高頻電路教案省公開課一等獎全國示范課微課金獎?wù)n件

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本課程特點思索題與習(xí)題

11/261.1無線通信系統(tǒng)概述

高頻電路是通信系統(tǒng),尤其是無線通信系統(tǒng)基礎(chǔ),是無線通信設(shè)備主要組成部分。

一、無線通信系統(tǒng)組成

1861年麥克斯韋理論上預(yù)言了電磁波存在，1888年赫茲經(jīng)過火花放電試驗得以證實，1896年馬可尼完成無線通信試驗，從而開始了無線通信技術(shù)。無線通信(或稱無線電通信)類型很多,能夠依據(jù)傳輸方法、頻率范圍、用途等分類。不一樣無線通信系統(tǒng),其設(shè)備組成和復(fù)雜度即使有較大差異,但它們基本組成不變,圖1-1是無線通信系統(tǒng)基本組成方框圖。圖中虛線以上部分為發(fā)送設(shè)備（發(fā)信機）,虛線以下部分為接收設(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終端設(shè)備,分別為信源和信宿。22/26

圖1—1無線通信系統(tǒng)基本組成33/26

超外差接收機主要特點就是由頻率固定中頻放大器來完成對接收信號選擇和放大；當(dāng)信號頻率改變時,只要對應(yīng)地改變當(dāng)?shù)卣袷幮盘栴l率即可。

優(yōu)點：因為中頻比載頻低多，對選頻網(wǎng)絡(luò)要求低多，輕易實現(xiàn)高增益。

不足：因為存在混頻，因而存在頻率組合干擾，且抑制干擾比較麻煩。

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由上面例子能夠總結(jié)出無線通信系統(tǒng)基本組成,從中也可看出高頻電路基本內(nèi)容應(yīng)該包含:（1）高頻振蕩器：用于產(chǎn)生載波或當(dāng)?shù)卣袷幮盘枺?）放大器：包含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）反饋控制電路：包含AGC、AFC和APC（PLL）55/26二、無線通信系統(tǒng)類型

按照無線通信系統(tǒng)中關(guān)鍵部分不一樣特征,有以下一些類型:1、按照工作頻段或傳輸伎倆分類,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)射與接收射頻（RF）頻率。射頻實際上就是“高頻”廣義語,它是指適合無線電發(fā)射和傳輸頻率。無線通信一個發(fā)展方向就是開辟更高頻段。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)制方式不一樣來劃分,有調(diào)幅、調(diào)頻、調(diào)相以及混合調(diào)制等。66/264、按照傳送消息類型分類,有模擬通信和數(shù)字通信,也能夠分為話音通信、圖像通信、數(shù)據(jù)通信和多媒體通信等。各種不一樣類型通信系統(tǒng),其系統(tǒng)組成和設(shè)備復(fù)雜程度都有很大不一樣。不過組成設(shè)備基本電路及其原理都是相同,遵從一樣規(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)律完全能夠推廣應(yīng)用到其它類型通信系統(tǒng)。

77/26一、無線電信號頻率及分段1、信號頻率及波譜任何信號都含有一定頻率或波長。我們這里所講頻率特征就是無線電信號頻率或波長。電磁波輻射波譜很寬,如圖1—4所表示。

1.2無線電信號頻譜及特征

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圖1—4電磁波波譜

99/26從上圖能夠知道，無線電波只是一個波長比較長電磁波,占據(jù)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分別為無線電波頻率和波長所以我們也能夠認(rèn)為無線電波是一個頻率相對較低電磁波。1010/262、無線電波頻（波）段劃分無線電波也能夠認(rèn)為是一個頻率相對較低電磁波。對頻率或波長進(jìn)行分段,分別稱為頻段或波段（波段劃分請見下表）。

注意：不一樣頻段信號產(chǎn)生、放大和接收方法不一樣,傳輸能力和方式也不一樣,因而其應(yīng)用范圍也不一樣。

不一樣頻段信號含有不一樣分析與實現(xiàn)方法,對于米波以上（含米波,λ≥1m）信號通慣用集總（中）參數(shù)方法來分析與實現(xiàn),而對于米波以下（λ<1m）信號普通應(yīng)用分布參數(shù)方法來分析與實現(xiàn)，當(dāng)然,這也是相正確。1111/26說明：“高頻”是一個相正確概念，上表中“高頻”是一個狹義概念，指是短波波段，其頻率范圍為3～30MHz，而廣義“高頻”指是射頻，其頻率范圍非常寬，只要電路尺寸比工作波長小得多，能夠用集中參數(shù)來分析實現(xiàn)，都能夠認(rèn)為屬于“高頻”（就當(dāng)前技術(shù)來講，“高頻”上限頻率可達(dá)3GHz）1212/26二、無線電信號特征

在高頻電路中,我們要處理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(jìn)行調(diào)制之前原始信號,也稱調(diào)制信號。1、時間特征

(1)、信號描述：一個無線電信號,能夠?qū)⑺硎緸殡妷夯螂娏鲿r間函數(shù),通慣用時域波形或數(shù)學(xué)表示式來描述。(2)、時間特征概念：無線電信號時間特征就是信號隨時間改變快慢特征。1313/262、頻譜特征對于較復(fù)雜信號（如話音信號、圖像信號等）,用頻譜分析法表示較為方便。信號頻譜特征概念：信號頻譜特征就是信號中各頻率成份特征。

圖1—2信號分解

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對于周期性信號,能夠表示為許多離散頻率分量（各分量間成諧頻關(guān)系）,比如圖1—3即為圖1—2所表示信號頻譜圖。

頻譜特征包含幅頻特征和相頻特征兩部分,它們分別反應(yīng)信號中各個頻率分量振幅和相位分布情況。任何信號都會占據(jù)一定帶寬。從頻譜特征上看,帶寬就是信號能量主要部分（普通為90%以上）所占據(jù)頻率范圍或頻帶寬度。

圖1—3頻譜圖1515/263、傳輸特征

傳輸特征：是指無線電信號傳輸方式、傳輸距離、傳輸特點等。無線電信號傳輸特征主要依據(jù)其所處頻段或波段來區(qū)分。電磁波從發(fā)射天線輻射出去后,不但電波能量會擴(kuò)散,接收機只能收到其中極小一部分,而且在傳輸過程中,電波能量會被地面、建筑物或高空電離層吸收或反射,或者在大氣層中產(chǎn)生折射或散射等現(xiàn)象,從而造成抵達(dá)接收機時強度大大衰減。依據(jù)無線電波在傳輸過程所發(fā)生現(xiàn)象,電波傳輸方式主要有直射（視距）傳輸、繞射（地波）傳輸、折射和反射（天波）傳輸及散射傳輸?shù)?如圖1—5所表示。決定傳輸方式和傳輸特點關(guān)鍵原因是無線電信號頻率。1616/26

圖1—5無線電波主要傳輸方式（a）直射傳輸;（b）地波傳輸;（c）天波傳輸;（d）散射傳輸(距地面60～600km)(距地面10～12km)(散射傳輸距離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)1717/264.調(diào)制特征無線電傳輸普通都要采取高頻（射頻）另一個原因就是高頻適于天線輻射和無線傳輸。只有當(dāng)日線尺寸能夠與信號波長相比擬時,天線輻射效率才會較高,從而以較小信號功率傳輸較遠(yuǎn)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參數(shù),使載波信號某一個或幾個參數(shù)（振幅、頻率或相位）按照調(diào)制信號規(guī)律改變。依據(jù)載波受調(diào)制參數(shù)不一樣,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，還能夠有組合調(diào)制方式。1818/261.3本課程特點

高頻電子線路是通信系統(tǒng)關(guān)鍵，《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)非常主要一門專業(yè)基礎(chǔ)課程，所以掌握高頻電子線路課程特點對于學(xué)習(xí)該課程是十分主要。1919/261、高頻電子線路特點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關(guān)鍵。2、本課程主要內(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2020/263、學(xué)習(xí)本課程需注意問題注意分析方法和過程特點：近似分析抓住各單元電路共性，洞悉各功效之間內(nèi)在聯(lián)絡(luò)。注意“分立是基礎(chǔ)，集成為重點，分立為集成服務(wù)”標(biāo)準(zhǔn)。高頻電子線路是在科學(xué)技術(shù)和生產(chǎn)實踐中發(fā)展起來,也只有經(jīng)過實踐才能得到深入了解。所以,在學(xué)習(xí)本課程時必須要高度重視試驗步驟,堅持理論聯(lián)絡(luò)實際,在實踐中積累豐富經(jīng)驗。2121/26思索題與習(xí)題

1.畫出無線通信收發(fā)信機原理框圖,并說出各部分功用。2無線通信為何要用高頻信號？“高頻”信號指是什么？3無線通信為何要進(jìn)行調(diào)制？怎樣進(jìn)行調(diào)制？

4無線電信號頻段或波段是怎樣劃分？各個頻段傳輸特征和應(yīng)用情況怎樣？2222/261－1畫出無線通信收發(fā)信機原理框圖，并說出各部分功用。

答：上圖是一個語音無線電廣播通信系統(tǒng)基本組成框圖，它由發(fā)射部分、接收部分以及無線信道三大部分組成。發(fā)射部分由話筒、音頻放大器、調(diào)制器、變頻器（不一定必須）、功率放大器和發(fā)射天線組成。2323/26低頻音頻信號經(jīng)放大后，首先進(jìn)行調(diào)制后變成一個高頻已調(diào)波，然后可經(jīng)過變頻，到達(dá)所需發(fā)射頻率，經(jīng)高頻功率放大后，由天線發(fā)射出去。接收設(shè)備由接收天線、高頻小信號放大器、混頻器、中頻放大器、解調(diào)器、音頻放大器、揚聲器等組成。由天線接收來信號，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)出原來信息，經(jīng)低頻功放放大