北郵信通院通信電子電路第0章緒論

1、緒緒 論論信息與通信工程學(xué)院信息與通信工程學(xué)院內(nèi)容提要內(nèi)容提要信號的頻域表示方法信號的頻域表示方法通信系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)通信系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)通信電路系統(tǒng)的發(fā)展趨勢通信電路系統(tǒng)的發(fā)展趨勢本課程的內(nèi)容、特點及要求本課程的內(nèi)容、特點及要求非線性器件的頻率變換作用非線性器件的頻率變換作用幾種常用的信號表示方法幾種常用的信號表示方法頻域表示方法頻域表示方法：時域表達式法：時域表達式法：( )sin,( )( )f tat g tu t波形表達：波形表達：根據(jù)傅立葉變換的基本原理，任何一個根據(jù)傅立葉變換的基本原理，任何一個函數(shù)都可以用傅立葉級數(shù)展開。若把信函數(shù)都可以用傅立葉級數(shù)展開。若把信號看成一個函數(shù)，則為研

2、究信號提供了號看成一個函數(shù)，則為研究信號提供了一個新的方法。通過研究信號的頻譜可一個新的方法。通過研究信號的頻譜可以突出信號傳輸中的主要問題，如信號以突出信號傳輸中的主要問題，如信號的變化規(guī)律，信號在不同頻率段中的能的變化規(guī)律，信號在不同頻率段中的能量分布等量分布等信號及其頻譜信號及其頻譜由于任何復(fù)雜的信號都可分解為許多不由于任何復(fù)雜的信號都可分解為許多不同頻率的正弦信號之和，因此所謂同頻率的正弦信號之和，因此所謂“頻頻譜譜”即是指組成信號的各正弦分量按頻即是指組成信號的各正弦分量按頻率分布的情況。為了更直觀地了解信號率分布的情況。為了更直觀地了解信號的頻率組成和特點，通常采用作圖的方的頻率組

3、成和特點，通常采用作圖的方法來表示頻譜法來表示頻譜注意：信號是注意：信號是有頻段范圍的有頻段范圍的一些信號的頻段一些信號的頻段wcdma fddwcdma fdd：上行為：上行為1920-1980mhz1920-1980mhz，下行為下行為2110-2170mhz2110-2170mhz語音信號：通常集中在語音信號：通常集中在300hz-300hz-3.4khz3.4khz的范圍內(nèi)的范圍內(nèi)cdma2000cdma2000：上行為：上行為824-849mhz824-849mhz，下，下行為行為869-894mhz869-894mhz調(diào)頻廣播：調(diào)頻廣播：87-108mhz87-108mhz。帶寬。

4、帶寬200khz200khztd-scdmatd-scdma：18801920mhz18801920mhz，20102025mhz20102025mhz，23002400mhz23002400mhz通信系統(tǒng)的定義及分類通信系統(tǒng)的定義及分類一切能完成信息傳輸任務(wù)的系統(tǒng)可以一切能完成信息傳輸任務(wù)的系統(tǒng)可以統(tǒng)稱為統(tǒng)稱為通信系統(tǒng)通信系統(tǒng)按照信道中傳輸?shù)幕鶐盘柺悄M信按照信道中傳輸?shù)幕鶐盘柺悄M信號還是數(shù)字信號，可以把通信系統(tǒng)分號還是數(shù)字信號，可以把通信系統(tǒng)分為模擬通信系統(tǒng)和數(shù)字通信系統(tǒng)：為模擬通信系統(tǒng)和數(shù)字通信系統(tǒng)：模擬信號：代表信息的電信號的參數(shù)為模擬信號：代表信息的電信號的參數(shù)為連續(xù)取值連續(xù)取

5、值數(shù)字信號：電信號不僅在時間上是離散數(shù)字信號：電信號不僅在時間上是離散的，而且在取值上也是離散的的，而且在取值上也是離散的按照所用信道的不同可以分為有線通按照所用信道的不同可以分為有線通信系統(tǒng)和無線通信系統(tǒng)信系統(tǒng)和無線通信系統(tǒng)按照業(yè)務(wù)的不同可以分為電話、電報、按照業(yè)務(wù)的不同可以分為電話、電報、傳真和數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)等傳真和數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)等通信系統(tǒng)方框圖通信系統(tǒng)方框圖( (一一) )信源信源指需要傳送的原始信息源，一般是指需要傳送的原始信息源，一般是非電物理量，如語言、音樂、文字等非電物理量，如語言、音樂、文字等信源經(jīng)信源經(jīng)輸入變換器輸入變換器后轉(zhuǎn)換成電信號后轉(zhuǎn)換成電信號( (稱為稱為基帶信號基帶信號

6、) )，如話筒、攝像機、傳感器等，如話筒、攝像機、傳感器等發(fā)送設(shè)備發(fā)送設(shè)備將基帶信號變換成適合于信道將基帶信號變換成適合于信道傳輸特性的信號，在放大后送入信道傳輸特性的信號，在放大后送入信道通信系統(tǒng)方框圖通信系統(tǒng)方框圖( (二二) )信號在信號在信道信道的傳輸過程中不可避免地要的傳輸過程中不可避免地要受到受到干擾干擾，也可稱為，也可稱為噪聲噪聲注意注意1 1：噪聲指信道中的噪聲及分散在：噪聲指信道中的噪聲及分散在通信系統(tǒng)中其它各處噪聲的通信系統(tǒng)中其它各處噪聲的集中表示集中表示注意注意2 2：噪聲可能是相對的：噪聲可能是相對的注意注意3 3：噪聲可以有其自己的頻段范圍，：噪聲可以有其自己的頻段范

7、圍，而且可能和信號占據(jù)相同的頻段而且可能和信號占據(jù)相同的頻段通信系統(tǒng)方框圖通信系統(tǒng)方框圖( (三三) )接收設(shè)備把有用信號從眾多信號和噪聲接收設(shè)備把有用信號從眾多信號和噪聲中選出，經(jīng)輸出變換器恢復(fù)出原始信息，中選出，經(jīng)輸出變換器恢復(fù)出原始信息，供收信者供收信者( (信宿信宿) )使用使用關(guān)于信道關(guān)于信道( (一一) )信道指信號傳輸?shù)耐ǖ?，包括有線信道和信道指信號傳輸?shù)耐ǖ?，包括有線信道和無線信道。信道不同其傳輸特性也不一樣無線信道。信道不同其傳輸特性也不一樣有線通信信道舉例：有線通信信道舉例：雙絞線：適用于短距離雙絞線：適用于短距離( (小于小于100m)100m)、低數(shù)據(jù)率的環(huán)境低數(shù)據(jù)率的

8、環(huán)境同軸電纜：適用距離在幾百米、帶寬同軸電纜：適用距離在幾百米、帶寬小于小于10mhz10mhz、碼流率小于、碼流率小于20mbps20mbps的環(huán)境的環(huán)境關(guān)于信道關(guān)于信道( (二二) )無線通信信道：以自由空間為傳輸媒無線通信信道：以自由空間為傳輸媒質(zhì)，包括三種傳播途徑：質(zhì)，包括三種傳播途徑：地波：即沿地面?zhèn)鞑サ臒o線電波地波：即沿地面?zhèn)鞑サ臒o線電波空間波空間波( (直線波直線波) )：即在發(fā)射天線：即在發(fā)射天線與接收天線間直線傳播的無線電波與接收天線間直線傳播的無線電波天波：即經(jīng)過地面天波：即經(jīng)過地面100km100km至至500km500km的的電離層反射傳送到接收點的電磁波電離層反射傳送

9、到接收點的電磁波/cf通信頻段的劃分通信頻段的劃分頻率范圍頻率范圍 名稱及符號名稱及符號 用途用途傳輸媒介略傳輸媒介略0.3-3k0.3-3k音頻音頻afaf 電話數(shù)據(jù)終端電話數(shù)據(jù)終端3-30k3-30k甚低頻甚低頻vlf vlf 導(dǎo)航、頻標(biāo)導(dǎo)航、頻標(biāo)30-300k30-300k低頻低頻lflf 電力通信、導(dǎo)航電力通信、導(dǎo)航0.3-3m0.3-3m中頻中頻mfmf 調(diào)幅廣播、移動通信等調(diào)幅廣播、移動通信等3-30m3-30m高頻高頻hfhf 短波廣播、軍用通信等短波廣播、軍用通信等30-300m30-300m甚高頻甚高頻vhf vhf 電視、調(diào)頻、模擬移動電視、調(diào)頻、模擬移動0.3-3g0.3

10、-3g超高頻超高頻uhf uhf 電視、雷達、移動通信電視、雷達、移動通信3-30g3-30g特高頻特高頻shf shf 微波、衛(wèi)星、雷達微波、衛(wèi)星、雷達30-300g30-300g極高頻極高頻ehf ehf 微波、雷達等微波、雷達等10105 5-10-107 7g g紫外、可見光、紅外紫外、可見光、紅外 光纖光纖調(diào)制與解調(diào)調(diào)制與解調(diào)使用調(diào)制、解調(diào)的部分原因：使用調(diào)制、解調(diào)的部分原因：解調(diào)：與調(diào)制過程相反解調(diào)：與調(diào)制過程相反天線理論的約束天線理論的約束信道復(fù)用及區(qū)分不同信源信道復(fù)用及區(qū)分不同信源調(diào)制：將攜帶信號的低頻電信號調(diào)制：將攜帶信號的低頻電信號“裝載裝載”到高頻振蕩信號上。調(diào)制時，載波

11、可以是到高頻振蕩信號上。調(diào)制時，載波可以是正弦型信號也可以是脈沖串或一組數(shù)字信正弦型信號也可以是脈沖串或一組數(shù)字信號號調(diào)制方式簡介調(diào)制方式簡介調(diào)制可以分為模擬調(diào)制可以分為模擬( (連續(xù)連續(xù)) )調(diào)制和數(shù)字調(diào)制和數(shù)字調(diào)制方式。在模擬調(diào)制中調(diào)制信號調(diào)制方式。在模擬調(diào)制中調(diào)制信號( (基帶信號基帶信號) )的取值是連續(xù)的；而數(shù)字的取值是連續(xù)的；而數(shù)字調(diào)制中的調(diào)制信號的取值則為離散的調(diào)制中的調(diào)制信號的取值則為離散的對于使用正弦波作為載波的模擬調(diào)制對于使用正弦波作為載波的模擬調(diào)制方式而言，可以對其幅度、頻率、相方式而言，可以對其幅度、頻率、相位進行調(diào)制，例如調(diào)幅位進行調(diào)制，例如調(diào)幅(am)(am)、調(diào)頻

12、、調(diào)頻(fm)(fm)、調(diào)相、調(diào)相(pm)(pm)。前者又被稱為幅度。前者又被稱為幅度調(diào)制，后兩者又被稱為角度調(diào)制調(diào)制，后兩者又被稱為角度調(diào)制例：電視中圖像是調(diào)幅，伴音是調(diào)頻。廣例：電視中圖像是調(diào)幅，伴音是調(diào)頻。廣播電臺中常用的調(diào)制方式是調(diào)幅與調(diào)頻播電臺中常用的調(diào)制方式是調(diào)幅與調(diào)頻濾波及其分類濾波及其分類濾波的作用之一：濾波的作用之一：“選頻選頻”，即允許，即允許某一部分頻率的信號順利通過，而使某一部分頻率的信號順利通過，而使另一部分頻率的信號被急劇衰減另一部分頻率的信號被急劇衰減( (即即被濾掉被濾掉) )濾波濾波器的器的簡單簡單分類分類方法方法及其及其舉例舉例調(diào)幅式無線電發(fā)送設(shè)備與接收設(shè)備

13、的簡單框圖調(diào)幅式無線電發(fā)送設(shè)備與接收設(shè)備的簡單框圖此外，還可以包括自動增益控制此外，還可以包括自動增益控制(agc)(agc)、自動頻率控制和自動相位控制在內(nèi)的反饋自動頻率控制和自動相位控制在內(nèi)的反饋控制電路控制電路數(shù)字通信系統(tǒng)模型數(shù)字通信系統(tǒng)模型對于數(shù)字通信系統(tǒng)來說，除了包含圖中的對于數(shù)字通信系統(tǒng)來說，除了包含圖中的各個功能模塊以外，還要有同步系統(tǒng)，用各個功能模塊以外，還要有同步系統(tǒng)，用于建立系統(tǒng)的收發(fā)兩端相對一致的時間對于建立系統(tǒng)的收發(fā)兩端相對一致的時間對應(yīng)關(guān)系，即通過在收端確立每一碼位的起應(yīng)關(guān)系，即通過在收端確立每一碼位的起止時刻，確定接收碼組與發(fā)送碼組之間的止時刻，確定接收碼組與發(fā)送碼

14、組之間的對應(yīng)關(guān)系，從而正確恢復(fù)發(fā)端的信息對應(yīng)關(guān)系，從而正確恢復(fù)發(fā)端的信息非線性器件的含義非線性器件的含義線性系統(tǒng)：線性系統(tǒng)：1212()( )()f axbxaf xbf x非線性器件：非線性器件：具有多種含義不同的參數(shù)，且參具有多種含義不同的參數(shù)，且參數(shù)隨激勵量的大小而變化，例如二數(shù)隨激勵量的大小而變化，例如二極管的等效電阻極管的等效電阻在分析非線性器件的響應(yīng)特性時，在分析非線性器件的響應(yīng)特性時，必須注明其控制變量必須注明其控制變量不再滿足疊加定理，如二極管的不再滿足疊加定理，如二極管的伏安特性伏安特性但在分析小信號時，可在工作點但在分析小信號時，可在工作點處線性化處理處線性化處理非線性器件

15、的頻率變換作用非線性器件的頻率變換作用( (一一) )以二極以二極管為例：管為例：由于二極管的非線性特性使二極管電流由于二極管的非線性特性使二極管電流中出現(xiàn)了新的頻率分量，實現(xiàn)了頻率變換中出現(xiàn)了新的頻率分量，實現(xiàn)了頻率變換可以看出：可以看出：各分量的決定因素各分量的決定因素2301232012.iaa va va vaa va v22012012coscoscoscos2mmmmiaavta vtiitit2002112221212mmmiaa viavia v(cos)mif vvt可使用濾波電路達到頻率變換的目的可使用濾波電路達到頻率變換的目的非線性器件的頻率變換作用非線性器件的頻率變換作

16、用( (二二) )若外加兩個不同若外加兩個不同頻率的余弦信號頻率的余弦信號電壓：電壓：1122coscosmmvvtvt22220121 112222211221212212coscos)22(cos2cos2)2cos()cos() mmmmmmmmaaiavvavtvtavtvta v vtt輸出電流中不僅含有直流分量、基波輸出電流中不僅含有直流分量、基波分量和二次諧波分量，而且還包含了分量和二次諧波分量，而且還包含了組合頻率分量組合頻率分量通信電路系統(tǒng)的發(fā)展趨勢通信電路系統(tǒng)的發(fā)展趨勢模擬電子電路系統(tǒng)的集成化模擬電子電路系統(tǒng)的集成化通信電路系統(tǒng)的數(shù)字化通信電路系統(tǒng)的數(shù)字化但要以集成電路完全

17、取代分立元件但要以集成電路完全取代分立元件電路，還有許多困難：指標(biāo)要求較電路，還有許多困難：指標(biāo)要求較高，集成化問題尚未有效解決高，集成化問題尚未有效解決模擬電路可以高頻率工作和實時處模擬電路可以高頻率工作和實時處理信號，但也存在一些缺點：參數(shù)理信號，但也存在一些缺點：參數(shù)穩(wěn)定性較差，時間常數(shù)不夠準(zhǔn)確及穩(wěn)定性較差，時間常數(shù)不夠準(zhǔn)確及穩(wěn)定，處理比較麻煩穩(wěn)定，處理比較麻煩課程內(nèi)容課程內(nèi)容( (一一) )本課程將主要結(jié)合本課程將主要結(jié)合無線電通信無線電通信這一方這一方式，討論設(shè)備和系統(tǒng)中式，討論設(shè)備和系統(tǒng)中高頻電子電路高頻電子電路的組成、工作原理以及工程計算等內(nèi)的組成、工作原理以及工程計算等內(nèi)容。課

18、程內(nèi)容主要包括以下幾個方面：容。課程內(nèi)容主要包括以下幾個方面：信號的產(chǎn)生：正弦波振蕩電路信號的產(chǎn)生：正弦波振蕩電路高頻信號的放大：小信號諧振放高頻信號的放大：小信號諧振放大電路、諧振功率放大電路、寬帶大電路、諧振功率放大電路、寬帶高頻功率放大電路及功率合成電路高頻功率放大電路及功率合成電路噪聲與干擾：電路中的噪聲來源噪聲與干擾：電路中的噪聲來源及電路產(chǎn)生噪聲能力的衡量方法及電路產(chǎn)生噪聲能力的衡量方法課程內(nèi)容課程內(nèi)容( (二二) )信號的頻率變換：倍頻、變頻、信號的頻率變換：倍頻、變頻、調(diào)制、解調(diào)等調(diào)制、解調(diào)等反饋控制電路：反饋控制電路：agcagc、apcapc、afcafc等等課程特點課程特

19、點( (一一) )非線性電子電路非線性電子電路中，為實現(xiàn)同一功中，為實現(xiàn)同一功能，因指標(biāo)要求不同，可以采用形式能，因指標(biāo)要求不同，可以采用形式各異的電路。此外，同一形式的電路，各異的電路。此外，同一形式的電路，可因其工作狀態(tài)、輸入信號的性質(zhì)、可因其工作狀態(tài)、輸入信號的性質(zhì)、電平的高低、輸出濾波特性的不同而電平的高低、輸出濾波特性的不同而完成不同的功能。因此在學(xué)習(xí)時應(yīng)注完成不同的功能。因此在學(xué)習(xí)時應(yīng)注意掌握各種功能電路的基本工作原理、意掌握各種功能電路的基本工作原理、不同電路的優(yōu)缺點及其適用場合。要不同電路的優(yōu)缺點及其適用場合。要抓住各種電路之間的共性以及各種功抓住各種電路之間的共性以及各種功能之間的內(nèi)部聯(lián)系，而不要局限于某能之間的內(nèi)部聯(lián)系，而不要局限于某個具體的電路及其工作原理個具體的電路及其工作原理課程特點課程特點( (二二) )非線性電子電路中，有源器件工作非線性電子電路中，有源器件工作在特性的非線性區(qū)，一般很難對這種在特性的非線性區(qū)，一般很難對這種電路進行嚴格的定量分析，工程上多電路進行嚴格的定量分析，工程上多采用近似方法進行分析，并在實現(xiàn)時采用近似方法進行分析，并在實現(xiàn)時進行相應(yīng)的調(diào)測工作。因此，在學(xué)習(xí)進行相應(yīng)的調(diào)測工作。因此，在學(xué)習(xí)時應(yīng)注意各種電路在不同工作條件下時應(yīng)注意各種電路在不同工作條件下的簡化，掌握各種電路在工程