高頻電子技術(shù)課件

通信電子線路(A)華東交通大學(xué)信息工程學(xué)院通信工程系主講教師：李偉平2/4/20231通信電路原理總學(xué)分：4分周學(xué)時：4平時成績占總成績30%包括：出勤（40%）作業(yè)（30%）課堂提問（20%）學(xué)習(xí)態(tài)度（10%）答疑時間：每周一晚6:30-8:30聯(lián)系方式：liweiping@2/4/20232通信電路原理課程要求

學(xué)習(xí)質(zhì)量好壞，對后續(xù)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)影響很大盡可能做到課前預(yù)習(xí)、課上認真聽講、課后及時復(fù)習(xí)、按時獨立完成規(guī)定作業(yè)、遇到疑難問題應(yīng)盡快通過答疑、討論等環(huán)節(jié)來解決，積極選做綜合性研究課題，以便更好地學(xué)好本課程。2/4/20233通信電路原理教學(xué)安排

總學(xué)時

64講課學(xué)時

50課堂討論與習(xí)題

8復(fù)習(xí)

4

實驗 另外專門安排機動

22/4/20234通信電路原理教

材《通信電路原理》（笫二版）董在望、陳雅琴、雷有華、肖華庭編

高等教育出版社

2002年2/4/20235通信電路原理參考書

1、《高頻電路》（上、下冊）清華通信教研組編

人民郵電出版社2、《高頻電子線路》第三版

張肅文、陸兆熊編

高等教育出版社3、《射頻集成電路芯片原理與應(yīng)用電路設(shè)計》黃智偉電子工業(yè)出版社2/4/20236通信電路原理課程內(nèi)容

笫1章

緒

論笫2章

濾波器

笫3章

高頻放大器笫4章

非線性電路及其分析方法

笫5章

正弦波振蕩器笫6章

調(diào)制與解調(diào)笫7章

鎖相環(huán)路笫8章

頻率合成技術(shù)2/4/20237通信電路原理1.1通信系統(tǒng)的基本概念

1.1.1通信系統(tǒng)的組成

1.1.2通信系統(tǒng)的基本特性

1.1.3通信系統(tǒng)的信道

1.1.4通信系統(tǒng)中的信號

1.1.5通信系統(tǒng)中的發(fā)送與接收設(shè)備1.2信號傳輸?shù)幕締栴}

1.2.1信號通過線性系統(tǒng)

1.2.2信號通過非線性系統(tǒng)

1.2.3

干擾1.3通信電路的基本形式第1章緒論2/4/20238通信電路原理引言有線通信系統(tǒng)無線通信系統(tǒng)數(shù)字通信系統(tǒng)模擬通信系統(tǒng)多媒體通信系統(tǒng)基帶信號頻帶信號2/4/20239通信電路原理電的發(fā)明推動現(xiàn)代通信誕生電的發(fā)現(xiàn)與現(xiàn)代通信BenjaminFranklin(1706-1790)MichaelFaraday(1791-1867）SamuelMorse(1791-1872)AlexanderGrahamBellThomasEdison'sTelephone2/4/202310通信電路原理電話的發(fā)明者：貝爾？格林？愛迪生？梅烏奇？2/4/202311通信電路原理電磁場電磁波理論推動無線通信無線通信發(fā)展JamesClerkMaxwell(1831-1879)HeinrichHertz(1857-1894)madethefirstradiotransmitteranddemonstratedtheexistenceofradiowavesin1887.

2/4/202312通信電路原理電磁場電磁波理論推動無線通信OnDecember1901,Marconiprovedtotheworldthatitwaspossibletosendmessagesacrosscontinentswhenhesenttheletter"S"inMorsefromCornwall,EnglandtoSt.John's,NewfoundlandinCanada.2/4/202313通信電路原理無線通信在軍事和民用上迅速發(fā)展軍事上：電臺，雷達等民用上：廣播/電視/無限通信/衛(wèi)星通信等2/4/202314通信電路原理無線通信在軍事和民用上迅速發(fā)展EarlyRADARfromtheUK2/4/202315通信電路原理無線通信在軍事和民用上迅速發(fā)展2/4/202316通信電路原理無線通信在軍事和民用上迅速發(fā)展2/4/202317通信電路原理1.1.1通信系統(tǒng)組成的示意圖局域網(wǎng)基臺有線電視網(wǎng)廣播網(wǎng)地面站電話局尋呼臺同步衛(wèi)星低軌衛(wèi)星公用電信網(wǎng)電話機計算機電視機計算機電視機收音機尋呼機計算機衛(wèi)星手機(765KM)(35860KM)手機(全球星系統(tǒng))2/4/202318通信電路原理當(dāng)前移動，無線通信的發(fā)展WLANWPANHOME-RFHighPerformanceHighCostLowPerformanceLowCostWLAN:WirelessLocalAreaNets（手機無線上網(wǎng)）。WPAN:WirelessPersonalAreaNets(個人無線局域網(wǎng))。又叫Bluetooth（‘藍牙’），工作范圍：10~100m。工作頻率范圍：2.400~2.4835GHz。速率：1Mbit/s。全世界現(xiàn)已有1880家廠商支持V1.0B技術(shù)規(guī)范版本。HOME-RF:Home--RadioFrequency(家庭無線局域網(wǎng))。RFID：RadioFrequencyIdentification（射頻識別系統(tǒng)）。RFID2/4/202319通信電路原理1.1.2通信系統(tǒng)的基本特性一、傳輸距離傳輸距離是指信號從發(fā)送端到達接收端并能被可靠接收的最大距離。發(fā)送端的信號功率。信號通過信道的損耗。信號通過信道混入各種形式的干擾和噪聲。接收機的接收靈敏度。2/4/202320通信電路原理二、通信容量通信容量是指一個信道能夠同時傳送獨立信號的路數(shù)。已調(diào)信號所占有的頻帶寬度。國際規(guī)定電話信號的頻帶是300～3400Hz。中波調(diào)幅廣播（535KHz~1605KHz），廣播電臺每個已調(diào)信號占有的頻帶寬度是9KHz。

我國采用的電視圖象信號的頻帶是0～8MHz。信道多址復(fù)用的方式。頻分復(fù)用（FDMA）。時分復(fù)用（TDMA）。

碼分復(fù)用（CDMA）。2/4/202321通信電路原理三、信號失真度信號失真度指的是接收設(shè)備輸出信號不同(失真）于發(fā)送端基帶信號的程度。信道特性不理想。對信號進行處理的電路（發(fā)送與接收設(shè)備）特性不理想。四、抗干擾能力信號通過信道時，總要混入各種形式的干擾和噪聲，使接收機輸出信號的質(zhì)量下降。提高通信系統(tǒng)的抗干擾能力。選用高質(zhì)量的調(diào)制和解調(diào)電路?？勺龅剑喝魏稳嗽谌魏螘r候和任何地點都可以實現(xiàn)通信。2/4/202322通信電路原理1.1.3通信系統(tǒng)的信道（有線信道與無線信道）一、衰減特性信道的衰減特性是指信號經(jīng)信道傳輸時，信號能量被衰減的程度。二、工作頻率范圍不同的信道具有不同的工作頻率范圍。（表1.1.1）三、頻率特性信道的頻率特性是指在信道的工作頻率范圍內(nèi)，當(dāng)不同頻率的信號通過時，由信道引起的幅度衰減和附加相移是不同的。四、時變與時不變特性在某些信道中，信道的傳輸特性是隨時間變化的。例如：無線信道。五、干擾特性（電波傳播）2/4/202323通信電路原理移動通信中信道的特殊問題選擇性衰落（頻域）和延時擴展（時域）在城市環(huán)境中，樹林和建筑物等會對電磁波產(chǎn)生反射和散射，從而使到達接收點的信號，除直射波外還有多個反射波和散射波。使接收信號產(chǎn)生選擇性衰落和延時擴展。多卜勒頻移在高速移動情況下接收，還要考慮多卜勒頻率的影響。

在城市環(huán)境中，移動情況下的無線傳輸信道的傳輸特性是十分惡劣的。選擇性衰落使不同的頻率不同的衰減特性，產(chǎn)生失真。延時擴展對高速數(shù)據(jù)傳輸影響很大。2/4/202324通信電路原理多卜勒頻移與頻域擴散移動臺往往處于移動載體之內(nèi)，移動載體的運動將疊加在電波的傳播上。因此，到達接收端的信號附加有移動載體運動的變化量，如圖

移動體運動引起接收信號的頻率的變化即多卜勒頻移。fd=fmcosθ式中fm=v/λv，與車速和載波頻率有關(guān)，所以車速越快，多卜勒頻移越大。2/4/202325通信電路原理1.1.4通信系統(tǒng)中的信號基帶信號傳輸

信號頻帶：在通信系統(tǒng)中被傳輸?shù)男盘?，一般情況下都不是單一頻率的信號，而是含有一定頻率范圍內(nèi)的各頻率分量。而它所占有頻率范圍的大小，則稱為這個信號所占有的頻帶寬度。

舉例：對電話來說，它強調(diào)可懂度，而不要求音色等。國際規(guī)定電話信號的頻帶是300～3400Hz。在通信系統(tǒng)中，規(guī)定一路電話信號所占的帶寬為4kHz。又如，我國采用的電視圖象信號的頻帶是0～8MHz等。

定義：稱這種直接表示原始信息的電信號為基帶信號。直接傳送基帶信號稱為基帶信號傳輸。電話電纜可傳輸電話基帶信號。視頻電纜可傳輸電視基帶信號。2/4/202326通信電路原理載波信號傳輸

當(dāng)所使用信道的頻率特性不適于基帶信號傳輸時，可以利用調(diào)制技術(shù)將基帶信號的頻譜搬移到信道的工作頻率范圍內(nèi)。例如，為了實現(xiàn)中波廣播可以利用調(diào)幅技術(shù)將聲音基帶信號搬移到中波波段的某一頻率附近。這種傳送基帶信號的方法稱為載波信號傳輸。舉例：三種調(diào)幅信號。設(shè)調(diào)制信號是單頻正弦信號：這是標(biāo)準(zhǔn)調(diào)幅波SAM。是調(diào)幅度。2/4/202327通信電路原理信道復(fù)用

由于一個實際信道可用的通頻帶往往比一路基帶信號所占有的頻帶寬得多，為了充分利用信道，需要將多路基帶信號合成群路信號在信道中傳輸。在接收端再將群路信號分解為各基帶信號。根據(jù)復(fù)用方式不同，可分為頻分復(fù)用、時分復(fù)用和碼分復(fù)用等。(FDMA,TDMA,CDMA)把載波抑制掉，是抑制載波調(diào)幅波SCAM。設(shè)調(diào)制信號是方波信號（0~1v），則是幅度鍵控調(diào)幅波ASK。2/4/202328通信電路原理器件更新電子三極管穩(wěn)定，功率大啟動慢用于電視廣播方面放大電路晶體三極管節(jié)約電能，體積較小集成電路體積更小，重量輕，壽命長數(shù)字化（方向）手機，數(shù)字電視一般市場上為數(shù)字處理電視而非數(shù)字電視1.1.5通信系統(tǒng)中的發(fā)送與接收設(shè)備2/4/202329通信電路原理無線電通信過程一個導(dǎo)體如果載有高頻電流，就有電磁能向空間輻射。電磁能是以波的形式向外傳播的，稱為電磁波。高頻率的電流稱為載波電流或簡稱載波。這種頻率稱為載波頻率或射頻。載有載波電流，使電磁能以電磁波形式向空間發(fā)射的導(dǎo)體，稱為發(fā)射天線。發(fā)送：如果設(shè)法用電報或電話信號控制這載波信電流，則這電磁能中就含有所要發(fā)送的電報或電話信息，這就是無線電信號的發(fā)送過程。接收：在接收端，首先由接收天線將收到的電磁波還原為與發(fā)送端相似的高頻電流，然后經(jīng)過檢波，取出原來的電極或電話信號。2/4/202330通信電路原理無線電信號的產(chǎn)生與發(fā)射振蕩器：產(chǎn)生高頻信號，是無線電發(fā)送設(shè)備的基本單元

振蕩器直流電源電鍵i發(fā)射天線為了提高振蕩器的頻率穩(wěn)定度和增加輸出功率，在振蕩器之后往往還要加緩沖級與放大級直流能量→交流能量（a）方框圖2/4/202331通信電路原理無線電報發(fā)射機原理即得到如圖1.2-4（a）所示的無線電波發(fā)射機方框圖。電源接通時，振蕩器發(fā)生高頻電流i；電源斷開時，振蕩器沒有高頻電流送出。為了發(fā)送電報信號，可以加一個電鍵來控制供給振蕩器的直流電源，這樣，就得到如圖（b）所示的高頻電流波形。高頻電流送至發(fā)射天線，轉(zhuǎn)變?yōu)殡姶挪òl(fā)射出去。這電磁波中包含了所要傳送的電報信號。(b)發(fā)射電流波形與代表的電報符號時間2/4/202332通信電路原理振蕩器的遙控?zé)o線電發(fā)射機方框圖振蕩器緩沖級放大級強放級鍵控管直流電源電鍵i提高帶載能力

提供能量電流放大器注：為了提高振蕩器的頻率和增加輸出功率再振蕩器后加緩沖級和放大級2/4/202333通信電路原理調(diào)幅發(fā)射機方框圖主振緩沖倍頻中間放大功放推動受調(diào)放大調(diào)制器低頻功放低頻電壓放大聲音話筒注：高頻部分一般包括主振蕩器（簡稱主振），緩沖放大（簡稱緩沖），倍頻器（不一定要），中間放大，功放推動級與末級功放（受調(diào)放大）主振器：產(chǎn)生頻率穩(wěn)定l.載波，提高頻率穩(wěn)定度，一般采用石英晶體振蕩器，并加有緩沖級以減弱后級對主振器的影響倍頻器：是頻率提高到所需的數(shù)值若干級放大器：逐步提高輸出功率攻放推動級：將功率提高到能推動末級功放的電平末級功放：將輸出功率提高到所需的發(fā)射功率電平，經(jīng)過發(fā)射天線輻射出去。末級高頻功放末級低頻功放削弱后級對主振的影響產(chǎn)生頻率穩(wěn)定的載波2/4/202334通信電路原理無線電信號接收最簡單的接收機（檢波器）

檢波器電磁波接收天線聽筒（耳機）超外差式接收機方框圖接收天線電磁波高頻小信號放大本地振蕩器中頻放大器檢波器低頻放大器混頻器揚聲器變頻器2/4/202335通信電路原理直接放大式接收機接收天線電磁波高頻小信號放大器電源供給檢波器低頻放大器揚聲器直接放大式接收機方框圖缺點：對于不同的頻率，接收機的靈敏度和選擇性變化較劇烈，而且靈敏度因為受到高放不穩(wěn)定的影響，不能過高。2/4/202336通信電路原理調(diào)制方法調(diào)角調(diào)角：調(diào)頻和調(diào)相統(tǒng)稱為調(diào)角調(diào)制：發(fā)射電話信號時，必須將聲音電流加在高頻電流（稱為載波）上。調(diào)幅連續(xù)波調(diào)制調(diào)頻脈沖波調(diào)制調(diào)相調(diào)幅：載波頻率和相角不變，載波的幅度按照信號的變化規(guī)律變化。調(diào)頻：載波振幅不變，載波的瞬時頻率按照信號的變化規(guī)律變化。調(diào)相：載波振幅不變,載波的瞬時相位按照信號的變化規(guī)律變化。2/4/202337通信電路原理通信的傳輸媒質(zhì)(a)地面波(b)空間波(c)天波電離層發(fā)直射波收放射波發(fā)收一有線：①（計算機）：雙絞線+RJ45②（閉路線）：同軸電纜（速度快）③光纖二無線（通過電磁波來實現(xiàn)）地面波：長波或超長波天波：電離層：頻率增加→吸收減少2/4/202338通信電路原理無線電波波段劃分表

級別頻率范圍波長范圍傳播特性主要用途傳輸媒質(zhì)甚低頻（VLF）10～30kHz30000～10000m每日及每年的衰減都極低，特性極穩(wěn)定可靠高功率，長距離，點與點間的通信，連續(xù)工作雙線地波低頻（L.F）30~300KHz10000~1000m（長波）頻率越高吸收越大，而且每日與每季都有變化長距離點與點間的通信，船舶助航用雙線地波2/4/202339通信電路原理無線電波波段劃分表（續(xù)表）級別頻率范圍波長范圍傳播特性主要用途傳輸媒質(zhì)中頻（M.F.）300~3000kHz（535~1605kHz為廣播波段）1000~100m（中波）夜間衰減低、白天衰減高、夏天衰減比冬天大。頻率越高越不可靠廣播、船舶通信、飛行通信、警察用無線電、船港電話。電離層反射同軸電纜地波甚高頻（V.H.F.）30~300MHz10~1m（米波段）特性與光線相似，直線傳播，與電離層無關(guān)短距離通信、電視、調(diào)頻、雷達、導(dǎo)航天波（電離層與對流層散射同軸線超高頻（U.H.F.）300~3000MHz100~10cm（分米波段）與V.H.F.相同。短距離通信、雷達、電視、散射通信、流心余跡通信。視線中繼傳輸對流層散射2/4/202340通信電路原理緩沖級倍頻器放大級調(diào)制器功率放大器振蕩器低頻功放低頻放大調(diào)幅發(fā)射機方框原理圖波形2波形1波形32/4/202341通信電路原理調(diào)幅發(fā)射機各處波形示意圖2/4/202342通信電路原理超外差接收機方框原理圖高頻放大混頻器中頻放大解調(diào)器低頻放大輸入回路自動增益控制本地振蕩器波形4波形6波形5波形72/4/202343通信電路原理超外差接收機各處波形示意圖2/4/202344通信電路原理發(fā)送與接收設(shè)備小結(jié)：發(fā)送與接收設(shè)備中，產(chǎn)生頻率變換的電路有諧振功率放大器、倍頻器、振蕩器、及各種調(diào)制、解調(diào)器等。接收機要有足夠高的靈敏度（接收弱信號的能力）和足夠高的選擇性（區(qū)分不同已調(diào)信號的能力）。超外差接收原理：接收到的不同載頻的微弱高頻已調(diào)信號變成統(tǒng)一的中頻已調(diào)信號，再進行中頻放大，高增益高穩(wěn)定的中頻放大器容易實現(xiàn)。中波調(diào)幅廣播中頻是465KHz。電視圖象信號的中頻是38MHz。自動增益控制原理（AGC）：接收弱信號和強信號的時候，接收機能得到相差不多的信號。由于是采用無線調(diào)制傳輸，所以在發(fā)射機端有調(diào)制過程，在接收機端有解調(diào)制過程。2/4/202345通信電路原理1.2信號傳輸?shù)幕締栴}1.2.1

信號通過線性系統(tǒng)在通信設(shè)備中，