高頻電子線路(張肅文)緒論

高頻電子線路

High-FrequencyElectronicCircuits

太原理工大學(xué)信息工程學(xué)院信息與通信工程系1課程基本情況課程名稱：高頻電子線路/非線性電子線路學(xué)時(shí)：64(56+8)先修課程：電路基礎(chǔ)信號(hào)與系統(tǒng)

模擬電子電路（低頻電子線路）后修課程：通信原理微波技術(shù)21緒論1.1

無線電通信發(fā)展簡史

1.2無線電信號(hào)傳輸原理

1.2.1傳輸信號(hào)的基本方法

1.2.2無線電信號(hào)的產(chǎn)生與發(fā)射

1.2.3無線電信號(hào)的接收

1.3通信的傳輸媒質(zhì)31.1無線電通信發(fā)展簡史1837年莫爾斯發(fā)明電報(bào)，創(chuàng)造莫爾斯電碼，開創(chuàng)通信的新紀(jì)元

1876年貝爾發(fā)明電話，能夠直接將語言信號(hào)變?yōu)殡娦盘?hào)沿導(dǎo)線傳送

1887年德國物理學(xué)家赫茲以卓越的實(shí)驗(yàn)技巧證實(shí)了電磁波是客觀存在的

1864年英國物理學(xué)家麥克斯韋從理論上證明了電磁波的存在，為后來的無線電發(fā)明和發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)

41895年馬可尼首次在幾百米的距離實(shí)現(xiàn)電磁波通信，1901年首次完成橫渡大西洋的通信。1904年，弗萊明發(fā)明電子二極管，進(jìn)入無線電電子學(xué)時(shí)代。

1907年李·德·福雷斯特發(fā)明了電子三極管，用它可組成多種重要功能的電子線路。

1948年肖克萊等人發(fā)明了晶體三極管，它在許多方面已取代了電子管的傳統(tǒng)地位。

20世紀(jì)60年代開始出現(xiàn)將“管”、“路”結(jié)合起來的集成電路。 1.1無線電通信發(fā)展簡史5通信的一般含義是從發(fā)送者到接收者之間信息的傳遞。用電信號(hào)傳輸信息的系統(tǒng)稱通信系統(tǒng)，也稱電信系統(tǒng)通信系統(tǒng)由輸入、輸出變換器，發(fā)送、接收設(shè)備和信道等組成1.2.1傳輸信號(hào)的基本方法61.2.1傳輸信號(hào)的基本方法圖1.2.3通信系統(tǒng)框圖通信系統(tǒng)是指“電通信”，包括移動(dòng)通信、電報(bào)、電話、廣播、電視、雷達(dá)、遙測(cè)、遙控等。信號(hào)源接收設(shè)備發(fā)送設(shè)備傳輸信道收信裝置7在實(shí)際的通信電子線路中傳輸?shù)氖歉鞣N電信號(hào)，為此就需要將各種形式的信息轉(zhuǎn)變成電信號(hào)常見的輸入變換器有：話筒攝像機(jī)其他各種傳感器件輸入變換器8發(fā)送設(shè)備的作用：將基帶信號(hào)變換成適合信道的傳輸特性的信號(hào)對(duì)基帶信號(hào)進(jìn)行變換的原因：基帶信號(hào)往往并不適合信道的直接傳輸發(fā)送設(shè)備9為什么要調(diào)制？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。自由空間中,波長與頻率關(guān)系:

c=λf式中:c為光速,f和λ分別為無線電波的頻率和波長從切實(shí)可行的天線出發(fā)區(qū)別不同的音頻信號(hào)可實(shí)現(xiàn)的回路帶寬10電磁波波譜11

理論和實(shí)踐證明，只有當(dāng)電信號(hào)的頻率很高，以致它的波長與天線的尺寸相近時(shí)，電信號(hào)才能有效輻射傳輸

一般基帶信號(hào)頻率很低，采用調(diào)制就可以把低頻基帶信號(hào)調(diào)制在高頻載波信號(hào)上，從而易于實(shí)現(xiàn)電信號(hào)的有效傳輸調(diào)制的基本原理12用基帶信號(hào)去改變高頻載波信號(hào)的某一參量，就可以實(shí)現(xiàn)調(diào)制。用基帶信號(hào)去改變高頻載波信號(hào)的振幅，則稱為振幅調(diào)制，簡稱調(diào)幅，用符號(hào)AM表示。用基帶信號(hào)去改變高頻載波信號(hào)的頻率，則稱為頻率調(diào)制，簡稱調(diào)頻，用符號(hào)FM表示。用基帶信號(hào)去改變高頻載波信號(hào)的相位，則稱為相位調(diào)制，簡稱調(diào)相，用符號(hào)PM表示。調(diào)制方式13接收設(shè)備的作用：接收傳送過來的信號(hào)，并進(jìn)行處理，以恢復(fù)發(fā)送端的基帶信號(hào)。對(duì)接收設(shè)備的要求：由于信號(hào)在傳輸和恢復(fù)的過程中存在著干擾和失真，接收設(shè)備要盡量減少這種失真。接收設(shè)備14收信裝置接收設(shè)備輸出的電信號(hào)變換成原來形式的信號(hào)的裝置。如：還原聲音的喇叭恢復(fù)圖象的顯象管收信裝置151.2.2無線電信號(hào)的產(chǎn)生與發(fā)射圖1.2.6正弦調(diào)幅波形將低頻信號(hào)“裝載”在高頻載波上，以利于天線發(fā)射和接收。16倍頻高頻放大調(diào)制話筒聲音發(fā)射天線圖1.2.8調(diào)幅發(fā)射機(jī)方框圖音頻放大高頻振蕩緩沖1.2.2無線電信號(hào)的產(chǎn)生與發(fā)射171.2.3無線電信號(hào)的接收?qǐng)D1.2.11超外差式接收機(jī)方框圖181.3通信的傳輸媒質(zhì)圖1.2.3通信系統(tǒng)框圖接收設(shè)備發(fā)送設(shè)備傳輸媒質(zhì)有線電視網(wǎng)廣播網(wǎng)電視機(jī)收音機(jī)局域網(wǎng)計(jì)算機(jī)1計(jì)算機(jī)2

根據(jù)傳輸媒質(zhì)的不同，分為有線通信與無線通信。191.3通信的傳輸媒質(zhì)有線通信傳輸媒質(zhì)有：雙線對(duì)電纜同軸電纜光纖（光纜）無線通信的傳輸媒質(zhì)是自由空間。201、雙絞線適用于短距離（小于100m）、1Mb/s數(shù)據(jù)率通信環(huán)境2、同軸電纜適用于距離在幾百米、帶寬小于10Mhz、碼流率小于20Mbps的通信環(huán)境有線通信信道3、光纖衰減?。ㄐ∮?db/km）、工作頻率高、信息容量大21圖1.3.1電磁波傳播的幾種方式無線通信的傳輸媒質(zhì)是自由空間。1.3通信的傳輸媒質(zhì)2223音頻射頻微波高頻電子線路的工作頻段1.3通信的傳輸媒質(zhì)24課程主要內(nèi)容處理高頻信號(hào)的功能電路高頻信號(hào)的產(chǎn)生電路（振蕩器）放大電路（高頻小信號(hào)放大器和高頻功放）變換電路（倍頻、混頻）調(diào)制和解調(diào)電路反饋控制電路（自動(dòng)增益控制、自動(dòng)頻率控制、自動(dòng)相位控制）25第1章緒論第2章選頻網(wǎng)絡(luò)第3章高頻小信號(hào)放大器第4章非線性電路、時(shí)變參量電路和變頻器第5章高頻功率放大器第6章正弦波振蕩器第7章振幅調(diào)制與解調(diào)

第8章角度調(diào)制與解調(diào)課程章節(jié)26課程特點(diǎn)功能電路都是非線性電路，用工程近似分析法、頻域分析法功能電路多，注意各電路的共性及功能之間的內(nèi)在聯(lián)系課程實(shí)踐性強(qiáng)27數(shù)字通信系統(tǒng)

傳輸數(shù)字信號(hào)的通信系統(tǒng)即數(shù)字通信系統(tǒng)，原理框圖如圖 模擬信號(hào)經(jīng)信源編碼和信道編碼變成數(shù)字基帶信號(hào)，發(fā)射機(jī)將基帶信號(hào)調(diào)制到高頻載波上經(jīng)信道傳輸?shù)浇邮斩耍邮諜C(jī)還原出數(shù)字基帶信號(hào)，經(jīng)信道解碼和信源解碼還原出模擬基帶信號(hào)。用數(shù)字基帶信號(hào)對(duì)高頻正弦載波進(jìn)行的調(diào)制稱數(shù)字調(diào)制。根據(jù)基帶信號(hào)控制載波的參數(shù)不同，數(shù)字調(diào)制通常分為與振幅鍵控調(diào)制，頻率鍵控和相位鍵控三種基本方式28數(shù)字通信系統(tǒng)振幅鍵控：(ASK:Amplitude-shiftkeying)載波振幅受基帶控制相位鍵控：(PSK:phase-shiftkeying)載波相位受基帶信號(hào)控制，當(dāng)基帶信號(hào)p(t)=1時(shí)，載波起始相位為0，當(dāng)p(t)=0時(shí)載波起始相位為

頻率鍵控：(FSK:Frequency-shiftkeying)載波頻率受基帶信號(hào)控制，當(dāng)p(t)=1時(shí)，載波頻率為f1；當(dāng)p(t)=1時(shí),載波頻率為f229數(shù)字通信系統(tǒng)

數(shù)字通信的主要優(yōu)點(diǎn)：

(1)有較強(qiáng)的抗干擾能力，通過再生中繼技術(shù)可以消除噪聲的積累，并能對(duì)信號(hào)傳輸中因干擾而產(chǎn)生的差錯(cuò)及時(shí)發(fā)現(xiàn)和糾正，從而提高了信息傳輸?shù)目煽啃浴?2)數(shù)字信號(hào)便于保密處理，易于實(shí)現(xiàn)保密通信。(3)數(shù)字信號(hào)便于計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理，使通信系統(tǒng)更加通用和靈活。(4)數(shù)字電路易于大規(guī)模集成，便于設(shè)備的微型化數(shù)字通信的缺點(diǎn)：

數(shù)字信號(hào)占據(jù)頻帶較寬，頻帶利用率低但目前采用了一些新的數(shù)字調(diào)制技術(shù)，不斷增大通信容量，提高頻率利用率，所以數(shù)字通信的發(fā)展前景廣闊。30現(xiàn)代通信系統(tǒng)

70年代以前，通信系統(tǒng)主要是模擬體制，接收機(jī)如前介紹的超外差接收機(jī)，70—80年代無線電通信實(shí)現(xiàn)了模擬→數(shù)字的大轉(zhuǎn)變，從系統(tǒng)控制（選臺(tái)調(diào)諧、音量控制，均衡控制等）到信源編碼、信道編碼，以及硬件實(shí)現(xiàn)技術(shù)都無一例外地實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化。現(xiàn)代超外差接收機(jī)可用下圖來表示，它是一個(gè)模擬與數(shù)字的混合系統(tǒng)。31現(xiàn)代通信系統(tǒng)進(jìn)入90年代后，通信界開始了一場(chǎng)新的無線電革命，即從數(shù)字化走向了軟件化，軟件無線電技術(shù)（softwareRadio）應(yīng)運(yùn)而生。支持這場(chǎng)革命的是多種技術(shù)的綜合，包括多頻段天線和RF變換寬帶A/D/A轉(zhuǎn)換，完成IF、基帶、比特流處理功能的通用可編程處理器等。軟件無線電最初目的是滿足軍用通信中不同頻段，不同信道調(diào)制方式和數(shù)據(jù)方式的各類電臺(tái)之間的聯(lián)網(wǎng)需要，因?yàn)樗梢院苋菀椎亟鉀Q各種接口標(biāo)準(zhǔn)之間的兼容問題，使得它的優(yōu)越性很快得到商用通信的青睞，并且在個(gè)人移動(dòng)通信領(lǐng)域發(fā)展迅速。軟件無線電是特指具有用軟件實(shí)現(xiàn)各種功能特點(diǎn)的無線電臺(tái)（如移動(dòng)通信中的移動(dòng)電話機(jī)、基站電臺(tái)、軍用電臺(tái)等），它主要由低成本、高性能的DSP芯片組成。規(guī)范的軟件無線電典型結(jié)構(gòu)如下圖所示。32現(xiàn)代通信系統(tǒng)33現(xiàn)代通信系統(tǒng)軟件無線電的標(biāo)志：無線通信功能是由軟件定義并完成的，這種完全的可編程能力包括可編程的射頻波段、信道接入方式、信道調(diào)制方式與糾錯(cuò)算法等，軟件無線電區(qū)別于軟件控制的數(shù)字無線電。在盡可能靠近天線的地方使用A/D/A轉(zhuǎn)換器，因?yàn)樾盘?hào)的數(shù)字化是實(shí)現(xiàn)軟件無線電的首要條件。理想軟件無線電系統(tǒng)中的A/D/A轉(zhuǎn)換器已相當(dāng)靠近天線，從而可對(duì)高頻信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化處理，這也是它與常用的數(shù)字通信系統(tǒng)的根本區(qū)別所在。34現(xiàn)代通信系統(tǒng)軟件無線電的特點(diǎn)：

具有完全的可編程性：通過安裝不同的軟件來實(shí)現(xiàn)不同的電路功能，包括工作模式，系統(tǒng)功能，擴(kuò)展業(yè)務(wù)等。

軟件無線電基于DSP技術(shù)：系統(tǒng)所需要的信號(hào)處理工作有變頻、濾波、調(diào)制解調(diào)，信道編譯碼，接口協(xié)議與信令處理，加解密、抗干擾處理，以及網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控管理。

其有很強(qiáng)的靈活性及可擴(kuò)充性：可以任意轉(zhuǎn)換信道接入方式，改變調(diào)制方式或接收不同系統(tǒng)的信號(hào)。

具有集中性：由于軟件無線電結(jié)構(gòu)具有相對(duì)集中和統(tǒng)一的硬件平臺(tái)，所以多個(gè)信道可以享有共同的射頻前端與寬帶A/D/A轉(zhuǎn)換器，從而可以獲取每一信道的相對(duì)廉價(jià)的信號(hào)處理性能。35現(xiàn)代通信系統(tǒng)

由于大規(guī)模集成電路的數(shù)字無線電和軟件無線電收發(fā)信機(jī)，其內(nèi)部的基本功能，基本原理，工作流程和電路結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)的超外式無線電收發(fā)信機(jī)并無太大差異，經(jīng)典高頻電子線路的分析方法與設(shè)計(jì)思想仍可作為現(xiàn)代無線電新技術(shù)的理論基礎(chǔ)。 而且，由于目前器件水平的限制，軟件無線電技術(shù)還基本只能在通信系統(tǒng)的基帶處理部分得到較好發(fā)揮，還必須采用與傳統(tǒng)電路結(jié)合的方式進(jìn)行系統(tǒng)研制。要超越器件水平的限制，進(jìn)行深入的理論研究，提出新的解決方案和好的算法，也需要借助于一些經(jīng)典的通信電路理論。數(shù)字通信中的很多電路功能也基本上用模擬電路實(shí)現(xiàn)。因此，本門課程中仍以基本模擬通信電子電路為主要內(nèi)容進(jìn)行分析。36樹立質(zhì)量法制觀念、提高全員質(zhì)量意識(shí)。12月-2412月-24Sunday,December8,2024人生得意須盡歡，莫使金樽空對(duì)月。11:12:5111:12:5111:1212/8/202411:12:51AM安全象只弓，不拉它就松，要想保安全，常把弓弦繃。12月-2411:12:5111:12Dec-2408-Dec-24加強(qiáng)交通建設(shè)管理，確保工程建設(shè)質(zhì)量。11:12:5111:12:5111:12Sunday,December8,2024安全在于心細(xì)，事故出在麻痹。12月-2412月-2411:12:5111:12:51December8,2024踏實(shí)肯干，努力奮斗。2024年12月8日11:12上午12月-2412月-24追求至善憑技術(shù)開拓市場(chǎng)，憑管理增創(chuàng)效益，憑服務(wù)樹立形象。08十二月202411:12:51上午11:12:5112月-24嚴(yán)格把控質(zhì)量關(guān)，讓生產(chǎn)更加有保障。十二月2411:12上午12月-2411:12December8,2024作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)記得牢，駕輕就熟除煩惱。2024/12/811:1