高頻電子線路第一章

1、高頻電子線路采用的教材n通信電子線路原理與應(yīng)用通信電子線路原理與應(yīng)用 陳永泰、劉泉陳永泰、劉泉主編、高等教育出版社主編、高等教育出版社 2011年年8月出版月出版 n通信電子線路通信電子線路 劉泉主編劉泉主編 武漢理工大學(xué)武漢理工大學(xué)出版社出版社 2005年年1月第二版月第二版參考書參考書高頻電子線路高頻電子線路 曾興雯等曾興雯等 編編 西安電子科技大西安電子科技大學(xué)出版社學(xué)出版社n高頻電子線路（第五版）高頻電子線路（第五版） 張肅文主編張肅文主編 高高等教育出版社等教育出版社電子線路（非線性部分）電子線路（非線性部分） 謝家奎謝家奎 編編 高等教高等教育出版社育出版社nWireless Co

2、mmunication Principles and Practice. Theodore S. Rappapot. Prentice Hall Inc. 1996. 信息傳輸是人類社會活動的重要內(nèi)容。沒有信息傳輸是人類社會活動的重要內(nèi)容。沒有通信，就沒有人類社會。通信，就沒有人類社會。 從古代的烽火到近代的旗語，都是人們尋求快從古代的烽火到近代的旗語，都是人們尋求快速遠距離通信的手段。速遠距離通信的手段。 1837年莫爾斯發(fā)明了電報，創(chuàng)造了莫爾斯碼，年莫爾斯發(fā)明了電報，創(chuàng)造了莫爾斯碼，開創(chuàng)了通信的開創(chuàng)了通信的新紀元新紀元。 1864年英國物理學(xué)家麥克斯韋發(fā)表的年英國物理學(xué)家麥克斯韋發(fā)表的“電

3、磁場電磁場的動力理論的動力理論”為無線電發(fā)展奠定了堅實的理論基為無線電發(fā)展奠定了堅實的理論基礎(chǔ)。礎(chǔ)。 1876年貝爾發(fā)明了電話，將語音信號轉(zhuǎn)換為電年貝爾發(fā)明了電話，將語音信號轉(zhuǎn)換為電能傳送沿導(dǎo)線傳送。能傳送沿導(dǎo)線傳送。n1.1 無線電通信的發(fā)展簡史無線電通信的發(fā)展簡史 1887年，德國的赫茲通過實驗證明了麥克斯韋的學(xué)說。年，德國的赫茲通過實驗證明了麥克斯韋的學(xué)說。 1895年意大利的馬克尼、俄羅斯的波波夫等人實現(xiàn)年意大利的馬克尼、俄羅斯的波波夫等人實現(xiàn)了無線電通信，了無線電通信，1901年又首次完成了橫渡大西洋的通信年又首次完成了橫渡大西洋的通信 1904年，弗萊明發(fā)明電子二極管，年，弗萊明發(fā)

4、明電子二極管，標志標志著進入無著進入無 線線電電子學(xué)時代電電子學(xué)時代 。 1907年，美國德年，美國德福雷斯特發(fā)明了電子三極管，是電福雷斯特發(fā)明了電子三極管，是電子技術(shù)發(fā)展史上子技術(shù)發(fā)展史上第一個重要里程碑第一個重要里程碑。 1948年，美國肖克萊等人發(fā)明了晶體三極管年，美國肖克萊等人發(fā)明了晶體三極管,是電子是電子技術(shù)發(fā)展史上技術(shù)發(fā)展史上第二個重要里程碑第二個重要里程碑。 n1.1 無線電通信的發(fā)展簡史無線電通信的發(fā)展簡史1946年年2月月14日日世界上第一臺計算機誕生世界上第一臺計算機誕生n兩位發(fā)明人莫奇來和愛克特ENIAC使用的電子管 1887年，德國的赫茲通過實驗證明了麥克斯韋的學(xué)說。年

5、，德國的赫茲通過實驗證明了麥克斯韋的學(xué)說。 1895年意大利的馬克尼、俄羅斯的波波夫等人實現(xiàn)年意大利的馬克尼、俄羅斯的波波夫等人實現(xiàn)了無線電通信，了無線電通信，1901年又首次完成了橫渡大西洋的通信年又首次完成了橫渡大西洋的通信 1904年，弗萊明發(fā)明電子二極管，年，弗萊明發(fā)明電子二極管，標志標志著進入無著進入無 線線電電子學(xué)時代電電子學(xué)時代 。 1907年，美國德年，美國德福雷斯特發(fā)明了電子三極管，是電福雷斯特發(fā)明了電子三極管，是電子技術(shù)發(fā)展史上子技術(shù)發(fā)展史上第一個重要里程碑第一個重要里程碑。 1948年，美國肖克萊等人發(fā)明了晶體三極管年，美國肖克萊等人發(fā)明了晶體三極管,是電子是電子技術(shù)發(fā)展

6、史上技術(shù)發(fā)展史上第二個重要里程碑第二個重要里程碑。 n1.1 無線電通信的發(fā)展簡史無線電通信的發(fā)展簡史 1958年美國制成了第一塊集成電路。年美國制成了第一塊集成電路。 1967年研制成大規(guī)模集成（年研制成大規(guī)模集成（LSI）電路。電路。 1978年研制成超大年研制成超大 規(guī)模集成（規(guī)模集成（VLSI）電路，從電路，從此電技術(shù)進入了微電子技術(shù)時代。此電技術(shù)進入了微電子技術(shù)時代。 20世紀世紀60年代，中、大規(guī)模乃至超大規(guī)模集成年代，中、大規(guī)模乃至超大規(guī)模集成電路的不斷涌現(xiàn)，是電子技術(shù)發(fā)展史上電路的不斷涌現(xiàn)，是電子技術(shù)發(fā)展史上第三個重要第三個重要里程碑里程碑。 n1.1 無線電通信的發(fā)展簡史無線

7、電通信的發(fā)展簡史 20世紀初首先解決了無線電報通信問題。接著又世紀初首先解決了無線電報通信問題。接著又解決了用無線電波傳送語言和音樂的問題，從而開展解決了用無線電波傳送語言和音樂的問題，從而開展了無線電話通信和無線電廣播。以后傳輸圖象的問題了無線電話通信和無線電廣播。以后傳輸圖象的問題也解決了，出現(xiàn)了無線電傳真和電視。也解決了，出現(xiàn)了無線電傳真和電視。 20世世 紀紀30年代中期到第二次世界大戰(zhàn)期間，為了年代中期到第二次世界大戰(zhàn)期間，為了防空的需要，無線電定位技術(shù)迅速發(fā)展和雷達的出現(xiàn)，防空的需要，無線電定位技術(shù)迅速發(fā)展和雷達的出現(xiàn)，帶動了其他科學(xué)的興起，如無線電天文學(xué)、無線電氣帶動了其他科學(xué)的

8、興起，如無線電天文學(xué)、無線電氣象學(xué)等。象學(xué)等。 20世紀世紀50年代以來，宇航技術(shù)的發(fā)展又促年代以來，宇航技術(shù)的發(fā)展又促 進了無進了無線電技術(shù)向更高的階段發(fā)展。線電技術(shù)向更高的階段發(fā)展。 n1.1 無線電通信的發(fā)展簡史無線電通信的發(fā)展簡史 無線電技術(shù)的發(fā)展是從利用電磁無線電技術(shù)的發(fā)展是從利用電磁波傳輸信息的無線電通信擴展到計算機波傳輸信息的無線電通信擴展到計算機科學(xué)、宇航技術(shù)、自動控制以及其他各科學(xué)、宇航技術(shù)、自動控制以及其他各學(xué)科領(lǐng)域的。學(xué)科領(lǐng)域的。 n1.1 無線電通信的發(fā)展簡史無線電通信的發(fā)展簡史 從發(fā)明無線電開始，傳輸信息就是無線電技從發(fā)明無線電開始，傳輸信息就是無線電技術(shù)的首要任務(wù)。

9、最基本的信息就是語言和文字。術(shù)的首要任務(wù)。最基本的信息就是語言和文字。 音頻在空氣中傳播速度很慢，且衰減很快，不音頻在空氣中傳播速度很慢，且衰減很快，不能遠距離傳播。因而只能借助電來傳播。能遠距離傳播。因而只能借助電來傳播。 n1.2 無線電通信的基本原理無線電通信的基本原理 由天線理論可知，要將無線電信號有效地發(fā)射出由天線理論可知，要將無線電信號有效地發(fā)射出去，天線的尺寸必須和電信號的波長相當。去，天線的尺寸必須和電信號的波長相當。 原始的非電量信息經(jīng)轉(zhuǎn)換的原始電信號一般是低原始的非電量信息經(jīng)轉(zhuǎn)換的原始電信號一般是低頻信號，波長很長。頻信號，波長很長。 如音頻頻率為如音頻頻率為20Hz-20

10、kHz，對應(yīng)波長為對應(yīng)波長為15-15000km,要制造如此巨大的天線是不現(xiàn)實的。即使有要制造如此巨大的天線是不現(xiàn)實的。即使有這樣巨大的天線，由于各發(fā)射臺均為同一頻段的低頻這樣巨大的天線，由于各發(fā)射臺均為同一頻段的低頻信號，在信道中會互相重疊、干擾。信號，在信道中會互相重疊、干擾。n1.2 無線電通信的基本原理無線電通信的基本原理 因此，必須采用幾百因此，必須采用幾百kHz以上的高頻振蕩信號作以上的高頻振蕩信號作為載體，將低頻信號與高頻信號調(diào)制，然后經(jīng)天線發(fā)為載體，將低頻信號與高頻信號調(diào)制，然后經(jīng)天線發(fā)射出去。接收端再對信號進行解調(diào)。調(diào)制以后，由于射出去。接收端再對信號進行解調(diào)。調(diào)制以后，由于

11、傳送的是高頻振蕩信號，天線的尺寸就可大大下降。傳送的是高頻振蕩信號，天線的尺寸就可大大下降。同時不同的發(fā)射臺采用不同的高頻振蕩信號作為載波，同時不同的發(fā)射臺采用不同的高頻振蕩信號作為載波，頻譜上就互相區(qū)分開了。頻譜上就互相區(qū)分開了。n1.2 無線電通信的基本原理無線電通信的基本原理 信息源信息源換能器換能器 發(fā)送發(fā)送 設(shè)備設(shè)備 信道信道受信者受信者換能器換能器 接收接收 設(shè)備設(shè)備噪聲源噪聲源現(xiàn)代通信系統(tǒng)現(xiàn)代通信系統(tǒng) n1.2 無線電通信的基本原理無線電通信的基本原理 信息源信息源 輸入輸入換能器換能器 發(fā)送發(fā)送 設(shè)備設(shè)備 信道信道受信者受信者 輸出輸出換能器換能器 接收接收 設(shè)備設(shè)備噪聲源噪聲

12、源現(xiàn)代通信系統(tǒng) 1信息源信息源信息源是指需要傳送的原始信息信息源是指需要傳送的原始信息 2輸入換能器輸入換能器 將發(fā)信者提供的非電量消息將發(fā)信者提供的非電量消息(如聲音、景物等如聲音、景物等)變換為電信號變換為電信號 3發(fā)送設(shè)備發(fā)送設(shè)備 發(fā)送設(shè)備主要有兩大任務(wù)：一是調(diào)制，二是放大。發(fā)送設(shè)備主要有兩大任務(wù)：一是調(diào)制，二是放大。 4信道信道 信道是連接發(fā)、收兩端的信號通道，又稱傳輸媒介。信道是連接發(fā)、收兩端的信號通道，又稱傳輸媒介。 5接收設(shè)備接收設(shè)備任務(wù)是從已調(diào)信號中恢復(fù)出發(fā)送端相一致的基帶信號任務(wù)是從已調(diào)信號中恢復(fù)出發(fā)送端相一致的基帶信號 6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

13、的消息將輸出的基帶信號變換成原來形式的消息 音頻放大器調(diào)制器激勵放大輸出功率放大載波振蕩器天線開關(guān)高頻放大混頻器中頻放大與濾波解調(diào)器音頻放大器話筒本地振蕩器揚聲器變頻器 無線通信系統(tǒng)的基本組成無線通信系統(tǒng)的基本組成 按照無線通信系統(tǒng)中關(guān)鍵部分的不同特性按照無線通信系統(tǒng)中關(guān)鍵部分的不同特性, 有以下一些有以下一些類型類型: （1） 按照工作頻段或傳輸手段分類按照工作頻段或傳輸手段分類, 有中波通信、有中波通信、 短短波通信、波通信、 超短波通信、超短波通信、 微波通信和衛(wèi)星通信等。微波通信和衛(wèi)星通信等。 所謂工作所謂工作頻率頻率, 主要指發(fā)射與接收的射頻（主要指發(fā)射與接收的射頻（RF）頻率。頻率

14、。 射頻實際上就射頻實際上就是是“高頻高頻”的廣義語的廣義語, 它是指適合無線電發(fā)射和傳播的頻率。它是指適合無線電發(fā)射和傳播的頻率。 無線通信的一個發(fā)展方向就是開辟更高的頻段。無線通信的一個發(fā)展方向就是開辟更高的頻段。 （2） 按照通信方式來分類按照通信方式來分類, 主要有（全）雙工、主要有（全）雙工、 半雙半雙工和單工方式。工和單工方式。 （3） 按照調(diào)制方式的不同來劃分按照調(diào)制方式的不同來劃分, 有調(diào)幅、有調(diào)幅、 調(diào)頻、調(diào)頻、 調(diào)調(diào)相以及混合調(diào)制等。相以及混合調(diào)制等。 無線通信系統(tǒng)的類型無線通信系統(tǒng)的類型 （4） 按照傳送的消息的類型分類按照傳送的消息的類型分類, 有模擬通信有模擬通信和數(shù)

15、字通信和數(shù)字通信, 也可以分為話音通信、也可以分為話音通信、 圖像通信、圖像通信、 數(shù)數(shù)據(jù)通信和多媒體通信等。據(jù)通信和多媒體通信等。 各種不同類型的通信系統(tǒng)各種不同類型的通信系統(tǒng), 其系統(tǒng)組成和設(shè)備其系統(tǒng)組成和設(shè)備的復(fù)雜程度都有很大不同。的復(fù)雜程度都有很大不同。 但是組成設(shè)備的基本電但是組成設(shè)備的基本電路及其原理都是相同的路及其原理都是相同的, 遵從同樣的規(guī)律。遵從同樣的規(guī)律。 傳播特性指的是無線電信號的傳播方式、傳播特性指的是無線電信號的傳播方式、 傳播距離、傳播距離、 傳傳播特點等。播特點等。 無線電信號的傳播特性主要根據(jù)其所處的頻段或無線電信號的傳播特性主要根據(jù)其所處的頻段或波段來區(qū)分。

16、波段來區(qū)分。 電磁波從發(fā)射天線輻射出去后電磁波從發(fā)射天線輻射出去后, 不僅電波的能量會擴散不僅電波的能量會擴散, 接收機只能收到其中極小的一部分接收機只能收到其中極小的一部分, 而且在傳播過程中而且在傳播過程中, 電波電波的能量會被地面、的能量會被地面、 建筑物或高空的電離層吸收或反射建筑物或高空的電離層吸收或反射, 或者在或者在大氣層中產(chǎn)生折射或散射等現(xiàn)象大氣層中產(chǎn)生折射或散射等現(xiàn)象, 從而造成到達接收機時的強從而造成到達接收機時的強度大大衰減。度大大衰減。 根據(jù)無線電波在傳播過程所發(fā)生的現(xiàn)象根據(jù)無線電波在傳播過程所發(fā)生的現(xiàn)象, 電波的電波的傳播方式主要有直射（視距）傳播、傳播方式主要有直射

17、（視距）傳播、 繞射（地波）傳播、繞射（地波）傳播、 折折射和反射（天波）傳播及散射傳播等。射和反射（天波）傳播及散射傳播等。 決定傳播方式和傳播決定傳播方式和傳播特點的關(guān)鍵因素是特點的關(guān)鍵因素是無線電信號的頻率無線電信號的頻率。傳播特性傳播特性無線電波105紅外線1010可見光紫外線1015X射線1020宇宙射線1025f/Hz/m3103310 2(3.87.8)10 7310 7310 12310 17電磁波波譜電磁波波譜 為了討論問題的方便，將不同頻率的電磁波人為 地劃分若干頻段或波段，列表如下: 波段名稱波段名稱波段范圍波段范圍頻率范圍頻率范圍頻段名稱頻段名稱超長波超長波長波長波中波

18、中波短波短波超短波超短波(米波米波)10 000100 000m100010 000m1001 000m10100m110m330kHz30300kHz0.31.5MHz1.530MHz30300MHz甚低頻甚低頻(VLF)低頻低頻(LF)中頻中頻(MF)高頻高頻(HF)甚高頻甚高頻(VHF)微波微波分米波分米波厘米波厘米波毫米波毫米波亞毫米波亞毫米波10100 cm110 cm110 cm0.11 mm0.33GHz330GHz30300GHz3003000GHz特高頻特高頻(UHF)超高頻超高頻(SHF)極高頻極高頻(EHF)超極高頻超極高頻n1.3 通信的傳輸媒質(zhì)通信的傳輸媒質(zhì)1.3 通

19、信的傳輸媒質(zhì)通信的傳輸媒質(zhì)n 信道是信號的傳輸媒質(zhì)信道是信號的傳輸媒質(zhì), 可分為有線可分為有線和無線信道和無線信道.n有線信道有線信道: 明線明線 對稱電纜對稱電纜 雙絞線雙絞線 同軸電纜同軸電纜 光纖光纖 n無線信道無線信道: 如海水，地球表面，自由空間等如海水，地球表面，自由空間等有線通信信道有線通信信道1. 1. 雙絞線雙絞線 適用于短距離（小于適用于短距離（小于100100m m）、）、1 1Mb/sMb/s數(shù)據(jù)率的數(shù)據(jù)率的通信環(huán)境。通信環(huán)境。2. 2. 同軸電纜同軸電纜 適用于距離在幾百米、帶寬小于適用于距離在幾百米、帶寬小于1010MhzMhz、碼流碼流率小于率小于2020Mbps

20、Mbps的通信環(huán)境。的通信環(huán)境。3. 3. 光纖電纜光纖電纜 特點：衰減小（小于特點：衰減?。ㄐ∮? 1db/kmdb/km）、）、工作頻率高、工作頻率高、信息容量大信息容量大無線通信信道無線通信信道n無線通信的傳輸媒質(zhì)是自由空間。無線通信的傳輸媒質(zhì)是自由空間。電磁波從發(fā)射天線輻射出去之后，電磁波從發(fā)射天線輻射出去之后，經(jīng)過自由空間到達接收天線的傳播經(jīng)過自由空間到達接收天線的傳播途徑可分為兩大類：地波和天波。途徑可分為兩大類：地波和天波。 地波（分為地面波和空間波）地波（分為地面波和空間波）1. 地面波地面波 就是沿地面?zhèn)鞑サ臒o線電波。適就是沿地面?zhèn)鞑サ臒o線電波。適用于長波和超長波。用于長波和

21、超長波。 1.5MHz以下的電磁波主要沿地表傳播以下的電磁波主要沿地表傳播 , 稱為稱為地面波地面波 地波（分為地面波和空間波）地波（分為地面波和空間波）2. 空間波空間波 是在發(fā)射天線與接收天線間直線是在發(fā)射天線與接收天線間直線傳播的無線電波傳播的無線電波, , 發(fā)射天線和接收發(fā)射天線和接收天線較高，接收點的電磁波由直接天線較高，接收點的電磁波由直接波和地面反射波合成。適用于超短波和地面反射波合成。適用于超短波。波。30MHz以上的電磁波主要沿空間直線傳播，以上的電磁波主要沿空間直線傳播，稱為稱為空間波空間波 天波天波n經(jīng)過地面經(jīng)過地面100100kmkm至至500500kmkm的電離層反射

22、傳的電離層反射傳送到接收點的電磁波。適用于短波。送到接收點的電磁波。適用于短波。n電離層反射的特點：電離層反射的特點： 頻率越高，吸收能量越小，但頻率過頻率越高，吸收能量越小，但頻率過高電波會穿透電離層。故頻率只限于中高電波會穿透電離層。故頻率只限于中短波段短波段300300KhzKhz30Mhz30Mhz 。1.530MHz的電磁波，主要靠天空中電的電磁波，主要靠天空中電離層的折射和反射傳播，稱為離層的折射和反射傳播，稱為天波天波電離層電離層n1.4 高頻電子線路的主要內(nèi)容高頻電子線路的主要內(nèi)容高頻電子線路課程的絕大部分電路都屬于非線高頻電子線路課程的絕大部分電路都屬于非線性電路，一般都用非線