高頻電子線路 第一章 緒論ppt課件

1、第一章第一章 緒緒 論論1.1 電子線路的分類電子線路的分類1.2 線性與非線性電子線路線性與非線性電子線路1.3 通信發(fā)展簡(jiǎn)史通信發(fā)展簡(jiǎn)史1.4 無(wú)線電信號(hào)的傳輸理論無(wú)線電信號(hào)的傳輸理論1.1 電子線路的分類電子線路的分類包含有源器件的網(wǎng)絡(luò)統(tǒng)稱為電子線路。包含有源器件的網(wǎng)絡(luò)統(tǒng)稱為電子線路。一、電子線路按照工作頻率可分成：一、電子線路按照工作頻率可分成：低頻電子線路、高頻電子線路和微波低頻電子線路、高頻電子線路和微波電子線路。電子線路。低頻通常指頻率低于低頻通常指頻率低于300kHz的范圍，的范圍，語(yǔ)音的電信號(hào)、生物電信號(hào)、地震電語(yǔ)音的電信號(hào)、生物電信號(hào)、地震電信號(hào)、機(jī)械振動(dòng)的電信號(hào)等都屬于這

2、信號(hào)、機(jī)械振動(dòng)的電信號(hào)等都屬于這個(gè)范圍。個(gè)范圍。高頻通常指頻率在高頻通常指頻率在300kHz300MHz的的范圍，廣播、電視、短波通信、移動(dòng)通范圍，廣播、電視、短波通信、移動(dòng)通信等無(wú)線電設(shè)備都工作在這個(gè)頻率范圍信等無(wú)線電設(shè)備都工作在這個(gè)頻率范圍之內(nèi)。之內(nèi)。微波泛指頻率高于微波泛指頻率高于300MHz以上的范圍，以上的范圍，衛(wèi)星電視、微波中繼通信、雷達(dá)、導(dǎo)航衛(wèi)星電視、微波中繼通信、雷達(dá)、導(dǎo)航等設(shè)備都工作在這個(gè)頻率范圍。等設(shè)備都工作在這個(gè)頻率范圍。二、按電子線路中所包含的元件性二、按電子線路中所包含的元件性質(zhì)來(lái)分類，可分線性電路和非線性質(zhì)來(lái)分類，可分線性電路和非線性電路。電路。由線性元件組成的電子

3、線路叫線性由線性元件組成的電子線路叫線性電子線路。電子線路。含有非線性元件的電子線路叫非線含有非線性元件的電子線路叫非線性電子線路。性電子線路。含有時(shí)變參數(shù)元件的電子線路叫參含有時(shí)變參數(shù)元件的電子線路叫參變電路或時(shí)變電路。變電路或時(shí)變電路。線性電路是用線性代數(shù)方程、線性線性電路是用線性代數(shù)方程、線性微分方程或線性差分方程來(lái)描述。微分方程或線性差分方程來(lái)描述。非線性電路是用非線性代數(shù)方程、非線性電路是用非線性代數(shù)方程、非線性微分方程、非線性差分方程非線性微分方程、非線性差分方程來(lái)描述的。來(lái)描述的。本課程主要研究高頻、模仿、非線本課程主要研究高頻、模仿、非線性、時(shí)變電子線路。性、時(shí)變電子線路。1.

4、2 線性與非線性電子線路線性與非線性電子線路線性電路與非線性電路的特點(diǎn)：線性電路與非線性電路的特點(diǎn)：第一，非線性電子線路不具有疊加性和均第一，非線性電子線路不具有疊加性和均勻性，不適用疊加定理。勻性，不適用疊加定理。第二，在穩(wěn)定狀態(tài)之下，非線性電子線路第二，在穩(wěn)定狀態(tài)之下，非線性電子線路輸出變量中包含有輸入變量中不具有的頻輸出變量中包含有輸入變量中不具有的頻率成分。（下列圖）率成分。（下列圖）第三，處于非線性狀態(tài)工作的有源器件，第三，處于非線性狀態(tài)工作的有源器件，它們的輸出響應(yīng)與器件工作點(diǎn)的選取和輸它們的輸出響應(yīng)與器件工作點(diǎn)的選取和輸入信號(hào)的大小有關(guān)。（下一頁(yè)）入信號(hào)的大小有關(guān)。（下一頁(yè)）iC

5、Q00 tUBEQiCuBE0iCuBEui Uimcost t(a)Q0iCuBEuBE00iC t tui Uimcost(b)返回返回第四，描述非線性器件特性的參量有三第四，描述非線性器件特性的參量有三種：一是靜態(tài)參量，也稱為直流參量；種：一是靜態(tài)參量，也稱為直流參量；二是動(dòng)態(tài)參量，也稱為交流參量；三是二是動(dòng)態(tài)參量，也稱為交流參量；三是折合參量，也稱為平均參量。用這三種折合參量，也稱為平均參量。用這三種參量綜合起來(lái)描述一個(gè)非線性器件的工參量綜合起來(lái)描述一個(gè)非線性器件的工作狀態(tài)。（下列圖）作狀態(tài)。（下列圖）第五，非線性電子線路的數(shù)學(xué)描述是非第五，非線性電子線路的數(shù)學(xué)描述是非線性方程。二階以

6、上的非線性微分方程線性方程。二階以上的非線性微分方程還沒有實(shí)用的求解方法。在工程上一直還沒有實(shí)用的求解方法。在工程上一直沿用的是近似解法，本課程也將采用這沿用的是近似解法，本課程也將采用這種方法。（下一頁(yè)）種方法。（下一頁(yè)）(a)(b)iCICQQUBEQuBEtan g00UBEQ0uBEuBEiCQtan gmiCICQCQoBEQIgtgUcmBEigtgu返回返回nmcmIgU1.3 通信發(fā)展簡(jiǎn)史通信發(fā)展簡(jiǎn)史原始手段原始手段有線通信有線通信無(wú)線通信無(wú)線通信烽火、旗語(yǔ)烽火、旗語(yǔ)電報(bào)電報(bào) （1837 Morse1837 Morse） （1876 Bell1876 Bell）電磁波的存在電磁

7、波的存在 Maxwell 理論理論Hertz 理論理論三個(gè)里程碑：三個(gè)里程碑： Lee de forest Lee de forest 發(fā)明電子三極管發(fā)明電子三極管19071907 W. Shockley W. Shockley 發(fā)明晶體三極管發(fā)明晶體三極管19481948 集成電路、數(shù)字電路的出現(xiàn)集成電路、數(shù)字電路的出現(xiàn)2020世紀(jì)世紀(jì)60601.4 無(wú)線電信號(hào)的傳輸理論無(wú)線電信號(hào)的傳輸理論一、 傳輸信號(hào)的基本方法1 1、語(yǔ)言和文字、語(yǔ)言和文字 （最原始、最基本的傳輸手段）（最原始、最基本的傳輸手段）2 2、光通信、光通信 （遠(yuǎn)距離通信，迅速準(zhǔn)確）（遠(yuǎn)距離通信，迅速準(zhǔn)確）3 3、電通信、電通

8、信 （無(wú)線通信，有線通信）（無(wú)線通信，有線通信） Maxwell Maxwell 在理論上發(fā)現(xiàn)電磁場(chǎng)理論在理論上發(fā)現(xiàn)電磁場(chǎng)理論 Hertz Hertz 在實(shí)踐上證明電磁場(chǎng)的存在在實(shí)踐上證明電磁場(chǎng)的存在 Morse Morse 有線電報(bào)有線電報(bào) Bell Bell 有線電話有線電話二、 通信系統(tǒng)簡(jiǎn)介1、通信系統(tǒng)原理框圖、通信系統(tǒng)原理框圖信號(hào)源信號(hào)源發(fā)送設(shè)備發(fā)送設(shè)備傳輸信道傳輸信道收信裝置收信裝置接收設(shè)備接收設(shè)備下一頁(yè)下一頁(yè)2、信號(hào)源、信號(hào)源 在實(shí)際的通信電子線路中傳輸?shù)氖窃趯?shí)際的通信電子線路中傳輸?shù)氖歉鞣N電信號(hào)，為此，就需要將各種各種電信號(hào)，為此，就需要將各種形式的信息轉(zhuǎn)變成電信號(hào)。形式的信息轉(zhuǎn)

9、變成電信號(hào)。 常見的信號(hào)源有：常見的信號(hào)源有： 話筒話筒 攝像機(jī)攝像機(jī) 各種傳感器件各種傳感器件返回返回3、發(fā)送設(shè)備發(fā)送設(shè)備的作用：發(fā)送設(shè)備的作用： 將基帶信號(hào)變換成適合信道的將基帶信號(hào)變換成適合信道的傳輸特性的信號(hào)。傳輸特性的信號(hào)。對(duì)基帶信號(hào)進(jìn)行變換的原因：對(duì)基帶信號(hào)進(jìn)行變換的原因： 由于要傳輸?shù)男畔⒎N類多樣，由于要傳輸?shù)男畔⒎N類多樣，其對(duì)應(yīng)的基帶信號(hào)特性各異，這些其對(duì)應(yīng)的基帶信號(hào)特性各異，這些基帶信號(hào)往往并不適合信道的直接基帶信號(hào)往往并不適合信道的直接傳輸。傳輸。返回返回 信號(hào)從發(fā)送到接收中間要經(jīng)過(guò)傳輸信信號(hào)從發(fā)送到接收中間要經(jīng)過(guò)傳輸信道，又稱傳輸媒質(zhì)。不同的傳輸信道道，又稱傳輸媒質(zhì)。不同

10、的傳輸信道有不同的傳輸特性。如電纜、光纜、有不同的傳輸特性。如電纜、光纜、無(wú)線電波等。無(wú)線電波等。 根據(jù)傳輸媒質(zhì)的不同，可以分為兩大根據(jù)傳輸媒質(zhì)的不同，可以分為兩大類：有線通信：雙絞線、同軸電纜、類：有線通信：雙絞線、同軸電纜、光纜光纜 無(wú)線通信：自由空間無(wú)線通信：自由空間4、傳輸信道、傳輸信道1. 1. 雙絞線雙絞線 適用于短距離小于適用于短距離小于100m100m）、）、1Mb/s1Mb/s數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)率的通信環(huán)境。率的通信環(huán)境。2. 2. 同軸電纜同軸電纜 適用于距離在幾百米、帶寬小于適用于距離在幾百米、帶寬小于10Mhz10Mhz、碼流率小于碼流率小于20Mbps20Mbps的通信環(huán)境。的

11、通信環(huán)境。3. 3. 光纖電纜光纖電纜 特點(diǎn)：衰減小小于特點(diǎn)：衰減小小于1db/km1db/km）、工作頻率）、工作頻率高、信息容量大高、信息容量大（1）、有線通信信道）、有線通信信道（2）、無(wú)線通信信道）、無(wú)線通信信道 無(wú)線通信的傳輸媒質(zhì)是自由空間。無(wú)線通信的傳輸媒質(zhì)是自由空間。電磁波從發(fā)射天線輻射出去之后，電磁波從發(fā)射天線輻射出去之后，經(jīng)過(guò)自由空間到達(dá)接收天線的傳播經(jīng)過(guò)自由空間到達(dá)接收天線的傳播途徑可分為兩大類：地波和天波。途徑可分為兩大類：地波和天波。 地波分為地面波和空間波）地波分為地面波和空間波）1. 地面波地面波 就是沿地面?zhèn)鞑サ臒o(wú)線電波。就是沿地面?zhèn)鞑サ臒o(wú)線電波。適用于長(zhǎng)波和超長(zhǎng)

12、波。適用于長(zhǎng)波和超長(zhǎng)波。2. 空間波空間波 是在發(fā)射天線與接收天線間直是在發(fā)射天線與接收天線間直線傳播的無(wú)線電波線傳播的無(wú)線電波, 發(fā)射天線和發(fā)射天線和接收天線較高，接收點(diǎn)的電磁接收天線較高，接收點(diǎn)的電磁波由直接波和地面反射波合成。波由直接波和地面反射波合成。適用于超短波。適用于超短波。天波天波經(jīng)過(guò)地面經(jīng)過(guò)地面100km100km至至500km500km的電離層的電離層反射傳送到接收點(diǎn)的電磁波。適反射傳送到接收點(diǎn)的電磁波。適用于短波。用于短波。電離層反射的特點(diǎn)：電離層反射的特點(diǎn)： 頻率越高，吸收能量越小，頻率越高，吸收能量越小，但頻率過(guò)高電波會(huì)穿透電離層。但頻率過(guò)高電波會(huì)穿透電離層。故頻率只限

13、于中短波段故頻率只限于中短波段300KHz300KHz30MHz 30MHz 。散射通信散射通信 利用對(duì)流層對(duì)電波的散射進(jìn)行利用對(duì)流層對(duì)電波的散射進(jìn)行通訊，它適用于超短波以及微通訊，它適用于超短波以及微波波段的通信，通信距離很遠(yuǎn)。波波段的通信，通信距離很遠(yuǎn)。 無(wú)線電波段的劃分無(wú)線電波段的劃分 波段名稱 波長(zhǎng)范圍 頻率范圍 頻段名稱超長(zhǎng)波 10,000100,000m 303kHz 甚低頻VLF長(zhǎng) 波 1,00010,000m 30030kHz 低頻LF中 波 2001,000m 1500300kHz 中頻MF中短波 50200m 6,0001,500kHz 中高頻IF短 波 1050m 306

14、MHz 高頻HF米 波 110cm 30030MHz 甚高頻VHF分米波 10100cm 3,00300MHz 特高頻UHF厘米波(微波) 110cm 303GHz 超高頻SHF毫米波 110mm 30030GHz 極高頻EHF亞毫米波 1mm以下 300GHz以上 超極高頻返回返回 5、接收設(shè)備、接收設(shè)備 接收設(shè)備的作用：接收設(shè)備的作用： 接收傳送過(guò)來(lái)的信號(hào)，并進(jìn)接收傳送過(guò)來(lái)的信號(hào)，并進(jìn)行處理，以恢復(fù)發(fā)送端的基帶信號(hào)。行處理，以恢復(fù)發(fā)送端的基帶信號(hào)。 接收設(shè)備的要求：接收設(shè)備的要求： 由于信號(hào)在傳輸和恢復(fù)的過(guò)由于信號(hào)在傳輸和恢復(fù)的過(guò)程中存在著干擾和失真，接收設(shè)備程中存在著干擾和失真，接收設(shè)備

15、要盡量減少這種失真。要盡量減少這種失真。返回返回 6、收信裝置、收信裝置 收信裝置是指接收設(shè)備輸出的電收信裝置是指接收設(shè)備輸出的電信號(hào)變換成原來(lái)形式的信號(hào)的裝信號(hào)變換成原來(lái)形式的信號(hào)的裝置。置。 例如：例如： 還原聲音的喇叭還原聲音的喇叭 恢復(fù)圖象的顯象管恢復(fù)圖象的顯象管返回返回三、三、 無(wú)線電信號(hào)的產(chǎn)生與發(fā)射無(wú)線電信號(hào)的產(chǎn)生與發(fā)射 無(wú)線電發(fā)射機(jī)方框圖無(wú)線電發(fā)射機(jī)方框圖(a)主振蕩器倍頻放大調(diào)制器功放f0nf0 fpfp音頻放大聲音拾音器F無(wú)線電接收機(jī)方框圖無(wú)線電接收機(jī)方框圖四、四、 信號(hào)及其頻譜信號(hào)及其頻譜 常用的信號(hào)表示方法常用的信號(hào)表示方法 1. 數(shù)學(xué)表達(dá)式法數(shù)學(xué)表達(dá)式法 如：如： 正弦

16、波正弦波 u=Asint AtsinAut2.波形表達(dá)方式波形表達(dá)方式例如：例如：3. 頻域表示法頻域表示法 根據(jù)傅立葉變換的基本原理，任何一個(gè)函數(shù)都可以用傅立葉級(jí)數(shù)展開。如果把信號(hào)看成一個(gè)函數(shù)，這就為我們研究信號(hào)提供了一種新的方法。通過(guò)研究信號(hào)的頻譜我們可以突出在信號(hào)傳輸中存在的主要問(wèn)題，如信號(hào)的變化規(guī)律，信號(hào)的能量分布等。由于任何復(fù)雜的信號(hào)，都可分解為由于任何復(fù)雜的信號(hào)，都可分解為許多不同頻率的正弦信號(hào)之和，因許多不同頻率的正弦信號(hào)之和，因而，所謂而，所謂“頻譜即是指組成信號(hào)頻譜即是指組成信號(hào)的各正弦分量按頻率分布的情況。的各正弦分量按頻率分布的情況。為了更直觀地了解信號(hào)的頻率組成為了更直

17、觀地了解信號(hào)的頻率組成和特點(diǎn)，我們通常采用作圖的方法和特點(diǎn)，我們通常采用作圖的方法來(lái)表示頻譜。用頻率來(lái)表示頻譜。用頻率f f作橫座標(biāo)，作橫座標(biāo)，用信號(hào)的各正弦分量的相對(duì)振幅作用信號(hào)的各正弦分量的相對(duì)振幅作縱座標(biāo)，通常稱之為頻譜圖?？v座標(biāo)，通常稱之為頻譜圖。如：下面所示的一般語(yǔ)音信號(hào)的頻譜示意圖如：下面所示的一般語(yǔ)音信號(hào)的頻譜示意圖可以看到語(yǔ)音信號(hào)的頻譜是連續(xù)的，其主要可以看到語(yǔ)音信號(hào)的頻譜是連續(xù)的，其主要能量集中在能量集中在1000Hz1000Hz左右。左右。電壓電壓f/Hz3003400一般數(shù)字信號(hào)的頻譜圖一般數(shù)字信號(hào)的頻譜圖 可見，數(shù)字信號(hào)的頻譜是不連續(xù)的。 振幅f脈沖信號(hào)的分解脈沖信號(hào)的分解 i t 一次諧波i1 I0 (a) i t 三次諧波i1 (b) i t 七次諧