高频电路教案.ppt

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1、第1章 绪论高频电子线路1第第1章章 绪论绪论 1.1 无线通信系统概述无线通信系统概述 1.2 信号、频谱与调制信号、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 绪论高频电子线路21.1 无线通信系统概述 高频电路是通信系统高频电路是通信系统, 特别是无线通信系统的基础特别是无线通信系统的基础, 是无线通信设是无线通信设备的重要组成部分。备的重要组成部分。 一、无线通信系统的组成 1861年麦克斯韦年麦克斯韦理论上预言了电磁波的存在，理论上预言了电磁波的存在，1888年赫兹年赫兹通过火通过火花放电实验得以证实，花放电实验得以证实，1896年马可尼年马可尼完

2、成无线通信实验，从而开始了完成无线通信实验，从而开始了无线通信技术。无线通信技术。 无线通信无线通信(或称无线电通信或称无线电通信)的类型很多的类型很多, 可以根据传输方法、可以根据传输方法、 频率频率范围、范围、 用途等分类。不同的无线通信系统用途等分类。不同的无线通信系统, 其设备组成和复杂度虽然其设备组成和复杂度虽然有较大差异有较大差异, 但它们的基本组成不变但它们的基本组成不变, 图图1- 1是无线通信系统基本组成的是无线通信系统基本组成的方框图。方框图。 图中虚线以上部分为发送设备（发信机）图中虚线以上部分为发送设备（发信机）, 虚线以下部分为接收虚线以下部分为接收设备（收信机）设备

3、（收信机）, 天线及天线开关为收发共用设备。天线及天线开关为收发共用设备。 信道为自由空间。信道为自由空间。 话筒和扬声器属于通信的终端设备话筒和扬声器属于通信的终端设备, 分别为信源和信宿。分别为信源和信宿。 第1章 绪论高频电子线路3 图图11 无线通信系统的基本组成无线通信系统的基本组成 第1章 绪论高频电子线路4 超外差接收机超外差接收机的主要特点就是由频率固定的的主要特点就是由频率固定的中频放大器中频放大器来完成对接收信号的选择和放大；当信号频率改变时来完成对接收信号的选择和放大；当信号频率改变时, 只要只要相应地改变本地振荡信号频率即可。相应地改变本地振荡信号频率即可。 优点优点：

4、由于中频比载频低的多，对选频网络的要求低：由于中频比载频低的多，对选频网络的要求低的多，容易实现高增益。的多，容易实现高增益。 不足不足：由于存在混频，因而存在频率组合干扰，且抑：由于存在混频，因而存在频率组合干扰，且抑制干扰比较麻烦。制干扰比较麻烦。 第1章 绪论高频电子线路5 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, 从从中也可看出中也可看出高频电路的基本内容高频电路的基本内容应该包括应该包括: （1）高频振荡器：用于产生载波或本地振荡信号）高频振荡器：用于产生载波或本地振荡信号 （2）放大器：包括小信号放大和功率放大）放大器：包括小信号放

5、大和功率放大 （3）混频或变频：）混频或变频： （4）调制与解调：）调制与解调： （5）反馈控制电路：包括）反馈控制电路：包括AGC、AFC和和APC（PLL） 第1章 绪论高频电子线路6二、二、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按照无线通信系统中关键部分的不同特性特性, 有以下一些有以下一些类型类型: 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分类, 有中波通信、有中波通信、 短波通短波通信、信、 超短波通信、超短波通信、 微波通信和卫星通信等。微波通信和卫星通信等。 所谓工作频率所谓工作频率, 主要指发射与接收的射频（主要指发射与接收的射频（RF）频率。）频率

6、。 射频实际上就是射频实际上就是“高频高频”的广义语的广义语, 它是指适合无线电发射和传播的频率。它是指适合无线电发射和传播的频率。 无线通信的一个发展方向就是开辟更高的频段。无线通信的一个发展方向就是开辟更高的频段。 2、按照、按照通信方式来分类通信方式来分类, 主要有（全）双工、主要有（全）双工、 半双工和单半双工和单工方式。工方式。 3、按照、按照调制方式的不同来划调制方式的不同来划分分, 有调幅、有调幅、 调频、调频、 调相以调相以及混合调制等。及混合调制等。 第1章 绪论高频电子线路7 4、按照传送的消息的类型分类按照传送的消息的类型分类, 有模拟通信和数字通有模拟通信和数字通信信,

7、 也可以分为话音通信、图像通信、数据通信和多媒体也可以分为话音通信、图像通信、数据通信和多媒体通信等。通信等。 各种不同类型的通信系统各种不同类型的通信系统, 其系统组成和设备的复杂其系统组成和设备的复杂程度都有很大不同。但是组成设备的基本电路及其原理程度都有很大不同。但是组成设备的基本电路及其原理都是相同的都是相同的, 遵从同样的规律。遵从同样的规律。 本书将以模拟通信为重点本书将以模拟通信为重点来研究这些基本电路来研究这些基本电路, 认识其规律。认识其规律。 这些电路和规律完全这些电路和规律完全可以推广应用到其它类型的通信系统。可以推广应用到其它类型的通信系统。 第1章 绪论高频电子线路8

8、一、一、无线电信号的频率及分段无线电信号的频率及分段1、信号频率及波谱、信号频率及波谱 任何信号都具有一定的频率或波长。任何信号都具有一定的频率或波长。 我们这里所讲的我们这里所讲的频率特性就是无线电信号的频率或波频率特性就是无线电信号的频率或波长。长。 电磁波辐射的波电磁波辐射的波谱很宽谱很宽, 如图如图 1 4 所示。所示。 1.2 无线电信号的频谱及特性 第1章 绪论高频电子线路9无线电波105红外线1010可见光紫外线1015X射线1020宇宙射线1025f/Hz/m3103310 2(3.87.8)10 7310 7310 12310 17 图图 1 4 电磁波波谱电磁波波谱 第1章

9、 绪论高频电子线路10 从上图可以知道，无线电波只是一种波长比较长的电从上图可以知道，无线电波只是一种波长比较长的电磁波磁波, 占据的频率范围很广。占据的频率范围很广。 在在自由空间自由空间中中, 波长与频率波长与频率存在以下关系存在以下关系: c = f （11） 式中式中: c为光速为光速, f 和和分别为无线电波的频率和波长分别为无线电波的频率和波长 因此我们也因此我们也可以认为无线电波是一种频率相对较低的可以认为无线电波是一种频率相对较低的电磁波电磁波。第1章 绪论高频电子线路112、无线电波的频（波）段划分、无线电波的频（波）段划分 无线电波也可以认为是一种频率相对较低的电磁波。无线

10、电波也可以认为是一种频率相对较低的电磁波。 对频率或波长进行分段对频率或波长进行分段, 分别称为频段或波段（分别称为频段或波段（波段划分波段划分请见下表）。请见下表）。 注意：注意：不同频段信号的产生、放不同频段信号的产生、放大和接收的方法不同大和接收的方法不同, 传播的能力和方式也不同传播的能力和方式也不同, 因而其应用范围也不同。因而其应用范围也不同。 不同频段的信号具有不同的分析与实现方法不同频段的信号具有不同的分析与实现方法, 对对于米波以上（含米波于米波以上（含米波, 1 m）的信号通常用集总（中）的信号通常用集总（中）参数的方法来分析与实现参数的方法来分析与实现, 而对于米波以下（

11、而对于米波以下（1 m）的）的信号一般应用分布参数的方法来分析与实现，信号一般应用分布参数的方法来分析与实现， 当然当然, 这也这也是相对的。是相对的。 第1章 绪论高频电子线路12说明：说明：“高频高频”是一个相对的概念，上表中的是一个相对的概念，上表中的“高频高频”是一个狭义的概是一个狭义的概念，指的是短波波段，其频率范围为念，指的是短波波段，其频率范围为330MHz，而广义的，而广义的“高频高频”指的指的是射频，其频率范围非常宽，只要是射频，其频率范围非常宽，只要电路尺寸比工作波长小得多电路尺寸比工作波长小得多，可以，可以用用集中参数来分析集中参数来分析实现，都可以实现，都可以认为属于认

12、为属于“高频高频”（就目前技术来讲，（就目前技术来讲，“高频高频”的上限频率可达的上限频率可达3GHz）第1章 绪论高频电子线路13二、无线电信号的特性二、无线电信号的特性 在高频电路中在高频电路中, 我们要处理的无线电信号主要有三种我们要处理的无线电信号主要有三种: 基带（消息）信号基带（消息）信号、 高频载波信号高频载波信号和和已调信号已调信号。 所谓基带所谓基带信号信号, 就是没有进行调制之前的原始信号就是没有进行调制之前的原始信号, 也称调制信号。也称调制信号。 1、 时间特性 (1)、信号的描述、信号的描述：一个无线电信号：一个无线电信号, 可以将它表示为电压可以将它表示为电压或电流

13、的时间函数或电流的时间函数, 通常用时域波形或数学表达式来通常用时域波形或数学表达式来描述。描述。 (2)、时间特性的概念时间特性的概念：无线电信号的时间特性就是信号：无线电信号的时间特性就是信号随时间变化快慢的特性。随时间变化快慢的特性。第1章 绪论高频电子线路142、频谱特性 对于较复杂的信号（如话音信号、对于较复杂的信号（如话音信号、 图像信号等）图像信号等）, 用用频谱分析法表示较为方便。频谱分析法表示较为方便。 信号的信号的频谱特性的概念频谱特性的概念：信号的频谱特性就是信号中：信号的频谱特性就是信号中各频率成分的特性。各频率成分的特性。信号幅度0t 图图 1 2 信号分解信号分解

14、第1章 绪论高频电子线路15 对于周期性信号对于周期性信号, 可以表示为许多离散的频率分量（各可以表示为许多离散的频率分量（各分量间成谐频关系）分量间成谐频关系）, 例如图例如图 1 3即为图即为图 1 2所示信号的所示信号的频谱图频谱图。 频谱特性包含幅频特性和相频特性两部分频谱特性包含幅频特性和相频特性两部分, 它们分别反它们分别反映信号中各个频率分量的振幅和相位映信号中各个频率分量的振幅和相位的分布情况。的分布情况。 任何信号都会占据一定的带宽。任何信号都会占据一定的带宽。 从频谱特性上看从频谱特性上看, 带宽带宽就是信号能量主要部分（一般为就是信号能量主要部分（一般为90%以上）所占据

15、的频率范以上）所占据的频率范围或频带宽度。围或频带宽度。 信号振幅0F3F5F7F9FF 图 1 3 频谱图 第1章 绪论高频电子线路163、传播特性 传播特性传播特性：是指无线电信号的：是指无线电信号的传播方式、传播距离、传传播方式、传播距离、传播特点等播特点等。 无线电信号的传播特性主要根据其所处的频段或无线电信号的传播特性主要根据其所处的频段或波段来区分。波段来区分。 电磁波从发射天线辐射出去后电磁波从发射天线辐射出去后, 不仅电波的能量会扩散不仅电波的能量会扩散, 接收机只能收到其中极小的一部分接收机只能收到其中极小的一部分, 而且在传播过程中而且在传播过程中, 电波电波的能量会被地面

16、、建筑物或高空的电离层吸收或反射的能量会被地面、建筑物或高空的电离层吸收或反射, 或者或者在大气层中产生折射或散射等现象在大气层中产生折射或散射等现象, 从而造成到达接收机时从而造成到达接收机时的强度大大衰减。的强度大大衰减。 根据无线电波在传播过程所发生的现象根据无线电波在传播过程所发生的现象, 电波的传播方式主要有电波的传播方式主要有直射（视距）传播直射（视距）传播、 绕射（地波）传绕射（地波）传播播、 折射和反射（天波）传播折射和反射（天波）传播及及散射传播散射传播等等, 如图如图 1 5 所所示。示。 决定传播方式和传播特点的关键因素是无线电信号的频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率。 第1章 绪论高频电子线路17(a)射线(b)(c)电离层(d)对流层 图图1 5 无线电波的主要传播方式无线电波的主要传播方式（a） 直射传播直射传播; （b） 地波传播地波传播; （c） 天波传播天波传播; （d） 散射传播散射传播(距地面距地面60600km)(距地面距地面1012km)(散射传播距离散射传播距离100500km)(适合频率适合频率4006000MHz)(一