第1章緒論(高頻)

1、教材選用教材選用高頻電子線路胡宴如主編高頻電子線路胡宴如主編 高等教育出版社高等教育出版社參考教材：參考教材：1.高頻電子電路王衛(wèi)東高頻電子電路王衛(wèi)東 傅佑麟主編傅佑麟主編 電子工業(yè)出版社電子工業(yè)出版社2高頻電子線路吳慎山主編高頻電子線路吳慎山主編 電子工業(yè)出版社電子工業(yè)出版社3.權威教材：高頻電子線路權威教材：高頻電子線路 張肅文主編張肅文主編 高等教育出版社高等教育出版社知識的系統(tǒng)化、完整性。知識的系統(tǒng)化、完整性。內容多，課時偏少，有一定的難度。內容多，課時偏少，有一定的難度。 本課程的特點：本課程的特點： 本課程的學習要點：本課程的學習要點：專注的聽講，積極的思考，能起到事半功倍的效果。

2、專注的聽講，積極的思考，能起到事半功倍的效果。反復反復領悟各個電路工作原理之間內在的邏輯關系，抓住領悟各個電路工作原理之間內在的邏輯關系，抓住各種電路之間的共性，洞悉各種功能之間的內在聯(lián)系，各種電路之間的共性，洞悉各種功能之間的內在聯(lián)系，而而不要局限于掌握一個個具體的電路及其工作原理。不要局限于掌握一個個具體的電路及其工作原理。熟悉典型的單元電路，熟悉典型的單元電路，對識圖能力對識圖能力的提高和的提高和電路的系電路的系統(tǒng)設計統(tǒng)設計都是非常有意義的。都是非常有意義的。二、基本概念：二、基本概念： （1）300khz以下，屬于低頻電子線路。以下，屬于低頻電子線路。 （2）300khz300Mhz,

3、屬于高頻電子線路。屬于高頻電子線路。 （3）300Mhz以上，屬于電磁場與微波技術以上，屬于電磁場與微波技術 。第第1章章 緒論緒論 一、本課程在學科中的位置一、本課程在學科中的位置理工農理工農醫(yī)文史醫(yī)文史經哲經哲工程類工程類機械機械電學電學專業(yè)基礎課專業(yè)基礎課 模數(shù)模數(shù)高高擬擬字字頻頻公共課公共課基礎課基礎課專業(yè)課專業(yè)課強電強電弱電弱電三、無線電通信的發(fā)展史三、無線電通信的發(fā)展史研究背景：研究背景：信息傳輸信息傳輸是人類社會活動的重要內容，因此是人類社會活動的重要內容，因此人類總是在孜孜不倦的探索如何實現(xiàn)更快速的遠距離通人類總是在孜孜不倦的探索如何實現(xiàn)更快速的遠距離通信。信。起源：起源：19

4、世紀產生了電磁理論與實踐的堅實基礎后世紀產生了電磁理論與實踐的堅實基礎后 蓬勃發(fā)展。蓬勃發(fā)展。1.1864年英國物理學家麥克斯韋（年英國物理學家麥克斯韋（JCerk Maxwell）發(fā)）發(fā)表了聞名于世的論文表了聞名于世的論文電磁場動力學理論電磁場動力學理論，為無線電，為無線電的發(fā)明和發(fā)展奠定了理論基礎。的發(fā)明和發(fā)展奠定了理論基礎。2.1887年德國物理學家赫茲（年德國物理學家赫茲（HHertz）以卓越的實驗技）以卓越的實驗技巧證明了電磁波的存在。巧證明了電磁波的存在。三、無線電通信的發(fā)展史三、無線電通信的發(fā)展史3.1901年意大利的馬尼克首次完成了橫渡大西洋的通信，年意大利的馬尼克首次完成了橫

5、渡大西洋的通信，實現(xiàn)了無線電通信實現(xiàn)了無線電通信1904年弗年弗萊明發(fā)明萊明發(fā)明二極管二極管1907年福年福利斯特發(fā)利斯特發(fā)明電子三明電子三極管極管1948年肖克年肖克萊發(fā)明晶體萊發(fā)明晶體三極管三極管20世紀世紀60年代年代出現(xiàn)集出現(xiàn)集成電路成電路四、高頻電路和低頻電路的區(qū)別四、高頻電路和低頻電路的區(qū)別體會：體會：在高頻電路中，由于布線的問題往往會導致電路中存在很在高頻電路中，由于布線的問題往往會導致電路中存在很多意想不到的正反饋和負反饋而使得高頻電路呈現(xiàn)出比低頻電路多意想不到的正反饋和負反饋而使得高頻電路呈現(xiàn)出比低頻電路復雜得多的實際問題。高頻的學習需要在扎實的理論功底上的豐復雜得多的實際問

6、題。高頻的學習需要在扎實的理論功底上的豐富實踐。富實踐。（1）高頻電路主要是研究）高頻電路主要是研究模擬信號模擬信號的無線傳輸原理，的無線傳輸原理， 屬于通信系統(tǒng)的基礎課程。也就是廣義上所說屬于通信系統(tǒng)的基礎課程。也就是廣義上所說 的的“射頻射頻”（RF）。）。 （3） 信息的原始形式：信息的原始形式：（2）通信的任務：）通信的任務： 傳遞信息。即：將經過處理的信息從一個地方傳遞信息。即：將經過處理的信息從一個地方傳遞到另外一個地方。傳遞到另外一個地方。聲音、文字、圖像等，總之大部分為：非電量聲音、文字、圖像等，總之大部分為：非電量五、基本概念：五、基本概念：信號通過信號通過信道傳輸信道傳輸電

7、磁波的發(fā)射與接收電磁波的發(fā)射與接收無線通信的優(yōu)點：無線電波能方便快捷的在自由空間進無線通信的優(yōu)點：無線電波能方便快捷的在自由空間進 行遠距離傳播，所受限制少。行遠距離傳播，所受限制少。信道：信息的傳輸媒質。信道：信息的傳輸媒質。通信系統(tǒng)按信道的分類：有線通信和無線通信。通信系統(tǒng)按信道的分類：有線通信和無線通信。有線通信：導線、電纜、光纖有線通信：導線、電纜、光纖無線通信：自由空間、海水、地球表面無線通信：自由空間、海水、地球表面信源信源發(fā)信發(fā)信設備設備收信收信設備設備收信者收信者信道信道噪聲源噪聲源無線電波的波段劃分無線電波的波段劃分六、現(xiàn)代無線通信系統(tǒng)的組成六、現(xiàn)代無線通信系統(tǒng)的組成 1.1

8、.信息源：要傳送的原始信息（一般為非電量）信息源：要傳送的原始信息（一般為非電量）2.2.輸入換能器：將非電量消息輸入換能器：將非電量消息( (如聲音、圖像等如聲音、圖像等) )變換為電信號變換為電信號 3.3.發(fā)送設備：將基帶信號轉換為適宜無線發(fā)送的高頻信號發(fā)送設備：將基帶信號轉換為適宜無線發(fā)送的高頻信號 即：經過即：經過調制調制的已調信號的已調信號 4.4.接收設備：從已調信號中恢復出發(fā)送端相一致的基帶信號接收設備：從已調信號中恢復出發(fā)送端相一致的基帶信號5.5.輸出換能器輸出換能器 將輸出的基帶信號變換成原來形式的消息將輸出的基帶信號變換成原來形式的消息 信息源信息源換能器換能器 發(fā)送發(fā)

9、送 設備設備 信道信道受信者受信者換能器換能器 接收接收 設備設備噪聲源噪聲源基帶基帶信號信號已調已調信號信號基帶基帶信號信號已調已調信號信號 信息源信息源換能器換能器 發(fā)送發(fā)送 設備設備 信道信道受信者受信者換能器換能器 接收接收 設備設備噪聲源噪聲源基帶基帶信號信號已調已調信號信號基帶基帶信號信號已調已調信號信號三、信號在信道中傳輸會產生兩種狀況：三、信號在信道中傳輸會產生兩種狀況：1.信道的媒介質會吸收信號的能量。信道的媒介質會吸收信號的能量。2.信道中一般都存在干擾的噪聲源，這些噪聲信號會和有用信號信道中一般都存在干擾的噪聲源，這些噪聲信號會和有用信號 疊加。疊加。強調：強調：一、基帶

10、信號的特點是：一、基帶信號的特點是：“頻率低、幅度小、功率小的小信號頻率低、幅度小、功率小的小信號”。二、通過天線發(fā)送出去的已調信號的特點是：二、通過天線發(fā)送出去的已調信號的特點是：“高頻、幅度大高頻、幅度大 且功率大的大信號且功率大的大信號”四、接收端接受到的信號特點就是：四、接收端接受到的信號特點就是：“小而雜的高頻信號小而雜的高頻信號”問題一：為什么要進行問題一：為什么要進行“調制調制”，即：基帶信號不適宜直接通過天線傳送的原因，即：基帶信號不適宜直接通過天線傳送的原因1.1.若直接發(fā)射基帶信號，無法制造和安裝與之相適宜的天線。若直接發(fā)射基帶信號，無法制造和安裝與之相適宜的天線。無線電波

11、是一種電磁波，它是以光速的速度傳播的，無線電波是一種電磁波，它是以光速的速度傳播的，smcfc/103,8音頻信號的頻率：音頻信號的頻率：20HZ20KHZ; 圖像信號的頻率：圖像信號的頻率：06MHZkmKHZf1510201032038若 由電磁學可知只有天線的長度與所發(fā)射的信號的波長相比擬，天線由電磁學可知只有天線的長度與所發(fā)射的信號的波長相比擬，天線才能有效的發(fā)送信號，因此直接發(fā)送基帶信號，是不現(xiàn)實的。才能有效的發(fā)送信號，因此直接發(fā)送基帶信號，是不現(xiàn)實的。多家電臺發(fā)射的信號頻率大致相同，它們在自由空間混合在一起，多家電臺發(fā)射的信號頻率大致相同，它們在自由空間混合在一起，互相干擾，使接收

12、機無法區(qū)分和選擇互相干擾，使接收機無法區(qū)分和選擇2.2.若直接發(fā)送基帶信號，無法選擇所要接受的信號。若直接發(fā)送基帶信號，無法選擇所要接受的信號。結論結論：必須將低頻的基帶信號必須將低頻的基帶信號“加載加載”到高頻信號上到高頻信號上 才能通過發(fā)射天線，并且被接收機所接受，這才能通過發(fā)射天線，并且被接收機所接受，這 個過程就叫調制。個過程就叫調制。調制：調制：將待傳送的低頻信號按照一定的規(guī)律加載到高頻將待傳送的低頻信號按照一定的規(guī)律加載到高頻 信號上的過程信號上的過程問題二：如何實現(xiàn)進行調制？問題二：如何實現(xiàn)進行調制？)sin()( tUtum 射頻載波信號射頻載波信號回憶：回憶：正弦信號的三要素

13、正弦信號的三要素振幅、頻率、相位振幅、頻率、相位 幅度調制幅度調制AM 載波的載波的幅度幅度Um受控于基帶調制信號正比變化受控于基帶調制信號正比變化 載波的角頻率載波的角頻率 和相位和相位 保持保持不變不變頻率調制頻率調制FM載波的載波的角頻率角頻率 受控于基帶調制信號正比變化受控于基帶調制信號正比變化 載波的幅度載波的幅度Um和相位和相位 保持保持不變不變相位調制相位調制PM載波的載波的相位相位 受控于基帶調制相位正比變化受控于基帶調制相位正比變化 載波的幅度載波的幅度Um和和角頻率角頻率 保持不變保持不變如果基帶調制信號是模擬信號如果基帶調制信號是模擬信號模擬信號的振幅調制波形比對模擬信號

14、的振幅調制波形比對等待傳遞的有用信等待傳遞的有用信息的息的低頻基帶信號低頻基帶信號承載有用信息的承載有用信息的高高頻載波信號頻載波信號攜帶有用信息的攜帶有用信息的高高頻已調制信號頻已調制信號數(shù)字信號調制的提出數(shù)字信號調制的提出移幅鍵控移幅鍵控ASK載波的載波的幅度幅度Um 隨數(shù)字基帶信號隨數(shù)字基帶信號m(t) 正比變化正比變化移頻鍵控移頻鍵控FSK載波的載波的頻率頻率f 隨隨數(shù)字基帶信號數(shù)字基帶信號m(t) 正比變化正比變化移相鍵控移相鍵控PSK 載波的載波的相位相位隨隨數(shù)字基帶信號數(shù)字基帶信號m(t) 正比變化正比變化如果載頻的如果載頻的幅度幅度Um和和相位相位兩者隨數(shù)字基帶信號正比變化，則

15、所兩者隨數(shù)字基帶信號正比變化，則所產生的已調信號是產生的已調信號是正交幅度調制正交幅度調制QAM。 )sin()( tUtum 射頻載波信號射頻載波信號如果基帶調制信號是數(shù)字的如果基帶調制信號是數(shù)字的o 舉例 數(shù)字調制波形f1f2相位起始為相位起始為0 0相位起始為相位起始為1.1.主要沿地表傳播的電磁波主要沿地表傳播的電磁波, , 稱為稱為地波地波地波：適合地波：適合1.5MHZ1.5MHZ以下電磁波的傳播（中長波的主要傳播方式）以下電磁波的傳播（中長波的主要傳播方式）因為大地不是理想導體，頻率越高大地吸收電磁波的能量就越多因為大地不是理想導體，頻率越高大地吸收電磁波的能量就越多, , 所以

16、較高頻率的信號不適合地波傳播。所以較高頻率的信號不適合地波傳播。七、無線電波在信道里的傳播方式：七、無線電波在信道里的傳播方式：2.2.主要靠天空中電離層的折射和反射傳播的電磁波，稱為主要靠天空中電離層的折射和反射傳播的電磁波，稱為天波天波。電離層電離層天波：適合天波：適合1.5MHZ-30MHZ1.5MHZ-30MHZ電磁波的傳播（短波的主要傳播方式）電磁波的傳播（短波的主要傳播方式）因為：電離層是距地面因為：電離層是距地面50km-60km50km-60km區(qū)域，空氣稀薄太陽輻射、宇宙區(qū)域，空氣稀薄太陽輻射、宇宙射線使空氣電離，電磁波的頻率越高電離層吸收的能量越小，但電射線使空氣電離，電磁

17、波的頻率越高電離層吸收的能量越小，但電磁波的穿透力也越強，所以電離層傳播的電磁波不能超過磁波的穿透力也越強，所以電離層傳播的電磁波不能超過30MHZ30MHZ。3.3.主要沿空間直線傳播的電磁波，稱為主要沿空間直線傳播的電磁波，稱為空間波空間波。也叫視距傳播、直線波傳播。也叫視距傳播、直線波傳播。視距傳播：適合視距傳播：適合30MHZ30MHZ以上以上電磁波的傳播（超短波、電磁波的傳播（超短波、微波的主要傳播方式）如：電視、廣播即屬此類傳播方微波的主要傳播方式）如：電視、廣播即屬此類傳播方式。缺點：傳播距離有限。式。缺點：傳播距離有限。4.4.主要靠大氣中對流層的的散射和折射傳播電磁波，主要靠

18、大氣中對流層的的散射和折射傳播電磁波， 稱為稱為對流層傳播對流層傳播。對流層對流層對流層傳播：適合對流層傳播：適合30MHZ30MHZ以上以上電磁波的傳播。電磁波的傳播。對流層是距離地面對流層是距離地面10km-20km10km-20km范圍的大氣層，它是自然界大氣現(xiàn)象：范圍的大氣層，它是自然界大氣現(xiàn)象：風、雨、雷、電、雪的發(fā)生區(qū)，因此不穩(wěn)定性是它的主要缺點。風、雨、雷、電、雪的發(fā)生區(qū)，因此不穩(wěn)定性是它的主要缺點。提問：提問：手機信號的傳播屬于這四種中的哪種傳播方式？手機信號的傳播屬于這四種中的哪種傳播方式？(1) 低頻部分：低頻部分：信息變換與放大信息變換與放大(2) 高頻部分：高頻部分：高

19、頻信號產生、高頻信號產生、放大、調制放大、調制高頻高頻振蕩器振蕩器高頻諧振高頻諧振放大器放大器振幅振幅調制器調制器高頻高頻功放功放消息信號消息信號低頻低頻放大器放大器換能器換能器 （1）發(fā)送設備）發(fā)送設備問題三：信號在發(fā)射前為什么一定要進行功率問題三：信號在發(fā)射前為什么一定要進行功率放大？放大？超外差式無線電收信設備的組成超外差式無線電收信設備的組成（2）接收設備）接收設備混頻器混頻器中頻中頻放大器放大器檢波器檢波器(解調解調)高頻諧振高頻諧振放大器放大器1V左右左右本地本地振蕩器振蕩器fL幾十幾十v幾幾mVfCfI=fL-fC低頻低頻放大器放大器八、接收機的要點八、接收機的要點1.1.解調解

20、調是將已調波變換為攜帶信息的基帶信號，是調制的逆過程。是將已調波變換為攜帶信息的基帶信號，是調制的逆過程。AM信號信號解調解調檢波檢波FM信號信號解調解調鑒頻鑒頻PM信號信號解調解調鑒相鑒相2.3.將同一種調制方式的信號轉化為固定的中頻信號，能大大提將同一種調制方式的信號轉化為固定的中頻信號，能大大提 高后續(xù)的中頻放大的增益與選擇性，從而提高解調的質量。高后續(xù)的中頻放大的增益與選擇性，從而提高解調的質量。5.若將混頻器與本地振蕩器合為一個電路，則被稱為若將混頻器與本地振蕩器合為一個電路，則被稱為“變頻器變頻器”4.提問：提問：若廣播信號的頻率為若廣播信號的頻率為936KHZ936KHZ，中頻為

21、，中頻為465KHZ,465KHZ,則需要接則需要接收機的本機振蕩器的頻率是多少？你由此可以聯(lián)想到混頻器的收機的本機振蕩器的頻率是多少？你由此可以聯(lián)想到混頻器的設計的關鍵技術是什么？設計的關鍵技術是什么？HX108-2型型7管半導體收音機管半導體收音機 變頻變頻中頻放大中頻放大檢波檢波低頻功放低頻功放低頻放大低頻放大數(shù)字通信系統(tǒng)組成方框圖 在在發(fā)送端發(fā)送端把由信息源產生的連續(xù)變化的模擬基帶信號，變換成把由信息源產生的連續(xù)變化的模擬基帶信號，變換成離散的離散的數(shù)字脈沖信號數(shù)字脈沖信號，用用A AD D變換器變換器( (ADCADC) )來來完成。完成。為為提高數(shù)字信提高數(shù)字信號的傳輸效果、增強抗

22、干擾能力和便于計算機處理，要對號的傳輸效果、增強抗干擾能力和便于計算機處理，要對ADCADC輸出輸出的數(shù)字脈沖信號進行的數(shù)字脈沖信號進行編碼處理。編碼處理。為了使通信具有保密性，可以再對為了使通信具有保密性，可以再對編碼前的數(shù)字脈沖信號先進行編碼前的數(shù)字脈沖信號先進行加密加密處理。經過這些處理以后就形成處理。經過這些處理以后就形成了了數(shù)字基帶信號數(shù)字基帶信號m(t)，就可以送入數(shù)字調制器中進行數(shù)字調制了，就可以送入數(shù)字調制器中進行數(shù)字調制了九、通信的雙工方式按照信息傳送的方向和時間不同，可分為單工、半雙按照信息傳送的方向和時間不同，可分為單工、半雙工、全雙工通信工、全雙工通信單工通信：信息只單

23、工通信：信息只能沿一個方向傳輸能沿一個方向傳輸半雙工通信：通信半雙工通信：通信雙方均可收發(fā)信息，雙方均可收發(fā)信息，但收和發(fā)不能同時進但收和發(fā)不能同時進行行全雙工通信：通信全雙工通信：通信雙方可同時進行發(fā)送雙方可同時進行發(fā)送和接收信息和接收信息十、非線性電子線路的基本概念十、非線性電子線路的基本概念1、非線性電子線路的重要作用：對輸入信號進行處理，、非線性電子線路的重要作用：對輸入信號進行處理，以便產生以便產生特定波形與頻率的輸出信號特定波形與頻率的輸出信號，在無線電發(fā)送與，在無線電發(fā)送與接收設備中具有重要的意義。如：調制與解調，就是利接收設備中具有重要的意義。如：調制與解調，就是利用非線性元器

24、件的特征。用非線性元器件的特征。2、非線性元器件的特點：它的參數(shù)不是一個常數(shù)，必須、非線性元器件的特點：它的參數(shù)不是一個常數(shù)，必須引入其他的參數(shù)（如：交流電導引入其他的參數(shù)（如：交流電導g=i/ u）才能完整地）才能完整地反映它的特征。見教材反映它的特征。見教材P9圖圖1.3.23、非線性元器件的基本特點：見教材、非線性元器件的基本特點：見教材P9-P11作業(yè)：教材作業(yè)：教材P12 習題習題1.3本課程主要內容：本課程主要內容：高頻小信號放大器高頻小信號放大器高頻功率放大器高頻功率放大器振幅調制振幅調制頻率調制頻率調制相位調制相位調制振幅解調振幅解調混頻混頻頻率解調頻率解調相位解調相位解調正弦

25、波振蕩器正弦波振蕩器發(fā)送設備發(fā)送設備接收設備接收設備發(fā)送、接收設備發(fā)送、接收設備知識拓展：移動通信制式的發(fā)展知識拓展：移動通信制式的發(fā)展GSM:全球移動通訊系統(tǒng)全球移動通訊系統(tǒng)Global System of Mobile communication，是當前應用最為廣泛的移動電話標準，是當前應用最為廣泛的移動電話標準（我們通常說的（我們通常說的2G）。全球超過）。全球超過200個國家和地區(qū)超個國家和地區(qū)超過過10億人正在使用億人正在使用GSM電話。電話。GSM標準的無處不在性標準的無處不在性使通過使通過漫游協(xié)定漫游協(xié)定在移動電話運營商之間自由漫游變在移動電話運營商之間自由漫游變得很平常。得很平

26、常。 第一代移動通信（第一代移動通信（1G-first generation）：）：模擬移動網模擬移動網 第二代移動通訊技術：第二代移動通訊技術：2G（second generation）。）。代表為代表為GSM。以數(shù)字語音傳輸技術為核心。以數(shù)字語音傳輸技術為核心。 2.5代移動通信技術代移動通信技術-CDMA:其英文全稱為其英文全稱為Code Division Multiple Access，中文意思為，中文意思為“碼分多址碼分多址”，一種數(shù)字信號在空中傳輸?shù)木幋a方式一種數(shù)字信號在空中傳輸?shù)木幋a方式CDMA中所提供語音編碼技術，通話品質比目前中所提供語音編碼技術，通話品質比目前GSM好，且可把用戶對話時周圍環(huán)境噪音降低，使通話更好，且