高頻電路原理與分析 曾興雯

1、第1章 緒論第第1章章 緒論緒論 1.1 無(wú)線通信系統(tǒng)概述無(wú)線通信系統(tǒng)概述 1.2 信號(hào)、頻譜與調(diào)制信號(hào)、頻譜與調(diào)制 1.3 本課程的特點(diǎn)本課程的特點(diǎn) 思考題與習(xí)題思考題與習(xí)題 第1章 緒論1.1 無(wú)線通信系統(tǒng)概述無(wú)線通信系統(tǒng)概述 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。 1.1.1 無(wú)線通信系統(tǒng)的組成無(wú)線通信系統(tǒng)的組成 無(wú)線通信(或稱無(wú)線電通信)的類型很多, 可以根據(jù)傳輸方法、 頻率范圍、 用途等分類。不同的無(wú)線通信系統(tǒng), 其設(shè)備組成和復(fù)雜度雖然有較大差異, 但它們的基本組成不變, 圖1 1是無(wú)線通信系統(tǒng)基本組成的方框圖。 圖中虛線以上部分為發(fā)送設(shè)備（

2、發(fā)信機(jī)）, 虛線以下部分為接收設(shè)備（收信機(jī)）, 天線及天線開關(guān)為收發(fā)共用設(shè)備。 信道為自由空間。 話筒和揚(yáng)聲器屬于通信的終端設(shè)備, 分別為信源和信宿。 第1章 緒論音頻放大器調(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 圖11 無(wú)線通信系統(tǒng)的基本組成 第1章 緒論 超外差接收機(jī)的主要特點(diǎn)就是由頻率固定的中頻放大器來(lái)完成對(duì)接收信號(hào)的選擇和放大。 當(dāng)信號(hào)頻率改變時(shí), 只要相應(yīng)地改變本地振蕩信號(hào)頻率即可。 由上面的例子可以總結(jié)出無(wú)線通信系統(tǒng)的基本組成, 從中也可看出高頻電路的基本內(nèi)容應(yīng)該包括: （1）高頻振蕩器 （2）放大器 （3

3、）混頻或變頻 （4）調(diào)制與解調(diào) 第1章 緒論 1.1.2 無(wú)線通信系統(tǒng)的類型無(wú)線通信系統(tǒng)的類型 按照無(wú)線通信系統(tǒng)中關(guān)鍵部分的不同特性, 有以下一些類型: （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。 射頻實(shí)際上就是“高頻”的廣義語(yǔ), 它是指適合無(wú)線電發(fā)射和傳播的頻率。 無(wú)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(lái)分類, 主要有（全）雙工、 半雙工和單工方式。 （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。 第1章 緒論 （4） 按照傳送

4、的消息的類型分類, 有模擬通信和數(shù)字通信, 也可以分為話音通信、 圖像通信、 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), 其系統(tǒng)組成和設(shè)備的復(fù)雜程度都有很大不同。 但是組成設(shè)備的基本電路及其原理都是相同的, 遵從同樣的規(guī)律。 本書將以模擬通信為重點(diǎn)來(lái)研究這些基本電路, 認(rèn)識(shí)其規(guī)律。 這些電路和規(guī)律完全可以推廣應(yīng)用到其它類型的通信系統(tǒng)。 第1章 緒論1.2 信號(hào)、信號(hào)、 頻譜與調(diào)制頻譜與調(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)間特性時(shí)間特性 一個(gè)無(wú)線電

5、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。 第1章 緒論 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。 信號(hào)幅度0t 圖 1 2 信號(hào)分解 第1章 緒論 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

6、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。 信號(hào)振幅0F3F5F7F9FF 圖 1 3 頻譜圖 第1章 緒論 3. 頻率特性頻率特性 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 = f （11） 第1章 緒論無(wú)線電波105紅外線1010可見光紫外線1015X射線

7、1020宇宙射線1025f/Hz/m3103310 2(3.87.8)10 7310 7310 12310 17 圖 1 4 電磁波波譜 第1章 緒論第1章 緒論 式中: c為光速, f 和分別為無(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, 1 m）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（1 m）的信號(hào)一般應(yīng)

8、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。 第1章 緒論 4. 傳播特性傳播特性 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

9、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。 第1章 緒論(a)射線(b)(c)電離層(d)對(duì)流層 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） 散射傳播第1章 緒論 5. 調(diào)制特性調(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

10、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。 第1章 緒論1.3 本課程的特點(diǎn)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, 掌握先進(jìn)的高頻電路EDA技術(shù),