高频电子线路绪论

1、1 合肥工业大学 理学院 刘士兴刘士兴 Tel: 2901463/4/5-8107/8Tel: 2901463/4/5-8107/8 2 什么是“高频高频”? “高频高频”也叫射频也叫射频, ,与与“低频低频”相对相对 应应; ;狭义的高频为狭义的高频为3-30MHZ,3-30MHZ,广义上范广义上范 围很宽围很宽, ,目前最高已达微波段目前最高已达微波段300GHZ300GHZ 电路电路电子线路电子线路( (模拟电子模拟电子) )基础基础高高 频电子线路频电子线路 无线通信系统的重要特点就是利用无线通信系统的重要特点就是利用高高 频信号频

2、信号传递消息传递消息 高频电子线路主要应用于高频电子线路主要应用于无线通信无线通信； 3 高频电子线路研究对象高频电子线路研究对象 传输信息的系统通称为传输信息的系统通称为通信系统通信系统 广义地说，广播、电视、雷达及导广义地说，广播、电视、雷达及导 航系统等，也都属于通信系统航系统等，也都属于通信系统 高频电子线路所涉及的单元电路都高频电子线路所涉及的单元电路都 是从传输与处理信息这一基本点出是从传输与处理信息这一基本点出 发、来进行研究的。发、来进行研究的。 包括：包括： 基带信号与载波基带信号与载波 、模拟通、模拟通 信系统与数字通信系统信系统与数字通信系统 4 相关教材相关教材 通信电

3、子线路通信电子线路 非线性电子线路非线性电子线路 高频电子线路高频电子线路 5 主要参考书 高频电子线路辅导书 曾兴雯 主编， 高等教育出版社 通信电子线路 严国萍主编， 科学出版社 高频电子线路 第3版， 张肃文 主编， 高等教育出版社 电子线路（非线性部分） 第四版， 谢嘉奎 主编，高等教育出版社 6 第一章第一章 绪论绪论 信息传输信息传输 ： 声、光、电、多媒体声、光、电、多媒体 有线传输有线传输 ：利用导线传送信息利用导线传送信息 18371837年莫尔斯年莫尔斯(F(FMorse)Morse)发明有线电报发明有线电报 18761876年贝尔年贝尔(G(GBell)Bell)发明有线

4、电话发明有线电话 无线传输无线传输：利用电磁波传送信息利用电磁波传送信息 光纤通信系统光纤通信系统： 利用光导纤维传送信息利用光导纤维传送信息 7 A.G.贝尔贝尔和和T.A.沃森手持第一台电话沃森手持第一台电话 我相信在未来，我相信在未来， 电线将把不同城电线将把不同城 市中的电话总局市中的电话总局 联接在一起，某联接在一起，某 个美国人可以同个美国人可以同 万里之迢的他乡万里之迢的他乡 直接用嘴巴话直接用嘴巴话。 A.G.贝尔 8 晶体管 激光 - 1958年 光通信 - 宽带系统是互联网的基础 数据网络- 1925年传送了第一份传真 数字传输与交换 - 1962年，贝尔实验室第一次对语音

5、 信号进行了数字复用传输。 蜂窝移动电话技术 - 创造蜂窝的概念，并开发出全球第 一个商业化的移动电话服务。 9 通信卫星 - 1962年，建造全球第一个轨道式 通信卫星，使电话呼叫横跨大洋环绕地球 数字信号处理(DSP) - 1979年制造出全球第一个DSP芯片 按键电话 - 1963年推出按键电话取代旋转拨 号电话 Unix操作系统和C 语言 - 19691972年发明Unix （b） 地波传播; （c） 天波传播; （d） 散射传播 32 电磁波频段电磁波频段 波波 段段波波 长长频频 率率特特 点点说说 明明 中长波中长波 200m 1.5MHz 沿地表沿地表 传播传播 大地表面是导体

6、，一部分大地表面是导体，一部分 电磁波会损耗掉，频率越电磁波会损耗掉，频率越 高，损耗越大高，损耗越大 短波短波 10m- 200m 1.5 30MHz 靠电离靠电离 层反射层反射 传播传播 电磁波一部分被电磁波一部分被吸收吸收，另，另 一部分被一部分被反射或折射反射或折射到地到地 面。频率越高，被吸收的面。频率越高，被吸收的 能量越小，但频率越过一能量越小，但频率越过一 定值，电磁波会穿过电离定值，电磁波会穿过电离 层，不再返回地面层，不再返回地面 超短波超短波10m 30MHz 沿空间沿空间 直线直线传传 播播 地球表面是弯曲的，所以地球表面是弯曲的，所以 只能限制在视线范围内只能限制在视

7、线范围内 本课程涉及的频段从中频本课程涉及的频段从中频(MF)(MF)到超高频到超高频(UHF)(UHF) 33 电磁波与地球大气层 1-10GHz称为卫星通信频率的“窗口”频段 34 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, 天线的辐射效率才较高, 从 而以较小的信号功率传播较远的距 离, 接收天线才能有效地接收信号。 人可以听到的声音频率在2020kHz， 波长大于10km。 4 4、调制特性、调制特性 35 调制是用调制信号去控制高频载波 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。 三种基本方式:振幅调制（调幅

8、 AM ）、 频率调制（调频FM ）、 相位调制（调相PM ）。 36 无线通信存在的问题无线通信存在的问题 接收信号微弱：接收信号微弱： 电磁波电磁波 接收天线接收天线 存在干扰：存在干扰： 其它电台的发射信号，各种工业、其它电台的发射信号，各种工业、 医学装置辐射电磁波，大气层，宇医学装置辐射电磁波，大气层，宇 宙固有的电磁干扰。宙固有的电磁干扰。 37 二十世纪20年代至40年代初 使用范围小，主要使用对象是船舶、 飞机、汽车等专用移动通信以及运 用在军事通信中。 40年代中至60年代末 移动通讯向小型化方面大大前进了 一步。美国、日本、英国、西德等 国家开始应用汽车公用无线电话。 38

9、 70年代至80年代 美国贝尔实验室(Bell Lab)推出的 蜂窝式移动通信系统的概念，蜂 窝式系统开始应用，是第一代移 动通信系统。 90年代中至今 推出第二、第三代移动电话通讯 系统。 39 第一代(1G) 第一代的行动电话系统属于模拟式 (Analog)系统 主要用于语音传输 例子：AMPS, NMT, TACS 缺点：容量小 ，通话品质差 ，容易 被盗打与窃听 40 第二代(2G) 第二代的系统为数字式(Digital) 系统 可提供语音/数据/传真传输，以 及一系列加值型的服务 41 vs 1 42 接收到接收到处理后处理后 43 1 1 接收到接收到处理后处理后 44 第二代(2

10、G) 第二代数字式(Digital)系统 可提供语音/数据/传真传输;目前 还在发展当中 例子：GSM , CDMA 缺点：数据传输速度慢 (9.6 14.4 kbps) 45 采用数字式蜂窝系统 分时多任务存取技术 (Time Division Multiple Access, TDMA) 不同时槽（Time Slot）可以分别传送 不同的讯号 46 时间 时槽 (Timeslots) 47 采用数字式蜂窝系统 码分多址技术 (Code Division Multiple Access, CDMA) 每个用户分配了各自特定的密码 (Code) 48 例子： WCDMA , CDMA2000,

11、 第三代(3G) 49 软件无线电的概念软件无线电的概念 软件无线电（软件无线电（Software Defined Radio）是采用）是采用 数字信号处理技术，在可编程控制的通用硬件数字信号处理技术，在可编程控制的通用硬件 平台上，用软件来定义无线电台各部分功能。平台上，用软件来定义无线电台各部分功能。 即整个无线电台从高频、中频、基带到控制协即整个无线电台从高频、中频、基带到控制协 议全部由软件编程来完成。议全部由软件编程来完成。 核心思想是在尽可能靠近天线的地方使用宽带核心思想是在尽可能靠近天线的地方使用宽带 “数字数字/模拟模拟”转换器转换器完成信号的数字化，尽可能完成信号的数字化，尽

12、可能 地用软件来定义和实现通信功能。地用软件来定义和实现通信功能。 软件无线电是一种基于数字信号处理软件无线电是一种基于数字信号处理(DSP)芯片，芯片， 以以软件为核心软件为核心的崭新的无线通信体系结构。的崭新的无线通信体系结构。 50 1.3 本课程的特点本课程的特点 高频电子线路是在科学技术和生产实践中发展起高频电子线路是在科学技术和生产实践中发展起 来的来的, 也只有通过实践才能得到深入的了解。也只有通过实践才能得到深入的了解。 学习本课程必须要高度重视学习本课程必须要高度重视实验实验环节环节, 坚持理论坚持理论 联系实际联系实际, 在实践中积累丰富的经验。在实践中积累丰富的经验。 随

13、着计算机技术和电子设计自动化（随着计算机技术和电子设计自动化（EDA技术）技术） 的发展的发展, 越来越多的高频电子线路可以采用越来越多的高频电子线路可以采用EDA 软件进行设计、软件进行设计、 仿真分析和电路板制作仿真分析和电路板制作, 甚至可甚至可 以做电磁兼容的分析和实际环境下的仿以做电磁兼容的分析和实际环境下的仿真。因此真。因此, 掌握先进的高频电路掌握先进的高频电路EDA技术技术, 也是学习高频电也是学习高频电 子线路的一个重要内容。子线路的一个重要内容。 51 本课程的特点本课程的特点 1. 1. 非线性非线性 高频电路绝大部分为非线性电路。精确求高频电路绝大部分为非线性电路。精确

14、求 解需要求解非线性方程或时变系数微分方程，解需要求解非线性方程或时变系数微分方程， 很复杂。很复杂。 一般采用计算机辅助设计一般采用计算机辅助设计(CAD)(CAD)的方法进行的方法进行 辅助分析。在工程上往往根据实际情况对器辅助分析。在工程上往往根据实际情况对器 件的数学模型和电路的工作条件进行件的数学模型和电路的工作条件进行合理的合理的 近似近似，以便用简单的分析方法，以便用简单的分析方法( (如折线近似如折线近似 法、线性时变电路分析法、开关函数等法、线性时变电路分析法、开关函数等) )获获 得具有实际意义的结果得具有实际意义的结果，而不过分追求其严，而不过分追求其严 格性格性。 52

15、 本课程的特点本课程的特点 2. 2. 基本概念、基本原理、基本概念、基本原理、 基本分析方法和基本电路基本分析方法和基本电路 高频电路涉及概念多，单元功能电路种高频电路涉及概念多，单元功能电路种 类多，实现一种类多，实现一种单元功能电路型式很多，单元功能电路型式很多， 分析方法也不尽相同。分析方法也不尽相同。 对策：对策：抓住本质、抓基本电路抓住本质、抓基本电路 功能再多也是借助器件非线性；种类虽多，功能再多也是借助器件非线性；种类虽多， 但都是在为数不多的基本电路上发展起来的。但都是在为数不多的基本电路上发展起来的。 53 3. 3. 重视实验环节重视实验环节 坚持理论联系实际，重视实践环

16、节。坚持理论联系实际，重视实践环节。 本书内容安排的本书内容安排的三个层次三个层次： 实现各功能的实现各功能的基本原理基本原理并由此导出并由此导出基本电路基本电路。 进行进行合理近似合理近似，引出对电路进行近似的工程分析。，引出对电路进行近似的工程分析。 根据分析结果，提出对电路的设计原则及改进电根据分析结果，提出对电路的设计原则及改进电 路性能的路性能的基本途径基本途径。 54 小结小结 高频电路包括: 高频振荡器 中频放大器 混频或变频 调制与解调 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;高频适于天线 辐射和无线传播,可以利用的频带宽 三种基本方式: 振幅调制(AM) 、频率调制(FM)、 相位调制(PM) 55 本课程学习要领本课程学习要领 抓基本电路抓基本电路高频电路种类虽多，高频电路种类虽多， 但都是在为数不多的基本电路上发但都是在为数不多的基本电路上发 展起来的。展起来的。 坚持理论联系实际坚持理论联系实际, , 在实践中积累在实践中积累 丰富的经验。丰富的经验。 掌握先进的电路掌握先进的电路EDAEDA技术技术, , 也是学习也是学习 高频电子线路的一个重要内容。高