高頻電路原理與分析-曾興雯課件

第1章緒論

1.1無線通信系統概述1.2信號、頻譜與調制1.3本課程的特點思考題與習題第1章緒論1.1無線通信系統概述11.1無線通信系統概述

高頻電路是通信系統,特別是無線通信系統的基礎,是無線通信設備的重要組成部分。

1.1.1無線通信系統的組成

無線通信(或稱無線電通信)的類型很多,可以根據傳輸方法、頻率范圍、用途等分類。不同的無線通信系統,其設備組成和復雜度雖然有較大差異,但它們的基本組成不變,圖1——1是無線通信系統基本組成的方框圖。圖中虛線以上部分為發(fā)送設備（發(fā)信機）,虛線以下部分為接收設備（收信機）,天線及天線開關為收發(fā)共用設備。信道為自由空間。話筒和揚聲器屬于通信的終端設備,分別為信源和信宿。1.1無線通信系統概述高頻電路2

圖1—1無線通信系統的基本組成圖1—1無線通信系統3超外差接收機的主要特點就是由頻率固定的中頻放大器來完成對接收信號的選擇和放大。當信號頻率改變時,只要相應地改變本地振蕩信號頻率即可。由上面的例子可以總結出無線通信系統的基本組成,從中也可看出高頻電路的基本內容應該包括:（1）高頻振蕩器（2）放大器（3）混頻或變頻（4）調制與解調超外差接收機的主要特點就是由頻率固定4

1.1.2無線通信系統的類型

按照無線通信系統中關鍵部分的不同特性,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。（2）按照通信方式來分類,主要有（全）雙工、半雙工和單工方式。（3）按照調制方式的不同來劃分,有調幅、調頻、調相以及混合調制等。1.1.2無線通信系統的類型5（4）按照傳送的消息的類型分類,有模擬通信和數字通信,也可以分為話音通信、圖像通信、數據通信和多媒體通信等。各種不同類型的通信系統,其系統組成和設備的復雜程度都有很大不同。但是組成設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,認識其規(guī)律。這些電路和規(guī)律完全可以推廣應用到其它類型的通信系統。

（4）按照傳送的消息的類型分類,有模61.2信號、頻譜與調制

在高頻電路中,我們要處理的無線電信號主要有三種:基帶（消息）信號、高頻載波信號和已調信號。所謂基帶信號,就是沒有進行調制之前的原始信號,也稱調制信號。1.時間特性一個無線電信號,可以將它表示為電壓或電流的時間函數,通常用時域波形或數學表達式來描述。無線電信號的時間特性就是信號隨時間變化快慢的特性。1.2信號、頻譜與調制在高頻7信號的時間特性要求傳輸該信號的電路的時間特性（如時間常數）與之相適應。

2.頻譜特性對于較復雜的信號（如話音信號、圖像信號等）,用頻譜分析法表示較為方便。

圖1—2信號分解

信號的時間特性要求傳輸該信號的電路的時間特性（如8對于周期性信號,可以表示為許多離散的頻率分量（各分量間成諧頻關系）,例如圖1—3即為圖1—2所示信號的頻譜圖;對于非周期性信號,可以用傅里葉變換的方法分解為連續(xù)譜,信號為連續(xù)譜的積分。頻譜特性包含幅頻特性和相頻特性兩部分,它們分別反映信號中各個頻率分量的振幅和相位的分布情況。任何信號都會占據一定的帶寬。從頻譜特性上看,帶寬就是信號能量主要部分（一般為90%以上）所占據的頻率范圍或頻帶寬度。

圖1—3頻譜圖對于周期性信號,可以表示為許多離散9

3.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,占據的頻率范圍很廣。在自由空間中,波長與頻率存在以下關系:

c=fλ（1—1）

3.頻率特性10圖1—4電磁波波譜

圖1—4電磁波波譜11高頻電路原理與分析-曾興雯課件12式中:c為光速,f和λ分別為無線電波的頻率和波長,因此,無線電波也可以認為是一種頻率相對較低的電磁波。對頻率或波長進行分段,分別稱為頻段或波段。不同頻段信號的產生、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用范圍也不同。

應當指出,不同頻段的信號具有不同的分析與實現方法,對于米波以上（含米波,λ≥1m）的信號通常用集總（中）參數的方法來分析與實現,而對于米波以下（λ<1m）的信號一般應用分布參數的方法來分析與實現，當然,這也是相對的。式中:c為光速,f和λ分別為無13

4.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散,接收機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,或者在大氣層中產生折射或散射等現象,從而造成到達接收機時的強度大大衰減。根據無線電波在傳播過程所發(fā)生的現象,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鍵因素是無線電信號的頻率。4.傳播特性14

圖1—5無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）散射傳播圖1—5無線15

5.調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的距離,接收天線也才能有效地接收信號。所謂調制,就是用調制信號去控制高頻載波的參數,使載波信號的某一個或幾個參數（振幅、頻率或相位）按照調制信號的規(guī)律變化。根據載波受調制參數的不同,調制分為三種基本方式,它們是振幅調制（調幅）、頻率調制（調頻）、相位調制（調相）,分別用AM、FM、PM表示，還可以有組合調制方式。5.調制特性161.3本課程的特點

高頻電子線路是在科學技術和生產實踐中發(fā)展起來的,也只有通過實踐才能得到深入的了解。因此,在學習本課程時必須要高度重視實驗環(huán)節(jié),堅持理論聯系實際,在實踐中積累豐富的經驗。隨著計算機技術和電子設計自動化（EDA技術）的發(fā)展,越來越多的高頻電子線路可以采用EDA軟件進行設計、仿真分析和電路板制作,甚至可以做電磁兼容的分析和實際環(huán)境下的仿真。因此,掌握先進的高頻電路EDA技術,也是學習高頻電子線路的一個重要內容。1.3本課程的特點高頻電子線路17思考題與習題

1.畫出無線通信收發(fā)信機的原理框圖,并說出各部分的功用。2無線通信為什么要用高頻信號？“高頻”信號指的是什么？3無線通信為什么要進行調制？如何進行調制？4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用情況如何？

思考題與習題

1.畫出無線通信收18第1章緒論

1.1無線通信系統概述1.2信號、頻譜與調制1.3本課程的特點思考題與習題第1章緒論1.1無線通信系統概述191.1無線通信系統概述

高頻電路是通信系統,特別是無線通信系統的基礎,是無線通信設備的重要組成部分。

1.1.1無線通信系統的組成

無線通信(或稱無線電通信)的類型很多,可以根據傳輸方法、頻率范圍、用途等分類。不同的無線通信系統,其設備組成和復雜度雖然有較大差異,但它們的基本組成不變,圖1——1是無線通信系統基本組成的方框圖。圖中虛線以上部分為發(fā)送設備（發(fā)信機）,虛線以下部分為接收設備（收信機）,天線及天線開關為收發(fā)共用設備。信道為自由空間。話筒和揚聲器屬于通信的終端設備,分別為信源和信宿。1.1無線通信系統概述高頻電路20

圖1—1無線通信系統的基本組成圖1—1無線通信系統21超外差接收機的主要特點就是由頻率固定的中頻放大器來完成對接收信號的選擇和放大。當信號頻率改變時,只要相應地改變本地振蕩信號頻率即可。由上面的例子可以總結出無線通信系統的基本組成,從中也可看出高頻電路的基本內容應該包括:（1）高頻振蕩器（2）放大器（3）混頻或變頻（4）調制與解調超外差接收機的主要特點就是由頻率固定22

1.1.2無線通信系統的類型

按照無線通信系統中關鍵部分的不同特性,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。（2）按照通信方式來分類,主要有（全）雙工、半雙工和單工方式。（3）按照調制方式的不同來劃分,有調幅、調頻、調相以及混合調制等。1.1.2無線通信系統的類型23（4）按照傳送的消息的類型分類,有模擬通信和數字通信,也可以分為話音通信、圖像通信、數據通信和多媒體通信等。各種不同類型的通信系統,其系統組成和設備的復雜程度都有很大不同。但是組成設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,認識其規(guī)律。這些電路和規(guī)律完全可以推廣應用到其它類型的通信系統。

（4）按照傳送的消息的類型分類,有模241.2信號、頻譜與調制

在高頻電路中,我們要處理的無線電信號主要有三種:基帶（消息）信號、高頻載波信號和已調信號。所謂基帶信號,就是沒有進行調制之前的原始信號,也稱調制信號。1.時間特性一個無線電信號,可以將它表示為電壓或電流的時間函數,通常用時域波形或數學表達式來描述。無線電信號的時間特性就是信號隨時間變化快慢的特性。1.2信號、頻譜與調制在高頻25信號的時間特性要求傳輸該信號的電路的時間特性（如時間常數）與之相適應。

2.頻譜特性對于較復雜的信號（如話音信號、圖像信號等）,用頻譜分析法表示較為方便。

圖1—2信號分解

信號的時間特性要求傳輸該信號的電路的時間特性（如26對于周期性信號,可以表示為許多離散的頻率分量（各分量間成諧頻關系）,例如圖1—3即為圖1—2所示信號的頻譜圖;對于非周期性信號,可以用傅里葉變換的方法分解為連續(xù)譜,信號為連續(xù)譜的積分。頻譜特性包含幅頻特性和相頻特性兩部分,它們分別反映信號中各個頻率分量的振幅和相位的分布情況。任何信號都會占據一定的帶寬。從頻譜特性上看,帶寬就是信號能量主要部分（一般為90%以上）所占據的頻率范圍或頻帶寬度。

圖1—3頻譜圖對于周期性信號,可以表示為許多離散27

3.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,占據的頻率范圍很廣。在自由空間中,波長與頻率存在以下關系:

c=fλ（1—1）

3.頻率特性28圖1—4電磁波波譜

圖1—4電磁波波譜29高頻電路原理與分析-曾興雯課件30式中:c為光速,f和λ分別為無線電波的頻率和波長,因此,無線電波也可以認為是一種頻率相對較低的電磁波。對頻率或波長進行分段,分別稱為頻段或波段。不同頻段信號的產生、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用范圍也不同。

應當指出,不同頻段的信號具有不同的分析與實現方法,對于米波以上（含米波,λ≥1m）的信號通常用集總（中）參數的方法來分析與實現,而對于米波以下（λ<1m）的信號一般應用分布參數的方法來分析與實現，當然,這也是相對的。式中:c為光速,f和λ分別為無31

4.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散,接收機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,或者在大氣層中產生折射或散射等現象,從而造成到達接收機時的強度大大衰減。根據無線電波在傳播過程所發(fā)生的現象,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鍵因素是無線電信號的頻率。4.傳播特性32

圖1—5無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）散射傳播圖1—5無線33

5.調制特性無線電