第一章系统基础知识课件.ppt

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1、高频电子线路高频电子线路任课教师：*教材及参考书教材及参考书教材：教材：n邹传云云.高高频电子子线路，清路，清华大学出版社，大学出版社，2012参考参考书：n曾曾兴雯、刘乃安、雯、刘乃安、陈健健.高高频电路原理与分析路原理与分析（第三版），西安（第三版），西安电子科技大学出版社，子科技大学出版社，2001n曾曾兴雯、刘乃安、雯、刘乃安、陈健健.高高频电子子线路路辅导，西安西安电子科技大学出版社，子科技大学出版社，2000一、课程的性质一、课程的性质n是是电子信息工程及通信工程子信息工程及通信工程专业的一的一门专业技技术基基础课，相关知，相关知识要求要求较高，高，难度超度超过电子技子技术基基础（

2、模（模拟部分）部分）。二、课程的主要任务二、课程的主要任务n研究高研究高频条件下条件下电子通信系子通信系统中所涉及到的中所涉及到的信号信号发送、送、传输、接收及、接收及处理全理全过程中所用程中所用到的到的电子子线路的基本原理、典型路的基本原理、典型电路和基本路和基本分析方法。分析方法。n任任务要点是要点是基本概念基本概念、基本基本电路模型路模型、基本基本数学表达式数学表达式的的“三基本三基本”学学习。课程介绍课程介绍n电子信息子信息专业学生必学生必须掌握的一掌握的一门专业基基础课程；程；n是是电路理路理论、信号与系、信号与系统、高等数学、低、高等数学、低频电子子线路等路等课程的后程的后续课程；

3、程；n在学在学习这门课程程时要注意与低要注意与低频电路理路理论的的不同分析方法和不同分析方法和实验测试的不同点。的不同点。三、课程的特点三、课程的特点n第第1章章 系统基础知识系统基础知识n第第2章章 小信号选频放大电路小信号选频放大电路n第第3章章 高频功率放大电路高频功率放大电路n第第4章章 正弦波振荡电路正弦波振荡电路n第第5章章 振幅调制、解调与混频电路振幅调制、解调与混频电路n第第6章章 角度调制与解调电路角度调制与解调电路n第第7章章 反馈控制电路反馈控制电路n第第8章章 高频电路的分布参数分析高频电路的分布参数分析n第第9章章 高频电路的集成与高频电路的集成与EDA技术简介技术简

4、介四、课程的学习内容四、课程的学习内容n强调基本概念，注重理基本概念，注重理论基基础学学习、注重、注重实际应用，突出用，突出实践性践性环节，培养技能。，培养技能。课前前预习，养成自，养成自觉学学习的好的好习惯认真听真听讲，记笔笔记课后及后及时复复习、按、按时独立完成独立完成规定作定作业善于善于讨论、思考、思考五、学习方法五、学习方法n六、教学安排六、教学安排n时间段时间段:1-16:1-16周，周，4.54.5课时课时/周周n理论授课：理论授课：6262学时学时n n实验：实验：实验：实验：1010学时学时 七七、考核方式、考核方式n考试在考试周进行，拟采取闭卷考试，满分考试在考试周进行，拟采

5、取闭卷考试，满分100100分，成绩分为三部分：分，成绩分为三部分：n卷面卷面成绩成绩 70%70%n实验实验 20%20%n平时成绩平时成绩=作业（作业（5%5%）+考勤考勤(5%)(5%)第1章 系统基础知识n1.1 无线通信系统概述n1.2 高频电路中的元器件与分析模型n1.3 系统性能指标教学要求：教学要求：1.1无线通信系统的概述n理解无线通信系统的基本组成，及各部分的功用；n掌握无线电波波段的划分（波段名称及频率范围）。无无线通信的几个概念通信的几个概念1.1无线通信系统的概述n通信:信息的交换和传递n电通信(电磁波)n有线通信:同轴电缆、双绞线、光纤n无线通信：电磁波n无线通信的

6、优点:方便、灵活无无线通信系通信系统的的类型型（1）按工作频段或传输方式分类：中波通信、短波通信、超短波通信、微波通信和卫星通信。（2）按通信方式分类：双工、半双工、单工。（3）按调制方式分类：调幅、调频、调相、混合调制。（4）按传输消息的类型分类：模拟通信、数字通信。1.1.1 无线通信系统的基本组成无无线通信系通信系统的的组成成 信息源信息源换能器能器 发送送 设备 信道信道受信者受信者换能器能器 接收接收 设备噪声源噪声源1信息源信息源信息源是指需要信息源是指需要传送的原始信息送的原始信息 2输入入换能器能器 将将发信者提供的非信者提供的非电量消息量消息(如声音、景物等如声音、景物等)变

7、换为电信号信号 3发送送设备 发送送设备主要有两大任主要有两大任务：一是：一是调制，二是放大。制，二是放大。信息源信息源换能器能器 发送送 设备 信道信道受信者受信者换能器能器 接收接收 设备噪声源噪声源4信道信道 信道是信道是连接接发、收两端的信号通道，又称、收两端的信号通道，又称传输媒介。媒介。5接收接收设备任任务是从已是从已调信号中恢复出信号中恢复出发送端相一致的基送端相一致的基带信号。信号。6输出出换能器能器 将将输出的基出的基带信号信号变换成原来形式的消息。成原来形式的消息。载波振荡高频放大调制器输出功放音频放大发射部分功能框射部分功能框图话筒高频放大混频中放滤波解调音频放大本机振荡

8、接收部分功能框接收部分功能框图音频放大器调制器激励放大输出功率放大载波振荡器天线开关高频放大混频器中频放大与滤波解调器音频放大器话筒本地振荡器扬声器变频器可有可无模模拟无无线通信系通信系统的基本的基本组成成数字无数字无线通信系通信系统的基本的基本组成成无无线电波在空波在空间传播的速度播的速度 c=3108 m/s，则高高频信号的信号的频率与其波率与其波长的关系的关系 为：=c/f ，f单位取位取Hz，单位用位用m。习惯上按上按电磁波的磁波的频率范率范围划分划分为若干个区段，若干个区段，称称为频段或波段。段或波段。1.1.2 电磁波频段的划分与应用电磁波谱电磁波谱微微波波高高频频低低频频地地波波

9、地地波波天天波波直直线传播播无无线电波的波的频段划分段划分电磁波在地面上磁波在地面上远距离距离传播的方式播的方式 直射（直射（视距）距）传播：超短波或播：超短波或频率率更高的无更高的无线电波（波（30MHz以上）；传播距离有限；架高天播距离有限；架高天线、中、中继或或卫星。星。绕射（地波）射（地波）传播：中、低播：中、低频率率（1.5MHz以下）的无的无线电波；波；传播播距离距离远且且稳定定。折射和反射（天波）折射和反射（天波）传播：短波波播：短波波段（段（1.530MHz）的无）的无线电波；波；电离离层的反射和折射，的反射和折射，传播距离播距离远（最大距离（最大距离为4000km）；）；传播

10、性播性能不能不稳定。定。电波利用电离层的折射、反射和散射作用进行传播的方式称为天波 沿沿地地球球表表面面进进行行传传播播的的电电波波传传播播模模式式称称为为地地表表面面波。波。在对流层中进行的电波传播方式称为空间波电磁波在地面上磁波在地面上远距离距离传播的方式播的方式作作业：1.1无线通信系统的概述nP28 思考与练习：第4、8题n预习：n1.2 高频电路中的元器件与分析模型教学要求：教学要求：了解高频电路中的元器件特性1.2 高频电路中的元器件与分析模型1.2 高频电路中的元器件与分析模型n无源元件主要是电阻(器)、电容(器)和电感(器)，它们都属于线性元件，在高频电路中通常起滤波、阻抗匹配

11、、旁路、耦合、去耦、移相等作用。n有源器件主要是半导体二极管、三极管和集成电路，它们本质上都属于非线性器件，在高频电路中完成信号的放大、非线性变换等功能。1.2.1 高频无源元件电阻器、电容器和电感器的高频等效模型1.2.2 高频有源器件半导体二极管伏安特性双极型晶体管的大信号E-M电路模型双极型晶体管的线性电路模型晶体管高频共发射极混合形等效电路当输出端短路后，rbe、Cbe和Cbc三者并联，此时特征频率fT和最大振荡频率fmax电流增益降至1时的频率功率增益降至1时的频率模拟乘法器模拟乘法器是一种理想的线性频谱搬移电路1.3 系统性能指标n增益、噪声、非线性、灵敏度和动态范围是描述高频电路

12、最常用的指标n接收机所能接收的最低信号电平直接受到其固有噪声的限制，而它能接收的最高电平又受到非线性失真的限制1.3.1 增益电压增益：无载电压增益(有载)电压增益当 时电压增益接近最大值在高频时，电路阻抗比直流或低频的值小，常用功率增益来量度系统的放大能力定义几种类型的功率系统吸收(输入)的功率源的额定输出功率负载消耗的功率系统的额定输出功率基于上面四种类型的功率，可以定义下面四种功率增益四种功率增益转化功率增益(传递)功率增益额定(资用)功率增益最大功率增益Gp是人们常用的功率增益，也称为工作功率增益，它表示系统实际输出功率与输入功率之比分析和计算噪声问题时，用额定功率和额定功率增益用对数

13、形式dB(分贝)值来表示比值功率增益的dB值定义电压增益的dB值定义dBm(分贝毫瓦)定义：P(dBm)=10lgP(mW)/1mWdBW(分贝瓦)定义：P(dBW)=10lgP(W)/1WdBmV(分贝微伏)定义：U(dBmV)=20lgU(mV)/1mVdBV(分贝伏)定义：U(dBV)=20lg U(V)/1V注意：两个dBm(dBmV)相减，结果为dB。dBm(dBmV)与dB之间可以加、减，结果仍为dBm(dBmV)在50系统中，功率与电压单位对应关系P1W10mW1mW0.1mW1011mW0dBW,30dBm10dBm0dBm10dBm110dBmUm 10V1.0V 0.316

14、V0.1V1mV 20dBV0dBV,120dBmV-10dBV,110dBmV100dBmV0dBmV1.3.2 噪声和噪声系数1噪声来源：电阻热噪声和半导体管噪声电阻热噪声等效电路电阻R的噪声额定功率电阻的噪声额定功率只与温度及通频带有关，而与本身阻值和负载无关(注意，实际功率是与负载有关的)。这一结论可以推广到任何无源二端网络。有源器件和系统的噪声来源比较复杂，系统设计师为了衡量其噪声性能的好坏，提出了噪声系数这一性能指标。2噪声系数噪声系数(Noise Figure，NF)定义信噪比SNR定义标准噪声系数T0=290KPnoa：输出噪声额定功率Pnia：输入噪声额定功率噪声系数表征了信

15、号通过系统后，系统内部噪声造成信噪比恶化的程度。如果系统是无噪的，相应的噪声系数为1。有噪系统的噪声系数均大于1。1.3.3 非线性失真n在由各种有源器件构成的线性放大器中，由于有源器件的特性是非线性的，在放大过程中总会产生各种各样的失真，因此，必须限制信号的大小，使失真限制在允许的范围内，才能实现线性放大。n但在诸如混频、调制和解调等频谱搬移电路中，有源器件的非线性又正是实现这些功能电路所必需的。1非线性器件的描述方法一个非线性电路系统的输入x(t)和输出y(t)可以描述成该法称为幂级数展开法其它还有解析函数和折线表示法2谐波当输入信号为x(t)=Acost时，输出信号为含输入频率的项称为“

16、基频”，高阶项n称为“谐波”(Harmonics)本 章 小 结n人们按频率或波长对电磁波进行分段，分别称为频段或波段。n不同频段电波的传播方式和能力不同，因而它们的应用范围也不同。高频适于天线辐射和无线传播。n无线通信系统由工作频率的高低可分为射频级、中频级和基带级三级电路。它们的基本功能电路包括滤波器、放大器、高频振荡器、混频或变频器和调制与解调器。n各功能电路由各种有源器件、无源元件构成。实际器件存在杂散寄生的不良电容、电感和电阻。n在小信号的条件下，常用线性电路模型(如型等效电路)来分析电路。n由于二极管和晶体管的非线性特性，会产生增益压缩、交叉调制和互相调制等一系列非线性失真。n接收机所能接收的最低信号电平受其固有噪声的限制，而它能接收的最高电平受非线性失真的限制。n应理解电路指标的各种单位和参数(dB、dBm、dBV、噪声系数的意义和计算。