高频电子线路第1章--绪论概要优秀PPT.ppt

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1、高频电子线路高频电子线路A西安理工高校西安理工高校 自动化与信息工程学院自动化与信息工程学院2012.84/3/20231课时支配1、理论课：、理论课：52学时。学时。第第1章章 绪论绪论 2学时学时 第第2章章 高频电路基础高频电路基础 6学时学时 第第3章章 高频谐振放大器高频谐振放大器 8学时学时 第第4章章 正弦波振荡器正弦波振荡器 10学时学时 第第5章章 频谱线性搬移电路频谱线性搬移电路 8学时学时 第第6章章 振幅调制、解调及混频振幅调制、解调及混频 10学时学时 第第7章章 角度调制与解调角度调制与解调 8学时学时2、试验课：、试验课：12学时，共学时，共4个试验。个试验。(1

2、).高频谐振功率放大器高频谐振功率放大器 3学时学时 (2).高频高频LC、压控及晶体振荡器、压控及晶体振荡器 3学时学时 (3).模拟乘法器模拟乘法器 4学时学时 (4).相位鉴频器相位鉴频器 2学时学时4/3/20232第第1章章 绪论绪论 无线通信系统概述无线通信系统概述 无线电信号与调制无线电信号与调制 本课程的特点本课程的特点 4/3/20233一、无线通信系统概述一、无线通信系统概述 1、无线通信系统的组成、无线通信系统的组成(1).电信与无线通信电信与无线通信无线通信简史：无线通信简史：1861年年Maxwell理论上证明电磁波的存在，理论上证明电磁波的存在，1888年年Hert

3、z试验证明电磁波的存在，试验证明电磁波的存在，1896年年Marconi进进行无线通信试验，从今无线通信技术逐步走向成熟。行无线通信试验，从今无线通信技术逐步走向成熟。通信的目的和任务：传递消息。通信的目的和任务：传递消息。消息传递的方法：现代通信系统中信息通常以电消息传递的方法：现代通信系统中信息通常以电(或光或光)的形的形式出现，所以通信又被称为电信。传输电信号的媒质可式出现，所以通信又被称为电信。传输电信号的媒质可以是有线的，也可以是无线的，而无线形式最能体现高以是有线的，也可以是无线的，而无线形式最能体现高频电路的应用。频电路的应用。4/3/20234(2).典型无线通信系统的基本组成

4、典型无线通信系统的基本组成传统的超外差传统的超外差(Super Heterodyne)接收机结构：所谓超外差就接收机结构：所谓超外差就是在高频选频放大后，经过下混频，取出中频进行放大和其它是在高频选频放大后，经过下混频，取出中频进行放大和其它处理，然后解调。优点是可以获得中学频增益和较强的滤波实处理，然后解调。优点是可以获得中学频增益和较强的滤波实力，缺点是混频会形成很多组合频率干扰，特殊是镜像干扰。力，缺点是混频会形成很多组合频率干扰，特殊是镜像干扰。4/3/20235现代接收机结构：接受软件无线电现代接收机结构：接受软件无线电(Software Radio)思想，有思想，有两种形式：数字中

5、频两种形式：数字中频(DigitalIF)结构和干脆变换结构和干脆变换(Direct Conversion)结构。结构。数字中频数字中频(DigitalIF)结构：对中频信号进行正交数字化，解调结构：对中频信号进行正交数字化，解调在数字域完成。优点是可以共享在数字域完成。优点是可以共享RF/IF模块，敏捷便利便于产模块，敏捷便利便于产品集成和小型化，缺点是对于宽带通信须要高速品集成和小型化，缺点是对于宽带通信须要高速A/D 器件和数器件和数字处理芯片。字处理芯片。干脆变换干脆变换(Direct Conversion)结构：与结构：与DigitalIF类似，但是让类似，但是让中频频率为零，所以又

6、称零中频中频频率为零，所以又称零中频(ZeroIF)结构。优点是不存在结构。优点是不存在镜频干扰，不须要中频滤波，降低镜频干扰，不须要中频滤波，降低A/D速率等。缺点是增益低，速率等。缺点是增益低，存在本振泄露、直流偏移以及两支路的平衡与匹配问题。存在本振泄露、直流偏移以及两支路的平衡与匹配问题。随着随着A/D转换速度和转换速度和DSP处理速度的提高，处理速度的提高，A/D变换的位置变换的位置逐步向天线靠近，这是软件无线电接收机的发展目标。逐步向天线靠近，这是软件无线电接收机的发展目标。4/3/20236高频电路的基本内容：高频电路的基本内容：高频振荡器：为发信机产生载波信号，为收信机产高频振

7、荡器：为发信机产生载波信号，为收信机产生本地载波信号；生本地载波信号；高频放大器：包括高频小信号放大器和高频功率放高频放大器：包括高频小信号放大器和高频功率放大器；大器；混频器或变频器：对高频信号进行频率变换；混频器或变频器：对高频信号进行频率变换；调制器和解调器：高频信号的变换或处理。调制器和解调器：高频信号的变换或处理。其它协助电路：自动增益限制电路其它协助电路：自动增益限制电路(AGC)或自动电或自动电平限制电路平限制电路(ALC)，自动频率限制电路，自动频率限制电路(AFC)，自动，自动相位限制电路相位限制电路(APC)(又叫锁相环又叫锁相环PLL)。4/3/20237依据工作频段分类

8、：中波通信、短波通信、超短波通依据工作频段分类：中波通信、短波通信、超短波通信、微波通信和卫星通信等。工作频率指的是发送和接信、微波通信和卫星通信等。工作频率指的是发送和接收的射频收的射频(RF)载波频率。载波频率。依据通信方式分类：全双工通信、半双工通信和单工依据通信方式分类：全双工通信、半双工通信和单工通信。通信。依据调制方式分类：调幅通信、调频通信、调相通信依据调制方式分类：调幅通信、调频通信、调相通信和混合调制通信。和混合调制通信。依据消息类型来分类：模拟通信和数字通信。依据消息类型来分类：模拟通信和数字通信。高频电路主要探讨模拟通信中的基本电路。高频电路主要探讨模拟通信中的基本电路。

9、2、无线通信系统的分类、无线通信系统的分类 4/3/202381.电磁波谱与无线电频段划分电磁波谱与无线电频段划分自然界中的电磁波波谱：自然界中的电磁波波谱：0Hz1030Hz，很宽。无线通信中的电磁波波谱：无线通信中的电磁波波谱：30kHz-300GHz(波长为1mm-104m)，属于电磁波一部分、频率较低。频率频率f和波长和波长的关系的关系：c=f，c=3108m/s为光速。二、无线电信号与调制二、无线电信号与调制4/3/20239无线电波频无线电波频(波波)段划分：段划分：4/3/202310无线电信号分类：高频电路处理的无线电信号包括：无线电信号分类：高频电路处理的无线电信号包括：基带

10、基带(消息消息)信号、高频载波信号和已调波信号。信号、高频载波信号和已调波信号。基带信号：没有进行调制之前的原始信号，又称调制基带信号：没有进行调制之前的原始信号，又称调制信号。信号。高频载波信号：单一频率的正弦信号，用来进行调制高频载波信号：单一频率的正弦信号，用来进行调制和解调，由正弦波振荡器或频率合成器产生。和解调，由正弦波振荡器或频率合成器产生。已调波信号：调制信号对载波信号进行调制后的信号。已调波信号：调制信号对载波信号进行调制后的信号。说明：基带信号通常为低频信号，而我们要探讨的高说明：基带信号通常为低频信号，而我们要探讨的高频信号指的是高频载波信号和已调波信号。频信号指的是高频载

11、波信号和已调波信号。4/3/202311 无线电信号的特性包括时间特性、频谱特性、传播特性、调制特性。(1)、时间特性：是指信号随时间变更快慢的特性，通常用时域波形或数学表达式来描述。时间特性要求：传输信号的电路的时间特性与该信号的时间特性相一样。(2)、频谱特性：任何信号都可以分解为多个不同频率、不同幅度的正弦信号之和，谐波次数越高，对应的幅度越小。2.无线电信号的特性无线电信号的特性4/3/202312信号的带宽：由于谐波次数越高，幅度越小，因此在信号的带宽：由于谐波次数越高，幅度越小，因此在工程中只考虑占信号能量工程中只考虑占信号能量90%的频谱重量，并将这的频谱重量，并将这部分频谱重量

12、所占的频带定义为信号的带宽。部分频谱重量所占的频带定义为信号的带宽。频谱图频谱图：例：语音和图象信号的带宽分别为4kHz、6MHz。说明：无线电通信所运用的射频频率越高，可利用的带宽也就越宽。这也是无线通信接受高频的缘由之一。4/3/202313(3)、传播特性：指的是无线电信号的传播方式、传播距离和、传播特性：指的是无线电信号的传播方式、传播距离和传播特点等。不同频段的无线电信号传播特性也不一样。传播特点等。不同频段的无线电信号传播特性也不一样。为了更好地理解，先介绍对流层和电离层的概念。为了更好地理解，先介绍对流层和电离层的概念。对流层对流层(Troposphere)：在离地面：在离地面1

13、012公里地球大气层区域，公里地球大气层区域，大气密度较高，全部大气现象大气密度较高，全部大气现象(比如风雨雷电等比如风雨雷电等)都在该区域产都在该区域产生，该区域称为对流层。对流层的不匀整性导致电磁波的散射生，该区域称为对流层。对流层的不匀整性导致电磁波的散射传播。散射传播距离传播。散射传播距离100500km，适合频率，适合频率4006000MHz。电离层电离层(Ionosphere)：在距离地面：在距离地面60600公里处，空气比较淡公里处，空气比较淡薄，太阳和各种宇宙辐射的作用已经很猛烈，从而使空气产生薄，太阳和各种宇宙辐射的作用已经很猛烈，从而使空气产生电离。由于被电离的空气是按电离

14、密度成层分布的，所以称为电离。由于被电离的空气是按电离密度成层分布的，所以称为电离层。电离层由低到高分为电离层。电离层由低到高分为D、E、F1、F2四层，四层，D层和层和F1层在夜晚消逝，常常存在的是层在夜晚消逝，常常存在的是E层和层和F2层。电离层对电磁波有层。电离层对电磁波有吸取作用，频率越高，吸取实力越弱，穿透实力越强。对于短吸取作用，频率越高，吸取实力越弱，穿透实力越强。对于短波信号，波信号，D、E为吸取层，为吸取层，F2层为反射层。层为反射层。F2层的高度为层的高度为250 300km，一次反射的传播距离为，一次反射的传播距离为4000km。4/3/202314无线电波的传播方式：无

15、线电波的传播方式：可以分为以下四种。4/3/202315不同波段的无线电信号的传播方式：不同波段的无线电信号的传播方式：l 长波信号：波长较长，以地波的方式绕射传播很远，而且比较长波信号：波长较长，以地波的方式绕射传播很远，而且比较稳定；稳定；l 中波信号：以地波和天波中波信号：以地波和天波(电离层反射与折射电离层反射与折射)方式传播，但以方式传播，但以地波为主；地波为主；l 短波信号：短波信号的远距离传播主要靠电离层的反射和折射短波信号：短波信号的远距离传播主要靠电离层的反射和折射(天波传播天波传播)，但电离层的状态随着时间变更，所以短波通信是不，但电离层的状态随着时间变更，所以短波通信是不

16、稳定的，也可以靠对流层散射传播，对流层散射传播更不稳定；稳定的，也可以靠对流层散射传播，对流层散射传播更不稳定；l 超短波信号：可以是视距传播，也可以接受对流层散射的传播超短波信号：可以是视距传播，也可以接受对流层散射的传播方式，但以视距传播为主；方式，但以视距传播为主；l 微波信号：只能视距传播。微波信号：只能视距传播。4/3/202316l调制的目的：只有当天线的尺寸可以与信号的波长接近调制的目的：只有当天线的尺寸可以与信号的波长接近时，天线的辐射效率最高。因此无线通信中要把低频的时，天线的辐射效率最高。因此无线通信中要把低频的调制信号调制到较高的载波频率上。调制信号调制到较高的载波频率上

17、。l调制的概念：就是用调制信号去限制高频载波的参数调制的概念：就是用调制信号去限制高频载波的参数(包包括幅度、频率和相位括幅度、频率和相位)，使载波信号的一个或多个参数依，使载波信号的一个或多个参数依据调制信号的规律变更。据调制信号的规律变更。l基本调制方式：振幅调制基本调制方式：振幅调制(调幅调幅)、频率调制、频率调制(调频调频)、相位、相位调制调制(调相调相)，可以分别用，可以分别用AM、FM、PM表示。若调制信表示。若调制信号为数字信号时，调制又称为键控，三种键控方式分别号为数字信号时，调制又称为键控，三种键控方式分别为为ASK、FSK、PSK。l载波分类：高频载波为单一频率的正弦信号时

18、，相应的载波分类：高频载波为单一频率的正弦信号时，相应的调制称为正弦调制；若载波为单一频率的脉冲信号时，调制称为正弦调制；若载波为单一频率的脉冲信号时，相应的调制为脉冲调制。相应的调制为脉冲调制。(4)、调制特特性、调制特特性4/3/202317三三、本课程的特点本课程的特点 高频电路接受两种分析方法：线性分析方法和非线性分析方法。1.线性分析方法：对于小信号高频放大器，由于输入信号足够小，电路中的非线性器件可以用线性电路来等效，包括中频放大器、混频前的高频放大以及放射机中高频功率前的激励放大；2.非线性分析方法：高频电路中大部分电路要用非线性分析方法。这些电路中的非线性器件的参数是时间的函数，这时不能运用线性电路中的叠加原理，也无法进行精确的求解，而用近似分析法(如折线近似法、线性时变电路分析法和开关函数分析法等)。高频功率放大器、高频振荡器、变频器、调制器和解调器须要用非线性分析法。4/3/202318