高頻電子線路第1章-緒論概要

高頻電子線路A西安理工高校自動化與信息工程學院2012.83/14/20231課時支配1、理論課：52學時。第1章緒論2學時第2章高頻電路基礎6學時第3章高頻諧振放大器8學時第4章正弦波振蕩器10學時第5章頻譜線性搬移電路8學時第6章振幅調(diào)制、解調(diào)及混頻10學時第7章角度調(diào)制與解調(diào)8學時2、試驗課：12學時，共4個試驗。(1).高頻諧振功率放大器3學時(2).高頻LC、壓控及晶體振蕩器3學時(3).模擬乘法器4學時(4).相位鑒頻器2學時3/14/20232第1章緒論

無線通信系統(tǒng)概述

無線電信號與調(diào)制

本課程的特點3/14/20233一、無線通信系統(tǒng)概述

1、無線通信系統(tǒng)的組成(1).電信與無線通信無線通信簡史：1861年Maxwell理論上證明電磁波的存在，1888年Hertz試驗證明電磁波的存在，1896年Marconi進行無線通信試驗，從今無線通信技術逐步走向成熟。通信的目的和任務：傳遞消息。消息傳遞的方法：現(xiàn)代通信系統(tǒng)中信息通常以電(或光)的形式出現(xiàn)，所以通信又被稱為電信。傳輸電信號的媒質可以是有線的，也可以是無線的，而無線形式最能體現(xiàn)高頻電路的應用。3/14/20234(2).典型無線通信系統(tǒng)的基本組成傳統(tǒng)的超外差(SuperHeterodyne)接收機結構：所謂超外差就是在高頻選頻放大后，經(jīng)過下混頻，取出中頻進行放大和其它處理，然后解調(diào)。優(yōu)點是可以獲得中學頻增益和較強的濾波實力，缺點是混頻會形成很多組合頻率干擾，特殊是鏡像干擾。3/14/20235現(xiàn)代接收機結構：接受軟件無線電(SoftwareRadio)思想，有兩種形式：數(shù)字中頻(DigitalIF)結構和干脆變換(DirectConversion)結構。數(shù)字中頻(DigitalIF)結構：對中頻信號進行正交數(shù)字化，解調(diào)在數(shù)字域完成。優(yōu)點是可以共享RF/IF模塊，敏捷便利便于產(chǎn)品集成和小型化，缺點是對于寬帶通信須要高速A/D器件和數(shù)字處理芯片。干脆變換(DirectConversion)結構：與DigitalIF類似，但是讓中頻頻率為零，所以又稱零中頻(ZeroIF)結構。優(yōu)點是不存在鏡頻干擾，不須要中頻濾波，降低A/D速率等。缺點是增益低，存在本振泄露、直流偏移以及兩支路的平衡與匹配問題。隨著A/D轉換速度和DSP處理速度的提高，A/D變換的位置逐步向天線靠近，這是軟件無線電接收機的發(fā)展目標。3/14/20236高頻電路的基本內(nèi)容：高頻振蕩器：為發(fā)信機產(chǎn)生載波信號，為收信機產(chǎn)生本地載波信號；高頻放大器：包括高頻小信號放大器和高頻功率放大器；混頻器或變頻器：對高頻信號進行頻率變換；調(diào)制器和解調(diào)器：高頻信號的變換或處理。其它協(xié)助電路：自動增益限制電路(AGC)或自動電平限制電路(ALC)，自動頻率限制電路(AFC)，自動相位限制電路(APC)(又叫鎖相環(huán)PLL)。3/14/20237依據(jù)工作頻段分類：中波通信、短波通信、超短波通信、微波通信和衛(wèi)星通信等。工作頻率指的是發(fā)送和接收的射頻(RF)載波頻率。依據(jù)通信方式分類：全雙工通信、半雙工通信和單工通信。依據(jù)調(diào)制方式分類：調(diào)幅通信、調(diào)頻通信、調(diào)相通信和混合調(diào)制通信。依據(jù)消息類型來分類：模擬通信和數(shù)字通信。高頻電路主要探討模擬通信中的基本電路。2、無線通信系統(tǒng)的分類

3/14/202381.電磁波譜與無線電頻段劃分自然界中的電磁波波譜：0Hz~1030Hz，很寬。無線通信中的電磁波波譜：30kHz-300GHz(波長為1mm-104m)，屬于電磁波一部分、頻率較低。頻率f和波長λ的關系：c=fλ，c=3×108m/s為光速。二、無線電信號與調(diào)制3/14/20239無線電波頻(波)段劃分：3/14/202310無線電信號分類：高頻電路處理的無線電信號包括：基帶(消息)信號、高頻載波信號和已調(diào)波信號?；鶐盘枺簺]有進行調(diào)制之前的原始信號，又稱調(diào)制信號。高頻載波信號：單一頻率的正弦信號，用來進行調(diào)制和解調(diào)，由正弦波振蕩器或頻率合成器產(chǎn)生。已調(diào)波信號：調(diào)制信號對載波信號進行調(diào)制后的信號。說明：基帶信號通常為低頻信號，而我們要探討的高頻信號指的是高頻載波信號和已調(diào)波信號。3/14/202311無線電信號的特性包括時間特性、頻譜特性、傳播特性、調(diào)制特性。(1)、時間特性：是指信號隨時間變更快慢的特性，通常用時域波形或數(shù)學表達式來描述。時間特性要求：傳輸信號的電路的時間特性與該信號的時間特性相一樣。(2)、頻譜特性：任何信號都可以分解為多個不同頻率、不同幅度的正弦信號之和，諧波次數(shù)越高，對應的幅度越小。2.無線電信號的特性3/14/202312信號的帶寬：由于諧波次數(shù)越高，幅度越小，因此在工程中只考慮占信號能量90%的頻譜重量，并將這部分頻譜重量所占的頻帶定義為信號的帶寬。頻譜圖：例：語音和圖象信號的帶寬分別為4kHz、6MHz。說明：無線電通信所運用的射頻頻率越高，可利用的帶寬也就越寬。這也是無線通信接受高頻的緣由之一。3/14/202313(3)、傳播特性：指的是無線電信號的傳播方式、傳播距離和傳播特點等。不同頻段的無線電信號傳播特性也不一樣。為了更好地理解，先介紹對流層和電離層的概念。對流層(Troposphere)：在離地面10~12公里地球大氣層區(qū)域，大氣密度較高，全部大氣現(xiàn)象(比如風雨雷電等)都在該區(qū)域產(chǎn)生，該區(qū)域稱為對流層。對流層的不勻整性導致電磁波的散射傳播。散射傳播距離100~500km，適合頻率400~6000MHz。電離層(Ionosphere)：在距離地面60~600公里處，空氣比較淡薄，太陽和各種宇宙輻射的作用已經(jīng)很猛烈，從而使空氣產(chǎn)生電離。由于被電離的空氣是按電離密度成層分布的，所以稱為電離層。電離層由低到高分為D、E、F1、F2四層，D層和F1層在夜晚消逝，常常存在的是E層和F2層。電離層對電磁波有吸取作用，頻率越高，吸取實力越弱，穿透實力越強。對于短波信號，D、E為吸取層，F(xiàn)2層為反射層。F2層的高度為250~300km，一次反射的傳播距離為4000km。3/14/202314無線電波的傳播方式：可以分為以下四種。3/14/202315不同波段的無線電信號的傳播方式：長波信號：波長較長，以地波的方式繞射傳播很遠，而且比較穩(wěn)定；中波信號：以地波和天波(電離層反射與折射)方式傳播，但以地波為主；短波信號：短波信號的遠距離傳播主要靠電離層的反射和折射(天波傳播)，但電離層的狀態(tài)隨著時間變更，所以短波通信是不穩(wěn)定的，也可以靠對流層散射傳播，對流層散射傳播更不穩(wěn)定；超短波信號：可以是視距傳播，也可以接受對流層散射的傳播方式，但以視距傳播為主；微波信號：只能視距傳播。3/14/202316調(diào)制的目的：只有當天線的尺寸可以與信號的波長接近時，天線的輻射效率最高。因此無線通信中要把低頻的調(diào)制信號調(diào)制到較高的載波頻率上。調(diào)制的概念：就是用調(diào)制信號去限制高頻載波的參數(shù)(包括幅度、頻率和相位)，使載波信號的一個或多個參數(shù)依據(jù)調(diào)制信號的規(guī)律變更?；菊{(diào)制方式：振幅調(diào)制(調(diào)幅)、頻率調(diào)制(調(diào)頻)、相位調(diào)制(調(diào)相)，可以分別用AM、FM、PM表示。若調(diào)制信號為數(shù)字信號時，調(diào)制又稱為鍵控，三種鍵控方式分別為ASK、FSK、PSK。載波分類：高頻載波為單一頻率的正弦信號時，相應的調(diào)制稱為正弦調(diào)制；若載波為單一頻率的脈沖信號時，相應的調(diào)制為脈沖調(diào)制。(4)、調(diào)制特特性3/14/202317三、本課程的特點

高頻電路接受兩種分析方法：線性分析方法和非線性分析方法。1.線性分析方法：對于小信號高頻放大器，由于輸入信號足夠小，電路中的非線性器件可以用線性電路來等效，包括中頻