硕力更高频电子线路绪论.pptx

1本课程内容、特点n 内容：内容：主要是介绍通信系统中将基带信号变换主要是介绍通信系统中将基带信号变换到适于信道（无线信道）传输的到适于信道（无线信道）传输的射频信号射频信号及其及其反变换过程所需的主要反变换过程所需的主要功能电路的工作原理、功能电路的工作原理、分析方法和典型电路。分析方法和典型电路。包括：滤波器、放大器、正弦波振荡器、频率变换电包括：滤波器、放大器、正弦波振荡器、频率变换电路、调制与解调电路、（锁相环路与频率合成器）等路、调制与解调电路、（锁相环路与频率合成器）等。第1页/共32页21837年莫尔斯发明电报，创造莫尔斯电码，开创通信的新纪元。1864年英国物理学家麦克斯韦从理论上证明了电磁波的存在，为后来的无线电发明和发展奠定了坚实的理论基础。1876年贝尔发明电话，能够直接将语言信号变为电信号沿导线传送。1887年德国物理学家赫兹以卓越的实验技巧证实了电磁波是客观存在的。第2页/共32页31895年马可尼首次在几百米的距离实现电磁波通信，1901年首次完成横渡大西洋的通信。1904年，弗莱明发明电子二极管，进入无线电电子学时代。1907年李德福雷斯特发明了电子三极管，用它可组成多种重要功能的电子线路。1948年肖克莱等人发明了晶体三极管，它在许多方面已取代了电子管的传统地位。20世纪60年代开始出现将“管”、“路”结合起来的集成电路。第3页/共32页4 发展：发展：通信系统的集成化、数字化、移动化和多通信系统的集成化、数字化、移动化和多媒体化，对组成通信系统的电路提出了更高的要媒体化，对组成通信系统的电路提出了更高的要求。求。n 重点：在高频率（几十兆赫以上）电路中，目前主要还是模拟电路（模拟前端电路），且模拟电路的性能往往成为通信系统的瓶颈。第4页/共32页5教 材n高频电子线路（第二版）n 曾兴雯 主编 n 高等教育出版社 2009年第5页/共32页6n 教材原理性、工程性、实践性强，且涉及面比较宽，介绍了许多近年来较新的技术。n 内容可分为两类：基本内容和选读内容(精讲和泛讲)n 作为专业基础课，做好与专业课的衔接，拓宽思路n 课时安排：共4学分，3学分授课，1学分实验教材特点教材特点第6页/共32页7学习方法n 培养四个观点1 1、实践的观点、实践的观点:实用性，重视实验和仿真实用性，重视实验和仿真2 2、工程的观点：具体情况具体分析，合理近似、工程的观点：具体情况具体分析，合理近似3 3、系统的观点：在系统中考虑、系统的观点：在系统中考虑4 4、辩证的观点：例，非线性系统、辩证的观点：例，非线性系统 抓住基本工作原理，基本分析方法和基本电抓住基本工作原理，基本分析方法和基本电路结构，在此基础上拓展知识面，拓宽思路。路结构，在此基础上拓展知识面，拓宽思路。讨论和交流第7页/共32页8参考书 1、高频电子线路第四版 张肃文、陆兆熊编高等教育出版社2、高频电路（上、下册）清华通信教研组编 人民邮电出版社3、电子线路 非线性部分第四版 谢嘉奎编高等教育出版社第8页/共32页9n课前预习，养成自觉学习的好习惯n课上认真听讲，记笔记n课后及时复习、按时独立完成规定作业n思考、讨论，结合仿真 掌握基本要求（每部分电路的基本工作原掌握基本要求（每部分电路的基本工作原理，基本分析方法和基本电路结构）；逐步建理，基本分析方法和基本电路结构）；逐步建立系统概念；激发学习兴趣。立系统概念；激发学习兴趣。课程要求：课程要求：第9页/共32页第第1 1章章 绪绪 论论1.1 无线通信系统概述 无线通信系统的组成 无线通信系统的信号与调制 无线 通信系统的类型 无线通信系统的要求与指标 1.2 射频前端结构射频前端结构 1.3 无线信道的特性无线信道的特性第10页/共32页11通信系统的组成通信系统的组成如图（a）所示。（a）（b）有线信道通信系统有线信道通信系统1.1 无线通信系统的概述图（b）所示是两台计算机通过电话网络进行通信的例子。第11页/共32页（c）无线通信系统的基本组成第12页/共32页13通信系统的信号与调制1.无线通信中的信号 电磁波波谱C=f第13页/共32页14波段波段名称名称波长波长范围范围频率范围频率范围频段名称频段名称 主要传播方式和主要传播方式和用途用途甚长波甚长波超长波超长波长波长波中波中波短波短波 1000100km10010km101km1000100m10010m 0.33kHz330kHz 30300 kHz0.33MHz330 MHz 音频音频甚低频甚低频低频低频（LF）中频中频（MF）高频高频（HF）地波、远距离通地波、远距离通信信地波、天波、广地波、天波、广播、通信、导航播、通信、导航天波、地波、广天波、地波、广播、通信播、通信 无线电波的频（波）段划分无线电波的频（波）段划分第14页/共32页15直线传播、散射，通信、电视广播、中继与卫星通信、雷达直线传播、中继与卫星通信、雷达直线传播、微波通信、雷达特高频（UHF）超高频（SHF）极高频（EHF）0.33GHz 330GHz30300GHz 10100cm 110cm 110mm 分米波微 厘米波波 毫米波直线传播、对流层散射，通信、电视广播、调频广播、雷 达甚高频（VHF）30300MHz101m超短波（VSW）米波 第15页/共32页不同频段的信号具有不同的分析和实现方法不同频段的信号具有不同的分析和实现方法t 集中参数的方法和“路”的概念(1m)t 分布参数的方法和“场”的概念(1m)高频电路中的元件（1）长度为）长度为Z的传输线（同轴电缆）的传输线（同轴电缆）第16页/共32页（2）高频电阻）高频电阻分布电容和引线电感越小，表明电阻的高频特性越好。分布电容和引线电感越小，表明电阻的高频特性越好。一般说来，金属膜电阻比碳膜电阻的高频特性要好，而碳膜电阻比线绕电阻的高频特性要好;表面贴装(SMD)电阻比引线电阻的高频特性要好;小尺寸的电阻比大尺寸的电阻的高频特性要好。第17页/共32页（3）高频电容）高频电容 电阻RC为极间绝缘电阻，电感LC为分布电感或(和)极间电感，小容量电容器的引线电感也是其重要组成部分。电容器具有自身谐振频率SRF(Self Resonant Frequency)。当工作频率小于自身谐振频率时，电容器呈正常的电容特性，但当工作频率大于自身谐振频率时，电容器将等效为一个电感。第18页/共32页（3）高频电感）高频电感 高频电感器一般由导线绕制(空心或有磁芯、单层或多层)而成(也称电感线圈)，由于导线都有一定的直流电阻，所以高频电感器具有直流电阻R。工作频率越高，趋肤效应越强，再加上涡流损失、磁芯电感在磁介质内的磁滞损失以及由电磁辐射引起的能量损失等，都会使高频电感的等效电阻(交流电阻)大大增加。一般地，交流电阻远大于直流电阻，因此，高频电感器的电阻主要指交流电阻。第19页/共32页 但在实际中，并不直接用交流电阻来表示高频电感器的损耗性能，而是引入一个易于测量、使用方便的参数品质因数Q来表征。品质因数Q定义为高频电感器的感抗与其串联损耗电阻之比。Q值越高，表明该电感器的储能作用越强，损耗越小。在中短波段和米波波段，高频电感可等效为电感和电阻的串联或并联。若工作频率更高，电感内线圈匝与匝之间及各匝与地之间的分布电容的作用就十分明显，等效电路应考虑电感两端总的分布电容，它应与电感并联。第20页/共32页 与电容器类似，高频电感器也具有自身谐振频率SRF。在SRF上，高频电感的阻抗的幅值最大，而相角为零，如图所示。第21页/共32页无线电信号的多方面特性无线电信号的多方面特性t 时域特性t 频谱特性t 调制特性t 传播特性第22页/共32页23(a)直射传播；(b)地面绕射传播；(c)电离层反射传播；(d)对流层散射传播无线电波的主要传播方式第23页/共32页24t 天线的尺寸t 信道的复用信道的复用2.无线通信中的调制 调制在无线通信中的作用至关重要，为什么信号要调制？t 抗干扰抗干扰 所谓调制，就是用调制信号去控制高频载波的参数，使载波信号的某一个或几个参数(振幅、频率或相位)按照调制信号的规律变化。根据载波受调制参数的不同，调制分为三种基本方式，它们是振幅调制(调幅AM)、频率调制(调频FM)、相位调制(调相PM)。第24页/共32页25例如标准调幅波 SAM:为了实现中波广播可以利用调幅技术将声音基带信号搬移到中波波段的某一频率附近。第25页/共32页无线通信系统的类型(1)按照工作频段或传输手段分类，有中波通信、短波通信、超短波通信、微波通信和卫星通信等。(2)按照通信方式来分类，主要有(全)双工、半双工和单工方式。(3)按照调制方式的不同来划分，有调幅、调频、调相以及混合调制等。(4)按照传送的消息的类型分类，有模拟通信和数字通信，也可以分为话音通信、图像通信、数据通信和多媒体通信等。第26页/共32页27移动无线环境电波传播问题u多径效应只考虑直射和一次反射信号只考虑直射和一次反射信号的二维多径传播物理模型的二维多径传播物理模型建筑物位于以发射机和接收建筑物位于以发射机和接收机为焦点的椭圆上：机为焦点的椭圆上：反射信反射信号与发射信号都会达到接收号与发射信号都会达到接收机。机。城市环境下多径效应尤为突出城市环境下多径效应尤为突出1.3 无线信道的特性第27页/共32页28（1）选择性衰落 由于多径效应的存在，从发射机到达接收机信号经过了 不同的路径。不同频率的信号沿不同路径到达接收机产生 的相位移动不同。有的频率点信号增强，有的频率点信号 相互抵消。在整个频域来看，对不同频率的信号，信号衰 减不同。第28页/共32页29（2）延时扩展 由于反射波的存在，使到达接收点的信号有多个延时不同的信号（相位不同），信号在接收点产生叠加，使时域波形扩展。第29页/共32页30多卜勒效应：假设一部发射机与一部接收机之间存在着相对运动，根据“多普勒效应”原理，接收机接收到的信号频率将与发射机发出的信号频率之间产生一个差值。结论：在城市环境中，移动情况下的无线传输信道的传输特性是十分恶劣的。（3）多卜勒频移）多卜勒频移 在在高速移动高速移动情况下接收，还要考虑多卜勒频移的影响。情况下接收，还要考虑多卜勒频移的影响。第30页/共32页1.4 本课程的特点高频电子线路的最大特点即高频电子线路的最大特点即高频高频 和和非线性非线性很高频率的射频信号会产生低频信号所没有的效应：l 分布参数效应l 趋肤效应l 辐射效应在实际电路设计中考虑电磁兼容性，注意去耦、屏蔽与滤波。非线性电路的参数会随着输入信号的变化而变化l 严格的数学分析很困难l 一般采用CAD或根据实际情况简化电路模型第31页/共32页感谢您的观看！第32页/共32页