高頻電子線路_第1章

1、 第一章第一章 緒緒 論論v通信與通信系統(tǒng)通信與通信系統(tǒng)v無線電波的基本特點無線電波的基本特點v非線性電路的基本概念非線性電路的基本概念1.1 1.1 通信與通信系統(tǒng)通信與通信系統(tǒng)v一、通信系統(tǒng)一、通信系統(tǒng) v用電信號（或光信號）傳輸信號的系統(tǒng)稱為通信系統(tǒng)，也用電信號（或光信號）傳輸信號的系統(tǒng)稱為通信系統(tǒng)，也稱電信系統(tǒng)。稱電信系統(tǒng)。 通信系統(tǒng)的組成：通信系統(tǒng)的組成： v一般由輸入、輸出變換器，發(fā)送、接收設備和信道等組成。一般由輸入、輸出變換器，發(fā)送、接收設備和信道等組成。 信源信源輸入輸入變換器變換器發(fā)送設備發(fā)送設備信道信道噪聲與噪聲與干擾干擾接收設備接收設備輸出輸出變換器變換器信宿信宿提供需

2、要傳送的信息提供需要傳送的信息將信息源（圖像、聲音等）的信息變換成電信號將信息源（圖像、聲音等）的信息變換成電信號將將基帶信號基帶信號進行處理，并以足夠的功率送入信道進行處理，并以足夠的功率送入信道以實現(xiàn)有效的傳送。有兩大任務：調(diào)制、放大以實現(xiàn)有效的傳送。有兩大任務：調(diào)制、放大 基基帶帶信信號號已調(diào)已調(diào)信號信號信息的傳送通道。分為無線信道和有線信道信息的傳送通道。分為無線信道和有線信道把基帶信號恢復成原來形式的信息把基帶信號恢復成原來形式的信息把由信道傳送過來的已調(diào)信號取出并進行處理，得把由信道傳送過來的已調(diào)信號取出并進行處理，得到與發(fā)送相對應的原基帶信號，把這過程稱為到與發(fā)送相對應的原基帶信

3、號，把這過程稱為解調(diào)解調(diào)基基帶帶信信號號調(diào)制：把待傳送基帶信號（調(diào)制信號）調(diào)制：把待傳送基帶信號（調(diào)制信號）“裝載裝載”到高頻振蕩到高頻振蕩信號上去的過程信號上去的過程解調(diào)：從高頻已調(diào)波信號中解調(diào)：從高頻已調(diào)波信號中“取出取出”調(diào)制信號的過程。調(diào)制信號的過程。通信系統(tǒng)的分類通信系統(tǒng)的分類根據(jù)信道不同分根據(jù)信道不同分有線通信系統(tǒng)有線通信系統(tǒng)無線通信系統(tǒng)無線通信系統(tǒng)根據(jù)傳輸信號不同分根據(jù)傳輸信號不同分模擬通信系統(tǒng)模擬通信系統(tǒng)數(shù)字通信系統(tǒng)數(shù)字通信系統(tǒng)雙工：雙工：A AB B如如電話電話 手機手機單工：單工：A AB B如如廣播、電視廣播、電視半雙工：半雙工： A AB B如如對講對講根據(jù)通信方式不同

4、分根據(jù)通信方式不同分n二、模擬通信系統(tǒng)二、模擬通信系統(tǒng) n通信系統(tǒng)按傳輸?shù)幕鶐盘柌煌?，分為模擬通通信系統(tǒng)按傳輸?shù)幕鶐盘柌煌譃槟M通信系統(tǒng)和數(shù)字通信系統(tǒng)兩大類。信系統(tǒng)和數(shù)字通信系統(tǒng)兩大類。 模擬通信系統(tǒng)：直接傳輸模擬信號（即基模擬通信系統(tǒng)：直接傳輸模擬信號（即基帶信號為模擬信號）的通信系統(tǒng)帶信號為模擬信號）的通信系統(tǒng), ,稱為模擬通信稱為模擬通信系統(tǒng)。系統(tǒng)。 典型的模擬通信系統(tǒng)的發(fā)送設備的組成框典型的模擬通信系統(tǒng)的發(fā)送設備的組成框圖和接收設備的組成框圖分別如圖所示。圖和接收設備的組成框圖分別如圖所示。將輸入的高頻載波信號和低頻調(diào)將輸入的高頻載波信號和低頻調(diào)制信號變換成高頻已調(diào)信號，并制信

5、號變換成高頻已調(diào)信號，并以足夠大的功率輸送到天線，然以足夠大的功率輸送到天線，然后輻射到空間后輻射到空間基帶基帶信號信號調(diào)制放調(diào)制放大器大器話筒話筒振蕩器振蕩器倍頻器倍頻器振幅調(diào)振幅調(diào)制器制器產(chǎn)生高頻電產(chǎn)生高頻電振蕩信號振蕩信號提高高頻振蕩頻率提高高頻振蕩頻率把聲音信源轉(zhuǎn)把聲音信源轉(zhuǎn)變成電信號變成電信號把音頻信號放大到一定的幅度把音頻信號放大到一定的幅度 揚揚聲聲器器本機振本機振蕩器蕩器高頻放高頻放大器大器混頻器混頻器中頻放中頻放大器大器檢波器檢波器（解調(diào)器）（解調(diào)器）低頻放低頻放大器大器將天線所收到的有將天線所收到的有用頻率信號進行初用頻率信號進行初步選擇和放大步選擇和放大fcfIfL 通常

6、取fI=fL-fC進一步濾除無用信進一步濾除無用信號，并將有用信號號，并將有用信號進行放大進行放大由以上的討論可以看出，發(fā)送和接收設備中除了低由以上的討論可以看出，發(fā)送和接收設備中除了低頻放大電路外，其他主要是處理高頻信號的電路，頻放大電路外，其他主要是處理高頻信號的電路，它包括：它包括：1 1）能對高頻信號進行選頻放大的高頻電壓和功率）能對高頻信號進行選頻放大的高頻電壓和功率放大器；放大器；2 2）能產(chǎn)生高頻信號的振蕩器；）能產(chǎn)生高頻信號的振蕩器；3 3）能對）能對基帶信號基帶信號進行變換和處理的調(diào)制器、解調(diào)進行變換和處理的調(diào)制器、解調(diào)器、混頻器和倍頻器。器、混頻器和倍頻器。基帶信號的特點基

7、帶信號的特點基帶信號是需傳送的原始信息的電信號?；鶐盘柺切鑲魉偷脑夹畔⒌碾娦盘枴３Ｓ没鶐盘栴l率范圍：常用基帶信號頻率范圍： 圖像信號圖像信號 06MHz 語音語音 300Hz 3.4kHz 音樂音樂 16Hz 20kHz基帶信號占有的頻帶屬于低頻范圍?；鶐盘栒加械念l帶屬于低頻范圍。直接發(fā)射基帶信號的缺點（為什么要調(diào)制）直接發(fā)射基帶信號的缺點（為什么要調(diào)制）1）發(fā)射天線的尺寸太大）發(fā)射天線的尺寸太大。發(fā)射天線的尺寸應該是發(fā)射信號。發(fā)射天線的尺寸應該是發(fā)射信號波長的波長的1/10。如：當音頻如：當音頻 =2020KHz =15Km15000Km L=1.5km-150km 2）如果直接發(fā)射

8、，多家電臺的發(fā)射信號頻率范圍大致相同，）如果直接發(fā)射，多家電臺的發(fā)射信號頻率范圍大致相同，接收機無法區(qū)分。接收機無法區(qū)分。因此，無選擇性，相互干擾，不能實現(xiàn)多路通信。因此，無選擇性，相互干擾，不能實現(xiàn)多路通信。 解決方法：解決方法： 待發(fā)送的信息待發(fā)送的信息 運載工具運載工具把把基帶信號基帶信號( (調(diào)制信號）調(diào)制信號） “裝載裝載” 到高頻振蕩信號到高頻振蕩信號（載波）（載波）之中，之中，然后由天線向外輻射出去，這種方法叫然后由天線向外輻射出去，這種方法叫調(diào)制調(diào)制。 三種調(diào)制方式三種調(diào)制方式 用待傳送基帶信號去改變高頻振蕩信號的某一參量，用待傳送基帶信號去改變高頻振蕩信號的某一參量，就可以實

9、現(xiàn)調(diào)制。就可以實現(xiàn)調(diào)制。振幅調(diào)制：用基帶信號去改變高頻振蕩信號的振幅，則稱振幅調(diào)制：用基帶信號去改變高頻振蕩信號的振幅，則稱為振幅調(diào)制，簡稱調(diào)幅；為振幅調(diào)制，簡稱調(diào)幅；頻率調(diào)制：用基帶信號去改變高頻振蕩信號的頻率，則稱頻率調(diào)制：用基帶信號去改變高頻振蕩信號的頻率，則稱為頻率調(diào)制，簡稱調(diào)頻；為頻率調(diào)制，簡稱調(diào)頻；相位調(diào)制：用基帶信號去改變高頻振蕩信號的相位，則稱相位調(diào)制：用基帶信號去改變高頻振蕩信號的相位，則稱為相位調(diào)制，簡稱調(diào)相。為相位調(diào)制，簡稱調(diào)相。n三、數(shù)字通信系統(tǒng)三、數(shù)字通信系統(tǒng) n數(shù)字通信系統(tǒng)：直接傳輸數(shù)字信號的通信系統(tǒng)。其原理數(shù)字通信系統(tǒng)：直接傳輸數(shù)字信號的通信系統(tǒng)。其原理框圖如圖所

10、示。框圖如圖所示。1.2 1.2 無線電波段的劃分和無線電波的傳播無線電波段的劃分和無線電波的傳播n一、無線電波段的劃分一、無線電波段的劃分 波長波長=c/f (c為為光速光速)波段名稱波段名稱波長范圍波長范圍頻段名稱頻段名稱頻率范圍頻率范圍主要用途主要用途長波長波LW103104m低頻低頻(LF)30300kHz長距離點與點通信長距離點與點通信中波中波MW102103m中頻中頻(MF)0.33MHz廣播、船舶、飛行通信廣播、船舶、飛行通信短波短波SW10102m高頻高頻(HF)330MHz短波廣播、軍事通信短波廣播、軍事通信米波米波110m甚高頻甚高頻(VHF)30300MHz電視、調(diào)頻廣播

11、、雷達電視、調(diào)頻廣播、雷達分米波分米波110dm特高頻特高頻(UHF)3003000MHz電視、雷達、移動通信電視、雷達、移動通信厘米波厘米波110cm超高頻超高頻(SHF)330GHz雷達、中繼、衛(wèi)星通信雷達、中繼、衛(wèi)星通信毫米波毫米波110mm極高頻極高頻(EHF)30300GHz射電天文、衛(wèi)星、雷達射電天文、衛(wèi)星、雷達本課程本課程涉及的涉及的頻段頻段n二、無線電波的傳播二、無線電波的傳播 n無線電波是一種電磁波。無線電波是一種電磁波。繞射傳播（地波）繞射傳播（地波）電離層的反射和折射傳播（天波）電離層的反射和折射傳播（天波）直射傳播（空間波）直射傳播（空間波）電波在無線信道中傳播電波在無

12、線信道中傳播的主要方式可分為三種：的主要方式可分為三種：n特點：特點：傳播性能穩(wěn)定可靠傳播性能穩(wěn)定可靠，但由于地面不是理，但由于地面不是理想的導體有能量的損耗。主要用于導航和廣播。想的導體有能量的損耗。主要用于導航和廣播。 1 1、繞射傳播（地波）、繞射傳播（地波）: :適合頻率適合頻率f f：3MHz3MHz以下的以下的中長波中長波。沿地面?zhèn)鞑パ氐孛鎮(zhèn)鞑特點：特點：電離層的特性受多種因素的影響，因此電離層的特性受多種因素的影響，因此通通信的穩(wěn)定性較差，但傳播距離遠信的穩(wěn)定性較差，但傳播距離遠。主要用于廣播、。主要用于廣播、船舶通信、和飛行通信。船舶通信、和飛行通信。利用電離層的折射和反射來

13、實現(xiàn)傳播。利用電離層的折射和反射來實現(xiàn)傳播。2 2、電離層的折射和反射傳播（天波）、電離層的折射和反射傳播（天波）n 適合頻率適合頻率f f： 3MHz-30MHz 3MHz-30MHz的的短波短波 電波從發(fā)射天線發(fā)出，沿直線傳播到接收天線。電波從發(fā)射天線發(fā)出，沿直線傳播到接收天線。 特點：這種傳播的距離只限制在視距范圍內(nèi)（也特點：這種傳播的距離只限制在視距范圍內(nèi)（也叫視距傳播）叫視距傳播）即傳播距離短即傳播距離短, , 增高天線可以提高直增高天線可以提高直線傳播的距離。線傳播的距離。3 3、直射傳播（空間波）、直射傳播（空間波）適合頻率適合頻率f f：30MHz30MHz以上的以上的超短波超

14、短波。1.3 1.3 非線性電子線路的基本概念非線性電子線路的基本概念大部分電路屬于非線性電路大部分電路屬于非線性電路，分析方法不同。，分析方法不同。本課程涉及的電路工作在高頻下，有源器件的極間本課程涉及的電路工作在高頻下，有源器件的極間電容不能忽略電容不能忽略, , 且要注意器件的最高工作頻率，無且要注意器件的最高工作頻率，無源器件要注意其高頻特性（源器件要注意其高頻特性（分布參數(shù)對電路的影響分布參數(shù)對電路的影響不容忽視）。不容忽視）。 其特點：其特點：元件的參數(shù)與通過其上的電流或施于其上的電元件的參數(shù)與通過其上的電流或施于其上的電 壓無關。壓無關。 1. 線性元件和線性元件和非線性元件非線

15、性元件例如：例如： 二極管、變?nèi)荻O管、帶磁芯的二極管、變?nèi)荻O管、帶磁芯的電感線圈、三極管電感線圈、三極管 . 例如：例如： R、L、C 線性元件：線性元件： 元件的特性曲線表現(xiàn)為直線。元件的特性曲線表現(xiàn)為直線。 非線性元件：非線性元件： 元件的特性曲線不是直線。元件的特性曲線不是直線。 其特點：其特點：元件的參數(shù)與通過其上的電流或施于其上的電元件的參數(shù)與通過其上的電流或施于其上的電 壓有關。壓有關。uiOUIuiOIQUQQ u i 線性電路線性電路 全部由線性元件或處于線性工作狀態(tài)的元全部由線性元件或處于線性工作狀態(tài)的元器件組成的電路器件組成的電路 2. 線性電路和線性電路和非線性電路非

16、線性電路非線性電路非線性電路 電路中只要含有一個元器件是非線性的或電路中只要含有一個元器件是非線性的或處于非線性工作狀態(tài)，稱為非線性電路。但是當作用在非處于非線性工作狀態(tài)，稱為非線性電路。但是當作用在非線性器件上的信號很小、工作點取得適當時非線性器件近線性器件上的信號很小、工作點取得適當時非線性器件近似處于線性工作狀態(tài)，可當作線性器件。例如在模擬電子似處于線性工作狀態(tài)，可當作線性器件。例如在模擬電子技術中的晶體三級管放大器，在小信號作用下，在直流工技術中的晶體三級管放大器，在小信號作用下，在直流工作點作點Q處可近似作為線性器件，微變等效分析法，就是基處可近似作為線性器件，微變等效分析法，就是基

17、于這一點為基礎的。于這一點為基礎的。（1）不滿足疊加定理）不滿足疊加定理設設 i = a u2u = u1 + u2設設 u1 = U1m cos 1tu2 = U2m cos 2ttaUtaUiimm2222212121coscos 221)(uua （2）電路輸出響應與器件工作點及輸入信號的大小有關。）電路輸出響應與器件工作點及輸入信號的大小有關。3.非線性電路的基本特點非線性電路的基本特點設設 i = a u2當當u = u1 + u2則則 i = a (u12+ u22 + 2u1u2) i = a(U21mcos2 1t + U22mcos2 2t + 2U1mcos 1tU2mco

18、s 2t)設設 u1 = U1m cos 1tu2 = U2m cos 2t)2cos1(a11m221tU )2cos1(a22m221tU )cos()cos(a21212m1mttUU )a(2m21m221UU )2cos2cosa(22m211m221tUtU tUU)cos(a212m1m )cos(a212m1mtUU （3） 具有頻率變換作用具有頻率變換作用（輸出中含有輸入沒有的頻率成分）（輸出中含有輸入沒有的頻率成分）直流成分二次諧波非線性電路的基本特點非線性電路的基本特點1 1）非線性電路能夠產(chǎn)生新的頻率分量，具有頻率）非線性電路能夠產(chǎn)生新的頻率分量，具有頻率變換作用；變換作用；2 2）非線性電路分析上不適用疊加定理；）非線性電路分析上不適用疊加定理；3 3）當作用信號很小、工作點取得適當時，非線性）當作用信號很小、工作點取得適當時，非線性電路可近似按線性電路進行分析。電路可近似按線性電路進行分析。 1.4 1.4 本課程的主要內(nèi)容及特點本課程的主要內(nèi)容及特點高頻電子線路幾乎都是由線性元件