高頻電子線路

1、高頻電子線路采用的教材通信電子線路通信電子線路 劉泉主編劉泉主編 武漢理工大學(xué)出版社武漢理工大學(xué)出版社 2005年年1月第二版月第二版高頻電子線路（第四版）高頻電子線路（第四版） 張肅文主編張肅文主編 高等教高等教育出版社育出版社參考書參考書電子線路（非線性部分）電子線路（非線性部分） 謝家奎謝家奎 編編 高等教高等教育出版社育出版社高頻電路原理與分析高頻電路原理與分析 曾興雯等曾興雯等 編編 西安電西安電子科技大學(xué)出版社子科技大學(xué)出版社Wireless Communication Principles and Practice. Theodore S. Rappapot. Prentice

2、Hall Inc. 1996. 信息傳輸是人類社會(huì)活動(dòng)的重要內(nèi)容。沒有信息傳輸是人類社會(huì)活動(dòng)的重要內(nèi)容。沒有通信，就沒有人類社會(huì)。通信，就沒有人類社會(huì)。 從古代的烽火到近代的旗語，都是人們尋求快從古代的烽火到近代的旗語，都是人們尋求快速遠(yuǎn)距離通信的手段。速遠(yuǎn)距離通信的手段。 1837年莫爾斯發(fā)明了電報(bào)，創(chuàng)造了莫爾斯碼，年莫爾斯發(fā)明了電報(bào)，創(chuàng)造了莫爾斯碼，開創(chuàng)了通信的新紀(jì)元。開創(chuàng)了通信的新紀(jì)元。 1864年英國物理學(xué)家麥克斯韋發(fā)表的年英國物理學(xué)家麥克斯韋發(fā)表的“電磁場電磁場的動(dòng)力理論的動(dòng)力理論”為無線電發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)的理論基為無線電發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。礎(chǔ)。 1876年貝爾發(fā)明了年貝爾發(fā)明了

3、 ，將語音信號轉(zhuǎn)換為電能，將語音信號轉(zhuǎn)換為電能傳送沿導(dǎo)線傳送。傳送沿導(dǎo)線傳送。1.1 無線電通信的發(fā)展簡史無線電通信的發(fā)展簡史 1887年，德國的赫茲通過實(shí)驗(yàn)證明了麥克斯韋的學(xué)年，德國的赫茲通過實(shí)驗(yàn)證明了麥克斯韋的學(xué)說。說。 1895年意大利的馬克尼與俄羅斯的波波夫?qū)崿F(xiàn)了無年意大利的馬克尼與俄羅斯的波波夫?qū)崿F(xiàn)了無線電通信，線電通信，1901年又首次完成了橫渡大西洋的通信年又首次完成了橫渡大西洋的通信 1904年，弗萊明發(fā)明電子二極管，標(biāo)志著進(jìn)入無年，弗萊明發(fā)明電子二極管，標(biāo)志著進(jìn)入無 線線電電子學(xué)時(shí)代電電子學(xué)時(shí)代 。 1907年，美國德年，美國德福雷斯特發(fā)明了電子三極管，是電福雷斯特發(fā)明了電子

4、三極管，是電子技術(shù)發(fā)展史上第一個(gè)重要里程碑。子技術(shù)發(fā)展史上第一個(gè)重要里程碑。 1948年，美國肖克萊等人發(fā)明了晶體三極管年，美國肖克萊等人發(fā)明了晶體三極管,是電子是電子技術(shù)發(fā)展史上第二個(gè)重要里程碑。技術(shù)發(fā)展史上第二個(gè)重要里程碑。 1.1 無線電通信的發(fā)展簡史無線電通信的發(fā)展簡史 1958年美國制成了第一塊集成電路。年美國制成了第一塊集成電路。 1967年研制成大規(guī)模集成（年研制成大規(guī)模集成（LSI）電路。電路。 1978年研制成超大年研制成超大 規(guī)模集成（規(guī)模集成（VLSI）電路，從電路，從此電技術(shù)進(jìn)入了微電子技術(shù)時(shí)代。此電技術(shù)進(jìn)入了微電子技術(shù)時(shí)代。 20世紀(jì)世紀(jì)60年代，中、大規(guī)模乃至超大規(guī)

5、模集成年代，中、大規(guī)模乃至超大規(guī)模集成電路的不斷涌現(xiàn)，是電子技術(shù)發(fā)展史上第三個(gè)重要電路的不斷涌現(xiàn)，是電子技術(shù)發(fā)展史上第三個(gè)重要里程碑。里程碑。 1.1 無線電通信的發(fā)展簡史無線電通信的發(fā)展簡史 20世紀(jì)初首先解決了無線電報(bào)通信問題。接著又世紀(jì)初首先解決了無線電報(bào)通信問題。接著又解決了用無線電波傳送語言和音樂的問題，從而開展解決了用無線電波傳送語言和音樂的問題，從而開展了無線了無線 通信和無線電廣播。以后傳輸圖象的問題也通信和無線電廣播。以后傳輸圖象的問題也解決了，出現(xiàn)了無線電解決了，出現(xiàn)了無線電 和電視。和電視。 20世世 紀(jì)紀(jì)30年代中期到第二次世界大戰(zhàn)期間，為了年代中期到第二次世界大戰(zhàn)期間

6、，為了防空的需要，無線電定位技術(shù)迅速發(fā)展和雷達(dá)的出現(xiàn)，防空的需要，無線電定位技術(shù)迅速發(fā)展和雷達(dá)的出現(xiàn)，帶動(dòng)了其他科學(xué)的興起，如無線電天文學(xué)、無線電氣帶動(dòng)了其他科學(xué)的興起，如無線電天文學(xué)、無線電氣象學(xué)等。象學(xué)等。 20世紀(jì)世紀(jì)50年代以來，宇航技術(shù)的發(fā)展又促年代以來，宇航技術(shù)的發(fā)展又促 進(jìn)了無進(jìn)了無線電技術(shù)向更高的階段發(fā)展。線電技術(shù)向更高的階段發(fā)展。 1.1 無線電通信的發(fā)展簡史無線電通信的發(fā)展簡史 無線電技術(shù)的發(fā)展是從利用電磁無線電技術(shù)的發(fā)展是從利用電磁波傳輸信息的無線電通信擴(kuò)展到計(jì)算機(jī)波傳輸信息的無線電通信擴(kuò)展到計(jì)算機(jī)科學(xué)、宇航技術(shù)、自動(dòng)控制以及其他各科學(xué)、宇航技術(shù)、自動(dòng)控制以及其他各學(xué)科領(lǐng)

7、域的。學(xué)科領(lǐng)域的。 1.1 無線電通信的發(fā)展簡史無線電通信的發(fā)展簡史無線電通信發(fā)展簡史無線電通信發(fā)展簡史原始手段原始手段有線通信有線通信無線通信無線通信烽火、旗語烽火、旗語電報(bào)電報(bào) （1837 Morse1837 Morse） （1876 Bell1876 Bell）電磁波的存在電磁波的存在 Maxwell 理論理論Hertz 實(shí)踐實(shí)踐三個(gè)里程碑：三個(gè)里程碑： Lee de forest 發(fā)明電子三極管發(fā)明電子三極管 W. Shockley 發(fā)明晶體三極管發(fā)明晶體三極管 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) 從發(fā)明無線電開始，傳輸信息就是無線電技從發(fā)明無線電開始，傳輸信息就是無線電

8、技術(shù)的首要任務(wù)。最基本的信息就是語言和文字。術(shù)的首要任務(wù)。最基本的信息就是語言和文字。 音頻在空氣中傳播速度很慢，且衰減很快，不音頻在空氣中傳播速度很慢，且衰減很快，不能遠(yuǎn)距離傳播。因而只能借助電來傳播。能遠(yuǎn)距離傳播。因而只能借助電來傳播。 1.2 無線電通信的基本原理無線電通信的基本原理 由天線理論可知，要將無線電信號有效地發(fā)射出由天線理論可知，要將無線電信號有效地發(fā)射出去，天線的尺寸必須和電信號的波長相當(dāng)。去，天線的尺寸必須和電信號的波長相當(dāng)。 原始的非電量信息經(jīng)轉(zhuǎn)換的原始電信號一般是低原始的非電量信息經(jīng)轉(zhuǎn)換的原始電信號一般是低頻信號，波長很長。頻信號，波長很長。 如音頻頻率為如音頻頻率為

9、20Hz-20kHz，對應(yīng)波長為對應(yīng)波長為15-15000km,要制造如此巨大的天線是不現(xiàn)實(shí)的。即使有要制造如此巨大的天線是不現(xiàn)實(shí)的。即使有這樣巨大的天線，由于各發(fā)射臺均為同一頻段的低頻這樣巨大的天線，由于各發(fā)射臺均為同一頻段的低頻信號，在信道中會(huì)互相重疊、干擾。信號，在信道中會(huì)互相重疊、干擾。1.2 無線電通信的基本原理無線電通信的基本原理 因此，必須采用幾百因此，必須采用幾百kHz以上的高頻振蕩信號作以上的高頻振蕩信號作為載體，將低頻信號與高頻信號調(diào)制，然后經(jīng)天線發(fā)為載體，將低頻信號與高頻信號調(diào)制，然后經(jīng)天線發(fā)射出去。接收端再對信號進(jìn)行解調(diào)。調(diào)制以后，由于射出去。接收端再對信號進(jìn)行解調(diào)。調(diào)

10、制以后，由于傳送的是高頻振蕩信號，天線的尺寸就可大大下降。傳送的是高頻振蕩信號，天線的尺寸就可大大下降。同時(shí)不同的發(fā)射臺采用不同的高頻振蕩信號作為載波，同時(shí)不同的發(fā)射臺采用不同的高頻振蕩信號作為載波，頻譜上就互相區(qū)分開了。頻譜上就互相區(qū)分開了。1.2 無線電通信的基本原理無線電通信的基本原理 信息源信息源換能器換能器 發(fā)送發(fā)送 設(shè)備設(shè)備 信道信道受信者受信者換能器換能器 接收接收 設(shè)備設(shè)備噪聲源噪聲源現(xiàn)代通信系統(tǒng)現(xiàn)代通信系統(tǒng) 1.2 無線電通信的基本原理無線電通信的基本原理 信息源信息源換能器換能器 發(fā)送發(fā)送 設(shè)備設(shè)備 信道信道受信者受信者換能器換能器 接收接收 設(shè)備設(shè)備噪聲源噪聲源現(xiàn)代通信系

11、統(tǒng) 1信息源信息源信息源是指需要傳送的原始信息信息源是指需要傳送的原始信息 2輸入換能器輸入換能器 將發(fā)信者提供的非電量消息將發(fā)信者提供的非電量消息(如聲音、景物等如聲音、景物等)變換為電信號變換為電信號 3發(fā)送設(shè)備發(fā)送設(shè)備 發(fā)送設(shè)備主要有兩大任務(wù)：一是調(diào)制，二是放大。發(fā)送設(shè)備主要有兩大任務(wù)：一是調(diào)制，二是放大。 4信道信道 信道是連接發(fā)、收兩端的信號通道，又稱傳輸媒介。信道是連接發(fā)、收兩端的信號通道，又稱傳輸媒介。 5接收設(shè)備接收設(shè)備任務(wù)是從已調(diào)信號中恢復(fù)出發(fā)送端相一致的基帶信號任務(wù)是從已調(diào)信號中恢復(fù)出發(fā)送端相一致的基帶信號 6輸出換能器輸出換能器 將輸出的基帶信號變換成原來形式的消息將輸出

12、的基帶信號變換成原來形式的消息 音頻放大器調(diào)制器激勵(lì)放大輸出功率放大載波振蕩器天線開關(guān)高頻放大混頻器中頻放大與濾波解調(diào)器音頻放大器話筒本地振蕩器揚(yáng)聲器變頻器 無線通信系統(tǒng)的基本組成無線通信系統(tǒng)的基本組成 按照無線通信系統(tǒng)中關(guān)鍵部分的不同特性按照無線通信系統(tǒng)中關(guān)鍵部分的不同特性, 有以下一些有以下一些類型類型: （1） 按照工作頻段或傳輸手段分類按照工作頻段或傳輸手段分類, 有中波通信、有中波通信、 短波通信、短波通信、 超短波通信、超短波通信、 微波通信和衛(wèi)星通信等。微波通信和衛(wèi)星通信等。 所謂工所謂工作頻率作頻率, 主要指發(fā)射與接收的射頻（主要指發(fā)射與接收的射頻（RF）頻率。頻率。 射頻實(shí)際

13、射頻實(shí)際上就是上就是“高頻高頻”的廣義語的廣義語, 它是指適合無線電發(fā)射和傳播的它是指適合無線電發(fā)射和傳播的頻率。頻率。 無線通信的一個(gè)發(fā)展方向就是開辟更高的頻段。無線通信的一個(gè)發(fā)展方向就是開辟更高的頻段。 （2） 按照通信方式來分類按照通信方式來分類, 主要有（全）雙工、主要有（全）雙工、 半雙半雙工和單工方式。工和單工方式。 （3） 按照調(diào)制方式的不同來劃分按照調(diào)制方式的不同來劃分, 有調(diào)幅、有調(diào)幅、 調(diào)頻、調(diào)頻、 調(diào)相以及混合調(diào)制等。調(diào)相以及混合調(diào)制等。 無線通信系統(tǒng)的類型無線通信系統(tǒng)的類型 （4） 按照傳送的消息的類型分類按照傳送的消息的類型分類, 有模擬通信有模擬通信和數(shù)字通信和數(shù)字

14、通信, 也可以分為話音通信、也可以分為話音通信、 圖像通信、圖像通信、 數(shù)據(jù)通信和多媒體通信等。數(shù)據(jù)通信和多媒體通信等。 各種不同類型的通信系統(tǒng)各種不同類型的通信系統(tǒng), 其系統(tǒng)組成和其系統(tǒng)組成和設(shè)備的復(fù)雜程度都有很大不同。設(shè)備的復(fù)雜程度都有很大不同。 但是組成設(shè)備的但是組成設(shè)備的基本電路及其原理都是相同的基本電路及其原理都是相同的, 遵從同樣的規(guī)遵從同樣的規(guī)律。律。 傳播特性指的是無線電信號的傳播方式、傳播特性指的是無線電信號的傳播方式、 傳播距離、傳播距離、 傳傳播特點(diǎn)等。播特點(diǎn)等。 無線電信號的傳播特性主要根據(jù)其所處的頻段或無線電信號的傳播特性主要根據(jù)其所處的頻段或波段來區(qū)分。波段來區(qū)分。

15、 電磁波從發(fā)射天線輻射出去后電磁波從發(fā)射天線輻射出去后, 不僅電波的能量會(huì)擴(kuò)不僅電波的能量會(huì)擴(kuò)散散, 接收機(jī)只能收到其中極小的一部分接收機(jī)只能收到其中極小的一部分, 而且在傳播過程中而且在傳播過程中, 電波的能量會(huì)被地面、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)從而造成到達(dá)接收機(jī)時(shí)的強(qiáng)度大大衰減。時(shí)的強(qiáng)度大大衰減。 根據(jù)無線電波在傳播過程所發(fā)生的現(xiàn)象根據(jù)無線電波在傳播過程所發(fā)生的現(xiàn)象, 電波的傳播方式主要有直射（視距）傳播、電波的傳播方式主要有直射（視距）傳播

16、、 繞射（地波）傳繞射（地波）傳播、播、 折射和反射（天波）傳播及散射傳播等。折射和反射（天波）傳播及散射傳播等。 決定傳播方式?jīng)Q定傳播方式和傳播特點(diǎn)的關(guān)鍵因素是和傳播特點(diǎn)的關(guān)鍵因素是無線電信號的頻率無線電信號的頻率。 傳播特性傳播特性無線電波105紅外線1010可見光紫外線1015X射線1020宇宙射線1025f/Hz/m3103310 2(3.87.8)10 7310 7310 12310 17電磁波波譜電磁波波譜 為了討論問題的方便，將不同頻率的電磁波人為 地劃分若干頻段或波段，列表如下: 波段名稱波段名稱波段范圍波段范圍頻率范圍頻率范圍頻段名稱頻段名稱超長波超長波長波長波中波中波短波短

17、波超短波超短波(米波米波)10 000100 000m100010 000m1001 000m10100m110m330kHz30300kHz0.31.5MHz1.530MHz30300MHz甚低頻甚低頻(VLF)低頻低頻(LF)中頻中頻(MF)高頻高頻(HF)甚高頻甚高頻(VHF)微波微波分米波分米波厘米波厘米波毫米波毫米波亞毫米波亞毫米波10100 cm110 cm110 cm0.11 mm0.33GHz330GHz30300GHz3003000GHz特高頻特高頻(UHF)超高頻超高頻(SHF)極高頻極高頻(EHF)超極高頻超極高頻1.3 通信的傳輸媒質(zhì)通信的傳輸媒質(zhì)1.3 通信的傳輸媒質(zhì)

18、通信的傳輸媒質(zhì) 信道是信號的傳輸媒質(zhì)信道是信號的傳輸媒質(zhì), 可分為有線和無可分為有線和無線信道線信道.有線信道有線信道: 明線明線 對稱電纜對稱電纜 雙絞線雙絞線 同軸電纜同軸電纜 光纖光纖 無線信道無線信道: 如海水，地球表面，自由空間等如海水，地球表面，自由空間等有線通信信道有線通信信道1. 1. 雙絞線雙絞線 適用于短距離（小于適用于短距離（小于100100m m）、）、1Mb/s1Mb/s數(shù)據(jù)率的數(shù)據(jù)率的通信環(huán)境。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1010MhzMhz、碼流碼流率小于率小于2020MbpsMbps的通信環(huán)境。

19、的通信環(huán)境。3. 3. 光纖電纜光纖電纜 特點(diǎn)：衰減?。ㄐ∮谔攸c(diǎn)：衰減?。ㄐ∮? 1db/kmdb/km）、）、工作頻率高、工作頻率高、信息容量大信息容量大無線通信信道無線通信信道無線通信的傳輸媒質(zhì)是自由空間。無線通信的傳輸媒質(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)過自由空間到達(dá)接收天線的傳播經(jīng)過自由空間到達(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線電波。適用就是沿地面?zhèn)鞑サ臒o線電波。適用于長波和超長波。于長波和超長波。 MHz以下的

20、電磁波主要沿地表傳播以下的電磁波主要沿地表傳播 , 稱為地面波稱為地面波 地波（分為地面波和空間波）地波（分為地面波和空間波）2. 空間波空間波 是在發(fā)射天線與接收天線間直線傳播是在發(fā)射天線與接收天線間直線傳播的無線電波的無線電波, , 發(fā)射天線和接收天線較高，發(fā)射天線和接收天線較高，接收點(diǎn)的電磁波由直接波和地面反射波接收點(diǎn)的電磁波由直接波和地面反射波合成。適用于超短波。合成。適用于超短波。30MHz以上的電磁波主要沿空間直線傳播，稱以上的電磁波主要沿空間直線傳播，稱為空間波為空間波 天波天波經(jīng)過地面經(jīng)過地面100100kmkm至至500500kmkm的電離層反射傳送到接的電離層反射傳送到接收點(diǎn)的電磁波。適用于短波。收點(diǎn)的電磁波。適用于短波。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，但頻率過高電頻率越高，吸收能量越小，但頻率過高電波會(huì)穿透電離層。故頻率只限于中短波段波會(huì)穿透電離層。故頻率只限于中短波段300300KhzKhz30Mhz30Mhz 。1.530MHz的電磁波，主要靠天空中電離層的的電磁波，主要靠天空中電離層的折射和反射傳播，稱為天波折射和反射傳播，稱為天波電離層電離層1.4 高頻電子線路的主要內(nèi)容高頻電子線路的主要內(nèi)容高頻電子線路課程的絕大部分電路都屬于非線高頻電子線路課程的絕大部分電路都屬于非線性電路，一般都用非線性電路的分析方法來分性電