高頻電子線路(第二版)課件-第一章

第1章緒論

1.1無線通信系統(tǒng)概述1.2信號、頻譜與調(diào)制1.3本課程的特點思考題與習(xí)題

1.1無線通信系統(tǒng)概述

高頻電路是通信系統(tǒng),特別是無線通信系統(tǒng)的根底,是無線通信設(shè)備的重要組成局部。一、無線通信系統(tǒng)的組成無線通信(或稱無線電通信)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,但它們的根本組成不變,圖1-1是無線通信系統(tǒng)根本組成的方框圖。圖中虛線以上局部為發(fā)送設(shè)備〔發(fā)信機〕,虛線以下局部為接收設(shè)備〔收信機〕,天線及天線開關(guān)為收發(fā)共用設(shè)備。信道為自由空間。話筒和揚聲器屬于通信的終端設(shè)備,分別為信源和信宿。圖1—1無線通信系統(tǒng)的根本組成信源信源信宿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(yīng)地改變本地振蕩信號頻率即可。優(yōu)點：由于中頻比載頻低的多，對選頻網(wǎng)絡(luò)的Q值要求低的多，容易實現(xiàn)高增益。缺乏：由于存在混頻，因而存在頻率組合干擾，且抑制干擾比較麻煩。數(shù)字中頻結(jié)構(gòu)：將混頻后的中頻信號正交數(shù)字化，然后進行數(shù)字解調(diào)。直接變換結(jié)構(gòu)：采用零中頻，如圖1-2所示。

由上面的例子可以總結(jié)出無線通信系統(tǒng)的根本組成,從中也可看出高頻電路的根本內(nèi)容應(yīng)該包括:〔1〕高頻振蕩器：用于產(chǎn)生載波或本地振蕩信號〔2〕放大器：包括小信號放大和功率放大〔3〕混頻或變頻：〔4〕調(diào)制與解調(diào)：〔5〕反響控制電路：包括AGC、AFC和APC〔PLL〕二、無線通信系統(tǒng)的類型按照無線通信系統(tǒng)中關(guān)鍵局部的不同特性,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。無線通信的一個開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(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。4、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)備的根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根本電路,認識其規(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)。

一、無線電信號的頻率及分段1、信號頻率及波譜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。

1.2無線電信號的頻譜及特性

圖1—4電磁波波譜

從上圖可以知道，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〕式中:c為光速,f和λ分別為無線電波的頻率和波長因此我們也可以認為無線電波是一種頻率相對較低的電磁波。2、無線電波的頻〔波〕段劃分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〔波段劃分請見下表〕。。注意：不同頻段信號的產(chǎn)生、放大和接收的方法不同,傳播的能力和方式也不同,因而其應(yīng)用范圍也不同。不同頻段的信號具有不同的分析與實現(xiàn)方法,對于米波以上〔含米波,λ≥1m〕的信號通常用集總〔中〕參數(shù)的方法來分析與實現(xiàn),而對于米波以下〔λ<1m〕的信號一般應(yīng)用分布參數(shù)的方法來分析與實現(xiàn)，當然,這也是相對的。說明：“高頻”是一個相對的概念，上表中的“高頻”是一個狹義的概念，指的是短波波段，其頻率范圍為3～30MHz，而廣義的“高頻”指的是射頻，其頻率范圍非常寬，只要電路尺寸比工作波長小得多，可以用集中參數(shù)來分析實現(xiàn)，都可以認為屬于“高頻”〔就目前技術(shù)來講，“高頻”的上限頻率可達3GHz〕二、無線電信號的特性在高頻電路中,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(diào)信號。所謂基帶信號,就是沒有進行調(diào)制之前的原始信號,也稱調(diào)制信號。1、時間特性(1)、信號的描述：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)表達式來描述。(2)、時間特性的概念：無線電信號的時間特性就是信號隨時間變化快慢的特性。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(shù)〕與之相適應(yīng)。2、頻譜特性對于較復(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。信號的頻譜特性的概念：信號的頻譜特性就是信號中各頻率成分的特性。

圖1—2信號分解

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(guān)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局部,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(jù)一定的帶寬。從頻譜特性上看,帶寬就是信號能量主要局部〔一般為90%以上〕所占據(jù)的頻率范圍或頻帶寬度。圖1—3頻譜圖3、傳播特性傳播特性：是指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散,接收機只能收到其中極小的一局部,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,從而造成到達接收機時的強度大大衰減。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。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(距地面60～600km)(距地面10～12km)(散射傳播距離100～500km)(適合頻率400～6000MHz)(一次反射距離約為4000km)(適合于中短波)(適合于中長波)(適合于超短波、微波)4.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。只有當天線的尺寸到可以與信號波長相比較時,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(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。根據(jù)載波受調(diào)制參數(shù)的不同,調(diào)制分為三種根本方式,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。1.3本課程的特點

高頻電子線路是通信系統(tǒng)的核心，《高頻電子線路》這門課程是通信工程、電子信息工程等電子信息類專業(yè)非常重要的一門專業(yè)根底課程，因此掌握高頻電子線路及其課程特點對于學(xué)習(xí)該課程是十分重要的。1、高頻電子線路的特點(1)高頻電子線路是由線性元件〔電阻、電容、電感等〕和非線性器件(二極管、三極管、場效應(yīng)管等)組成，其中非線性是高頻電子線路的核心。(2)非線性電路分析方法的特點。2、本課程的主要內(nèi)容高頻振蕩器、高頻放大器(小信號、功率)、高頻信號變換和處理(變頻、調(diào)制、解調(diào))等3、學(xué)習(xí)本課程需注意的問題注意分析方法和過程的特點：近似分析抓住各單元電路的共性，洞悉各功能之間的內(nèi)在聯(lián)系。注意“分立是根底，集成為重點，分立為集成效勞”的原那么。高頻電子線路是在科學(xué)技術(shù)和生產(chǎn)實踐中開展起來的,也只有通過實踐才能得到深入的了解。因此,在學(xué)習(xí)本課程時必須要高度重視實驗環(huán)節(jié)