高頻電子線路(第二版)課件第一章

1、第1章 緒論 1.1 無(wú)線通信系統(tǒng)概述 1.2 信號(hào)、頻譜與調(diào)制 1.3 本課程的特點(diǎn) 思考題與習(xí)題 1.1 無(wú)線通信系統(tǒng)概述 高頻電路是通信系統(tǒng)高頻電路是通信系統(tǒng), 特別是無(wú)線通信系統(tǒng)的基礎(chǔ)特別是無(wú)線通信系統(tǒng)的基礎(chǔ), 是無(wú)線通信設(shè)是無(wú)線通信設(shè)備的重要組成部分。備的重要組成部分。 一、無(wú)線通信系統(tǒng)的組成 無(wú)線通信無(wú)線通信(或稱無(wú)線電通信或稱無(wú)線電通信)的類(lèi)型很多的類(lèi)型很多, 可以根據(jù)傳輸方法、可以根據(jù)傳輸方法、 頻率頻率范圍、范圍、 用途等分類(lèi)。不同的無(wú)線通信系統(tǒng)用途等分類(lèi)。不同的無(wú)線通信系統(tǒng), 其設(shè)備組成和復(fù)雜度雖然其設(shè)備組成和復(fù)雜度雖然有較大差異有較大差異, 但它們的基本組成不變但它們的基

2、本組成不變, 圖圖1- 1是無(wú)線通信系統(tǒng)基本組成的是無(wú)線通信系統(tǒng)基本組成的方框圖。方框圖。 圖中虛線以上部分為發(fā)送設(shè)備（發(fā)信機(jī)）圖中虛線以上部分為發(fā)送設(shè)備（發(fā)信機(jī)）, 虛線以下部分為接收虛線以下部分為接收設(shè)備（收信機(jī)）設(shè)備（收信機(jī)）, 天線及天線開(kāi)關(guān)為收發(fā)共用設(shè)備。天線及天線開(kāi)關(guān)為收發(fā)共用設(shè)備。 信道為自由空間。信道為自由空間。 話筒和揚(yáng)聲器屬于通信的終端設(shè)備話筒和揚(yáng)聲器屬于通信的終端設(shè)備, 分別為信源和信宿。分別為信源和信宿。 音頻放大器調(diào)制器激勵(lì)放大輸出功率放大載波振蕩器天線開(kāi)關(guān)高頻放大混頻器中頻放大與濾波解調(diào)器音頻放大器話筒本地振蕩器揚(yáng)聲器變頻器 圖11 無(wú)線通信系統(tǒng)的基本組成 信源信源

3、信源信宿 超外差接收機(jī)超外差接收機(jī)的主要特點(diǎn)就是由頻率固定的的主要特點(diǎn)就是由頻率固定的中頻放大器中頻放大器來(lái)完成對(duì)接收信號(hào)的選擇和放大；當(dāng)信號(hào)頻率改變時(shí)來(lái)完成對(duì)接收信號(hào)的選擇和放大；當(dāng)信號(hào)頻率改變時(shí), 只要只要相應(yīng)地改變本地振蕩信號(hào)頻率即可。相應(yīng)地改變本地振蕩信號(hào)頻率即可。 優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：由于中頻比載頻低的多，對(duì)選頻網(wǎng)絡(luò)的：由于中頻比載頻低的多，對(duì)選頻網(wǎng)絡(luò)的Q值要值要求低的多，容易實(shí)現(xiàn)高增益。求低的多，容易實(shí)現(xiàn)高增益。 不足不足：由于存在混頻，因而存在頻率組合干擾，且抑：由于存在混頻，因而存在頻率組合干擾，且抑制干擾比較麻煩。制干擾比較麻煩。 數(shù)字中頻結(jié)構(gòu)數(shù)字中頻結(jié)構(gòu)：將混頻后的中頻信號(hào)正交數(shù)字化

4、，然后：將混頻后的中頻信號(hào)正交數(shù)字化，然后進(jìn)行數(shù)字解調(diào)。進(jìn)行數(shù)字解調(diào)。 直接變換結(jié)構(gòu)直接變換結(jié)構(gòu)：采用零中頻，如圖：采用零中頻，如圖1-2所示。所示。 由上面的例子可以總結(jié)出無(wú)線通信系統(tǒng)的基本組成由上面的例子可以總結(jié)出無(wú)線通信系統(tǒng)的基本組成, 從從中也可看出中也可看出高頻電路的基本內(nèi)容高頻電路的基本內(nèi)容應(yīng)該包括應(yīng)該包括: （1）高頻振蕩器：用于產(chǎn)生載波或本地振蕩信號(hào)）高頻振蕩器：用于產(chǎn)生載波或本地振蕩信號(hào) （2）放大器：包括小信號(hào)放大和功率放大）放大器：包括小信號(hào)放大和功率放大 （3）混頻或變頻：）混頻或變頻： （4）調(diào)制與解調(diào)：）調(diào)制與解調(diào)： （5）反饋控制電路：包括）反饋控制電路：包括AG

5、C、AFC和和APC（PLL） 二、二、無(wú)線通信系統(tǒng)的類(lèi)型 按照無(wú)線通信系統(tǒng)中關(guān)鍵部分的不同按照無(wú)線通信系統(tǒng)中關(guān)鍵部分的不同特性特性, 有以下一些有以下一些類(lèi)型類(lèi)型: 1、按照、按照工作頻段或傳輸手段工作頻段或傳輸手段分類(lèi)分類(lèi), 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、 微波通信和衛(wèi)星通信等。微波通信和衛(wèi)星通信等。 所謂工作頻率所謂工作頻率, 主要指發(fā)射與接收的射頻（主要指發(fā)射與接收的射頻（RF）頻率。）頻率。 射頻實(shí)際上就是射頻實(shí)際上就是“高頻高頻”的廣義語(yǔ)的廣義語(yǔ), 它是指適合無(wú)線電發(fā)射和傳播的頻率。它是指適合無(wú)線電發(fā)射和傳播的頻率。 無(wú)線通信的一個(gè)發(fā)展方向

6、就是開(kāi)辟更高的頻段。無(wú)線通信的一個(gè)發(fā)展方向就是開(kāi)辟更高的頻段。 2、按照、按照通信方式來(lái)分類(lèi)通信方式來(lái)分類(lèi), 主要有（全）雙工、主要有（全）雙工、 半雙工和半雙工和單工方式。單工方式。 3、按照、按照調(diào)制方式的不同來(lái)劃調(diào)制方式的不同來(lái)劃分分, 有調(diào)幅、有調(diào)幅、 調(diào)頻、調(diào)頻、 調(diào)相以調(diào)相以及混合調(diào)制等。及混合調(diào)制等。 4、按照傳送的消息的類(lèi)型分類(lèi)按照傳送的消息的類(lèi)型分類(lèi), 有模擬通信和數(shù)字通有模擬通信和數(shù)字通信信, 也可以分為話音通信、圖像通信、數(shù)據(jù)通信和多媒體也可以分為話音通信、圖像通信、數(shù)據(jù)通信和多媒體通信等。通信等。 各種不同類(lèi)型的通信系統(tǒng)各種不同類(lèi)型的通信系統(tǒng), 其系統(tǒng)組成和設(shè)備的復(fù)雜其

7、系統(tǒng)組成和設(shè)備的復(fù)雜程度都有很大不同。但是組成設(shè)備的基本電路及其原理程度都有很大不同。但是組成設(shè)備的基本電路及其原理都是相同的都是相同的, 遵從同樣的規(guī)律。遵從同樣的規(guī)律。 本書(shū)將以模擬通信為重點(diǎn)本書(shū)將以模擬通信為重點(diǎn)來(lái)研究這些基本電路來(lái)研究這些基本電路, 認(rèn)識(shí)其規(guī)律。認(rèn)識(shí)其規(guī)律。 這些電路和規(guī)律完全這些電路和規(guī)律完全可以推廣應(yīng)用到其它類(lèi)型的通信系統(tǒng)。可以推廣應(yīng)用到其它類(lèi)型的通信系統(tǒng)。 一、一、無(wú)線電信號(hào)的頻率及分段無(wú)線電信號(hào)的頻率及分段1、信號(hào)頻率及波譜、信號(hào)頻率及波譜 任何信號(hào)都具有一定的頻率或波長(zhǎng)。任何信號(hào)都具有一定的頻率或波長(zhǎng)。 我們這里所講的我們這里所講的頻率特性就是無(wú)線電信號(hào)的頻率

8、或波頻率特性就是無(wú)線電信號(hào)的頻率或波長(zhǎng)。長(zhǎng)。 電磁波輻射的波電磁波輻射的波譜很寬譜很寬, 如圖如圖 1 4 所示。所示。 1.2 無(wú)線電信號(hào)的頻譜及特性 無(wú)線電波105紅外線1010可見(jiàn)光紫外線1015X射線1020宇宙射線1025f/Hz/m3103310 2(3.87.8)10 7310 7310 12310 17 圖 1 4 電磁波波譜 從上圖可以知道，無(wú)線電波只是一種波長(zhǎng)比較長(zhǎng)的電從上圖可以知道，無(wú)線電波只是一種波長(zhǎng)比較長(zhǎng)的電磁波磁波, 占據(jù)的頻率范圍很廣。占據(jù)的頻率范圍很廣。 在自由空間中在自由空間中, 波長(zhǎng)與頻率波長(zhǎng)與頻率存在以下關(guān)系存在以下關(guān)系: c = f （11） 式中式中:

9、 c為光速為光速, f 和和分別為無(wú)線電波的頻率和波長(zhǎng)分別為無(wú)線電波的頻率和波長(zhǎng) 因此我們也因此我們也可以認(rèn)為無(wú)線電波是一種頻率相對(duì)較低的可以認(rèn)為無(wú)線電波是一種頻率相對(duì)較低的電磁波電磁波。2、無(wú)線電波的頻（波）段劃分、無(wú)線電波的頻（波）段劃分 無(wú)線電波也可以認(rèn)為是一種頻率相對(duì)較低的電磁波。無(wú)線電波也可以認(rèn)為是一種頻率相對(duì)較低的電磁波。 對(duì)頻率或波長(zhǎng)進(jìn)行分段對(duì)頻率或波長(zhǎng)進(jìn)行分段, 分別稱為頻段或波段（分別稱為頻段或波段（波段劃分波段劃分請(qǐng)見(jiàn)下表）。請(qǐng)見(jiàn)下表）。 注意：注意：不同頻段信號(hào)的產(chǎn)生、放不同頻段信號(hào)的產(chǎn)生、放大和接收的方法不同大和接收的方法不同, 傳播的能力和方式也不同傳播的能力和方式也

10、不同, 因而其應(yīng)用范圍也不同。因而其應(yīng)用范圍也不同。 不同頻段的信號(hào)具有不同的分析與實(shí)現(xiàn)方法不同頻段的信號(hào)具有不同的分析與實(shí)現(xiàn)方法, 對(duì)對(duì)于米波以上（含米波于米波以上（含米波, 1 m）的信號(hào)通常用集總（中）的信號(hào)通常用集總（中）參數(shù)的方法來(lái)分析與實(shí)現(xiàn)參數(shù)的方法來(lái)分析與實(shí)現(xiàn), 而對(duì)于米波以下（而對(duì)于米波以下（1 m）的）的信號(hào)一般應(yīng)用分布參數(shù)的方法來(lái)分析與實(shí)現(xiàn)，信號(hào)一般應(yīng)用分布參數(shù)的方法來(lái)分析與實(shí)現(xiàn)， 當(dāng)然當(dāng)然, 這也這也是相對(duì)的。是相對(duì)的。 說(shuō)明：說(shuō)明：“高頻高頻”是一個(gè)相對(duì)的概念，上表中的是一個(gè)相對(duì)的概念，上表中的“高頻高頻”是一個(gè)狹義的概是一個(gè)狹義的概念，指的是短波波段，其頻率范圍為念，

11、指的是短波波段，其頻率范圍為330MHz，而廣義的，而廣義的“高頻高頻”指的指的是射頻，其頻率范圍非常寬，只要是射頻，其頻率范圍非常寬，只要電路尺寸比工作波長(zhǎng)小得多電路尺寸比工作波長(zhǎng)小得多，可以，可以用用集中參數(shù)來(lái)分析集中參數(shù)來(lái)分析實(shí)現(xiàn)，都可以實(shí)現(xiàn)，都可以認(rèn)為屬于認(rèn)為屬于“高頻高頻”（就目前技術(shù)來(lái)講，（就目前技術(shù)來(lái)講，“高頻高頻”的上限頻率可達(dá)的上限頻率可達(dá)3GHz）二、無(wú)線電信號(hào)的特性二、無(wú)線電信號(hào)的特性 在高頻電路中在高頻電路中, 我們要處理的無(wú)線電信號(hào)主要有三種我們要處理的無(wú)線電信號(hào)主要有三種: 基帶（消息）信號(hào)基帶（消息）信號(hào)、 高頻載波信號(hào)高頻載波信號(hào)和和已調(diào)信號(hào)已調(diào)信號(hào)。 所謂基帶

12、所謂基帶信號(hào)信號(hào), 就是沒(méi)有進(jìn)行調(diào)制之前的原始信號(hào)就是沒(méi)有進(jìn)行調(diào)制之前的原始信號(hào), 也稱調(diào)制信號(hào)。也稱調(diào)制信號(hào)。 1、 時(shí)間特性 (1)、信號(hào)的描述、信號(hào)的描述：一個(gè)無(wú)線電信號(hào)：一個(gè)無(wú)線電信號(hào), 可以將它表示為電壓可以將它表示為電壓或電流的時(shí)間函數(shù)或電流的時(shí)間函數(shù), 通常用時(shí)域波形或數(shù)學(xué)表達(dá)式來(lái)通常用時(shí)域波形或數(shù)學(xué)表達(dá)式來(lái)描述。描述。 (2)、時(shí)間特性的概念時(shí)間特性的概念：無(wú)線電信號(hào)的時(shí)間特性就是信號(hào)：無(wú)線電信號(hào)的時(shí)間特性就是信號(hào)隨時(shí)間變化快慢的特性。隨時(shí)間變化快慢的特性。信號(hào)的時(shí)間特性要求傳輸該信號(hào)信號(hào)的時(shí)間特性要求傳輸該信號(hào)的電路的時(shí)間特性（如時(shí)間常數(shù)）與之相適應(yīng)。的電路的時(shí)間特性（如時(shí)間

13、常數(shù)）與之相適應(yīng)。 2、頻譜特性 對(duì)于較復(fù)雜的信號(hào)（如話音信號(hào)、對(duì)于較復(fù)雜的信號(hào)（如話音信號(hào)、 圖像信號(hào)等）圖像信號(hào)等）, 用用頻譜分析法表示較為方便。頻譜分析法表示較為方便。 信號(hào)的信號(hào)的頻譜特性的概念頻譜特性的概念：信號(hào)的頻譜特性就是信號(hào)中：信號(hào)的頻譜特性就是信號(hào)中各頻率成分的特性。各頻率成分的特性。信號(hào)幅度0t 圖 1 2 信號(hào)分解 對(duì)于周期性信號(hào)對(duì)于周期性信號(hào), 可以表示為許多離散的頻率分量（各可以表示為許多離散的頻率分量（各分量間成諧頻關(guān)系）分量間成諧頻關(guān)系）, 例如圖例如圖 1 3即為圖即為圖 1 2所示信號(hào)的所示信號(hào)的頻譜圖頻譜圖; 對(duì)于非周期性信號(hào)對(duì)于非周期性信號(hào), 可以用可以

14、用傅里葉變換的方法分解傅里葉變換的方法分解為為連續(xù)譜連續(xù)譜, 信號(hào)為連續(xù)譜的積分信號(hào)為連續(xù)譜的積分。 頻譜特性包含幅頻特性和相頻特性兩部分頻譜特性包含幅頻特性和相頻特性兩部分, 它們分別反它們分別反映信號(hào)中各個(gè)頻率分量的振幅和相位映信號(hào)中各個(gè)頻率分量的振幅和相位的分布情況。的分布情況。 任何信號(hào)都會(huì)占據(jù)一定的帶寬。任何信號(hào)都會(huì)占據(jù)一定的帶寬。 從頻譜特性上看從頻譜特性上看, 帶寬帶寬就是信號(hào)能量主要部分（一般為就是信號(hào)能量主要部分（一般為90%以上）所占據(jù)的頻率范以上）所占據(jù)的頻率范圍或頻帶寬度。圍或頻帶寬度。 信號(hào)振幅0F3F5F7F9FF圖 1 3 頻譜圖 3、傳播特性 傳播特性傳播特性：

15、是指無(wú)線電信號(hào)的：是指無(wú)線電信號(hào)的傳播方式、傳播距離、傳傳播方式、傳播距離、傳播特點(diǎn)等播特點(diǎn)等。 無(wú)線電信號(hào)的傳播特性主要根據(jù)其所處的頻段或無(wú)線電信號(hào)的傳播特性主要根據(jù)其所處的頻段或波段來(lái)區(qū)分。波段來(lái)區(qū)分。 電磁波從發(fā)射天線輻射出去后電磁波從發(fā)射天線輻射出去后, 不僅電波的能量會(huì)擴(kuò)散不僅電波的能量會(huì)擴(kuò)散, 接收機(jī)只能收到其中極小的一部分接收機(jī)只能收到其中極小的一部分, 而且在傳播過(guò)程中而且在傳播過(guò)程中, 電波電波的能量會(huì)被地面、建筑物或高空的電離層吸收或反射的能量會(huì)被地面、建筑物或高空的電離層吸收或反射, 或者或者在大氣層中產(chǎn)生折射或散射等現(xiàn)象在大氣層中產(chǎn)生折射或散射等現(xiàn)象, 從而造成到達(dá)接收

16、機(jī)時(shí)從而造成到達(dá)接收機(jī)時(shí)的強(qiáng)度大大衰減。的強(qiáng)度大大衰減。 根據(jù)無(wú)線電波在傳播過(guò)程所發(fā)生的現(xiàn)象根據(jù)無(wú)線電波在傳播過(guò)程所發(fā)生的現(xiàn)象, 電波的傳播方式主要有電波的傳播方式主要有直射（視距）傳播直射（視距）傳播、 繞射（地波）傳繞射（地波）傳播播、 折射和反射（天波）傳播折射和反射（天波）傳播及及散射傳播散射傳播等等, 如圖如圖 1 5 所所示。示。 決定傳播方式和傳播特點(diǎn)的關(guān)鍵因素是無(wú)線電信號(hào)的頻決定傳播方式和傳播特點(diǎn)的關(guān)鍵因素是無(wú)線電信號(hào)的頻率率。 (a)射線(b)(c)電離層(d)對(duì)流層 圖1 5 無(wú)線電波的主要傳播方式（a） 直射傳播; （b） 地波傳播; （c） 天波傳播; （d） 散射傳播

17、(距地面60600km)(距地面1012km)(散射傳播距離100500km)(適合頻率4006000MHz)(一次反射距離約為4000km)(適合于中短波)(適合于中長(zhǎng)波)(適合于超短波、微波)4. 調(diào)制特性 無(wú)線電傳播一般都要采用高頻（射頻）的另一個(gè)原因無(wú)線電傳播一般都要采用高頻（射頻）的另一個(gè)原因就是高頻適于天線輻射和無(wú)線傳播。就是高頻適于天線輻射和無(wú)線傳播。只有當(dāng)天線的尺寸到只有當(dāng)天線的尺寸到可以與信號(hào)波長(zhǎng)相比擬時(shí)可以與信號(hào)波長(zhǎng)相比擬時(shí), 天線的輻射效率才會(huì)較高天線的輻射效率才會(huì)較高, 從而從而以較小的信號(hào)功率傳播較遠(yuǎn)的距離以較小的信號(hào)功率傳播較遠(yuǎn)的距離, 接收天線也才能有效地接收天線

18、也才能有效地接收信號(hào)。接收信號(hào)。 所謂調(diào)制所謂調(diào)制, 就是用調(diào)制信號(hào)去控制高頻載波的參數(shù)就是用調(diào)制信號(hào)去控制高頻載波的參數(shù), 使使載波信號(hào)的某一個(gè)或幾個(gè)參數(shù)（載波信號(hào)的某一個(gè)或幾個(gè)參數(shù)（振幅、振幅、 頻率或相位）按照頻率或相位）按照調(diào)制信號(hào)的規(guī)律變化。調(diào)制信號(hào)的規(guī)律變化。 根據(jù)載波受調(diào)制參數(shù)的不同根據(jù)載波受調(diào)制參數(shù)的不同, 調(diào)制分為三種基本方式調(diào)制分為三種基本方式, 它們是它們是振幅調(diào)制（調(diào)幅）、振幅調(diào)制（調(diào)幅）、 頻率調(diào)制（頻率調(diào)制（調(diào)頻）、調(diào)頻）、 相位調(diào)制相位調(diào)制（調(diào)相）（調(diào)相）, 分別用分別用AM、 FM、 PM表示，表示， 還可以有組合調(diào)還可以有組合調(diào)制方式。制方式。 1.3 本課程

19、的特點(diǎn) 高頻電子線路是通信系統(tǒng)的核心，高頻電子線路是通信系統(tǒng)的核心，高頻電子線路高頻電子線路這門(mén)課程是通信工程、電子信息工程等電子信息類(lèi)專業(yè)這門(mén)課程是通信工程、電子信息工程等電子信息類(lèi)專業(yè)非常重要的一門(mén)專業(yè)基礎(chǔ)課程，因此掌握高頻電子線路非常重要的一門(mén)專業(yè)基礎(chǔ)課程，因此掌握高頻電子線路及其課程特點(diǎn)對(duì)于學(xué)習(xí)該課程是十分重要的。及其課程特點(diǎn)對(duì)于學(xué)習(xí)該課程是十分重要的。 1 1、高頻電子線路的特點(diǎn)高頻電子線路的特點(diǎn) (1) 高頻電子線路是由線性元件（電阻、電容、電感等）高頻電子線路是由線性元件（電阻、電容、電感等）和非線性器件和非線性器件(二極管、三極管、場(chǎng)效應(yīng)管等二極管、三極管、場(chǎng)效應(yīng)管等)組成，其中非組成，其中非線性是高頻電子線路的核心。線性是高頻電子線路的核心。 (2) 非線性電路分析方法的特點(diǎn)。非線性電路分析方法的特點(diǎn)。2 2、本課程的主要內(nèi)容、本課程的主要內(nèi)容 高頻振蕩器、高頻放