高频电子线路课件第1章.ppt

华侨大学电子与信息工程学院电子工程系杨骁 黄炜炜xiaoyanghqu华侨大学IC设计中心主要教材高频电子线路 高等教育出版社 张肃文主编高频电子线路学习指导与题解 高等教育出版社 张肃文主编高频通信电子线路 天津理工大学 高频电子线路教研组编华侨大学IC设计中心教辅参考资料n1.沈琴非线性电子线路高等教育出版社2004年n2.谢嘉奎电子线路-非线性部分高等教育出版2000年n3.董在望通信电路原理高等教育出版2002年n4.张肃文高频电子线路高等教育出版社1993年n5.张凤言电子线路基础高等教育出版1995年n6.高吉祥高频电子线路电子工业出版社2005年n7.曾兴雯高频电子线路西安电子科技大学出版社2000华侨大学IC设计中心课程安排1.讲课54学时，实验18学时。2.考试在考试周进行，闭卷笔试形式。3.成绩=平时+实验+期末4.平时成绩=作业+出勤+随堂作业n答疑时间和地点：待定n办公地点：待定n联系方式：华侨大学IC设计中心课程特点课程特点1、电子信息与通信专业学生必须掌握的一门专业基础课程。2、它是电路理论、信号与线性系统、低频电子线路等课程的后继课程。3、在学习这门课程时要注意它与低频电路理论的不同分析方法和实验测试的不同点。华侨大学IC设计中心高频电子线路与无线通信系统电信系统：传送光或电信号的系统无线通信系统：以无线介质传送光或电信号的系统。高频电路是通信系统,特别是无线通信系统的基础,是无线通信设备的重要组成部分。各种不同类型的通信系统,其系统组成和设备的复杂程度都有很大不同。但是组成设备的基本电路及其原理都是相同的,遵从同样的规律。本课程将以模拟通信为重点来研究这些基本电路,认识其规律。这些电路和规律完全可以推广应用到其它类型的通信系统。华侨大学IC设计中心无线电通信发展史n早期萌发：n无线电电子学时代：华侨大学IC设计中心n1837年莫尔斯发明电报，创造莫尔斯电码，开创通年莫尔斯发明电报，创造莫尔斯电码，开创通信的新纪元。信的新纪元。（有线）（有线）n1864年英国物理学家麦克斯韦从理论上证明了电磁年英国物理学家麦克斯韦从理论上证明了电磁波的存在，为后来的波的存在，为后来的无线电发明和发展奠定了坚实无线电发明和发展奠定了坚实的理论基础。的理论基础。n1876年贝尔发明电话，能够直接将语言信号变为电年贝尔发明电话，能够直接将语言信号变为电信号沿导线传送。信号沿导线传送。（有线）（有线）n1887年德国物理学家赫兹以卓越的实验技巧证实了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。电磁波是客观存在的。无线电通信发展史n1895年马可尼首次在几百米的距离实现电磁波通信，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。年首次完成横渡大西洋的通信。华侨大学IC设计中心无线电通信发展史n1904年，弗莱明发明电子二极管，进入无线电电子年，弗莱明发明电子二极管，进入无线电电子学时代。学时代。n1907年李年李德德福雷斯特发明了电子三极管，用它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。可组成多种重要功能的电子线路。n1948年肖克莱等人发明了晶体三极管，它在许多方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。成为电子技术发展面已取代了电子管的传统地位。成为电子技术发展的的第二个里程碑第二个里程碑。n20世纪世纪60年代开始出现将年代开始出现将“管管”、“路路”结合起来结合起来的集成电路。的集成电路。几十年来取得了巨大的成就，成为几十年来取得了巨大的成就，成为电子技术发展的电子技术发展的第三个里程碑第三个里程碑。华侨大学IC设计中心集成电路的发展1971年，Intel发布了第一个微处理器4004，采用10微米工艺生产，仅包含2300多个晶体管，时钟频率为108KHz晶体管之父肖克莱 华侨大学IC设计中心集成电路的发展n2007年，Intel推出首款45nmCPU,双核心版本内建4.1亿个晶体管。华侨大学IC设计中心摩尔定律(ThelawofMoore)n英特尔公司创始人之一戈登摩尔提出著名的“摩尔定律”,集成电路的晶体管密度每18至24个月翻一番.其精确性一直为集成电路工业所验证1971年，Intel发布了第一个微处理器4004，2300多个晶体管2007年，45nmCPU,8.2亿个晶体管华侨大学IC设计中心后摩尔定律(MoreThanMoore)n可能在16纳米时，即20162018年左右，可以理解为即便到那时尺寸还能缩小下去(技术上可行)，但是由于经济上成本太高，自然就很少被人采用。这时摩尔定律不再正确。n由此在半导体业界诞生了MorethanMoore,业界把MorethanMoore称之为后摩尔定律。即芯片发展要注重功耗降低及性价比的提高，实际上转向更加务实的满足市场的需求。n半导体产业正面临着双重挑战：一方面，利用先进CMOS技术开发SoC的成本飞涨；另一方面，体积的继续缩小将把摩尔定律推向末路。超大规模集成电路的发展对人类进入信息社会起了不可估量的推动作用！华侨大学IC设计中心无线通信系统概述无线通信系统概述电子技术的发展推动着无线电通信技术的发展v概念电磁波：随时间变化的电场产生磁场，随时间变化的磁场产生电场，两者互为因果，形成电磁场，电磁场总是以光速向四周传播，形成电磁波。天线：在无线电设备中用来发射或接收电磁波的部件载波：用来产生高频率的交变电磁场的电流称为载波，可以利用天线向天空辐射。通常是高频正弦信号。？调制：将一种信号叠加在另外一种信号的过程称为调制。？无线电传播为什么要用高频无线电传播为什么要用高频(调制调制)？华侨大学IC设计中心天线n无线电发射机输出的射频信号功率，通过电缆输送到天线，由天线以电磁波形式辐射出去。电磁波到达接收地点后，由天线接下来并通过电缆送到无线电接收机。线是发射和接收电磁波的一个重要的无线电设备，没有天线也就没有无线电通信。n只有当天线的尺寸可以与信号波长相比拟时只有当天线的尺寸可以与信号波长相比拟时,天线的辐射天线的辐射效率才会较高效率才会较高,从而以较小的信号功率传播较远的距离从而以较小的信号功率传播较远的距离,接收天线也才能有效地接收信号。接收天线也才能有效地接收信号。无线电传播为什么要用高频原因之一无线电传播为什么要用高频原因之一n在自由空间中在自由空间中,信号的波长与频率存在以下关系信号的波长与频率存在以下关系:c=f 式中式中:c为光速为光速,f 和和分别为无线电波的频率和波长分别为无线电波的频率和波长n例如音频信号仅在例如音频信号仅在20kHz以内，对应波长为以内，对应波长为20km以上。以上。华侨大学IC设计中心调制n假设我们能够做出如此大的天线，为什么还要对发射的基波进行调制呢？无线电传播为什么要用高频原因之二无线电传播为什么要用高频原因之二n音频频率范围一般300Hz20KHz,若各发射台发射的均为同一频段的低频信号，信道中会互相重叠、干扰，接收设备也无法接收信号。n中波中波AM广播典型频率范围广播典型频率范围 535kHz1605.kHznAM广播短波典型频率范围广播短波典型频率范围 3.226.1MHznFM广播典型频率范围广播典型频率范围 87108MHz华侨大学IC设计中心无线电传播为什么要用高频无线电传播为什么要用高频？n由天线理论可知：由天线理论可知：要将无线电信号有效地发要将无线电信号有效地发射，天线的尺寸必须和电信号的波长为同一数射，天线的尺寸必须和电信号的波长为同一数量级。要能够有效的发射和接受低频信号，需量级。要能够有效的发射和接受低频信号，需要巨大的天线，这不现实。要巨大的天线，这不现实。n另外，若各发射台发射的均为同一频段的低频信号，另外，若各发射台发射的均为同一频段的低频信号，信道中会互相重叠、干扰，接收设备也无法接收信信道中会互相重叠、干扰，接收设备也无法接收信号。号。所以，无线电传播要用高频！所以，无线电传播要用高频！华侨大学IC设计中心调制调制调制就是对信号源的信息进行处理，使其变为适合于传输的过程，是通过改变高频载波的幅度、相位或者频率，使其随着基带信号幅度的变化而变化来实现的。可变的参数有3个：振幅A；频率：相角：传统模拟调制方法有三种方式：用基带信号去控制高频信号的用基带信号去控制高频信号的振幅振幅，称为称为调幅调幅 AM 频率频率，称为称为调频调频 FM 相位相位，称为称为调相调相 PM未经调制的高频振荡信号称为未经调制的高频振荡信号称为载波信号载波信号，低频电信号称为，低频电信号称为调制信号（又称基带信号调制信号（又称基带信号），经过调制的高频振荡信号称），经过调制的高频振荡信号称为为已调波信号已调波信号。华侨大学IC设计中心无线通信系统的组成无线通信系统的组成通信系统框图通信系统框图通信系统框图通信系统框图信号源信号源接收设备接收设备发送设备发送设备传输信道传输信道收信装置收信装置无线通信系统的组成n信信源源(终端)+发发送送设设备备（发信机）+天线、信道天线+接收设备接收设备（收信机）+信宿信宿(终端)。不同的无线通信系统,其设备组成和复杂度虽然有较大差异,但它们的基本组成不变。华侨大学IC设计中心无线电广播：无线电广播：调幅发射机组成调幅发射机组成调幅广播发收机的组成调幅广播发收机的组成华侨大学IC设计中心调幅接收机调幅接收机 调幅广播接收机的组成调幅广播接收机的组成华侨大学IC设计中心无线电信号的频率和波长无线电信号的频率和波长在自由空间中在自由空间中,信号的波长与频率存在以下关系信号的波长与频率存在以下关系:c=f 式中式中:c为光速为光速,f 和和分别为无线电波的频率和波长分别为无线电波的频率和波长无线通信系统使用的频率范围很宽阔，从几十千赫兹到几百兆赫兹。习惯上按电磁波的频率范围划分为若干个区段，称作频段，或波段。不同频段信号的产生、放大和接收的方法不同,传播的能力和方式也不同,因而其应用范围也不同。华侨大学IC设计中心无线电波段的划分无线电波的波段划分以及相应的传播方式和用途说明：说明：“高频高频”是一个相对的概念，上表中的是一个相对的概念，上表中的“高频高频”是一个狭义的概是一个狭义的概念，指的是短波波段，其频率范围为念，指的是短波波段，其频率范围为330MHz，而广义的，而广义的“高频高频”指的指的是射频，其频率范围非常宽，只要是射频，其频率范围非常宽，只要电路尺寸比工作波长小得多电路尺寸比工作波长小得多，都可以，都可以认为属于认为属于“高频高频”。华侨大学IC设计中心我国无线电广播系统频率范围n中波中波AM广播典型频率范围广播典型频率范围 535kHz1605.kHznAM广播短波典型频率范围广播短波典型频率范围 3.226.1MHznFM广播典型频率范围广播典型频率范围 87108MHz华侨大学IC设计中心无线电波的传播特性传播特性n无线通信的传输媒质是自由空间。无线电波的传播特性主要取决于其频率（波长）。电磁波从发射天线辐射出去之后，经过自由空间到达接收天线的传播途径可分为两大类：地波和天波。n地波地波（分为地面波和空间波）地面波：就是沿地面传播的无线电波。适用于长波和超长波。空间波：是在发射天线与接收天线间直线传播的无线电波,发射天线和接收天线较高，接收点的电磁波由直接波和地面反射波合成。适用于超短波。超长波、长波、中波，稳定可靠超短波华侨大学IC设计中心无线电波的传播特性传播特性n天波天波n经过地面100km至500km的电离层反射传送到接收点的电磁波。适用于短波。n电离层反射的特点：频率越高，吸收能量越小，但频率过高电波会穿透电离层。故频率只限于中短波段300Khz30Mhz短波华侨大学IC设计中心无线电波的传播特性总结总结波波 段段波长波长/m频率频率/MHz特特 点点说说 明明中、长波中、长波（地面波）（地面波）200 1.5沿地表沿地表传播传播大大地地表表面面是是有有电电阻阻的的导导体体，一一部部分分电电磁磁波波会会损损耗耗掉掉，频率越高，损耗越大频率越高，损耗越大短波短波（天波）（天波）10 2001.5 30靠电离靠电离层反射层反射传播传播电电磁磁波波一一部部分分被被吸吸收收，另另一一部部分分被被反反射射或或折折射射到到地地面面。频频率率越越高高，被被吸吸收收的的能能量量越越小小，但但频频率率超超过过一一定定值值，电电磁磁波波会会穿穿过过电电离离层，不再返回地面层，不再返回地面超短超短（空间波）（空间波）30沿空间沿空间直线直线传播传播地地球球表表面面是是弯弯曲曲的的，所所以以只能限制在视线范围内只能限制在视线范围内华侨大学IC设计中心思考题与习题1、无线通信为什么要用高频信号？2、什么是调制？有哪几种调制方式？3、无线通信系统发送和接收设备框图及作用？1、因为：低频信号能量较低，辐射力弱；发射低频信、因为：低频信号能量较低，辐射力弱；发射低频信号需要巨大尺寸的天线，无法实现；不同发射台的信号号需要巨大尺寸的天线，无法实现；不同发射台的信号同样的接收机无法区分，且会造成相互干扰。故无线通同样的接收机无法区分，且会造成相互干扰。故无线通信要用高频信号。信要用高频信号。2、所谓调制是将低频的基带信号加在高频振荡载波信、所谓调制是将低频的基带信号加在高频振荡载波信号上面并去控制它的参数（幅度、瞬时频率以及瞬时相号上面并去控制它的参数（幅度、瞬时频率以及瞬时相位）。有调幅、调频和调相三种调制方式。位）。有调幅、调频和调相三种调制方式。