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1、高频电子线路,High Frequency Electronic Circuits,绪 论,一、高频电子线路与低频电子线路的区别,信号频率高，大部分电路为非线性工作（完成信号频率变换功能）；应用集中参数描述元器件，但器件存在高频效应，杂散参数对电路产生很大影响。,信号频率较低，元器件工作在线性工作区；应用集中参数描述元器件。,模拟电子线路,高频电子线路,微波电路,电路尺寸可以与工作波长相比拟，应用场的方法进行分析,高频的概念具有不确定性，故将这门学科称为“射频模拟电路”，又由于其大量采用非线性电路的分析方法，所以也称之为“非线性电子线路”。,二、高频线路在无线通信系统中的作用,编码方式传输信息
2、（海上用的旗语、手语以及船只之间的闪光通信）,1、通信的起源信息传输是人类生活方式的重要内容,信鸽、驿站等作为信息传输方法,光通信（烽火台传送边疆警报）,电通信:有线通信有线电报(1837)和电话(1876),无线电技术是在电磁波学以及电子器件和电子线路的基础上形成和发展起来的，主要任务是解决信息传输和信息处理问题，即无线通信。,无线通信：(1864)麦克斯韦方程，赫兹实验(1887)无线电的发明，,马可尼百米实验(1895)（1901）跨洋通信，（1904）弗莱明电子管（1948）肖特基晶体管，（20世纪60年代）集成电路,2、高频无线通信系统的载体,A、高频便于通过天线传输,B、高频的频带
3、范围宽，信息容量大,三、通信系统的基本组成单元,信号源,接收设备,发送设备,传输信道,收信装置,1、通信系统的构成,在实际的通信电子线路中传输的是各种电信号,为此就需要将各种形式的信息转变成电信号。,常见的信号源有：,话筒,摄象机,各种传感器件,1、信号源,发送设备的作用：,将基带信号变换成适合信道的传输特性的信号。,对基带信号进行变换的原因：,由于要传输的信息种类多样，其对应的基带信号特性各异，这些基带信号往往并不适合信道的直接传输。,2、发送设备,传输信道又称传输媒质，是传输信道的媒质。不同的传输信道有不同的传输特性。,如：电缆、光缆、无线电波,传输信道简介：,有线通信信道,无线通信信道,
4、3、传输信道,（1）、双绞线,适用于短距离（小于100m）、1Mb/s数据率的通信环境。,（2）、同轴电缆,适用于距离在几百米、带宽小于10Mhz、码流率小于20Mbps的通信环境。,（3）、光纤电缆,衰减小（小于1db/km）、工作频率高、信息容量大,（一）、有线通信信道,（二）、无线通信信道,无线通信以自由空间为传输媒质：地波与天波,1、地波（分为地面波和空间波）,a、地面波 是沿地面传播的无线电波b、空间波 是在发射天线与接收天线间直线传播的无线电波,发射天线和接收天线较高，接收点的电磁波由直接波和地面反射波合成。,2、天波：经过地面100km至500km的电离层反射传送到接收点的电磁波
5、,频率越高，吸收能量越小，但频率过高电波会穿透电离层，只限于中短波段。,3、传播方式的对比,a、靠电离层反射和折射的传播方式的传播距离最长,b、靠直线传播方式传播的距离最短,C、沿着地表传播方式传播的距离介于上面的两者之间,频率越高，趋肤效应越严重，损耗也越严重。沿着地表传输的波频率不太高，一般波长在200米以上的波主要沿着地表传输，波长在10米到200米的波主要靠电离层传输，波长在10米以下，主要是直线传播。,无线电频段和波段的划分,4、接收设备,接收设备的作用：,对接收设备的要求：,由于信号在传输和恢复的过程中存在着干扰和失真，接收设备要尽量减少这种失真。,接收传送过来的信号，并进行处理，
6、以恢复发送端的基带信号。,5、收信装置（换能器）,收信装置 接收设备输出的电信号变换成 原来形式的信号的装置。,如：,还原声音的喇叭,恢复图象的显象管,四、无线通信基本原理,1、无线通信系统的组成,消息信号源,放大器,调制器,高频振荡器,谐振放大器或倍频器,已调波放大器,发射天线,接收天线,高频放大器,本地振荡器,混频器,中频放大器,解调器,放大器,视频显示器扬声器等等,选择电路,（a）调制信号（基带信号）：携有信息的电信号,（b）载波信号：未调制的高频振荡信号,（c）已调波信号：经调制后的高频振荡信号,2、无线通信系统中的信号,3、无线通信系统中几个基本概念,A、无线电发射机,1、调制mod
7、ulation：用带有信息的信号控制高频信号的一个或几个参数，使该参数按照电信号的规律而变化的一种处理方式。,b、调制,2、振幅调制 amplitude modulation（调幅AM）：使高频振荡信号的幅度随调制信号变化的调制方式。,调制的基本概念,3、频率调制 frequency modulation（调频FM）：使高频振荡信号的频率随调制信号变化的调制方式。,调制的基本概念,调制的基本概念,4、相位调制phase modulation（调相PM）：使高频振荡信号的相位随调制信号变化的调制方式。,5、数字信号的调制：调制信号为数字信号时，称为键控，分振幅键控（ASK）、频率键控（FSK）、
8、相位键控（PSK）。有正弦调制和脉冲调制方式。,C、无线电接收机,d、解调,解调demodulation：从已调波中把原来的调制信号恢复出来的过程。,据调制方法不同，解调电路可分别有：检波器、鉴频器、鉴相器。,五、现代通信系统,上世纪70年代以前，通信系统主要是模拟体制，接收机如前介绍的超外差接收机，7080年代无线电通信实现了模拟数字的大转变，从系统控制（选台调谐、音量控制，均衡控制等）到信源编码、信道编码，以及硬件实现技术都无一例外地实现了数字化。现代超外差接收机可用下图来表示，它是一个模拟与数字的混合系统。,上世纪90年代后，通信界开始了一场新的无线电革命，即从数字化走向了软件化，软件无
9、线电技术（software Radio）应运而生。支持这场革命的是多种技术的综合，包括多频段天线和 RF变换宽带A/D/A转换，完成IF、基带、比特流处理功能的通用可编程处理器等。软件无线电最初目的是满足军用通信中不同频段，不同信道调制方式和数据方式的各类电台之间的联网需要，因为它可以很容易地解决各种接口标准之间的兼容问题，使得它的优越性很快得到商用通信的青睐，并且在个人移动通信领域发展迅速。软件无线电是特指具有用软件实现各种功能特点的无线电台（如移动通信中的移动电话机、基站电台、军用电台等），它主要由低成本、高性能的DSP芯片组成。规范的软件无线电典型结构如下图所示。,软件无线电,现代通信系
10、统,软件无线电的标志：1.无线通信功能是由软件定义并完成的，这种完全的可编程能力包括可编程的射频波段、信道接入方式、信道调制方式与纠错算法等，软件无线电区别于软件控制的数字无线电。2.在尽可能靠近天线的地方使用A/D/A转换器，因为信号的数字化是实现软件无线电的首要条件。理想软件无线电系统中的A/D/A转换器已相当靠近天线，从而可对高频信号进行数字化处理，这也是它与常用的数字通信系统的根本区别所在。,现代通信系统,软件无线电的特点：1.具有完全的可编程性通过安装不同的软件来实现不同的电路功能，包括工作模式，系统功能，扩展业务等。2.软件无线电基于DSP技术 系统所需要的信号处理工作有变频、滤波
11、、调制解调，信道编译码，接口协议与信令处理，加解密、抗干扰处理，以及网络监控管理。,现代通信系统,3.其有很强的灵活性及可扩充性 可以任意转换信道接入方式，改变调制方式或接收不同系统的信号。4.具有集中性 由于软件无线电结构具有相对集中和统一的硬件平台，所以多个信道可以享有共同的射频前端与宽带A/D/A转换器，从而可以获取每一信道的相对廉价的信号处理性能。,现代通信系统,由于大规模集成电路的数字无线电和软件无线电收发信机，其内部的基本功能，基本原理，工作流程和电路结构与传统的超外式无线电收发信机并无太大差异，经典高频电子线路的分析方法与设计思想仍可作为现代无线电新技术的理论基础。而且，由于目前
12、器件水平的限制，软件无线电技术还基本只能在通信系统的基带处理部分得到较好发挥，还必须采用与传统电路结合的方式进行系统研制。要超越器件水平的限制，进行深入的理论研究，提出新的解决方案和好的算法，也需要借助于一些经典的通信电路理论。数字通信中的很多电路功能也基本上用模拟电路实现。因此，本门课程中仍以基本模拟电子电路为主要内容进行分析。,现代通信系统,六、本课程特点,电子器件（晶体二极管、半导体三极管、场效应管）具有非线性特性，输入信号小时，可以近似看作线性器件。,非线性电路不满足叠加原理，当多个频率的组合信号通过非线性器件时，会从出现这些频率的线性组合信号，即出现交叉调制，完成频谱变换功能，如调制、解调、倍频等。,非线性电子线路分析方法：折线法、幂级数法、开关函数法、线性时变参数法,七、教学内容,高频电路基础、串并联谐振回路,频率合成基本原理,谐振功率放大器,反馈振荡器,振幅调制、解调电路,角度调制、解调电路,八、参考书,1、电子线路（II）清华大学出版社，董尚斌，代永红，金伟正 20082、高频电路的原理与分析西安电子科技大学出 版社 杜武林 19993、非线性电子线路华中科技大学出版社 严国萍 20014、secrets of RF circuit design（third edition）Joseph.J.CRAA（美）电子工业出版社 2001,
