高頻電路原理與分析第1章緒論課件

第1章緒論1.1通信系統(tǒng)概述1.2信號、頻譜與調(diào)制1.3高頻電子線路的特點★思考題與習(xí)題1第1章緒論1.1通信系統(tǒng)概述1本章教學(xué)學(xué)時：1學(xué)時主要教學(xué)內(nèi)容介紹通信系統(tǒng)的組成，類型、特點，以及電磁波的波段劃分與傳播特性，應(yīng)用特點等。還要介紹信號的時間特性、頻譜特性以及調(diào)制的基本概念。教學(xué)目的：讓同學(xué)對通信系統(tǒng)有一個概念性的了解；明白無線電信號的描述方法；掌握信號特性和無線電頻段的劃分以及不同頻率的信號的傳播和應(yīng)用特點。2本章教學(xué)學(xué)時：1學(xué)時21.1通信系統(tǒng)概述1.1.1通信系統(tǒng)的組成一個通信系統(tǒng)由三大部分組成，見圖-1-1發(fā)送設(shè)備信道接收設(shè)備

將包含信息的高頻電信號發(fā)射出去將包含信息的電信號接收，并經(jīng)過處理，還原出原來的信息圖-1通信系統(tǒng)示意框圖信號傳輸介質(zhì)，當(dāng)采用電纜、光纖叫有線通信，當(dāng)采用自由空間傳送電磁波時叫無線通信。31.1通信系統(tǒng)概述發(fā)送設(shè)備信道接收設(shè)備將包含信息的高接收過程：由天線接收來的信號，經(jīng)放大后，再經(jīng)過混頻器，變成一中頻已調(diào)波，然后檢波，恢復(fù)出原來的信息，經(jīng)低頻功率放大后，推動揚(yáng)聲器。圖-1-2無線廣播通信系統(tǒng)的基本組成框圖接收設(shè)備由：天線、高頻放大器、混頻器、中頻放大器、解調(diào)器、音頻放大器、揚(yáng)聲器等組成發(fā)送過程：低頻音頻信號經(jīng)放大后，首先進(jìn)行調(diào)制后變成一個已調(diào)波，經(jīng)高頻功率放大后，由天線發(fā)射出去。音頻放大調(diào)制器變頻器激勵放大輸出放大載波振蕩器音頻放大器解調(diào)器中頻放大混頻器高頻放大天線開關(guān)本地振蕩器話筒揚(yáng)聲器發(fā)送設(shè)備由：話筒、音頻放大器、調(diào)制器、變頻器（不一定必須）、功率放大器組成。4接收過程：由天線接收來的信號，經(jīng)放大后，再經(jīng)過混頻器，變成一1.1.2無線通信的類型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。射頻實際上就是“高頻”的廣義語,它是指適合無線電發(fā)射和傳播的頻率。無線通信的一個發(fā)展方向就是開辟更高的頻段.

按照通信方式來分類,主要有單工方式、半雙工方式和（全）雙工方式?！駟喂し绞剑褐话l(fā)射或只接受●半雙工方式：可接受也可發(fā)射，但不能同時?！袢p工方式：可同時接收和發(fā)射51.1.2無線通信的類型53.按照調(diào)制方式的不同來劃分,有調(diào)幅、調(diào)頻、調(diào)相以及混合調(diào)制等?！M調(diào)制（AnalogModulation)

●調(diào)幅：AM調(diào)幅（AmplitudeModulation，縮寫為AM)雙邊帶調(diào)幅(DoublesidebandAM,縮寫為DSB)單邊帶調(diào)幅(SingleSideBandAM，縮寫為SSB)殘留單邊帶調(diào)幅(VestigialSingleSideBandAM,縮寫VSB)

●調(diào)角：調(diào)頻（FrequencyModulation,縮寫FM)調(diào)相（PhaseModulation，縮寫PM）

●混合調(diào)制63.按照調(diào)制方式的不同來劃分,有調(diào)幅、調(diào)頻、調(diào)相以及▲數(shù)字調(diào)制(DigitalModulation)

●移相鍵控(PhaseShiftKeying,簡稱PSK)

●移頻鍵控(FrequencyShiftKeying,簡稱FSK)

●振幅鍵控（AmplitudeShiftKeying,簡稱ASK4.按照傳送的消息的類型分類,有模擬通信和數(shù)字通信,也可以分為語音通信、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來研究這些基本電路,認(rèn)識其規(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)7▲數(shù)字調(diào)制(DigitalModulation)71.2信號、頻譜與調(diào)制1.高頻電路中的幾種信號▲基帶(消息)信號：就是沒有進(jìn)行調(diào)制之前的原始信號,也稱調(diào)制信號,如語音、圖像等。▲高頻載波信號：一種高頻正弦信號。▲已調(diào)波：已被基帶信號調(diào)制過的高頻載波信號2.信號的時間特性

時間特性：信號大小隨時間變化的規(guī)律。

一個無線電信號,可以將它表示為電壓或電流的時間函數(shù),通常用時域波形或數(shù)學(xué)表達(dá)式來描述。無線電信號的時間特性就是信號隨時間變化的規(guī)律。

i=Imcosωtu=a0+a1cosωt+a2cos2ωt+a3cos3ωt+……81.2信號、頻譜與調(diào)制1.高頻電路中的幾種信號8

3、頻譜特性：

信號的各諧波分量的振幅和相位隨頻率的分布，它包括幅頻特性和相頻特性。對于較復(fù)雜的信號（如話音信號、圖像信號等）,用頻譜分析法表示較為方便。如：振幅ω0ω2ω3ω4ω5ω圖1-2信號分解

圖1-3信號頻譜93、頻譜特性：振幅ω0ω24.頻率特性任何信號都具有一定的頻率或波長。我們這里所講的頻率特性就是無線電信號的頻率或波長。電磁波輻射的波譜很寬,如圖1-4所示。無線電波只是一種波長比較長的電磁波,占據(jù)的頻率范圍很廣。在自由空間中,波長與頻率存在以下關(guān)系:

c=fλ

（1-1）

其中c為光速，f為信號頻率。無線電波是波長比較長或頻率相對較低的電磁波,占據(jù)的頻率范圍很廣，頻率遠(yuǎn)低于紅外波。如果對頻率或波長分段，分別稱為頻段和波段。不同頻段的信號的產(chǎn)生、傳輸、接收等都有所不同。圖1-4和表1-1分別說明了電磁波波譜和無線電波頻段的具體劃分。104.頻率特性10圖1—4電磁波波譜11圖1—4電磁波波譜11表1-1無線電頻（波）段劃分表12表1-1無線電頻（波）段劃分表125.傳播特性

傳播特性指的是無線電信號的傳播方式、傳播距離、傳播特點等。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。電磁波從發(fā)射天線輻射出去后,不僅電波的能量會擴(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,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—5所示。決定傳播方式和傳播特點的關(guān)鍵因素是無線電信號的頻率135.傳播特性13▲地波傳播電磁波沿地球表面繞射傳播。但由于趨膚效應(yīng)，電磁波的能量會被吸收，頻率越高，能量損耗越大。因此很適合中、長波通信。圖1—5無線電波的主要傳播方式（a）地波傳播14▲地波傳播圖1—5無線電波的主要傳播方式（a）地波傳▲電離層傳播（天波)距地面60-600千米的區(qū)域稱為電離層，它對電磁波有反射與折射作用和吸收作用。頻率越高，吸收越弱，因此，太高頻率的電磁波可能穿過電離層。所以很適合中、短波通信圖1—5無線電波的主要傳播方式（b）天波傳播15▲電離層傳播（天波)圖1—5無線電波的主要傳播方式（b）▲對流層散射在距地面10—12千米范圍的大氣層稱為對流層。由于大氣揣流運(yùn)動等原因形成的不均勻性會對電磁波散射。散射具有很強(qiáng)的方向性和隨機(jī)性。散射傳播距離約為100—500千米，適合400—600MHz的頻率。既VHF和UHF波段的應(yīng)用。圖1—5無線電波的主要傳播方式（c）散射傳播16▲對流層散射圖1—5無線電波的主要傳播方式（c）散射▲直線傳播（視距傳播)適合較高頻率的電磁波的傳播，但由于視距有限因此可以通過高架天線、中繼站或通信衛(wèi)星等方法擴(kuò)大傳播距離。一般用于超短波通信和微波通信及衛(wèi)星通信。圖1—5無線電波的主要傳播方式（d）直射傳播17▲直線傳播（視距傳播)圖1—5無線電波的主要傳播方式（6.調(diào)制特性無線電傳播一般都要采用高頻（射頻）的另一個原因就是高頻適于天線輻射和無線傳播。只有當(dāng)天線的尺寸到可以與信號波長相比擬時,天線的輻射效率才會較高,從而以較小的信號功率傳播較遠(yuǎn)的距離,接收天線也才能有效地接收信號。所謂調(diào)制,就是用調(diào)制信號去控制高頻載波的參數(shù),使載波信號的某一個或幾個參數(shù)（振幅、頻率或相位）按照調(diào)制信號的規(guī)律變化。186.調(diào)制特性181.3高頻電子線路的特點1.電路處理的信號都是正弦和非正弦的高頻信號2.大部分電路都是非線性電路3.對于非線性電路，一般要采用近似和圖解方法來分析。4.本課程涉及內(nèi)容很多，對電路基礎(chǔ)、模擬電子電路、信號與系統(tǒng)分析、高等數(shù)學(xué)等要求較高，理論與實際聯(lián)系很強(qiáng)。而且對后續(xù)通信原理課程影響很大。另外在學(xué)習(xí)本課程時必須要高度重視實驗環(huán)節(jié),堅持理論聯(lián)系實際,在實踐中積累豐富的經(jīng)驗。191.3高頻電子線路的特點1.電路處理的信號都是正弦和非思考題與習(xí)題畫出無線通信收發(fā)信機(jī)的原理框圖,并說出各部分的功用。無線通信為什么要用高頻信號？“高頻”信號指的是什么？無線通信為什么要進(jìn)行調(diào)制？如何進(jìn)行調(diào)制？無線電信號的頻段或波段是如何劃分的？各個頻段的傳播特性和應(yīng)用情況如何？20思考題與習(xí)題畫出無線通信收發(fā)信機(jī)的原理框圖,并說出各部分的祝同學(xué)們精神愉快！學(xué)習(xí)進(jìn)步！同學(xué)們再見！21祝同學(xué)們21第1章緒論1.1通信系統(tǒng)概述1.2信號、頻譜與調(diào)制1.3高頻電子線路的特點★思考題與習(xí)題22第1章緒論1.1通信系統(tǒng)概述1本章教學(xué)學(xué)時：1學(xué)時主要教學(xué)內(nèi)容介紹通信系統(tǒng)的組成，類型、特點，以及電磁波的波段劃分與傳播特性，應(yīng)用特點等。還要介紹信號的時間特性、頻譜特性以及調(diào)制的基本概念。教學(xué)目的：讓同學(xué)對通信系統(tǒng)有一個概念性的了解；明白無線電信號的描述方法；掌握信號特性和無線電頻段的劃分以及不同頻率的信號的傳播和應(yīng)用特點。23本章教學(xué)學(xué)時：1學(xué)時21.1通信系統(tǒng)概述1.1.1通信系統(tǒng)的組成一個通信系統(tǒng)由三大部分組成，見圖-1-1發(fā)送設(shè)備信道接收設(shè)備

將包含信息的高頻電信號發(fā)射出去將包含信息的電信號接收，并經(jīng)過處理，還原出原來的信息圖-1通信系統(tǒng)示意框圖信號傳輸介質(zhì)，當(dāng)采用電纜、光纖叫有線通信，當(dāng)采用自由空間傳送電磁波時叫無線通信。241.1通信系統(tǒng)概述發(fā)送設(shè)備信道接收設(shè)備將包含信息的高接收過程：由天線接收來的信號，經(jīng)放大后，再經(jīng)過混頻器，變成一中頻已調(diào)波，然后檢波，恢復(fù)出原來的信息，經(jīng)低頻功率放大后，推動揚(yáng)聲器。圖-1-2無線廣播通信系統(tǒng)的基本組成框圖接收設(shè)備由：天線、高頻放大器、混頻器、中頻放大器、解調(diào)器、音頻放大器、揚(yáng)聲器等組成發(fā)送過程：低頻音頻信號經(jīng)放大后，首先進(jìn)行調(diào)制后變成一個已調(diào)波，經(jīng)高頻功率放大后，由天線發(fā)射出去。音頻放大調(diào)制器變頻器激勵放大輸出放大載波振蕩器音頻放大器解調(diào)器中頻放大混頻器高頻放大天線開關(guān)本地振蕩器話筒揚(yáng)聲器發(fā)送設(shè)備由：話筒、音頻放大器、調(diào)制器、變頻器（不一定必須）、功率放大器組成。25接收過程：由天線接收來的信號，經(jīng)放大后，再經(jīng)過混頻器，變成一1.1.2無線通信的類型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。射頻實際上就是“高頻”的廣義語,它是指適合無線電發(fā)射和傳播的頻率。無線通信的一個發(fā)展方向就是開辟更高的頻段.

按照通信方式來分類,主要有單工方式、半雙工方式和（全）雙工方式?！駟喂し绞剑褐话l(fā)射或只接受●半雙工方式：可接受也可發(fā)射，但不能同時。●全雙工方式：可同時接收和發(fā)射261.1.2無線通信的類型53.按照調(diào)制方式的不同來劃分,有調(diào)幅、調(diào)頻、調(diào)相以及混合調(diào)制等。▲模擬調(diào)制（AnalogModulation)

●調(diào)幅：AM調(diào)幅（AmplitudeModulation，縮寫為AM)雙邊帶調(diào)幅(DoublesidebandAM,縮寫為DSB)單邊帶調(diào)幅(SingleSideBandAM，縮寫為SSB)殘留單邊帶調(diào)幅(VestigialSingleSideBandAM,縮寫VSB)

●調(diào)角：調(diào)頻（FrequencyModulation,縮寫FM)調(diào)相（PhaseModulation，縮寫PM）

●混合調(diào)制273.按照調(diào)制方式的不同來劃分,有調(diào)幅、調(diào)頻、調(diào)相以及▲數(shù)字調(diào)制(DigitalModulation)

●移相鍵控(PhaseShiftKeying,簡稱PSK)

●移頻鍵控(FrequencyShiftKeying,簡稱FSK)

●振幅鍵控（AmplitudeShiftKeying,簡稱ASK4.按照傳送的消息的類型分類,有模擬通信和數(shù)字通信,也可以分為語音通信、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來研究這些基本電路,認(rèn)識其規(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)28▲數(shù)字調(diào)制(DigitalModulation)71.2信號、頻譜與調(diào)制1.高頻電路中的幾種信號▲基帶(消息)信號：就是沒有進(jìn)行調(diào)制之前的原始信號,也稱調(diào)制信號,如語音、圖像等?！哳l載波信號：一種高頻正弦信號?！颜{(diào)波：已被基帶信號調(diào)制過的高頻載波信號2.信號的時間特性

時間特性：信號大小隨時間變化的規(guī)律。

一個無線電信號,可以將它表示為電壓或電流的時間函數(shù),通常用時域波形或數(shù)學(xué)表達(dá)式來描述。無線電信號的時間特性就是信號隨時間變化的規(guī)律。

i=Imcosωtu=a0+a1cosωt+a2cos2ωt+a3cos3ωt+……291.2信號、頻譜與調(diào)制1.高頻電路中的幾種信號8

3、頻譜特性：

信號的各諧波分量的振幅和相位隨頻率的分布，它包括幅頻特性和相頻特性。對于較復(fù)雜的信號（如話音信號、圖像信號等）,用頻譜分析法表示較為方便。如：振幅ω0ω2ω3ω4ω5ω圖1-2信號分解

圖1-3信號頻譜303、頻譜特性：振幅ω0ω24.頻率特性任何信號都具有一定的頻率或波長。我們這里所講的頻率特性就是無線電信號的頻率或波長。電磁波輻射的波譜很寬,如圖1-4所示。無線電波只是一種波長比較長的電磁波,占據(jù)的頻率范圍很廣。在自由空間中,波長與頻率存在以下關(guān)系:

c=fλ

（1-1）

其中c為光速，f為信號頻率。無線電波是波長比較長或頻率相對較低的電磁波,占據(jù)的頻率范圍很廣，頻率遠(yuǎn)低于紅外波。如果對頻率或波長分段，分別稱為頻段和波段。不同頻段的信號的產(chǎn)生、傳輸、接收等都有所不同。圖1-4和表1-1分別說明了電磁波波譜和無線電波頻段的具體劃分。314.頻率特性10圖1—4電磁波波譜32圖1—4電磁波波譜11表1-1無線電頻（波）段劃分表33表1-1無線電頻（波）段劃分表125.傳播特性

傳播特性指的是無線電信號的傳播方式、傳播距離、傳播特點等。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。電磁波從發(fā)射天線輻射出去后,不僅電波的能量會擴(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,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—5所示。決定傳播方式和傳播特點的關(guān)鍵因素是無線電信號的頻率345.傳播特性13▲地波傳播電磁波沿地球表面繞射傳播。但由于趨膚效應(yīng)，電磁波的能量會被吸收，頻率越高，能量損耗越大。因此很適合中、長波通信。圖1—5無線電波的主要傳播方式（a）地波傳播35▲地波傳播圖1—5無線電波的主要傳播方式（a）地波傳▲電離層傳播（天波)距地面60-600千米的區(qū)域稱為電離層，它對電磁波有反射與折射作用和吸收作用。頻率越高，吸收越弱，因此，太高頻率的電磁波可能穿過電離層。所以很適合中、短波通信圖1—5無線電波的主要傳播方式（b）天波傳播36▲電離層傳播（天波)圖1—5無線電波的主要傳播方式（b）▲對流層散射在距地面10—12千米范圍的大氣層稱為對流層。由于大氣揣流運(yùn)動等原因形成的不均勻性會對電磁波散射。散射具有很強(qiáng)的方向性和隨機(jī)性。散射傳播距離約為100—500千米，適合400—600MHz