第一章課件-概述.ppt

1、1,非線性電子線路,高頻電子線路,通信電子線路,2,課程簡(jiǎn)介,高頻電子線路是電子信息工程、通信工程、廣播電視工程等專業(yè)學(xué)生的重要技術(shù)基礎(chǔ)課程。它的任務(wù)是使學(xué)生掌握功率放大、正弦振蕩、頻譜線性搬移及非線性搬移的各單元電路的基本構(gòu)成、基本特點(diǎn)、基本工作原理、基本分析方法以及基本工程估算方法。,本課程的前續(xù)課程有大學(xué)物理、電路分析、 信號(hào)與系統(tǒng)、模擬電子技術(shù)。 后續(xù)課程有通信原理、電視原理、移動(dòng)通信、微波技術(shù)等。,與相關(guān)課程的銜接,3,本課程討論的內(nèi)容,主要討論用于各種電子系統(tǒng)和設(shè)備中的高頻電子線路。 主要結(jié)合無線通信來討論高頻電路的線路組成、工作原理和分析、設(shè)計(jì)方法。,4,課程內(nèi)容安排,1、緒論

2、2、高頻電路基礎(chǔ) 3、高頻諧振放大器 4、正弦波振蕩器 5、頻譜的線性搬移電路 6、振幅調(diào)制、解調(diào)與混頻 7、角度調(diào)制與解調(diào) 8、 反饋控制電路,貫穿本書的基礎(chǔ)知識(shí),高頻小信號(hào)放大器,高頻功率放大器,第六章基礎(chǔ)知識(shí),頻譜非線性搬移,5,主要參考書,1、高頻電子線路 曾興雯 高等教育出版社 2、高頻電子線路 張肅文 高等教育出版社 3、電子線路（非線性部分）謝嘉奎 高教出版社 4、高頻電子電路 王衛(wèi)東 電子工業(yè)出版社,5、高頻電子線路 廖惜春 電子工業(yè)出版社,6,第1章 緒論,1.1 無線通信系統(tǒng)概述 1.2 無線電信號(hào)與調(diào)制 1.3 本課程的特點(diǎn),7,1無線通信系統(tǒng),圖無通信系統(tǒng)的組成,組成：

3、發(fā)射裝置 + 接收裝置 + 傳輸媒質(zhì),(1) 發(fā)射裝置, 換能器：,將被發(fā)送的信息變換為電信號(hào)。例：話筒將聲音變?yōu)殡娦盘?hào)。,將換能器輸出的電信號(hào)變?yōu)閺?qiáng)度足夠的高頻電振蕩。, 發(fā)射機(jī)：, 天線：,將高頻電振蕩變成電磁波向傳輸媒質(zhì)輻射。,8,(2) 接收裝置,接收是發(fā)射的逆過程。, 接收天線：,高頻電振蕩,電信號(hào)。, 接收機(jī)：,將從空間接收的電磁波 高頻電振蕩。, 換能器：將電信號(hào),所傳送信息。,(3) 傳輸媒質(zhì) 自由空間,電磁波傳送方式，依據(jù)波長(zhǎng)不同，可分為：長(zhǎng)波、中波、短波、超短波。,無線通信系統(tǒng)的組成,9,2無線通信存在的問題,(1)接收信號(hào)微弱,電磁波,接收天線,(2)存在干擾,例如其他電

4、臺(tái)的發(fā)射信號(hào)，各種工業(yè)、醫(yī)學(xué)裝置輻射電磁波，大氣層、宇宙固有的電磁干擾等。,對(duì)接收裝置的要求：增益高，選擇性好。,3解決方案,發(fā)射機(jī)和接收機(jī)借助線性和非線性電子線路對(duì)攜有信息的電信號(hào)進(jìn)行變換和處理。除放大外，最主要有調(diào)制、解調(diào)。,10,高頻載波信號(hào)可表示為： c=Vccos(ct+c), 放大、調(diào)制、解調(diào),3解決方案,（1）調(diào)制的基本原理,11,調(diào)制：由攜有信息的電信號(hào)去控制高頻振蕩信號(hào)的某一參數(shù)，使該參數(shù),按照電信號(hào)的規(guī)律而變化的一種處理方式。,調(diào)制信號(hào),載波信號(hào),振幅-調(diào)幅 頻率-調(diào)頻 相位-調(diào)相,經(jīng)過調(diào)制后的高頻振蕩信號(hào)-稱已調(diào)波信號(hào)。,解調(diào)：調(diào)制的逆過程，將已調(diào)波信號(hào)變換為攜有信息的電

5、信號(hào)。,（2）調(diào)制、解調(diào)的定義,12,(3)調(diào)制的作用, 減小天線的尺寸。, 選臺(tái)。,音頻范圍：20Hz 20kHz，若發(fā)射 100 Hz，波長(zhǎng) = c /f = 3 000 km，天線至少幾百千米。需減少波長(zhǎng)，提高發(fā)射頻率。,將不同電臺(tái)發(fā)送的信息分配到不同頻率的載波信號(hào)上，使接收機(jī)可選擇特定電臺(tái)的信息而抑制其他電臺(tái)發(fā)送的信息和各種干擾。,只有饋送到天線上的信號(hào)波長(zhǎng)與天線尺寸可以比擬時(shí)，天線才能有效地輻射和接收電磁波。,13,4調(diào)幅廣播發(fā)射機(jī)組成,(1) 低頻部分： 信息變換與放大,(2) 高頻部分：高頻信號(hào)產(chǎn)生、放大、調(diào)制,14,4調(diào)幅廣播發(fā)射機(jī)組成,振蕩器：產(chǎn)生 fosc 的高頻振蕩信號(hào)，

6、幾十千赫以上。,高頻放大器： 多級(jí)小信號(hào)諧振放大器，放大振蕩信號(hào)，使頻率倍增至 fc，并提供足夠大的載波功率。,調(diào)制信號(hào)放大器：多級(jí)放大器，前幾級(jí)為小信號(hào)放大器，放大微音器的電信號(hào)；后幾級(jí)為功放，提供功率足夠的調(diào)制信號(hào)。,振幅調(diào)制器：實(shí)現(xiàn)調(diào)幅功能，將輸入的載波信號(hào)和調(diào)制信號(hào)變換為所需的調(diào)幅波信號(hào)，并加到天線上。,15,各部分作用：,(1)振蕩器,產(chǎn)生 fosc 的高頻振蕩信號(hào)，幾十千赫以上。,(2)高頻放大器,多級(jí)小信號(hào)諧振放大器，放大振蕩信號(hào)，使頻率倍增至 fc，并提供足夠大的載波功率。,(3)調(diào)制信號(hào)放大器,多級(jí)放大器，前幾級(jí)為小信號(hào)放大器，放大微音器的電信號(hào)；后幾級(jí)為功放，提供功率足夠的

7、調(diào)制信號(hào)。,(4)振幅調(diào)制器,實(shí)現(xiàn)調(diào)幅功能，將輸入的載波信號(hào)和調(diào)制信號(hào)變換為所需的調(diào)幅波信號(hào)，并加到天線上。,調(diào)幅廣播發(fā)射機(jī)的組成,16,5調(diào)幅廣播接收機(jī) 組成,(1) 低頻部分： 信息變換與放大,(2) 高頻部分：高頻信號(hào)產(chǎn)生、放大、調(diào)制,17,(1) 高頻放大器,是小信號(hào)諧振放大器，作用：, 選臺(tái)。利用可調(diào)諧的諧振系統(tǒng)選出有用信號(hào)，抑制其他頻率的干擾信號(hào)。, 放大。放大選出的有用信號(hào)。,18,(2) 混頻器,兩路輸入為：, 由高放級(jí)：已調(diào)信號(hào) fc 。, 由本機(jī)振蕩器：本振信號(hào) fL。,作用：載波變頻，即將已調(diào)信號(hào)的載波由 fc (高頻)變換為 fI (中頻)， fI = |fc - fL

8、 |，而調(diào)制波形不變。,19,(3)本機(jī)振蕩器,產(chǎn)生頻率為 fL =|fc - fI |(或 fL = fc + fI )的高頻等幅振蕩信號(hào)。fL 可調(diào)，并能跟蹤 fc。,(4)中頻放大器,為多級(jí)固定調(diào)諧的小信號(hào)放大器，作用：放大中頻信號(hào)。,20,(5)檢波器,解調(diào)，從中頻調(diào)幅波還原為所傳送的調(diào)制信號(hào)。,(6)低頻放大器,組成：小信號(hào)放大器 功率放大器。 作用：放大調(diào)制信號(hào)，向揚(yáng)聲器提供所需的推動(dòng)功率。,21,特點(diǎn)：解調(diào)電路前包括混頻器、本機(jī)振蕩、中頻放大器等。,優(yōu)點(diǎn)： 增益高，選擇性好。,直接接收機(jī)：解調(diào)前僅包括高放，無混頻器、本機(jī) 振蕩、中頻放大器等，增益低，選擇性差。,調(diào)幅廣播接收機(jī)的組

9、成,超外差接收機(jī)的概念,22,6、頻段劃分,例：多波段收音機(jī),23,1.1 無線通信系統(tǒng)概述,一、無線通信系統(tǒng)的組成,發(fā)送設(shè)備,接收設(shè)備,超外差形式,24,超外差接收機(jī)的主要特點(diǎn),（1）由頻率固定的中頻放大器來完成對(duì)接收信號(hào)的選擇和放大。 當(dāng)信號(hào)頻率改變時(shí)，只要相應(yīng)地改變本地振蕩信號(hào)頻率即可。,（2）中頻比信號(hào)載頻低得多，因此在中頻上實(shí)現(xiàn)對(duì)有用信號(hào)的選擇要比在載頻上選擇對(duì)濾波器Q值的要求低得多，容易實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的高增益放大。,25,一、無線通信系統(tǒng)的組成,（2）調(diào)制(Modulating)過程,在發(fā)送設(shè)備中，一般存在兩種變換：,（1）將信源產(chǎn)生的原始信息變換成電信號(hào),該信號(hào)的頻譜通常靠近零頻附近，

10、屬于低頻信號(hào)，稱為基帶信號(hào)(Baseband) ；,將基帶信號(hào)變換成適合在信道中傳輸?shù)男盘?hào)形式(一般為射頻或高頻的帶通信號(hào))。,（1）將接收到的已調(diào)信號(hào)變換為基帶信號(hào)的過程稱為解調(diào)(Demodulating) 。,在接收設(shè)備中有相應(yīng)的兩種反變換。,（2）將基帶信號(hào)通過輸出換能器轉(zhuǎn)換為原始信息形式。,26,（3）調(diào)制時(shí)還需要一個(gè)高頻振蕩信號(hào)，稱為載波(Carrier) 。載波通常為單一頻率的正弦信號(hào)或脈沖信號(hào)。,分析三種信號(hào)：,（2）調(diào)制后的信號(hào)稱為已調(diào)信號(hào)(Modulated Signal)；,（1）沒有進(jìn)行調(diào)制之前的基帶信號(hào)稱為調(diào)制信號(hào)(Modulating Signal)；,調(diào)制信號(hào)、載波

11、、已調(diào)波。,27,(1) 高頻振蕩器(信號(hào)源、載波信號(hào)或本地振蕩信號(hào))；,信號(hào)的放大,信號(hào)的產(chǎn)生,(3) 混頻或變頻(高頻信號(hào)變換或處理) (4) 調(diào)制與解調(diào)(高頻信號(hào)變換或處理),(2) 放大器(高頻小信號(hào)放大器及高頻功率放大器)；,頻率變換,高頻電路的基本內(nèi)容應(yīng)該包括:,還需要什么電路？,反饋控制電路！,28,主要有自動(dòng)增益控制(AGC) ，自動(dòng)頻率控制(AFC)電路和自動(dòng)相位控制(APC)電路(也稱鎖相環(huán)PLL)。,無線通信系統(tǒng)中通常需要某些反饋控制電路！,還要考慮高頻電路中所用的元件、器件和組件，以及信道或接收機(jī)中的干擾與噪聲問題。,29,(1) 按工作頻段或傳輸手段 有中波通信、短波

12、通信、超短波通信、微波通信和衛(wèi)星通信等。,二、無線通信系統(tǒng)的類型,射頻實(shí)際上就是“高頻”的廣義語，它是指適合無線電發(fā)射和傳播的頻率。,工作頻率主要指發(fā)射與接收的射頻(RF)頻率。,30,二、無線通信系統(tǒng)的類型,圖的例子是半雙工方式，將天線開關(guān)換成雙工器就成了雙工方式。,主要有(全)雙工、半雙工和單工方式。 單工通信，指的是只能發(fā)或只能收的方式； 半雙工，既可以發(fā)也可以收但不能同時(shí)收發(fā)的方式； 雙工通信，可以同時(shí)收發(fā)的通信方式。,(2) 按通信方式,31,(3) 按調(diào)制方式 有調(diào)幅、調(diào)頻、調(diào)相以及混合調(diào)制等。,二、無線通信系統(tǒng)的類型,(4) 按傳送的消息的類型,(1) 按工作頻段或傳輸手段,(2

13、) 按通信方式,有模擬通信和數(shù)字通信，也可以分為話音通信、圖像通信、數(shù)據(jù)通信和多媒體通信等。,32,自然界中存在的電磁波的波譜很寬，如圖：,1.2 無線電信號(hào)與調(diào)制,在電磁波譜中，波長(zhǎng)最長(zhǎng)的是無線電波。,一般將頻率低于3*1011Hz的電磁波統(tǒng)稱為無線電波。,33,無線電波的波段劃分,34,頻段劃分中的“高頻”段，其范圍為330 MHz，這是“高頻”的狹義解釋，它指的就是短波頻段。 廣義的“高頻”指的是射頻，其頻率范圍非常寬。 目前的技術(shù)水平，“高頻”的上限頻率可達(dá)微波頻段（如3GHz）。,1.2 無線電信號(hào)與調(diào)制,只要電路尺寸比工作波長(zhǎng)小得多，仍可用集中參數(shù)來分析實(shí)現(xiàn)，都可認(rèn)為屬于“高頻”范

14、圍。,高頻的解釋：,35,在高頻電路中，要處理的無線電信號(hào)主要有三種: 基帶信號(hào)、高頻載波信號(hào)和已調(diào)信號(hào)。 這些無線電信號(hào)有多方面的特性，主要有 時(shí)域特性、頻譜特性、調(diào)制特性、傳播特性等。,1.2 無線電信號(hào)與調(diào)制,36,無線電信號(hào)的特性,（1）時(shí)間特性-信號(hào)隨時(shí)間變化快慢的特性，通常用時(shí)域波形或數(shù)學(xué)表達(dá)式來表示。,（2）頻譜特性-任何信號(hào)都可以分解為許多不同頻率、不同幅度的正弦信號(hào)之和。頻譜特性有幅頻特性和相頻特性兩部分。,（3）傳播特性-是無線電信號(hào)的傳播方式、傳播距離、傳播特點(diǎn)等。不同頻段的信號(hào)，其傳播特性不同。,（4）調(diào)制特性-不同的調(diào)制信號(hào)和不同的調(diào)制方式，其調(diào)制特性不同。,37,時(shí)

15、間特性 一個(gè)無線電信號(hào)，可將它表示為電壓或電流的時(shí)間函數(shù)，通常用時(shí)域波形或數(shù)學(xué)表達(dá)式來描述。比較簡(jiǎn)單的如正弦波、周期性方波等，此法表示很方便。 無線電信號(hào)的時(shí)間特性就是信號(hào)隨時(shí)間變化快慢的特性。,1.2 無線電信號(hào)與調(diào)制,38,1.2 無線電信號(hào)與調(diào)制,2. 頻譜特性 對(duì)于較復(fù)雜的信號(hào)(如話音信號(hào)、圖像信號(hào)等)，用頻譜分析法表示較為方便。,直流、基波及三次諧波之和,39,2. 頻譜特性,射頻頻率越高，可利用的頻帶寬度越寬。,帶寬就是信號(hào)能量主要部分(一般為90%以上)所占據(jù)的頻率范圍。不同的信號(hào)，其帶寬不同，如話音的頻率范圍大致為100 Hz6 kHz，其主要能量集中在300 Hz3400Hz

16、。,任何信號(hào)都會(huì)占據(jù)一定的帶寬。,不僅可以容納許多互不干擾的信道，從而實(shí)現(xiàn)頻分復(fù)用或頻分多址，而且也可以傳播某些寬頻帶的消息信號(hào)(如圖像信號(hào))。,40,1.2 無線電信號(hào)與調(diào)制,3. 傳播特性,指無線電信號(hào)的傳播方式、傳播距離、傳播特點(diǎn)等。,電波的傳播方式主要有： 直射(視距)傳播、繞射(地波)傳播、折射和反射(天波)傳播及散射傳播等。,決定傳播方式和傳播特點(diǎn)的關(guān)鍵因素是 無線電信號(hào)的頻率。,41,電波的傳播方式,直射傳播,地波,天波,散射傳播,42,頻率在 1.5MHZ以下 地面波,特點(diǎn)：波長(zhǎng)愈長(zhǎng)，傳播損耗愈小。主要用于中、長(zhǎng)波無線電通信和導(dǎo)航。例如，收音機(jī)接收的廣播電臺(tái)中波信號(hào)。,（1）地

17、波傳播（繞射波）,1.2 無線電信號(hào)與調(diào)制,3、傳播特性,問題：地球表面是有電阻的導(dǎo)體，當(dāng)電磁波在它上面行進(jìn)時(shí)，有一部分電磁能量被消耗，且頻率越高，地面波損耗越大！,43,1.2 無線電信號(hào)與調(diào)制,3、傳播特性,（2）天波,主要靠天空中電離層的折射和反射傳播。,問題：當(dāng)頻率超過一定值后，電磁波會(huì)穿透電離層，不再返回地面！,主要用于短波、中波的遠(yuǎn)距離通信和廣播。例如，收音機(jī)接收的廣播電臺(tái)短波信號(hào)或軍用短波電臺(tái)。,頻率在 1.5MHZ30MHZ 反射波,44,電 離 層簡(jiǎn)介,電離層：是由于太陽和星際空間的輻射引起大氣電離而產(chǎn)生的。在大氣層中離地面60600 km的區(qū)域稱為電離層。,利用電離層進(jìn)行的

18、短波通信并不穩(wěn)定。但由于電離層離地面較高，因此，短波通信還是一種價(jià)格低廉的遠(yuǎn)距離通信方式。,45,1.2 無線電信號(hào)與調(diào)制,3、傳播特性,頻率在30MHZ以上 空間波,特點(diǎn)：收、發(fā)信高架（高度比波長(zhǎng)大的多）。主要用于超短波、微波波段的通信和電視廣播。例如，移動(dòng)通信、衛(wèi)星通信采用視距傳播。,（3）視距傳播（直射波）（傳播距離在視線范圍內(nèi)）,46,1.2 無線電信號(hào)與調(diào)制,3、傳播特性,（4）散射傳播,散射現(xiàn)象。,散射發(fā)生于粗糙表面、小物體或不規(guī)則物體等許多地方。,頻率在4006000MHZ,47,對(duì) 流 層,散射是在電波通過的介質(zhì)中存在小于波長(zhǎng)的物體并且單位體積內(nèi)阻擋體的個(gè)數(shù)非常大時(shí)產(chǎn)生的。,散

19、射現(xiàn)象主要發(fā)生在對(duì)流層。在離地面大約1012 km范圍內(nèi)的大氣層稱為對(duì)流層，該層的空氣密度較高，所有的大氣現(xiàn)象(如風(fēng)、雨、雷、電等)都發(fā)生在這一層。,因此，散射發(fā)生于粗糙表面、小物體或不規(guī)則物體等許多地方。,48,長(zhǎng)波信號(hào)以地波繞射為主； 中波和短波信號(hào)可以地波和天波兩種方式傳播，但前者以地波傳播為主，后者以天波(反射與折射)為主； 超短波以上頻段的信號(hào)大多以直射方式傳播，也可采用對(duì)流層散射的方式傳播。,電波傳播方式總結(jié),49,1.2 無線電信號(hào)與調(diào)制,4、調(diào)制特性,調(diào)制在無線通信中的作用至關(guān)重要。,（1）調(diào)制的定義,（2）調(diào)制的基本方式,三種信號(hào)：,調(diào)制信號(hào)、 載波 、 已調(diào)波,本課程主要討論： 模擬消息(調(diào)制)信號(hào)和正弦載波的模擬調(diào)制。,50,一、線性電子電路與非線性電子電路,電子器件嚴(yán)格講是非線性的，但依使用條件不同，表現(xiàn)的非線性程度不同。為此，有如下兩種應(yīng)用：,（1）線性電路 對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理時(shí)，盡量使用器件特性的線性部分。電路基本是線性的，但存在不希望有的失真。,（2）非線性電