通信原理大綜合課件高頻全

高頻電子線路考試課程：實(shí)驗(yàn)15分；作業(yè)5分；試卷80分。答疑：周三、18點(diǎn)~19.30,電航樓405參考書目：（1）謝嘉奎主編非線性電子線路（第四版)高教出版社

(2)張肅文主編高頻電子線路（第四版)高教出版社（3）劉寶玲主編通信電子電路高教出版社（4）嚴(yán)國(guó)萍主編通信電子線路科學(xué)出版社（5）于洪珍主編通信電子電路清華大學(xué)出版社（6）王衛(wèi)東主編高頻電子電路電子工業(yè)出版社1

高頻電子線路是在高頻段范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)特定電功能的電路。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),是無(wú)線通信設(shè)備的重要組成部分。第一章緒論

通信是將信息（消息）由一個(gè)地方傳向另一個(gè)地方（或多個(gè)地方），現(xiàn)代通信通常都是采用電信號(hào)來(lái)完成這一傳遞過(guò)程?，F(xiàn)代通信實(shí)質(zhì)上就是電子通信，即電通信，簡(jiǎn)稱為通信。第一節(jié)無(wú)線通信系統(tǒng)概述信息：語(yǔ)言、音樂(lè)、文字、符號(hào)、圖像或數(shù)據(jù)等是信息的表現(xiàn)形式。電話、傳真、電報(bào)、可視電話、數(shù)據(jù)傳輸、廣播、電視等。電子通信：各種信息先轉(zhuǎn)換成電磁能量，再通過(guò)電子設(shè)備實(shí)現(xiàn)傳輸。有線通信系統(tǒng)：導(dǎo)線、電纜、光纖無(wú)線通信系統(tǒng)：自由空間一、通信系統(tǒng)模型

圖1—1無(wú)線通信系統(tǒng)的基本組成

無(wú)線通信系統(tǒng)的組成3第一節(jié)無(wú)線通信系統(tǒng)概述第一節(jié)無(wú)線通信系統(tǒng)概述高頻電路的基本內(nèi)容應(yīng)該包括:

（1）高頻振蕩器（2）高頻放大器（3）混頻或變頻（4）調(diào)制與解調(diào)

5第一節(jié)無(wú)線通信系統(tǒng)概述二、無(wú)線通信系統(tǒng)的類型（1）按照工作頻段或傳輸手段分類有中波通信、短波通信、超短波通信、微波通信和衛(wèi)星通信等。所謂工作頻率,主要指發(fā)射與接收的射頻（RF）頻率。6第一節(jié)無(wú)線通信系統(tǒng)概述（2）按照通信方式來(lái)分類,主要有（全）雙工、半雙工和單工方式。7（3）按照調(diào)制方式的不同來(lái)劃分,有調(diào)幅、調(diào)頻、調(diào)相以及混合調(diào)制等。調(diào)制

調(diào)制信號(hào)(話音或圖象轉(zhuǎn)換的低頻電信號(hào))

高頻載波信號(hào)已調(diào)波第二節(jié)無(wú)線電信號(hào)與調(diào)制第二節(jié)無(wú)線電信號(hào)與調(diào)制一、無(wú)線電波

圖1-3電磁波波譜

8第二節(jié)無(wú)線電信號(hào)與調(diào)制9二、在高頻電路中,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)、高頻載波信號(hào)和已調(diào)信號(hào)。所謂基帶信號(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)。

二、調(diào)制第二節(jié)無(wú)線電信號(hào)與調(diào)制1、信號(hào)通信系統(tǒng)中信號(hào)的三種形式

基帶信號(hào)：也稱消息信號(hào)或調(diào)制信號(hào)，表示信息的電信號(hào)。例如：話音、圖象信號(hào)（模擬信號(hào)）；數(shù)據(jù)、電報(bào)信號(hào)（數(shù)字信號(hào)）等。高頻載波信號(hào)：

確知的單一頻率的正弦波或脈沖波信號(hào)。已調(diào)波信號(hào)：

已載有消息信號(hào)的高頻載波信號(hào)。102、調(diào)制高頻載波信號(hào)用需要傳輸?shù)南⑿盘?hào)（調(diào)制信號(hào)）去控制高頻載波信號(hào)的某一參數(shù)——振幅、角頻率或相位，使其隨調(diào)制信號(hào)的變化而變化，這一過(guò)程稱為調(diào)制。調(diào)制后的高頻信號(hào)稱為已調(diào)波。已調(diào)波本身是高頻信號(hào)，可以發(fā)射，同時(shí)因?yàn)槭艿秸{(diào)制，就帶著控制它的信號(hào)（即要傳輸?shù)男盘?hào)）一起發(fā)射出去。調(diào)制

調(diào)制信號(hào)(話音或圖象)

高頻載波信號(hào)已調(diào)波11第二節(jié)無(wú)線電信號(hào)與調(diào)制調(diào)幅波調(diào)頻波3、調(diào)制的主要作用

進(jìn)行頻譜搬移（將原來(lái)不適宜傳輸?shù)幕鶐盘?hào)搬移到適合傳輸?shù)哪骋粋€(gè)頻段上，再送入信道）；實(shí)現(xiàn)信道復(fù)用（把多個(gè)信號(hào)分別安排在不同的頻段上同時(shí)進(jìn)行傳輸）；調(diào)制可以提高通信系統(tǒng)抗干擾12第二節(jié)無(wú)線電信號(hào)與調(diào)制第三節(jié)本課程的特點(diǎn)一、多數(shù)高頻電子線路功能的實(shí)現(xiàn)是借助器件的非線性特性，功能與電路形式遠(yuǎn)比線性電路多。分析方法：冪級(jí)數(shù)分析法、折線分析法、線性時(shí)變參量分析法。13第三節(jié)本課程的特點(diǎn)冪級(jí)數(shù)分析法泰勒定理：假設(shè)f(x)及其n+1階導(dǎo)數(shù)在(a,b)內(nèi)連續(xù)，并且x0是(a,b)內(nèi)的一點(diǎn)，那么對(duì)任意x∈（a,b）稱為余項(xiàng)，若稱為f(x)關(guān)于x0的泰勒級(jí)數(shù)展開式。折線分析法UpUp線性時(shí)變參量分析法若x0隨時(shí)間變化，x0=x0(t),且x-x0的值很小，上式忽略高階項(xiàng)：f(x)與x是線性關(guān)系，但參數(shù)隨時(shí)間變化。二、工程上采用近似的分析方法。

對(duì)器件的數(shù)學(xué)模型和電路工作條件進(jìn)行合理近似，用簡(jiǎn)單的分析方法獲得具有實(shí)用意義的結(jié)果。三、重視實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)。

14第三節(jié)本課程的特點(diǎn)學(xué)習(xí)中的三個(gè)層次：

①實(shí)現(xiàn)各功能的基本原理并由此導(dǎo)出基本電路。

②

進(jìn)行合理近似，引出對(duì)電路進(jìn)行近似的工程分析。③根據(jù)分析結(jié)果，提出對(duì)電路的設(shè)計(jì)原則及改進(jìn)電路性能的基本途徑。15第三節(jié)本課程的特點(diǎn)1.2信號(hào)、頻譜與調(diào)制

在高頻電路中,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)、高頻載波信號(hào)和已調(diào)信號(hào)。所謂基帶信號(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)。

1.時(shí)間特性一個(gè)無(wú)線電信號(hào),可以將它表示為電壓或電流的時(shí)間函數(shù),通常用時(shí)域波形或數(shù)學(xué)表達(dá)式來(lái)描述。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。

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)。

2.頻譜特性

對(duì)于較復(fù)雜的信號(hào)（如話音信號(hào)、圖像信號(hào)等）,用頻譜分析法表示較為方便。

圖1—2信號(hào)分解

對(duì)于周期性信號(hào),可以表示為許多離散的頻率分量（各分量間成諧頻關(guān)系）,例如圖1—3即為圖1—2所示信號(hào)的頻譜圖;對(duì)于非周期性信號(hào),可以用傅里葉變換的方法分解為連續(xù)譜,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,它們分別反映信號(hào)中各個(gè)頻率分量的振幅和相位的分布情況。任何信號(hào)都會(huì)占據(jù)一定的帶寬。從頻譜特性上看,帶寬就是信號(hào)能量主要部分（一般為90%以上）所占據(jù)的頻率范圍或頻帶寬度。

圖1—3頻譜圖

3.頻率特性

任何信號(hào)都具有一定的頻率或波長(zhǎng)。我們這里所講的頻率特性就是無(wú)線電信號(hào)的頻率或波長(zhǎng)。電磁波輻射的波譜很寬,如圖1—4所示。無(wú)線電波只是一種波長(zhǎng)比較長(zhǎng)的電磁波,占據(jù)的頻率范圍很廣。在自由空間中,波長(zhǎng)與頻率存在以下關(guān)系:

c=fλ（1—1）

圖1—4電磁波波譜

式中:c為光速,f和λ分別為無(wú)線電波的頻率和波長(zhǎng),因此,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,分別稱為頻段或波段。不同頻段信號(hào)的產(chǎn)生、放大和接收的方法不同,傳播的能力和方式也不同,因而它們的分析方法和應(yīng)用范圍也不同。

應(yīng)當(dāng)指出,不同頻段的信號(hào)具有不同的分析與實(shí)現(xiàn)方法,對(duì)于米波以上（含米波,λ≥1m）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),而對(duì)于米波以下（λ<1m）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)，當(dāng)然,這也是相對(duì)的。

4.傳播特性

傳播特性指的是無(wú)線電信號(hào)的傳播方式、傳播距離、傳播特點(diǎn)等。無(wú)線電信號(hào)的傳播特性主要根據(jù)其所處的頻段或波段來(lái)區(qū)分。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,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,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,或者在大氣層中產(chǎn)生折射或散射等現(xiàn)象,從而造成到達(dá)接收機(jī)時(shí)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,電波的傳播方式主要有直射（視距）傳播、繞射（地波）傳播、折射和反射（天波）傳播及散射傳播等,如圖1—5所示。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)的頻率。

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

5.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,從而以較小的信號(hào)功率傳播較遠(yuǎn)的距離,接收天線也才能有效地接收信號(hào)。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),使載波信號(hào)的某一個(gè)或幾個(gè)參數(shù)（振幅、頻率或相位）按照調(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,調(diào)制分為三種基本方式,它們是振幅調(diào)制（調(diào)幅）、頻率調(diào)制（調(diào)頻）、相位調(diào)制（調(diào)相）,分別用AM、FM、PM表示，還可以有組合調(diào)制方式。1.3本課程的特點(diǎn)

高頻電子線路是在科學(xué)技術(shù)和生產(chǎn)實(shí)踐中發(fā)展起來(lái)的,也只有通過(guò)實(shí)踐才能得到深入的了解。因此,在學(xué)習(xí)本課程時(shí)必須要高度重視實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié),堅(jiān)持理論聯(lián)系實(shí)際,在實(shí)踐中積累豐富的經(jīng)驗(yàn)。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化（EDA技術(shù)）的發(fā)展,越來(lái)越多的高頻電子線路可以采用EDA軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)、仿真分析和電路板制作,甚至可以做電磁兼容的分析和實(shí)際環(huán)境下的仿真。因此,