高频电路原理与分析第1章绪论.ppt

1,第1章 绪论,1.1 通信系统概述 1.2 信号、 频谱与调制 1.3 高频电子线路的特点 思考题与习题,2,本章教学学时：1学时 主要教学内容 介绍通信系统的组成，类型、特点，以及电磁波的波段划分与传播特性，应用特点等。还要介绍信号的时间特性、频谱特性以及调制的基本概念。 教学目的： 让同学对通信系统有一个概念性的了解；明白无线电信号的描述方法；掌握信号特性和无线电频段的划分以及不同频率的信号的传播和应用特点。,3,1.1 通信系统概述 1.1.1 通信系统的组成 一个通信系统由三大部分组成，见图-1-1,发送设备,信道,接收设备,将包含信息的高频电信号发射出去,将包含信息的电信号接收，并经过处理，还原出原来的信息,图-1通信系统示意框图,信号传输介质，当采用电缆、光纤叫有线通信，当采用自由空间传送电磁波时叫无线通信。,4,接收过程：由天线接收来的信号，经放大后，再经过混频器，变成一中频已调波，然后检波，恢复出原来的信息，经低频功率放大后，推动扬声器。,图-1-2无线广播通信系统的基本组成框图,接收设备由：天线、高频放大器、混频器、中频放大器、解调器、音频放大器、扬声器等组成,发送过程：低频音频信号经放大后，首先进行调制后变成一个已调波，经高频功率放大后，由天线发射出去。,发送设备由：话筒、音频放大器、调制器、变频器（不一定必须）、功率放大器组成。,5,1.1.2 无线通信的类型 按照工作频段或传输手段分类, 有中波通信、 短波通信、 超短波通信、 微波通信和卫星通信等。 所谓工作频率, 主要指发射与接收的射频（RF）频率。 射频实际上就是“高频”的广义语, 它是指适合无线电发射和传播的频率。 无线通信的一个发展方向就是开辟更高的频段. 按照通信方式来分类, 主要有单工方式、半双工方式和（全）双工方式。 单工方式：只发射或只接受 半双工方式：可接受也可发射，但不能同时。 全双工方式：可同时接收和发射,6,3. 按照调制方式的不同来划分, 有调幅、 调频、 调相以及混合调制等。 模拟调制（Analog Modulation) 调幅： AM调幅（Amplitude Modulation，缩写为AM) 双边带调幅(Double sideband AM, 缩写为DSB) 单边带调幅(Single Side Band AM，缩写为SSB) 残留单边带调幅(Vestigial Single Side Band AM,缩写 VSB) 调角： 调频（Frequency Modulation,缩写FM) 调相（Phase Modulation，缩写PM） 混合调制,7,数字调制(Digital Modulation) 移相键控( Phase Shift Keying,简称PSK) 移频键控( Frequency Shift Keying,简称FSK) 振幅键控（Amplitude Shift Keying,简称ASK 4. 按照传送的消息的类型分类, 有模拟通信和数字通信, 也可以分为语音通信、 图像通信、 数据通信和多媒体通信等。 各种不同类型的通信系统, 其系统组成和设备的复杂程度都有很大不同。 但是组成设备的基本电路及其原理都是相同的, 遵从同样的规律。 本书将以模拟通信为重点来研究这些基本电路, 认识其规律。 这些电路和规律完全可以推广应用到其它类型的通信系统,8,1.2 信号、 频谱与调制,1. 高频电路中的几种信号 基带(消息)信号：就是没有进行调制之前的原始信号, 也称调制信号,如语音、图像等。 高频载波信号：一种高频正弦信号。 已调波：已被基带信号调制过的高频载波信号 2. 信号的时间特性 时间特性：信号大小随时间变化的规律。 一个无线电信号, 可以将它表示为电压或电流的时间函数, 通常用时域波形或数学表达式来描述。 无线电信号的时间特性就是信号随时间变化的规律。 i=Im cos t u=a0+a1 cost + a2cos2t + a3 cos3t + ,9,3、频谱特性： 信号的各谐波分量的振幅和相位随频率的分布，它包括幅频特性和相频特性。对于较复杂的信号（如话音信号、 图像信号等）, 用频谱分析法表示较为方便。如：,振幅,图 1 -2 信号分解,图1-3信号频谱,10,4. 频率特性 任何信号都具有一定的频率或波长。 我们这里所讲的频率特性就是无线电信号的频率或波长。 电磁波辐射的波谱很宽, 如图 1 -4 所示。 无线电波只是一种波长比较长的电磁波, 占据的频率范围很广。 在自由空间中, 波长与频率存在以下关系: c = f （1-1） 其中c为光速，f为信号频率。无线电波是波长比较长或频率相对较低的电磁波, 占据的频率范围很广，频率远低于红外波。如果对频率或波长分段，分别称为频段和波段。不同频段的信号的产生、传输、接收等都有所不同。图1-4和表1-1分别说明了电磁波波谱和无线电波频段的具体划分。,11,图 1 4 电磁波波谱,12,表1-1 无线电频（波）段划分表,13,5. 传播特性 传播特性指的是无线电信号的传播方式、 传播距离、 传播特点等。 无线电信号的传播特性主要根据其所处的频段或波段来区分。 电磁波从发射天线辐射出去后, 不仅电波的能量会扩散, 接收机只能收到其中极小的一部分, 而且在传播过程中, 电波的能量会被地面、 建筑物或高空的电离层吸收或反射, 或者在大气层中产生折射或散射等现象, 从而造成到达接收机时的强度大大衰减。 根据无线电波在传播过程所发生的现象, 电波的传播方式主要有直射（视距）传播、 绕射（地波）传播、 折射和反射（天波）传播及散射传播等, 如图 1 5 所示。 决定传播方式和传播特点的关键因素是无线电信号的频率,14,地波传播 电磁波沿地球表面绕射传播。但由于趋肤效应，电磁波的能量会被吸收，频率越高，能量损耗越大。因此很适合中、长波通信。,图1 5 无线电波的主要传播方式（a） 地波传播,15,电离层传播（天波) 距地面60-600千米的区域称为电离层，它对电磁波有反射与折射作用和吸收作用。频率越高，吸收越弱，因此，太高频率的电磁波可能穿过电离层。所以很适合中、短波通信,图1 5 无线电波的主要传播方式（b） 天波传播,16,对流层散射 在距地面1012千米范围的大气层称为对流层。由于大气揣流运动等原因形成的不均匀性会对电磁波散射。散射具有很强的方向性和随机性。散射传播距离约为100500千米，适合400600MHz的频率。既VHF和UHF波段的应用。,图1 5 无线电波的主要传播方式（c） 散射传播,17,直线传播（视距传播) 适合较高频率的电磁波的传播，但由于视距有限因此可以通过高架天线、中继站或通信卫星等方法扩大传播距离。一般用于超短波通信和微波通信及卫星通信。,图1 5 无线电波的主要传播方式（d）直射传播,18,6. 调制特性 无线电传播一般都要采用高频（射频）的另一个原因就是高频适于天线辐射和无线传播。 只有当天线的尺寸到可以与信号波长相比拟时, 天线的辐射效率才会较高, 从而以较小的信号功率传播较远的距离, 接收天线也才能有效地接收信号。 所谓调制, 就是用调制信号去控制高频载波的参数, 使载波信号的某一个或几个参数（振幅、 频率或相位）按照调制信号的规律变化。,19,1.3 高频电子线路的特点,1. 电路处理的信号都是正弦和非正弦的高频信号 2. 大部分电路都是非线性电路 3. 对于非线性电路，一般要采用近似和图解方法来分析。 4.本课程涉及内容很多，对电路基础、模拟电子电路、信号与系统分析、高等数学等要求较高，理论与实际联系很强。而且对后续通信原理课程影响很大。另外在学习本课程时必须要高度重视实验环节, 坚持理论联系实际, 在实践中