高频电子技术1章.ppt
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1、高频电子技术高频电子技术第第1章章绪 论第第1 1章教学要点章教学要点1 1、无线收发系统的组成和功能、无线收发系统的组成和功能2 2、无线电波传播的五种模式、无线电波传播的五种模式3 3、波(频)段的划分、波(频)段的划分 4 4、高频电子技术的研究对象、高频电子技术的研究对象 1.11.1无线遥控门铃剖析无线遥控门铃剖析 我们通过无线门铃的分析来了解无线收发系统的我们通过无线门铃的分析来了解无线收发系统的组成和功能组成和功能1.1.1 无线门铃的组成和功能无线门铃的组成和功能无无线线遥遥控控门门铃铃室外机,由按钮室外机,由按钮K K1 1和和发射电路组成发射电路组成 室内机,由接收电路室内
2、机,由接收电路和发声电路组成和发声电路组成 1.11.1无线遥控门铃剖析无线遥控门铃剖析1.1.1 无线门铃的组成和功能无线门铃的组成和功能 这是门铃电路板这是门铃电路板室外机电路板室外机电路板室内机电路板室内机电路板1.11.1无线遥控门铃剖析无线遥控门铃剖析1.1.1 无线门铃的组成和功能无线门铃的组成和功能 用下面的电路框图表示无线门铃的组成用下面的电路框图表示无线门铃的组成图图1.3 门铃电路组成门铃电路组成无线发射电路无线发射电路无线接收电路无线接收电路发发声声电电路路 在室外按在室外按K K1 1,这一指令通过无线发射电路以无线,这一指令通过无线发射电路以无线电波的形式发射,室内的
3、接收电路接收到这一无线电波的形式发射,室内的接收电路接收到这一无线电信号后,进行放大,并从中检出按钮发出的指令,电信号后,进行放大,并从中检出按钮发出的指令,用该指令驱动门铃发声电路,门铃即发出用该指令驱动门铃发声电路,门铃即发出“叮咚叮咚”声,声,这就是门铃的这就是门铃的基本功能。基本功能。下面讨论这一功能如何实现。下面讨论这一功能如何实现。1.11.1无线遥控门铃剖析无线遥控门铃剖析1.1.2 无线发射电路无线发射电路 门铃电路由无线发射电路和接收电路两大部门铃电路由无线发射电路和接收电路两大部分组成,首先讨论发射电路。分组成,首先讨论发射电路。无线发射电路由正弦波振荡电路、调制电路和天无
4、线发射电路由正弦波振荡电路、调制电路和天线组成,需要逐一讨论。线组成,需要逐一讨论。1.11.1无线遥控门铃剖析无线遥控门铃剖析1、振荡电路和天线、振荡电路和天线 为为LCLC振荡电路,振荡振荡电路,振荡的频率决定与电感的频率决定与电感L L1 1和和电容电容C C1 1组成的谐振电路组成的谐振电路的谐振频率,约的谐振频率,约250MHz250MHz。现在不讨论电路工作现在不讨论电路工作原理,首先分析正弦振原理,首先分析正弦振荡如何以无线电波的形荡如何以无线电波的形成向外发射?成向外发射?1.11.1无线遥控门铃剖析无线遥控门铃剖析1、振荡电路和天线、振荡电路和天线 如何发射?如何发射?电容器
5、两极板之间的距离拉大,如图电容器两极板之间的距离拉大,如图1.8(b)1.8(b)所所示;示;也可以将电感制成图也可以将电感制成图1.8(c)1.8(c)所示的形状,振荡所示的形状,振荡电路中的电感电路中的电感L L1 1即被印制成图即被印制成图1.8(c)1.8(c)所示的形状。所示的形状。1.11.1无线遥控门铃剖析无线遥控门铃剖析2 2、按钮电路、按钮电路按下按钮按下按钮K K1 1,输出一串正脉冲,输出一串正脉冲 CD4069 CD4069为为6 6反相器电路,其中两个与电阻反相器电路,其中两个与电阻R R、晶体、晶体JZJZ1 1组成方波发生器电路组成方波发生器电路,另外几个相互并联
6、组成反相另外几个相互并联组成反相器电路器电路 1.11.1无线遥控门铃剖析无线遥控门铃剖析3 3、调制电路、调制电路 为什么必须将控制信号装载到高频的无线电波上为什么必须将控制信号装载到高频的无线电波上才能发射出去?才能发射出去?1.11.1无线遥控门铃剖析无线遥控门铃剖析3 3、调制电路、调制电路 如何实现调制?由下图说明。如何实现调制?由下图说明。u u0 0(t)(t)低电平期间,低电平期间,e(t)e(t)是高频的无线电波,是高频的无线电波,u u0 0(t)(t)高高电平期间,电平期间,e(t)e(t)呈现为低电平。呈现为低电平。1.11.1无线遥控门铃剖析无线遥控门铃剖析3 3、调
7、制电路、调制电路 如何实现调制?由下图说明。如何实现调制?由下图说明。u u0 0(t)(t)低电平期间,低电平期间,e(t)e(t)是高频的无线电波,是高频的无线电波,u u0 0(t)(t)高高电平期间,电平期间,e(t)e(t)呈现为低电平。呈现为低电平。1.11.1无线遥控门铃剖析无线遥控门铃剖析1.1.3 无线接收电路无线接收电路 无线接收电路由接收天线、高频放大电路和解调电无线接收电路由接收天线、高频放大电路和解调电路组成,解调输出的信号用来控制门铃发声电路发路组成,解调输出的信号用来控制门铃发声电路发声声 。下面逐一讨论。下面逐一讨论。1.11.1无线遥控门铃剖析无线遥控门铃剖析
8、1、接收天线、接收天线 接收天线被印制在电路板接收天线被印制在电路板上,圆环开口部分并联电容上,圆环开口部分并联电容C C2 2。接收天线也是一个接收天线也是一个LCLC谐振谐振电路,因此就具有选频的特电路,因此就具有选频的特性。性。调节图中可调电容调节图中可调电容C C1 1,使,使发射无线电波的频率和接收发射无线电波的频率和接收天线的谐振频率相等。天线的谐振频率相等。1.11.1无线遥控门铃剖析无线遥控门铃剖析2 2、高频放大电路、高频放大电路 常用高频信号放大的方案和电路很多,我们将常用高频信号放大的方案和电路很多,我们将在以后的章节中仔细讨论。在以后的章节中仔细讨论。解调电路的作用是从
9、接收到的无线电信号中检解调电路的作用是从接收到的无线电信号中检出控制信号(即调制信号或基带信号),和高频出控制信号(即调制信号或基带信号),和高频放大电路类似,根据调制方式的不同,解调电路放大电路类似,根据调制方式的不同,解调电路也有许多中形式,各种解调电路的结构、原理和也有许多中形式,各种解调电路的结构、原理和特性也将在以后的章节中讨论。特性也将在以后的章节中讨论。3 3、解调电路、解调电路 1.11.1无线遥控门铃剖析无线遥控门铃剖析 结结 论论 实现门铃的遥控,核心是如何实现控制信号的实现门铃的遥控,核心是如何实现控制信号的无线传输,即通过什么途径,以什么为载体将门无线传输,即通过什么途
10、径,以什么为载体将门铃按钮的信号从一个地方(门外)以无线的方式铃按钮的信号从一个地方(门外)以无线的方式传输到另一个地方(门内),从而出发门铃发声传输到另一个地方(门内),从而出发门铃发声电路发声。电路发声。无线门铃控制信号的传输是依靠无线电波的传无线门铃控制信号的传输是依靠无线电波的传播来实现的,因此需要研究无线电波的传播特性。播来实现的,因此需要研究无线电波的传播特性。1.2 1.2 无线电波传播特性与频段的划分无线电波传播特性与频段的划分 按频率高低划分的称为频段,按波长划分的称为波段。按频率高低划分的称为频段,按波长划分的称为波段。1.2.1 无线电频段和波段的划分无线电频段和波段的划
11、分 1.2 1.2 无线电波传播特性与频段的划分无线电波传播特性与频段的划分 各个频段无线电波的应用范围也有所不同,下各个频段无线电波的应用范围也有所不同,下表给出了不同频段无线电波的主要应用。表给出了不同频段无线电波的主要应用。1.2.1 无线电频段和波段的划分无线电频段和波段的划分 1.2 1.2 无线电波传播特性与频段的划分无线电波传播特性与频段的划分 1 1、无线电波的传播模式、无线电波的传播模式:(1)(1)地波传播地波传播:无线电波沿着地球表面传播,称为地波传无线电波沿着地球表面传播,称为地波传播,也称地表波传播播,也称地表波传播 1.2.2 无线电波的传播特性无线电波的传播特性
12、1.2 1.2 无线电波传播特性与频段的划分无线电波传播特性与频段的划分 1 1、无线电波的传播模式、无线电波的传播模式:(2)(2)空间波传播空间波传播:直接由发射天线传向接收天线直接由发射天线传向接收天线;另一部另一部分经地面反射后传向接收天线,这两部分电波合称空间波分经地面反射后传向接收天线,这两部分电波合称空间波.1.2.2 无线电波的传播特性无线电波的传播特性 1.2 1.2 无线电波传播特性与频段的划分无线电波传播特性与频段的划分 1 1、无线电波的传播模式、无线电波的传播模式:(3)(3)天天波波传传播播 :高高空空经经电电离离层层反反射射到到达达接接收收天天线线的的传传播播方方
13、式,称为天波传播式,称为天波传播.1.2.2 无线电波的传播特性无线电波的传播特性 1.2 1.2 无线电波传播特性与频段的划分无线电波传播特性与频段的划分 1 1、无线电波的传播模式、无线电波的传播模式:(4)(4)散散射射传传播播 :包包括括对对流流层层散散射射传传播播和和电电离离层层散散射射传传播播两两种模式种模式 1.2.2 无线电波的传播特性无线电波的传播特性 1.2 1.2 无线电波传播特性与频段的划分无线电波传播特性与频段的划分 1 1、无线电波的传播模式、无线电波的传播模式:(5)(5)地空传播地空传播:穿透电离层的直射传播模式称为地空传播穿透电离层的直射传播模式称为地空传播模
14、式模式 1.2.2 无线电波的传播特性无线电波的传播特性 1.2 1.2 无线电波传播特性与频段的划分无线电波传播特性与频段的划分 2 2、介质对无线电波传播的影响、介质对无线电波传播的影响 (1)(1)金属对于无线电波的屏蔽作用金属对于无线电波的屏蔽作用 1.2.2 无线电波的传播特性无线电波的传播特性 金属是良导体,电磁波在金属中传播时会感应金属是良导体,电磁波在金属中传播时会感应出传导电流,这一电流在金属中流动时发热,电出传导电流,这一电流在金属中流动时发热,电磁波能量转化为热能,无线电波很快衰减。因此,磁波能量转化为热能,无线电波很快衰减。因此,无线电波不能在金属等良导体介质中传播。根
15、据无线电波不能在金属等良导体介质中传播。根据这个道理,用金属板围成一个密闭的房间,外面这个道理,用金属板围成一个密闭的房间,外面的无线电信号就无法进入这个房间,这表明金属的无线电信号就无法进入这个房间,这表明金属对于无线电波有屏蔽作用。对于无线电波有屏蔽作用。1.2 1.2 无线电波传播特性与频段的划分无线电波传播特性与频段的划分 2 2、介质对无线电波传播的影响、介质对无线电波传播的影响 (1)(1)金属对于无线电波的屏蔽作用金属对于无线电波的屏蔽作用 1.2.2 无线电波的传播特性无线电波的传播特性 金属是良导体,电磁波在金属中传播时会感应金属是良导体,电磁波在金属中传播时会感应出传导电流
16、,这一电流在金属中流动时发热,电出传导电流,这一电流在金属中流动时发热,电磁波能量转化为热能,无线电波很快衰减。因此,磁波能量转化为热能,无线电波很快衰减。因此,无线电波不能在金属等良导体介质中传播。根据无线电波不能在金属等良导体介质中传播。根据这个道理,用金属板围成一个密闭的房间,外面这个道理,用金属板围成一个密闭的房间,外面的无线电信号就无法进入这个房间,这表明金属的无线电信号就无法进入这个房间,这表明金属对于无线电波有屏蔽作用。对于无线电波有屏蔽作用。1.2 1.2 无线电波传播特性与频段的划分无线电波传播特性与频段的划分 2 2、介质对无线电波传播的影响、介质对无线电波传播的影响 (2
17、 2)海水中无线电波的传播)海水中无线电波的传播 1.2.2 无线电波的传播特性无线电波的传播特性 如果无线电波能像空气中一样在海水中传播,如果无线电波能像空气中一样在海水中传播,我们就可以利用无线电实现水下通信,这对于水我们就可以利用无线电实现水下通信,这对于水下勘探、救援以及潜水艇与陆地的通信具有重要下勘探、救援以及潜水艇与陆地的通信具有重要的意义。可惜,海水也是良导体,无线电波在海的意义。可惜,海水也是良导体,无线电波在海水中会急剧地衰减。根据理论计算,水中会急剧地衰减。根据理论计算,1MHz1MHz的无线的无线电波,在海水中只能传播电波,在海水中只能传播25cm25cm,用这种频率的无
18、,用这种频率的无线电波进行水下通信显然是行不通的。线电波进行水下通信显然是行不通的。1.2 1.2 无线电波传播特性与频段的划分无线电波传播特性与频段的划分 2 2、介质对无线电波传播的影响、介质对无线电波传播的影响 (3 3)地下无线电波传播地下无线电波传播 1.2.2 无线电波的传播特性无线电波的传播特性 目前研究较多并已经开始实用的是浅表沉积岩层目前研究较多并已经开始实用的是浅表沉积岩层的无线电通信,由于波长较短的无线电波能传播较的无线电通信,由于波长较短的无线电波能传播较远的距离,沉积岩层无线电通信使用的也是超长远的距离,沉积岩层无线电通信使用的也是超长波。波。1.2 1.2 无线电波
19、传播特性与频段的划分无线电波传播特性与频段的划分 为为什什么么要要进进行行无无线线电电管管理理?决决定定于于无无线线电电频频率率资资源的特性。源的特性。1.2.3 无线电管理无线电管理 1 1、无线电频率资源的特性、无线电频率资源的特性 (1 1)有限性)有限性(2 2)非耗竭性)非耗竭性(3 3)排他性)排他性 (4 4)易受污染性)易受污染性 1.2 1.2 无线电波传播特性与频段的划分无线电波传播特性与频段的划分 1.2.3 无线电管理无线电管理 (1 1)有限性)有限性 一个电台使用了某一个频率,同一区域内其他电一个电台使用了某一个频率,同一区域内其他电台就不能同时使用这个频率。例如将
20、民用无线电设台就不能同时使用这个频率。例如将民用无线电设备的频率放到飞机导航的频率上,很可能引发重大备的频率放到飞机导航的频率上,很可能引发重大事故。有如,事故。有如,560kHz560kHz是某个城市广播电台中波广播是某个城市广播电台中波广播所使用的频率,这个城市(包括附近的城市)的无所使用的频率,这个城市(包括附近的城市)的无线电对讲机就不能使用这个频率,否则,对讲机通线电对讲机就不能使用这个频率,否则,对讲机通信的信号就会串入广播信号,广播信号也会串入对信的信号就会串入广播信号,广播信号也会串入对讲机,造成严重的干扰以致广播质量受到严重影响讲机,造成严重的干扰以致广播质量受到严重影响,对
21、讲机也无法正常工作。因此,频率的使用就需,对讲机也无法正常工作。因此,频率的使用就需要要严格管理。严格管理。1.2 1.2 无线电波传播特性与频段的划分无线电波传播特性与频段的划分 1.2.3 无线电管理无线电管理 (2 2)非耗竭性)非耗竭性 不会因为频繁使用而被消耗,也不同于水、耕地不会因为频繁使用而被消耗,也不同于水、耕地等可再生的资源,不存在再生的问题。频率资源不等可再生的资源,不存在再生的问题。频率资源不利用是一种浪费,利用是一种浪费,“不用白不用不用白不用”,但使用不当也是,但使用不当也是一种浪费,甚至会造成危害。于是就存在一个统一一种浪费,甚至会造成危害。于是就存在一个统一规划、
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