第一章緒論_高頻電子線路

1、高頻電子線路高頻電子線路 合肥工業(yè)大學合肥工業(yè)大學 吳永忠吳永忠高頻電子線路高頻電子線路 第一章第一章 導論導論高頻電子線路高頻電子線路 第一節(jié)第一節(jié) 高頻電子線路課程中的基礎(chǔ)知識高頻電子線路課程中的基礎(chǔ)知識一、基本概念一、基本概念二、核心概念二、核心概念三、研究對象三、研究對象四、研究范疇四、研究范疇五、研究意義五、研究意義六、無線電通信系統(tǒng)采用高頻技術(shù)的原因六、無線電通信系統(tǒng)采用高頻技術(shù)的原因七、通信系統(tǒng)的基本概念七、通信系統(tǒng)的基本概念高頻電子線路高頻電子線路 一、基本概念一、基本概念高高 頻頻：高頻是一個相對的概念，廣義高頻：高頻是一個相對的概念，廣義高頻又又稱射頻（稱射頻（Radio

2、Frequency，RF)，是指適合無，是指適合無線電發(fā)射和傳播的頻率，頻率范圍非常寬廣線電發(fā)射和傳播的頻率，頻率范圍非常寬廣俠義高頻俠義高頻：俠義高頻指的是無線電波頻段劃分表：俠義高頻指的是無線電波頻段劃分表中的中的短波短波頻段，頻率范圍頻段，頻率范圍3-30MHz 高頻電路高頻電路：高頻電波信號的產(chǎn)生、放大和接收的：高頻電波信號的產(chǎn)生、放大和接收的電子線路電子線路1.信信 道道：傳輸信號的通道：傳輸信號的通道 第一節(jié)第一節(jié) 高頻電子線路課程中的基礎(chǔ)知識高頻電子線路課程中的基礎(chǔ)知識高頻電子線路高頻電子線路 二、高頻電子技術(shù)中的核心概念二、高頻電子技術(shù)中的核心概念調(diào)制調(diào)制：采用高頻振蕩信號作為

3、運載工具，將攜帶：采用高頻振蕩信號作為運載工具，將攜帶信息的低頻信號裝載到高頻振蕩信號上的過程，信息的低頻信號裝載到高頻振蕩信號上的過程，稱為調(diào)制。調(diào)制后的信號，由天線發(fā)射出去。稱為調(diào)制。調(diào)制后的信號，由天線發(fā)射出去。解調(diào)解調(diào)：在高頻系統(tǒng)的接收端，把低頻信號從高頻：在高頻系統(tǒng)的接收端，把低頻信號從高頻振蕩信號上卸取下來的過程，稱為解調(diào)。振蕩信號上卸取下來的過程，稱為解調(diào)。載波信號載波信號：未經(jīng)調(diào)制的高頻振蕩信號。：未經(jīng)調(diào)制的高頻振蕩信號。調(diào)制信號調(diào)制信號：攜帶信息的低頻電信號。：攜帶信息的低頻電信號。已調(diào)波信號、頻帶信號已調(diào)波信號、頻帶信號：經(jīng)過調(diào)制并攜帶有低頻：經(jīng)過調(diào)制并攜帶有低頻信息的高頻

4、振蕩信號。信息的高頻振蕩信號。基帶信號基帶信號：未經(jīng)調(diào)制的低頻信號。：未經(jīng)調(diào)制的低頻信號。1.注：低頻信號可以是十幾注：低頻信號可以是十幾kHz以下的音頻信號，以下的音頻信號，也可以是幾也可以是幾MHz的視頻信號。的視頻信號。 第一節(jié)第一節(jié) 高頻電子線路課程中的基礎(chǔ)知識高頻電子線路課程中的基礎(chǔ)知識高頻電子線路高頻電子線路 三、三、研究對象研究對象 通信系統(tǒng)中的發(fā)送設(shè)備和接收設(shè)備的各種高頻通信系統(tǒng)中的發(fā)送設(shè)備和接收設(shè)備的各種高頻功能電路功能電路的功能、原理和基本組成。的功能、原理和基本組成。四、研究范疇四、研究范疇頻率范圍：本課程所討論的頻率范圍是幾百頻率范圍：本課程所討論的頻率范圍是幾百KHz

5、幾百幾百MHz工作任務(wù)：能夠完成的信號傳輸和信號變換的基工作任務(wù)：能夠完成的信號傳輸和信號變換的基本電路本電路 第一節(jié)第一節(jié) 高頻電子線路課程中的基礎(chǔ)知識高頻電子線路課程中的基礎(chǔ)知識高頻電子線路高頻電子線路 五、研究意義五、研究意義高頻電子線路是現(xiàn)代通信設(shè)備中的重要組成部分高頻電子線路是現(xiàn)代通信設(shè)備中的重要組成部分1887年，德國科學家赫茲證明了無線電波的存在；年，德國科學家赫茲證明了無線電波的存在； 1895年，意大利馬可尼完成了年，意大利馬可尼完成了30米的無線電通信試驗；米的無線電通信試驗；1920年，年，美國第一個商業(yè)廣播電臺開始播音；美國第一個商業(yè)廣播電臺開始播音；1930年，英國實

6、現(xiàn)了電視圖像和聲音同時發(fā)播；年，英國實現(xiàn)了電視圖像和聲音同時發(fā)播；1980年，無線電話；年，無線電話；1990年，年，GPS；當今，移動通信、無線局域網(wǎng)、無線通信、射頻標簽等滲當今，移動通信、無線局域網(wǎng)、無線通信、射頻標簽等滲透到生活的方方面面，成為不可或缺的工具。透到生活的方方面面，成為不可或缺的工具。1.是電子信息、通信等電子類專業(yè)的一門技術(shù)基礎(chǔ)課是電子信息、通信等電子類專業(yè)的一門技術(shù)基礎(chǔ)課程程 第一節(jié)第一節(jié) 高頻電子線路課程中的基礎(chǔ)知識高頻電子線路課程中的基礎(chǔ)知識高頻電子線路高頻電子線路 六、無線通信采用高頻技術(shù)的原因六、無線通信采用高頻技術(shù)的原因便于縮短天線的尺寸，有效發(fā)射信號便于縮短

7、天線的尺寸，有效發(fā)射信號對于無線通信系統(tǒng)，由天線理論可知，要將無線電信號對于無線通信系統(tǒng)，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為同一量級有效地發(fā)射出去，天線的尺寸必須和電信號的波長為同一量級。由原始的非電量信息轉(zhuǎn)換而成的原始電信號一般都是頻率較。由原始的非電量信息轉(zhuǎn)換而成的原始電信號一般都是頻率較低的信號，波長較長。例如，音頻信號一般都在低的信號，波長較長。例如，音頻信號一般都在20kHz以下，以下，對應(yīng)波長對應(yīng)波長15km，要制造出這樣的天線是不現(xiàn)實的。解決的方，要制造出這樣的天線是不現(xiàn)實的。解決的方法就是調(diào)制。法就是調(diào)制。便于實現(xiàn)多路通信，避免頻譜重疊

8、便于實現(xiàn)多路通信，避免頻譜重疊1.即使可以制造出大尺寸的天線，由于各個發(fā)射臺發(fā)射的即使可以制造出大尺寸的天線，由于各個發(fā)射臺發(fā)射的均為同一頻段的低頻信號，在信道中相互重疊、干擾，因此接均為同一頻段的低頻信號，在信道中相互重疊、干擾，因此接收設(shè)備無法從中選出所要接收的有用信號。低頻信號調(diào)制后，收設(shè)備無法從中選出所要接收的有用信號。低頻信號調(diào)制后，即可實現(xiàn)多路通信，避免重疊、干擾等問題。即可實現(xiàn)多路通信，避免重疊、干擾等問題。 第一節(jié)第一節(jié) 高頻電子線路課程中的基礎(chǔ)知識高頻電子線路課程中的基礎(chǔ)知識高頻電子線路高頻電子線路 七、通信系統(tǒng)七、通信系統(tǒng)通信系統(tǒng)的定義通信系統(tǒng)的定義 實現(xiàn)信息的傳輸所需的設(shè)

9、備總和稱為通信系統(tǒng)。實現(xiàn)信息的傳輸所需的設(shè)備總和稱為通信系統(tǒng)。通信系統(tǒng)的組成通信系統(tǒng)的組成 一個通信系統(tǒng)應(yīng)由輸入變換器、發(fā)送設(shè)備、傳輸信道、一個通信系統(tǒng)應(yīng)由輸入變換器、發(fā)送設(shè)備、傳輸信道、 接收設(shè)備和輸出變換器五個基本部分組成。下圖是通信接收設(shè)備和輸出變換器五個基本部分組成。下圖是通信系統(tǒng)的組成方框圖。系統(tǒng)的組成方框圖。第一節(jié)第一節(jié) 高頻電子線路課程中的基礎(chǔ)知識高頻電子線路課程中的基礎(chǔ)知識高頻電子線路高頻電子線路 通信系統(tǒng)的分類通信系統(tǒng)的分類u 按所用信道可分為：有線通信系統(tǒng)和無線通信系統(tǒng)。按所用信道可分為：有線通信系統(tǒng)和無線通信系統(tǒng)。u 按通信方式可分為：雙工、半雙工和單工方式。按通信方式可

10、分為：雙工、半雙工和單工方式。u 按傳輸?shù)幕鶐盘柨煞譃椋耗M通信系統(tǒng)和數(shù)字通信系統(tǒng)。按傳輸?shù)幕鶐盘柨煞譃椋耗M通信系統(tǒng)和數(shù)字通信系統(tǒng)。第一節(jié)第一節(jié) 高頻電子線路課程中的基礎(chǔ)知識高頻電子線路課程中的基礎(chǔ)知識高頻電子線路高頻電子線路 第二節(jié)第二節(jié) 無線電發(fā)送設(shè)備的無線電發(fā)送設(shè)備的 組成與基本原理組成與基本原理 一、無線電發(fā)送設(shè)備的原理一、無線電發(fā)送設(shè)備的原理基本任務(wù)基本任務(wù)u無線電發(fā)送是以自由空間為傳輸信道，把需要傳無線電發(fā)送是以自由空間為傳輸信道，把需要傳送的信息（聲音、文字或圖象）變換成無線電波送的信息（聲音、文字或圖象）變換成無線電波傳送到遠方的接收點。傳送到遠方的接收點。信息傳輸?shù)幕?/p>

11、要求信息傳輸?shù)幕疽?u希望傳送距離遠希望傳送距離遠1.要能實現(xiàn)多路傳輸，且各路信號傳輸時，應(yīng)互不要能實現(xiàn)多路傳輸，且各路信號傳輸時，應(yīng)互不干擾干擾高頻電子線路高頻電子線路 基帶信號直接發(fā)送存在兩個缺點基帶信號直接發(fā)送存在兩個缺點u很難實現(xiàn)多路通信。很難實現(xiàn)多路通信。u要求有很長的天線，在工藝及使用要求有很長的天線，在工藝及使用上都是很困難的。上都是很困難的。u解決的方法就是調(diào)制解決的方法就是調(diào)制基帶信號的特點基帶信號的特點u不同的原始信息占有不同的頻帶寬度。不同的原始信息占有不同的頻帶寬度。u基帶信號占有的頻帶屬于低頻范圍。基帶信號占有的頻帶屬于低頻范圍。高頻電子線路高頻電子線路 載波調(diào)制

12、傳送方式載波調(diào)制傳送方式調(diào)制的定義調(diào)制的定義載波調(diào)制是用需傳送的信息載波調(diào)制是用需傳送的信息（基帶信號）去控制高頻載波振蕩（基帶信號）去控制高頻載波振蕩信號的三參量之一，使其隨需傳送信號的三參量之一，使其隨需傳送的信息成線性關(guān)系變化。的信息成線性關(guān)系變化。調(diào)制的方式調(diào)制的方式模擬調(diào)制：模擬調(diào)制：振幅調(diào)制振幅調(diào)制(AM)、 頻率調(diào)制頻率調(diào)制(FM)、 相位調(diào)制相位調(diào)制(PM)數(shù)字調(diào)制數(shù)字調(diào)制：振幅鍵控：振幅鍵控(ASK)、 頻率鍵控頻率鍵控(FSK)、 相位鍵控相位鍵控(PSK)高頻電子線路高頻電子線路 二、無線電發(fā)送設(shè)備的組成二、無線電發(fā)送設(shè)備的組成( (以調(diào)幅廣播為例以調(diào)幅廣播為例) ) 系

13、統(tǒng)組成系統(tǒng)組成緩沖器緩沖器高高 頻頻放大器放大器 AM 調(diào)制器調(diào)制器高頻功率高頻功率放放 大大 器器高高 頻頻振蕩器振蕩器低頻低頻放大放大 器器前置前置放大放大 器器聲電聲電變換器變換器ui(t)=Uimcos(ct +)u(t)=Umcostu(t)=Ucm(1+macost) cos (ct +)高頻電路高頻電路低頻電路低頻電路傳輸線與天線電路傳輸線與天線電路高頻電子線路高頻電子線路 信息傳輸?shù)倪^程信息傳輸?shù)倪^程u 主振器產(chǎn)生的高頻振蕩信號經(jīng)緩沖或倍頻主振器產(chǎn)生的高頻振蕩信號經(jīng)緩沖或倍頻, ,并通過高并通過高頻電壓放大后作為高頻載波電壓送給振幅調(diào)制器。頻電壓放大后作為高頻載波電壓送給振幅調(diào)

14、制器。u 聲音信號由聲電變換器轉(zhuǎn)換為電信號聲音信號由聲電變換器轉(zhuǎn)換為電信號(基帶信號基帶信號)，經(jīng)過放大后送給低頻放大器。經(jīng)過放大后送給低頻放大器。u 調(diào)制器將送來的高頻載波信號和基帶信號進行調(diào)制調(diào)制器將送來的高頻載波信號和基帶信號進行調(diào)制, 產(chǎn)生調(diào)幅波產(chǎn)生調(diào)幅波,通過高頻功率放大、經(jīng)天線以電磁波形通過高頻功率放大、經(jīng)天線以電磁波形式輻射出去。式輻射出去。高頻電子線路高頻電子線路 第三節(jié)第三節(jié) 無線電接收設(shè)備的組成與基本原理無線電接收設(shè)備的組成與基本原理 基本概念基本概念：無線電接收過程正好和發(fā)送過程相反，它：無線電接收過程正好和發(fā)送過程相反，它的基本任務(wù)是將通過天空傳來的電磁波接收下來，并的

15、基本任務(wù)是將通過天空傳來的電磁波接收下來，并從中取出需要接收的信息信號。從中取出需要接收的信息信號。功能：功能：選頻；干擾抑制；信號放大；解調(diào)選頻；干擾抑制；信號放大；解調(diào)解調(diào)解調(diào)：解調(diào)是調(diào)制的逆過程。即從已調(diào)波中恢復(fù)出原：解調(diào)是調(diào)制的逆過程。即從已調(diào)波中恢復(fù)出原基帶信號的過程。和模擬調(diào)制相對應(yīng)，也分為三種：基帶信號的過程。和模擬調(diào)制相對應(yīng)，也分為三種：檢波、鑒頻和鑒相。檢波、鑒頻和鑒相。 一、無線電接收設(shè)備的原理一、無線電接收設(shè)備的原理高頻電子線路高頻電子線路 選選 頻頻電電 路路檢波器檢波器最簡單的接收機方框圖最簡單的接收機方框圖特點：特點：電路簡單電路簡單接收靈敏度太差，選擇性也差，很少

16、直接采用接收靈敏度太差，選擇性也差，很少直接采用。天線電路天線電路高頻電路高頻電路低頻電路低頻電路二、直接檢波式接收機二、直接檢波式接收機高頻電子線路高頻電子線路 特點：特點： 靈敏度較高，輸出功率也較大，特別適用于固定頻率的接收。靈敏度較高，輸出功率也較大，特別適用于固定頻率的接收。 在用于多個電臺接收時，其調(diào)諧比較復(fù)雜。在用于多個電臺接收時，其調(diào)諧比較復(fù)雜。 高頻小信號放大器的整個接收頻帶內(nèi)，頻率高端的放大倍數(shù)比低端要低高頻小信號放大器的整個接收頻帶內(nèi)，頻率高端的放大倍數(shù)比低端要低天線電路天線電路三、直接放大式接收機三、直接放大式接收機選頻選頻電路電路檢波器檢波器高頻高頻放大器放大器低頻電

17、低頻電壓放大器壓放大器低頻功低頻功率放大器率放大器直接放大式接收機直接放大式接收機高頻電路高頻電路低頻電路低頻電路高頻電子線路高頻電子線路 四、超外差接收機四、超外差接收機( (以調(diào)幅廣播為例以調(diào)幅廣播為例) ) 混混頻頻中頻中頻放大放大檢檢 波波 低頻電低頻電壓放大壓放大低頻功低頻功率放大率放大本機本機振蕩振蕩高頻小高頻小信號放信號放大大原理與組成框圖原理與組成框圖fcfI = fc -fLfL超外差式用混頻、本機振蕩器、中頻放超外差式用混頻、本機振蕩器、中頻放大器代替了直接放大式的高頻放大器。大器代替了直接放大式的高頻放大器。高頻電子線路高頻電子線路 混頻器的作用混頻器的作用高頻電子線路高

18、頻電子線路 主要特點主要特點u超外差接收機由于有固定頻率的中頻放大器，它不僅可以實現(xiàn)較超外差接收機由于有固定頻率的中頻放大器，它不僅可以實現(xiàn)較高的放大倍數(shù)，而且選擇性也很容易得到滿足。高的放大倍數(shù)，而且選擇性也很容易得到滿足。u可以同時兼顧高靈敏度與高選擇性?？梢酝瑫r兼顧高靈敏度與高選擇性。u電路比較復(fù)雜，且存在一定的干擾。電路比較復(fù)雜，且存在一定的干擾?；祛l（變頻）的原因混頻（變頻）的原因u直接放大式接收機中，要求高頻放大器帶寬較寬（如中波調(diào)幅廣播直接放大式接收機中，要求高頻放大器帶寬較寬（如中波調(diào)幅廣播535Hz1605kHz），），而放大器難以做到在整個帶寬內(nèi)放大效果均而放大器難以做到在

19、整個帶寬內(nèi)放大效果均理想；中頻放大器的中心頻率理想；中頻放大器的中心頻率fI不變，故整個接受范圍內(nèi)，效果均不變，故整個接受范圍內(nèi)，效果均比較理想。比較理想。u當放大倍數(shù)要求高時，需要多級放大器，但直接放大式接收機中多當放大倍數(shù)要求高時，需要多級放大器，但直接放大式接收機中多級串聯(lián)會影響帶寬。級串聯(lián)會影響帶寬。u 例：收音機例：收音機 AM： fI =455kHz，F(xiàn)M： fI =10.7MH 電視機圖象：電視機圖象： fI =58.75MHz 高頻電子線路高頻電子線路 第四節(jié)第四節(jié) 無線信道及傳播方式無線信道及傳播方式無線信道無線信道: 自由空間、地球表面、海水自由空間、地球表面、海水傳播方式

20、傳播方式：不同信道有不同的傳輸方式，相同的不同信道有不同的傳輸方式，相同的媒介對于不同頻率的信號，傳輸方式也不同。媒介對于不同頻率的信號，傳輸方式也不同。例如：在自由空間媒介里，不同頻率的電磁波卻有著不同的傳播方式高頻電子線路高頻電子線路 一、電磁波頻段的劃分一、電磁波頻段的劃分高頻電子線路高頻電子線路 二、二、無線電波的頻段劃分無線電波的頻段劃分高頻電子線路高頻電子線路 n特點：傳播性能穩(wěn)定可靠，但由于地面不是理想的導體有能量特點：傳播性能穩(wěn)定可靠，但由于地面不是理想的導體有能量的損耗。主要用于長距離通信、導航和廣播。的損耗。主要用于長距離通信、導航和廣播。 三、無線電波主要傳播方式三、無線

21、電波主要傳播方式電波沿著地球彎曲表面?zhèn)鞑?，示意圖如圖所示電波沿著地球彎曲表面?zhèn)鞑ィ疽鈭D如圖所示繞射傳播（地波）繞射傳播（地波）地波（繞射）傳播地波（繞射）傳播 天波（反射和折射）傳播天波（反射和折射）傳播 直線（視距）傳播直線（視距）傳播電波在無線信道中傳播電波在無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：適合頻率適合頻率f：1.5MHz以下以下(為為200m以上以上)的中長波的中長波。高頻電子線路高頻電子線路 n特點：特點：電離層的特性受多種因素的影響，因此通信的穩(wěn)定性電離層的特性受多種因素的影響，因此通信的穩(wěn)定性較差，但傳播距離遠。主要用于廣播、船舶通信、和飛行通較差，但傳

22、播距離遠。主要用于廣播、船舶通信、和飛行通信。信。利用電離層的折射和反射來實現(xiàn)傳播，示意圖如圖所示。利用電離層的折射和反射來實現(xiàn)傳播，示意圖如圖所示。電離層電離層折射和反射傳播（天波）折射和反射傳播（天波）n適合頻率適合頻率f： 1.5MHz30MHz（10m200m)的短波的短波高頻電子線路高頻電子線路 電波從發(fā)射天線發(fā)出，沿直線傳播到接收天線，如圖所示波從發(fā)射天線發(fā)出，沿直線傳播到接收天線，如圖所示。 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） 增高天線可以提高直線傳播的距離。直線傳播（空間波）直線傳播（空間波）適合頻率適合頻率f：30MHz以上以上(波長波長為為10m以下以下) 的超短波的超短波。高頻電子線路高頻電子線路 通信衛(wèi)星高頻電子線路高頻電子線路 u 決定無線電波傳播方式的關(guān)鍵是無線電信號的頻決定無線電波傳播方式的關(guān)鍵是無線電信號的頻率（波長）；率（波長）；u 長波信號以地波傳播為主；長波信號以地波傳播為主；u 中波和短波信號可以用地波和天波兩種方式傳播，中波和短波信號可以用地波和天波兩種方式傳播，而中波以地波為主，