是高频放大以。主要作用是高频放大以提高输出功率；提高输出功率； 发端作用：将调制信号变换为适合信道传输的高频已调信号发端作用：将调制信号变换为适合信道传输的高频已调信号发射设备高频部分有：发射设备高频部分有：第1章 绪论在在发送设备发送设备中，一般存在中，一般存在两种两种变换：变换：第一种第一种变换是将信源产生的原始信息变换成电信号，而这一信号的变换是将信源产生的原始信息变换成电信号，而这一信号的频谱通常靠近零频附近，属于低频信号，称为基带频谱通常靠近零频附近，属于低

7、频信号，称为基带(Baseband)(Baseband)信号；信号；第二种第二种变换称为调制变换称为调制(Modulating)(Modulating)，是将基带信号变换成适合在信，是将基带信号变换成适合在信道中传输的信号形式道中传输的信号形式( (一般为射频或高频的带通信号一般为射频或高频的带通信号) )。调制后的信号称为已调信号调制后的信号称为已调信号(Modulated Signal)(Modulated Signal)，相应的没有进行调制之前的基带信号也可称为调制信号相应的没有进行调制之前的基带信号也可称为调制信号(Modulating (Modulating Signal)Signa

8、l)。调制时还需要一个高频振荡信号，称为载波调制时还需要一个高频振荡信号，称为载波(Carrier)(Carrier)，它可由高频，它可由高频振荡器振荡器(Oscillator)(Oscillator)或频率合成器或频率合成器(Frequency Synthesizer)(Frequency Synthesizer)产生。产生。载波通常为单一频率的正弦信号或脉冲信号。载波通常为单一频率的正弦信号或脉冲信号。第1章 绪论超外差式接收机超外差式接收机作用：从接收天线收到微弱高频调幅信号后，经一系列作用：从接收天线收到微弱高频调幅信号后，经一系列处理，最后从扬声器还原成原来的声音信息（语言或音处理，

9、最后从扬声器还原成原来的声音信息（语言或音乐）乐）特点：特点：整个接收机主要由频率固定的中频放大器来完成整个接收机主要由频率固定的中频放大器来完成对接收信号的选择和放大对接收信号的选择和放大第1章 绪论超外差式接收机超外差式接收机第1章 绪论从接收天线收到微弱高频调幅信号经从接收天线收到微弱高频调幅信号经输入回路选频后输入回路选频后，通过通过高频放大器放大高频放大器放大，送到混频器与本机振荡器所产生的等幅高频信号进行送到混频器与本机振荡器所产生的等幅高频信号进行混频混频，在其，在其输出端得到波形包络形状与输入高频信号的波形相同，但频率输出端得到波形包络形状与输入高频信号的波形相同，但频率由原来

10、高频变化为由原来高频变化为中频的调幅信号中频的调幅信号经中频放大经中频放大送到送到检波器检波器，检出原调制的低频信号检出原调制的低频信号然后再经过低频放大，最后从扬声器还原成原来的声音信息（语然后再经过低频放大，最后从扬声器还原成原来的声音信息（语言或音乐）。言或音乐）。 第1章 绪论由上面的例子可以总结出无线通信系统的基本组成，由上面的例子可以总结出无线通信系统的基本组成，从中也可看出高频电路的基本内容应该包括从中也可看出高频电路的基本内容应该包括: : (1) (1) 高频振荡器高频振荡器( (信号源、载波信号或本地振荡信号信号源、载波信号或本地振荡信号) )；(2) (2) 放大器放大器

11、( (高频小信号放大器及高频功率放大器高频小信号放大器及高频功率放大器) )； (3) (3) 混频或变频混频或变频( (高频信号变换或处理高频信号变换或处理) )； (4) (4) 调制与解调调制与解调( (高频信号变换或处理高频信号变换或处理) )。第1章 绪论1.1.2 无线通信系统的类型无线通信系统的类型按照无线通信系统中关键部分的不同特性，有以下一按照无线通信系统中关键部分的不同特性，有以下一些类型些类型: : (1) (1) 按照按照工作频段或传输手段工作频段或传输手段分类，有中波通信、短分类，有中波通信、短波通信、超短波通信、微波通信和卫星通信等。波通信、超短波通信、微波通信和卫

12、星通信等。 (2) (2) 按照按照通信方式通信方式来分类，主要有来分类，主要有( (全全) )双工、半双工双工、半双工和单工方式。和单工方式。 (3) (3) 按照按照调制方式的不同调制方式的不同来划分，有调幅、调频、调来划分，有调幅、调频、调相以及混合调制等。相以及混合调制等。 (4) (4) 按照按照传送的消息的类型传送的消息的类型分类，有模拟通信和数字分类，有模拟通信和数字通信，也可以分为话音通信、图像通信、数据通信和多媒通信，也可以分为话音通信、图像通信、数据通信和多媒体通信等。体通信等。第1章 绪论1. 时间特性时间特性一个无线电信号，可以将它表示为电压或电流的时一个无线电信号，可

13、以将它表示为电压或电流的时间函数，通常用时域波形或数学表达式来描述。对于间函数，通常用时域波形或数学表达式来描述。对于较简单的信号较简单的信号( (如正弦波、周期性方波等如正弦波、周期性方波等) )，用这种方，用这种方法表示很方便。法表示很方便。无线电信号的时间特性就是无线电信号的时间特性就是信号随时间变化快慢的信号随时间变化快慢的特性特性。信号的时间特性要求传输该信号的。信号的时间特性要求传输该信号的电路的时间电路的时间特性特性( (如时间常数如时间常数) )与之相适应。与之相适应。1.2 信号、频谱和调制信号、频谱和调制第1章 绪论2. 2. 频谱特性频谱特性对于较复杂的信号对于较复杂的信

14、号( (如话音信号、图像信号等如话音信号、图像信号等) )，用频谱分析法表示较为方便。这是因为任何形式的用频谱分析法表示较为方便。这是因为任何形式的信号都可以分解为许多不同频率、不同幅度的正弦信号都可以分解为许多不同频率、不同幅度的正弦信号之和。信号之和。1.2 信号、频谱和调制信号、频谱和调制第1章 绪论图 1-4 信号分解 直流分量直流分量基波分量基波分量直流分量、基波直流分量、基波分量和三次谐波分量和三次谐波分量之和分量之和 显然方波脉冲信号可以由各个分量之和组成，谐波分量显然方波脉冲信号可以由各个分量之和组成，谐波分量越多越接近原信号图形。越多越接近原信号图形。 谐波次数越高，幅度越小

15、，影响就越小。谐波次数越高，幅度越小，影响就越小。第1章 绪论图 1-5 频谱图1.2 信号、频谱和调制信号、频谱和调制 频谱特性包含幅频特性和相频特性两部分，它们分别反映信频谱特性包含幅频特性和相频特性两部分，它们分别反映信号中各个频率分量的振幅和相位的分布情况。号中各个频率分量的振幅和相位的分布情况。 任何信号都会占据一定的带宽。从频谱特性上看，任何信号都会占据一定的带宽。从频谱特性上看，带宽就是带宽就是信号能量主要部分信号能量主要部分( (一般为一般为90%90%以上以上) )所占据的频率范围或频所占据的频率范围或频带宽度。带宽度。不同的信号，其带宽不同。不同的信号，其带宽不同。第1章

16、绪论3. 频率特性频率特性任何信号都具有一定的频率或波长。我们这里所讲的任何信号都具有一定的频率或波长。我们这里所讲的频率特性就是无线电信号的频率或波长。电磁波辐射的波频率特性就是无线电信号的频率或波长。电磁波辐射的波谱很宽，如图谱很宽，如图 1-6 所示。所示。 图 1-6 电磁波波谱第1章 绪论 无线电波在空间传播的速度是无线电波在空间传播的速度是3030万公里万公里/ /秒。秒。电波在电波在一个振荡周期一个振荡周期 T 内的传播距离叫做波长，用符号内的传播距离叫做波长，用符号表示。表示。波长波长，频率和电磁波传播速度，频率和电磁波传播速度C 的关系为的关系为 这是电磁波的基本关系式这是电

17、磁波的基本关系式 。 fCCT第1章 绪论为了便于分析和应用，习惯上将无线电的频率范围划分为若为了便于分析和应用，习惯上将无线电的频率范围划分为若干个区域，即干个区域，即对频率或波长进行分段，称为频段或波段。对频率或波长进行分段，称为频段或波段。 因为不同频段信号的产生，放大和接收的方法不同，传送的因为不同频段信号的产生，放大和接收的方法不同，传送的方式也不同，因而它们的应用范围也不同。表方式也不同，因而它们的应用范围也不同。表1-11-1列出了列出了无线电波的波（频）段划分。无线电波的波（频）段划分。第1章 绪论表中关于传播方式和用途的划分是相对而言的，相邻频段表中关于传播方式和用途的划分是

18、相对而言的，相邻频段间无绝对的分界线间无绝对的分界线。第1章 绪论 传播特性指的是无线电信号的传播方式、传播距离、传传播特性指的是无线电信号的传播方式、传播距离、传播特点等。播特点等。不同频段的无线电信号，其传播特性不同。不同频段的无线电信号，其传播特性不同。同一同一信道对不同频率的信号传播特性是不同的。信道对不同频率的信号传播特性是不同的。 传播方式主要有直射传播、绕射（地波）传播、折射和传播方式主要有直射传播、绕射（地波）传播、折射和反射（天波）传播及散射传播等。反射（天波）传播及散射传播等。决定传播方式和传播特点决定传播方式和传播特点的关键因素是无线电信号的频率。的关键因素是无线电信号的

19、频率。4 4 无线电波的传播特性无线电波的传播特性第1章 绪论图1- 7 无线电波的主要传播方式(a) 直射传播；(b) 地面绕射传播；(c) 电离层折射与反射传播；(d) 对流层散射传播第1章 绪论（1 1） 绕射绕射电波沿着地球的弯曲表面进行传播。电波沿着地球的弯曲表面进行传播。称为地波称为地波。特点：频率越高，损耗越严重，传播距离越短。特点：频率越高，损耗越严重，传播距离越短。因此通常只有中、长波范围的信号才采用绕射。因此通常只有中、长波范围的信号才采用绕射。 （2 2） 电离层的折射和反射电离层的折射和反射利用大气层上部的电离层的折射和反射作用进行电波的传播，利用大气层上部的电离层的折

20、射和反射作用进行电波的传播，称为天波称为天波。电离层的特点：频率越高被吸收的能量越小，电磁波穿入电离电离层的特点：频率越高被吸收的能量越小，电磁波穿入电离层的深度越深。层的深度越深。因此通常短波波段范围的信号是利用反射方式传播的最佳波段，因此通常短波波段范围的信号是利用反射方式传播的最佳波段，而对于超短波以上，频率更高的电磁波由于会穿透电离层传播到宇而对于超短波以上，频率更高的电磁波由于会穿透电离层传播到宇宙空间，而不宜采用天波传播。宙空间，而不宜采用天波传播。第1章 绪论（3 3） 直射直射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。频率较高的超短波及

21、其更高频率的无线电波，由频率较高的超短波及其更高频率的无线电波，由于频率很高，既不适合地波绕射传播，又由于能穿透于频率很高，既不适合地波绕射传播，又由于能穿透电离层而不适合天波传播，只能使用直射方式传播，电离层而不适合天波传播，只能使用直射方式传播，称为空间波称为空间波。由于地球表面是一个曲面，因此天线的高度将影由于地球表面是一个曲面，因此天线的高度将影响这种直射传播的距离。即空间波的传播距离受限于响这种直射传播的距离。即空间波的传播距离受限于视距范围。当然，可以通过架高天线、中继、卫星等视距范围。当然，可以通过架高天线、中继、卫星等方式扩大传输距离。方式扩大传输距离。第1章 绪论（4 4）

22、散射散射散射现象主要发生在对流层。散射现象主要发生在对流层。散射具有很强的方向性和随机性。散射具有很强的方向性和随机性。散射是在电波通过的介质中存在小于波长的物体并散射是在电波通过的介质中存在小于波长的物体并且单位体积内阻挡体的个数非常大时产生的，因且单位体积内阻挡体的个数非常大时产生的，因此，散射发生于粗糙表面、小物体或不规则物体此，散射发生于粗糙表面、小物体或不规则物体等许多地方。等许多地方。第1章 绪论为了有效的传输信号，不同波段的信号所采用的主要为了有效的传输信号，不同波段的信号所采用的主要传播方式是不同的。传播方式是不同的。长波信号以地波绕射为主；长波信号以地波绕射为主；中波和短波信

23、号可以以地波和天波两种方式传播，中波和短波信号可以以地波和天波两种方式传播，不过，不过，前者以地波传播为主，后者以天波前者以地波传播为主，后者以天波( (反射与折射反射与折射) )为主；为主；超短波以上频段的信号大多以直射方式传播，也可以采用超短波以上频段的信号大多以直射方式传播，也可以采用对流层散射的方式传播。对流层散射的方式传播。第1章 绪论 用调制信号去控制高频载波的参数，使载波信号的参用调制信号去控制高频载波的参数，使载波信号的参数按照调制信号的规律变化数按照调制信号的规律变化 ，调制后形成的信号称为，调制后形成的信号称为“已调信号已调信号”。调制使幅度变化的称调制使幅度变化的称“调幅

24、调幅”（AM），使频率变化的称），使频率变化的称“调频调频”(FM)，使相位变化的称，使相位变化的称“调相调相”(PM)。 当调制信号为数字信号调制时，通常称为键控，三种当调制信号为数字信号调制时，通常称为键控，三种基本的键控方式为振幅键控基本的键控方式为振幅键控(ASK)(ASK)、频率键控、频率键控(FSK)(FSK)和相位和相位键控键控(PSK)(PSK)。u5.5.调制特性调制特性 什么是调制什么是调制第1章 绪论基带传输基带传输将将基带信号直接传送。基带信号直接传送。缺点缺点：（1）需要巨大的天线）需要巨大的天线天线理论：要将无线电信号有效地发射出去，天线的尺寸必须大到与电天线理论：

25、要将无线电信号有效地发射出去，天线的尺寸必须大到与电信号的波长相比拟。信号的波长相比拟。解决方法：解决方法：将信号装载到高频载波上将信号装载到高频载波上（2 2）同一频段的低频信号，如果不调制，在信道中会互相重叠、干扰，）同一频段的低频信号，如果不调制，在信道中会互相重叠、干扰，接收设备无法选择。接收设备无法选择。解决方法解决方法：调制到不同的高频载波上：调制到不同的高频载波上为了为了减小天线尺寸减小天线尺寸和和区分不同的电台信号区分不同的电台信号，必须把需要传送的信号装载，必须把需要传送的信号装载到频率较高的载频上。到频率较高的载频上。为什么要进行调制？为什么要进行调制？第1章 绪论分析：若

26、信号频率为分析：若信号频率为1kHz，其相应波长为，其相应波长为300km，若采用，若采用1/4 波长的天线，根据波长的天线，根据 就可以算出就可以算出天线长度需要天线长度需要75km，制造这样的天线是很困难，制造这样的天线是很困难的。的。 只有天线实际长度与电信号的波长相比拟时，这时电信号才只有天线实际长度与电信号的波长相比拟时，这时电信号才能以电磁波形式有效地辐射，这就要求原始电信号必须有能以电磁波形式有效地辐射，这就要求原始电信号必须有足够高的频率。足够高的频率。 fc83 10300km1000cf第1章 绪论 在接收信号的一方（接收端）在接收信号的一方（接收端） ，从收到的已调信从收到的已调信号中把调制信号恢复出来。号中把调制信号恢复出来。调幅波的解