通信電子電路Chap1

1、返回主目錄能對信號進(jìn)行加密、交換等處理的電信號處理技術(shù)；能對電信號（或光信號）進(jìn)行有效變換并切實(shí)傳輸?shù)男畔魉图夹g(shù)。 能將聲音、文字圖像和數(shù)據(jù)等含有信息的具體表現(xiàn)形式與電信號進(jìn)行相互轉(zhuǎn)換的傳感技術(shù)；1.1 關(guān)于通信系統(tǒng)的概念通信的任務(wù)是傳遞信息。通信的任務(wù)是傳遞信息。傳輸信息的系統(tǒng)稱為傳輸信息的系統(tǒng)稱為“通信系統(tǒng)通信系統(tǒng)”。電子通信：各種信息先轉(zhuǎn)換成電磁能量，再通過電子通信：各種信息先轉(zhuǎn)換成電磁能量，再通過電子設(shè)備實(shí)現(xiàn)通信。電子設(shè)備實(shí)現(xiàn)通信。1837：摩爾斯：摩爾斯-電報(bào)電報(bào)1876：貝爾，華特生：貝爾，華特生-電話電話1894：馬可尼：馬可尼-向大氣層發(fā)射第一個(gè)無線電信號向大氣層發(fā)射第一個(gè)無

2、線電信號1908：德福萊斯特：德福萊斯特-真空三極管真空三極管1920：AM廣播；廣播；1930：阿姆斯特朗：阿姆斯特朗：FM調(diào)制調(diào)制雖然，現(xiàn)代通信系統(tǒng)在傳輸信息的技術(shù)手段和方法上有了顯著的進(jìn)步，但通信系統(tǒng)的基本組成仍然可概括為圖1-1所示。發(fā)信源發(fā)送設(shè)備信道噪聲源接收設(shè)備收信裝置基帶信號發(fā)射信號(已調(diào)信號)接收信號(已調(diào)信號+干擾)基帶信號+失真通信系統(tǒng)的組成框圖如下：有線通信：導(dǎo)線、電纜、光纖有線通信：導(dǎo)線、電纜、光纖無線通信：自由空間無線通信：自由空間發(fā)送設(shè)備：發(fā)送設(shè)備：是將電信號變換為適應(yīng)于信道傳輸特性的信號的一種裝置。信息源：信息源：指要傳送的原始信息，如文字、數(shù)據(jù)、語音、音樂、圖像

3、等。接收設(shè)備：接收設(shè)備：是將通過信道傳輸后接收到的電信號恢復(fù)成與發(fā)送設(shè)備輸入信號相一致的電信號的一種裝置。信道：信道：傳輸信息的通道，或傳輸信號的通道，又稱傳輸媒介。 分為無線信道和有線信道。噪聲源：噪聲源：是指信道中的噪聲及分散在通信系統(tǒng)中其它各處噪聲的集中表示。1.2 無線電波的傳播特性傳播特性：指的是無線電信號的傳播方式、傳播距離、傳播特點(diǎn)等。傳播方式：主要有直射傳播、繞射（地波）傳播、折射和反射（天波）傳播及散射傳播等。見圖1-2 決定傳播方式和傳播特點(diǎn)的關(guān)鍵是無線電信號的頻率。一、波段劃分一、波段劃分例：多波段收音機(jī)例：多波段收音機(jī)： （8.518）MHz：（：（2.28.5）MHz

4、：（1830）MHzMW：FMSW：LM(535KHz1605KHz)（88108）MHz0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 電磁頻譜：頻率（電磁頻譜：頻率（10 Hz)n次聲頻次聲頻聲頻聲頻超聲頻超聲頻射頻頻帶射頻頻帶可見光可見光X射線射線伽馬射線伽馬射線宇宙射線宇宙射線表表1-1為無線電波的波（頻）段劃分及其用途表為無線電波的波（頻）段劃分及其用途表波段名稱波長范圍頻率范圍頻段名稱主要通途或場合超長波108104m3Hz 30kHzVLF(甚低頻)音頻、電話、數(shù)據(jù)終端長波104103m30300kHzLF(低頻)導(dǎo)航、信標(biāo)、電力線通信中波103102m300kHz

5、 3MHz IF(中頻)調(diào)幅廣播、業(yè)余無線電短波10210m330MHzHF(高頻)移動電話、短波廣播、業(yè)余無線電米波（超短波）101m30300MHzVHF(甚高頻)調(diào)頻廣播、電視、導(dǎo)航移動通信分米波10010cm300MHz 3GHz UHF(超高頻)電視、遙控遙測、雷達(dá)、移動通信厘米波101cm330GHzSHF(特高頻)微波通信、衛(wèi)星通信、雷達(dá)毫米波101mm10.1mm30300GHz3003000GHzEHF(極高頻)至高頻微波通信、雷達(dá)、射電天文學(xué)光通信二、 無線電波的基本特點(diǎn)b. 傳播路徑： 無線電波在均勻媒質(zhì)中傳播時(shí)，沿直線路徑傳播；無線電波在非均勻媒質(zhì)中傳播時(shí)，會產(chǎn)生反射和

6、折射；無線電波射向理想導(dǎo)體時(shí)，將全部被導(dǎo)體反射回來；無線電波在傳播路徑上遇到障礙物時(shí)，總是力圖繞過它，這就是繞射。1VsmCV8001031mMHzffV)(300a. 傳播速度：無線電波的傳播速度與傳播媒質(zhì)的介電常數(shù)、導(dǎo)磁系數(shù)有關(guān)，其值為： 在真空中,它與光速C相同 無線電波的波長、頻率和傳播速度之間的關(guān)系為：C.傳播形式：無線電波是以電磁場形式傳播的，在離開波源一定距離以后，PE和H相互垂直，且它們同時(shí)垂直傳播方向P（坡印亭矢量），表示電磁能流密度數(shù)值上等于E和H之積。EHP電場、磁場和傳播方向的空間關(guān)系PEH正弦電流激勵的無線電波三、無線電波的極化極化：無線電波在空間傳播時(shí)，其電場矢量總

7、是在特定方向變化，這種現(xiàn)象稱為極化，這種無線電波稱為極化波。 橢圓極化左旋圓極化右旋圓極化圓極化與地面垂直垂直極化與地面平行水平極化線極化極化EE我國各電視臺發(fā)射的多是輻射水平極化波，而廣播電臺發(fā)射多是輻射垂直極化波。衛(wèi)星電視信號傳輸?shù)氖菆A極化波。水平發(fā)射天線收發(fā)天線匹配問題圓極化波：指無線電波在傳播過程中，電場矢量振幅不變，但其方向以等角速度旋轉(zhuǎn)，矢量端點(diǎn)在垂直于傳播方向的平面內(nèi)描繪的軌跡是一個(gè)圓。四、傳播途徑（方式）見P2圖1-2（2）視距傳播（直射波）視距傳播（直射波）特點(diǎn)：收、發(fā)信高架（高度比波長大的多）。主要特點(diǎn)：收、發(fā)信高架（高度比波長大的多）。主要用于超短波、微波波段的通信和電視

8、廣播。例如，用于超短波、微波波段的通信和電視廣播。例如，衛(wèi)星通信采用視距傳播。衛(wèi)星通信采用視距傳播。（1）地波傳播（繞射波）地波傳播（繞射波）特點(diǎn)：波長愈長，傳播損耗愈小。主要用于中、長特點(diǎn)：波長愈長，傳播損耗愈小。主要用于中、長波無線電通信和導(dǎo)航。例如，收音機(jī)接收的廣播電波無線電通信和導(dǎo)航。例如，收音機(jī)接收的廣播電臺中波信號。臺中波信號。（3）天波傳播，也稱電離層傳播（反射波）天波傳播，也稱電離層傳播（反射波）特點(diǎn)：損耗小，傳播距離遠(yuǎn)；因電離層狀態(tài)不斷變特點(diǎn)：損耗小，傳播距離遠(yuǎn)；因電離層狀態(tài)不斷變化使天波傳播不穩(wěn)定；因要滿足從電離層返回地面化使天波傳播不穩(wěn)定；因要滿足從電離層返回地面的條件，

9、工作頻率受到限制。主要用于短波、中波的條件，工作頻率受到限制。主要用于短波、中波的遠(yuǎn)距離通信和廣播。例如，收音機(jī)接收的廣播電的遠(yuǎn)距離通信和廣播。例如，收音機(jī)接收的廣播電臺短波信號或軍用短波電臺。臺短波信號或軍用短波電臺。繞射方式（沿地面?zhèn)鞑ィ├@射方式（沿地面?zhèn)鞑ィ┓瓷浞绞椒瓷浞绞街鄙浞绞街鄙浞绞酱蟮卮蟮卮蟮卮蟮卮蟮卮蟮仉婋x層電離層三種傳播方式示意圖如下三種傳播方式示意圖如下1.3調(diào)制的通信系統(tǒng)一、調(diào)制 調(diào)制是由攜有信息的電信號去控制高頻振蕩信號的某一參數(shù)，使該參數(shù)按照電信號的規(guī)律而變化的一種處理方式?；颍河玫皖l信號直接控制高頻振蕩的某個(gè)參數(shù)（振幅、頻率或相位），使高頻信號具有低頻信號的特性，這

10、一過程稱為調(diào)制。通常：調(diào)制信號低頻信號 載波信號高頻信號 已調(diào)波信號經(jīng)過調(diào)制后的高頻信號調(diào)制的波形見 （圖2）根據(jù)受控方式的不同，可分為：模擬調(diào)制：調(diào)幅AM、調(diào)頻FM和調(diào)相PM數(shù)字調(diào)制：幅度鍵控ASK、相移鍵控PSK和頻率鍵控FSK 補(bǔ)充：補(bǔ)充： 通信系統(tǒng)中的信號變換過程通信系統(tǒng)中的信號變換過程1、信號的概念、信號的概念通信系統(tǒng)中信號的三種形式通信系統(tǒng)中信號的三種形式 基帶信號：基帶信號：也稱消息信號或調(diào)制信號，表也稱消息信號或調(diào)制信號，表示信息的電信號。例如：話音、圖象信號（示信息的電信號。例如：話音、圖象信號（模模擬信號擬信號）；數(shù)據(jù)、電報(bào)信號（）；數(shù)據(jù)、電報(bào)信號（數(shù)字信號數(shù)字信號） 等。

11、等。 高頻載波信號：高頻載波信號：確知的單一頻率的正弦確知的單一頻率的正弦波信號。波信號。 已調(diào)波信號：已調(diào)波信號：已載有消息信號的高頻載已載有消息信號的高頻載波信號。波信號。2、信號的表示方法、信號的表示方法(1)數(shù)學(xué)表達(dá)式：例如，數(shù)學(xué)表達(dá)式：例如，u=2sin2103t（V）(2)波形：如右圖波形：如右圖itoT/2T 3T/22T(3)頻譜：將信號所包含的所有頻率在坐標(biāo)橫軸頻譜：將信號所包含的所有頻率在坐標(biāo)橫軸上表示出來。上表示出來。 對周期性的時(shí)間函數(shù)，可用傅里葉級數(shù)分解對周期性的時(shí)間函數(shù)，可用傅里葉級數(shù)分解為許多離散的頻率分量；對非周期性的時(shí)間函數(shù)，為許多離散的頻率分量；對非周期性的

12、時(shí)間函數(shù)，可用傅里葉變換表示為連續(xù)譜?？捎酶道锶~變換表示為連續(xù)譜。雙頻信號：雙頻信號：i(t) = 2 sin 100 t + cos200 t 單頻信號：單頻信號：i(t) = 2 sin 100 tf (Hz)250 (rad/s)100 0200 1001傳輸信道的帶寬必須大于信號的帶寬。傳輸信道的帶寬必須大于信號的帶寬。多頻信號：占據(jù)一段頻帶寬度多頻信號：占據(jù)一段頻帶寬度-帶寬帶寬離散譜離散譜連續(xù)譜連續(xù)譜Bf 1f 2f f 2K( 2t) 2t o 2 /23 /21例例1：圖示開關(guān)函數(shù)用傅里葉級數(shù)可分解為：圖示開關(guān)函數(shù)用傅里葉級數(shù)可分解為ttttK22225cos523cos32c

13、os221頻譜圖如下頻譜圖如下:2/ -2/3 2/5 23 25 2 o振幅振幅例例2：話音信號用傅里葉：話音信號用傅里葉變換后的頻譜分布如右圖：變換后的頻譜分布如右圖：f(Hz)3003400o振幅振幅3、調(diào)制和已調(diào)信號頻譜、調(diào)制和已調(diào)信號頻譜 （1）調(diào)制：將低頻消息信號直接發(fā)射是不現(xiàn)實(shí)的，）調(diào)制：將低頻消息信號直接發(fā)射是不現(xiàn)實(shí)的，因此，信號的無線傳播必須進(jìn)行調(diào)制。如右圖所示。因此，信號的無線傳播必須進(jìn)行調(diào)制。如右圖所示。 由振蕩電路產(chǎn)生一個(gè)由振蕩電路產(chǎn)生一個(gè)高頻載波信號，可將其加高頻載波信號，可將其加到適當(dāng)高度的天線上發(fā)射到適當(dāng)高度的天線上發(fā)射出去，作為傳輸信息的運(yùn)出去，作為傳輸信息的運(yùn)

14、載工具。不同的電臺可采載工具。不同的電臺可采用不同的載波，避免了信號的相互干擾。用不同的載波，避免了信號的相互干擾。高頻載波信號可表示為：高頻載波信號可表示為： uc=Uccos( ct+ c)其中，其中，Uc振幅；振幅； c角頻率；角頻率； c初相初相調(diào)制調(diào)制 調(diào)制信號調(diào)制信號(話音或圖象話音或圖象) 高頻載波信號高頻載波信號已調(diào)波已調(diào)波（2）調(diào)制高頻載波信號）調(diào)制高頻載波信號 用需要傳輸?shù)南⑿盘枺ㄕ{(diào)制信號）用需要傳輸?shù)南⑿盘枺ㄕ{(diào)制信號）去控制高頻載波信號的某一參數(shù)去控制高頻載波信號的某一參數(shù)振幅、振幅、角頻率或相位，使其隨角頻率或相位，使其隨調(diào)制信號的變化而調(diào)制信號的變化而變化，這一過

15、程稱為調(diào)制。調(diào)制后的高頻變化，這一過程稱為調(diào)制。調(diào)制后的高頻信號稱為已調(diào)波。已調(diào)波本身是高頻信號，信號稱為已調(diào)波。已調(diào)波本身是高頻信號，可以發(fā)射，同時(shí)因?yàn)槭艿秸{(diào)制，就帶著控可以發(fā)射，同時(shí)因?yàn)槭艿秸{(diào)制，就帶著控制它的信號（即要傳輸?shù)男盘栔扑男盘枺匆獋鬏數(shù)男盘?）一起發(fā)射）一起發(fā)射出去。出去。調(diào)制的主要作用：調(diào)制的主要作用： 1、進(jìn)行頻譜搬移（將原來不適宜傳輸?shù)?、進(jìn)行頻譜搬移（將原來不適宜傳輸?shù)幕鶐盘柊嵋频竭m合傳輸?shù)哪骋粋€(gè)頻段基帶信號搬移到適合傳輸?shù)哪骋粋€(gè)頻段上，再送入信道）；上，再送入信道）；2、實(shí)現(xiàn)信道復(fù)用（把多個(gè)信號分別安排、實(shí)現(xiàn)信道復(fù)用（把多個(gè)信號分別安排在不同的頻段上同時(shí)進(jìn)行傳輸）

16、；在不同的頻段上同時(shí)進(jìn)行傳輸）；3、調(diào)制可以提高通信系統(tǒng)抗干擾能力。、調(diào)制可以提高通信系統(tǒng)抗干擾能力。二、解調(diào)解調(diào)是調(diào)制的逆過程，它的作用是將已調(diào)波信號變換為攜有信息的電信號。調(diào)制的通信系統(tǒng)舉例：1.無線電廣播發(fā)送系統(tǒng)：（圖4）2.超外差式接收機(jī)：（圖5）(1) 低頻部分：低頻部分：信息變換與放大信息變換與放大(2) 高頻部分：高頻部分：高頻信號產(chǎn)生、高頻信號產(chǎn)生、放大、調(diào)制放大、調(diào)制低頻低頻放大器放大器高頻高頻振蕩器振蕩器高頻諧振高頻諧振放大器放大器振幅振幅調(diào)制器調(diào)制器高頻高頻功放功放換能器換能器消息信號消息信號（1）發(fā)送設(shè)備）發(fā)送設(shè)備超外差式無線電收信設(shè)備的組成超外差式無線電收信設(shè)備的組成

17、（2）接收設(shè)備）接收設(shè)備本地本地振蕩器振蕩器混頻器混頻器中頻中頻放大器放大器檢波器檢波器(解調(diào)解調(diào))低頻低頻放大器放大器高頻諧振高頻諧振放大器放大器通信系統(tǒng)中所要傳送的基帶信號基本可以分為兩類 數(shù)字信號：是指在取值上離散的信號（時(shí)間連續(xù)的數(shù)字信號、時(shí)間不連續(xù)的數(shù)字信號）；如電報(bào)信號、數(shù)據(jù)信號等。模擬信號：是指在時(shí)間和取值上都是可以連續(xù)變化的信號；如話筒產(chǎn)生的話音電壓信號、攝像管輸出的圖像信號等。對應(yīng)的調(diào)制有模擬調(diào)制和數(shù)字調(diào)制 按照信道中傳輸?shù)氖悄M信號還是數(shù)字信號可把通信系統(tǒng)相應(yīng)分成模擬通信系統(tǒng)和數(shù)字通信系統(tǒng)。模擬通信系統(tǒng)：圖6數(shù)字通信系統(tǒng)：圖7數(shù)字通信系統(tǒng)包括：信源編碼、信道編碼、調(diào)制器、解

18、調(diào)器、信道譯碼、信源譯碼和同步系統(tǒng)等。 1.4 通信電子電路的學(xué)習(xí)特點(diǎn)第二類：實(shí)現(xiàn)振蕩功能的電路 CH4（信號的產(chǎn)生）第三類：實(shí)現(xiàn)波形變換和頻率變換功能的電路CH5、CH6、CH7（信號的變換） 在上面介紹的通信系統(tǒng)組成框圖中，所包含的電路有小信號放大器、振蕩器、功率放大器、調(diào)制器、解調(diào)器、混頻器和倍頻器都屬于本書討論范圍內(nèi)的通信電子電路。就功能而言，各種通信電子電路可歸納為三類：第一類：實(shí)現(xiàn)功率放大功能的電路 CH2、CH3（信號的放大）各種通信電子電路都是利用器件的非線性特性實(shí)現(xiàn)上述功能的。 應(yīng)特別關(guān)心： 信號變換的流程和變換前后信號應(yīng)具有的特點(diǎn)，并以此為線索來認(rèn)識和把握具體電路。 學(xué)習(xí)特

19、點(diǎn)：分析方法：第一個(gè)特點(diǎn)：工程計(jì)算、物理意義明確；第二個(gè)特點(diǎn)：實(shí)現(xiàn)各種功能的基本原理以及由此導(dǎo)出的基本電路結(jié)構(gòu)；第三個(gè)特點(diǎn)：實(shí)踐實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)。 非線性電路的冪級數(shù)分析法、折線分析法、開關(guān)函數(shù)分析法等。 教學(xué)理念教學(xué)理念 教者方面 認(rèn)真、盡職 教的過程也是學(xué)的過程 學(xué)者方面 “賢良、喜悅、勤奮”可使學(xué)習(xí)者臻于完善的境地 共同方面 互換角度、互相尊重 互相配合、互相理解、互相學(xué)習(xí)教學(xué)目標(biāo)教學(xué)目標(biāo) 充分理解、熟練掌握教材的內(nèi)容 熟練掌握基本的概念和定理 通過學(xué)習(xí)和習(xí)題練習(xí)，具備一定的解決問題分析問題的能力 掌握一定的科學(xué)思想方法對學(xué)習(xí)者的要求對學(xué)習(xí)者的要求 三個(gè)重要環(huán)節(jié) 課前預(yù)習(xí) 課上認(rèn)真聽講 課后認(rèn)真

20、復(fù)習(xí)消化、作業(yè) 經(jīng)常進(jìn)行階段復(fù)習(xí) 掌握知識的竅訣：反復(fù)思維實(shí)踐其他約定其他約定 不得遲到、早退、缺課 （點(diǎn)名（點(diǎn)名1/31/3不到無考試資格）不到無考試資格） 上課時(shí)請關(guān)閉手機(jī) 請勿穿拖鞋來上課 作業(yè)以課堂布置為主 遲交的作業(yè)及紙片做的作業(yè)恕不批改（作業(yè)缺（作業(yè)缺1/31/3無考試資格）無考試資格）勸學(xué)格言一勸學(xué)格言一養(yǎng)不教，父之過；教不嚴(yán)，師之惰。子不學(xué)，非所宜；幼不學(xué)，老何為。玉不啄，不成器；人不學(xué)，不知義。 蠶吐絲，蜂釀蜜；人不學(xué)，不如物。 三字經(jīng)勸學(xué)格言二勸學(xué)格言二 青青園中葵，朝露待日晞， 陽春布德澤，萬物生光輝， 常恐秋節(jié)至，焜黃華葉衰。 百川東到海，何時(shí)復(fù)西歸？ 少壯不努力，老大徒傷悲！ 漢樂府長歌行(節(jié)選)參考書：參考書： 1. 電子線路電