北航《通信电路原理》课程_10年教学计划

1、北航通信电路原理课程教学计划_0611241、课程要求通信电路原理课程系电子工程系主要技术基础课，其学习质量好坏，对后续专业课程的学习影响很大，故希望学生尽可能做到课前预习、课上认真听讲、课后及时复习、按时独立完成规定作业和CAD作业、遇到疑难问题应尽快通过答疑、讨论等环节来解决，积极参加课堂讨论，积极选做综合性研究课题，以便更好地学好本课程。通信电路原理课程内容较多，难度较大，进度较快，讲课内容将根据当前学科需要，参照教材章节，进行必要的取舍和补充。希望能做到：坚持基本要求，增加CAD分析，建立系统概念，激发学习兴趣。希望同学们在学习过程中，注意：抓住一条主线（通信系统）；学会两类分析方法（

2、线性和非线性），上好第二个台阶；用好三种仿真手段；培养四个观点。2、教学安排（1）学时：总学时48，讲课学时42（21次课），课堂讨论4（2次）。（2）安排：单周三下午12小节，主南201室；每周五下午12小节，主南201室。（3）课外作业：分四个层次要求。坚持基本要求：课堂上布置的为巩固讲课内容的习题，每人必须独立完成，每周交 一次，交给课代表。（平时成绩20分）增加CAD分析：每章均布置若干PSpice和MATLAB的分析练习题，每人必须独立 完成。要求每章交一次，交给课代表。交耒的CAD作业除了有程序 运行的输出外，还要有CAD分析的小结。（可以以电子邮件提交）（文件名统一为：班号_学号

3、_姓名_ CAD题号）（平时成绩10分）建立系统概念：计划安排两次课堂讨论，主要目的是建立系统概念和初步掌握数字通信的CAD分析方法。讨论方法是：有讨论提纲，各班有分工，课堂讨论时各班由一位同学发言。（发言者另外适当加分）激发学习兴趣：提供若干综合性研究课题，各班课代表和学习委员为召集人，各班组成若干课题研究小组（每组23人），写出研究报告。研究成果将安排时间进行交流或单独组织答辩。（另外适当加分）课堂讨论发言和课题研究小组必须要有女同学参加。（4）教 材：通信电路原理（笫二版） 董在望、陈雅琴、雷有华、肖华庭编 参考书：射频通信电路 陈邦媛编著 科学出版社 RF Circuit Design

4、：Theory and Applications，Reinhold Ludwig 模拟电路的计算机分析与设计高文焕 汪惠编 清华大学出版社 电子系统仿真与MATLAB车 晴等编 北京广播学院出版社 现代通信系统分析与仿真李建新等编 西安电子科技大学出版社 MATLAB通信仿真与应用刘 敏等编 国防工业出版社 MATLAB通信仿真及应用实例详解邓华等编 人民邮电出版社 现代通信系统-使用MATLAB刘树棠译 西安交通大学出版社3、掌握先行课内容，是学好本课程的基础希望你在预习时，注意复习下述先行课程的内容。（一）电路原理1、各基本电路定律及其数学表达式，恒流源、恒压源基本特征。2、正弦电流、电压

5、的复数、图形表示法。3、RLC电路的谐振特性。4、互感、变压器的基本特性，变压器同名端的概念与确定方法。（二）电子线路基础1、双极型晶体管和场效应晶体管的工作原理和主要特性。2、放大器工作原理，直流偏置的作用与偏置电路元件设计方法。3、三种放大器组态，放大电路的反馈类型与元件参数计算。4、差分放大器的工作原理和电路分析。5、运放与基本集成电路的主要特性。6、PSpice程序的应用。（三）逻辑设计与数字系统1、数制与编码。2、组合逻辑与时序逻辑基本单元。3、A/D转换和D/A转换的工作原理。（四）信号与系统1、信号的分类与描述方法。2、傅氏变换及其在频谱分析中的应用。3、线性网络零极点分析方法。

6、4、信号通过线性系统的不失真条件。5、抽样数据系统和Z变换。6、MATLAB程序的应用。4、综合性研究课题参考目录（Project）希望你在选择综合性研究课题时，参考以下目录。（一）滤波器的设计和噪声分析1、调频立体声广播的仿真。2、音频频谱分析仪的仿真。3、音调控制电路的设计仿真。4、音频信号的分析和合成仿真。5、模拟滤波器的设计仿真。6、有噪信号的频谱分析。（二）放大器与振荡器1、高频小信号放大器的PSpice分析。2、C类谐振功率放大器的PSpice分析。3、A、B、C、D、E类功率放大器的工作状态分析比较与仿真。4、LC正弦波振荡器与晶体振荡器的PSpice分析。5、高频小信号放大器的

7、MATLAB分析。6、振荡器相位噪声的分析与仿真。（三）幅度调制与解调 (SAM，DSB-SC，SSBAM，VSBAM) 1、幅度调制与解调的PSpice分析（MC1496实验电路的PSpice分析）。2、幅度调制与解调的M函数设计。 3、幅度调制与解调的Simulink仿真设计。（四）角度调制与解调 (FM，PM) 1、调频振荡器的PSpice分析。 2、角度调制与解调的M函数设计。 3、角度调制与解调的Simulink仿真设计。（五）数字调制与解调 (ASK，FSK，PSK，DPSK，QPSK，QDPSK，QAM)1、数字基带信号波形和频谱的分析。2、二进制数字调制与解调系统。3、多进制数

8、字调制与解调系统。4、数字调制与解调系统。（六）PLL的分析与仿真（参考：锁相环设计、仿真与应用（英）1、一阶PLL的线性分析与仿真。2、一阶PLL的非线性分析与仿真。 3、二阶PLL的线性分析与仿真。4、二阶PLL的非线性分析与仿真（相平面图）。（七） Agilent ADS程序的使用（DesignGuide Amplifier，Filter，Mixer，PLL，RF System）5、学好本课程的几点建议（一）抓住一条主线（通信系统）这门课是专业基础课，应该在基础课（电子线路基础、信号与系统等）和专业课之间起到衔接作用。在学习中，既要了解基本单元功能电路的工作原理，也要注意基本单元功能电路

9、在系统中的作用，以增强与通信系统的联系。这门课的各章节内容之间似乎缺乏关联性，实际电路的关联性是由通信系统来实现的。所以这门课的绪论就是介绍通信系统的基本原理，进而在期中进行的射频前端电路和数字通信系统的两次讨论，可以初步构建通信系统的概念。（二）学会两类分析方法，上好第二个台阶这门课涉及两大类分析方法：线性和非线性分析方法。线性分析方法以前已经学过，这里是复习和应用。非线性分析方法是这门课的重点，除了学会这种分析方法的基本原理外，还应通过使用数学工具软件MATLAB程序更深入地理解这门课程的非线性特点。在大学期间，要上好三个台阶。同学们在前两年的学习中，基本上完成了从中学生学习模式向大学生学

10、习模式的转变，上好了第一个台阶。中学生的学习模式是每堂课的内容较“少”，老师督促的“多”，时间安排的很“死”；大学生的学习模式则是每堂课的内容较“多”，老师督促的“少”，时间安排很“灵活”，全靠自己。大学前两年的学习内容基本上是基础课的学习，注意严格的数学推导、证明；注重严格的数学计算等。但是缺乏误差、答案不唯一化、近似处理和比较等方面的工程概念。进入大三专业基础课和以后的专业课恰恰就在以上几方面需要再上好第二个台阶。要上好这个台阶就需要特别注意培养实践的观点、工程的观点、系统的观点和辩证的观点。进入大四毕业设计阶段需要上好第三个台阶，这就是理论联系实际和综合运用所学知识的台阶。（三）用好三种

11、软件仿真手段电路元器件级的PSpice程序。MATLAB程序中的M函数仿真（方框原理图级）和Similink仿真（系统级）。对于Agilent ADS的使用，有兴趣的同学可找我。（四）培养四个观点1、实践的观点：电子工程系的专业基础课和以后的专业课都是实践性很强的课程，很多课程都会有实验课的。这里有两个问题要注意：一是软、硬件实验要并重。现在很多硬件实验都可以用软件进行仿真，但这并不能以软件仿真来取代硬件实验。这是因为：软件仿真时，条件是比较理想化的；而我们的同学恰恰是擅长软件编程进行仿真，但是很缺乏硬件实验的锻炼。二是注意实验中数据处理的概念。我们用软件仿真时R、L、C的数值可以达到小数点后

12、七、八位，这在硬件实验中是没有意义的。因为没有这样高精度的测试仪器。2、工程的观点：这至少体现在以下四个方面。一是误差的概念：什么是允许的工程误差？例如：任何元件的测试值和其标称值都是有一定的误差的，这就是精度。二是答案的非唯一性：只要满足工程设计的指标要求，答案可以是多种多样的。例如：LC滤波器的设计中，只要设计出的滤波器满足指标要求就行了。三是导出单位的作用：导出单位很多，如：M、K，mH，H，F，PF等。如果你总是用10n来表示元件数值，别人会笑话你是外行了！四是在不同频率条件下，同一元件的作用是不同的。例如：同是1000PF的电容，在有些电路中是振荡电容；而在另外一些电路中，又可作为旁

13、路电容来处理；又如：什么是耦合电容？什么是旁路电容？什么是振荡电容等？这里就有近似、比较的概念。3、系统的观点：要了解通信系统是由哪些基本单元电路组成；这些基本单元电路的工作原理及其在系统中的地位和作用；整个通信系统的指标应如何分配到各单元电路；各单元电路之间的耦合、匹配关系等。要使通信系统的指标最佳，但不一定每个单元电路都处于最佳工作状态。4、辩证的观点：通信电路原理课程是以非线性电路为主，对于非线性电路的分析本身就是一个辩证的问题，它既可以产生我们所希望的频率分量，这是问题的一个方面；同时就有问题的另一方面，即也会产生许多我们不希望的频率分量。我们的任务就是从这中间寻找问题的解决方案。变频

14、器就是一个典型的例子，其实类似的例子还有很多。以上意见有不妥之处，请指正。其他（一）授课教师：杨昕欣，82317211（O），办公地点：新主楼514室。 Email：yangxx（二）作业批改：教辅姓名负责班级电话Email课代表姓名所在班级电话Email（三）习题：习题一：2-4，2-6，例1，例2 习题二：2-10，2-11习题三：3-1，3-2 习题四：3-4，3-7，3-9，3-10习题五：4-4，4-5，4-7 习题六：4-11，4-16，4-17习题七：4-26，4-27，4-33 习题八：5-2，5-3，5-4习题九：5-5，5-6，5-11，5-13 习题十：5-15，5-16

15、，5-17习题十一：6-1，6-3，6-4，6-5 习题十二：6-6，6-9习题十三：6-14，6-15，6-17 习题十四：6-23习题十五：6-24，举例 习题十六：7-1，7-2，7-3习题十七：7-4，7-5，7-6，7-7 习题十八：7-8，7-9，7-13CAD1：2-12，CAD2：3-17，CAD3：3-22，CAD4：4-35，CAD5：4-34，CAD6：5-20，CAD7：6-8，CAD8：（补充），CAD9：（补充），CAD10：（补充）CAD8：（补充） 幅度调制器电路的软件仿真 幅度调制是使高频信号的振幅正比于一个低频信号的瞬时值的过程，通常称高频信号为载波信号，低

16、频信号为调制信号，调幅器即为产生调幅信号的装置。 本实验采用集成模拟相乘器1496来构成调幅器，图(a)一为1496集成片的内部电路图，它是一个四象限模拟相乘器的基本电路。由差动放大器、，驱动双差动放大器组成，、和为差动放大器、的恒流源，进行调幅时，载波信号加在双差动放大器的输入端即引出脚、之间，调制信号加在差动放大器、的输入端即和脚之间，、的两发射极之间（即引出脚、之间）外接1kW电阻，以扩大调制信号的动态范围，已调信号取自双差动放大器的两集电极之间（即引出脚、(12)之间）输出。用1496集成片构成的调幅器电路如图(b)所示，图中用来调节引出脚和之间的平衡，用来调节、脚之间的平衡，三极管3

17、DG6为射极跟随器，以提高调幅器带负载的能力。 （1）根据图 (a)和图(b)画出调幅器的电路图； （2）实现全载波调幅（）； （3）实现抑制载波调幅。【提示】所加输入信号请参考实验讲义。题图CAD8（补充）（a） 1496模拟相乘器内部电路题图CAD8（补充）（b） 相乘器调幅器CAD9：（补充） 调幅信号的解调电路的软件仿真。 解调是调制的逆过程，调幅波的解调即是从调幅信号中恢复出调制信号的过程，通常称之为检波。同步检波与二极管峰值包络检波是常用的两种调幅波解调电路，同步检波是利用一个和调幅信号的载波同频同相的载波信号与调幅波相乘，再通过低通滤波器滤除高频分量而获得调制信号的。理论上讲，这

18、种电路能对任何调幅信号实现无失真解调，包括各种调制度的全载波调幅信号、抑制载波的双边带调幅信号、残留边带调幅信号、单边带调幅信号等。缺点是在实际工作中载波信号的提取比较麻烦。 本实验仍采用1496集成片来构成解调器，电路如图（a）所示，载波信号经电容加在、脚之间，相乘后的信号由12脚输出，经过、与组成的低通滤波器后，在解调输出端得到恢复出来的调制信号。 二极管包络检波器适合于解调含有较大载波分量的调幅信号，它具有电路简单，易于实现等优点，本实验电路如图（b）所示，它主要由检波二极管D及RC低通滤波器组成，由于它是利用二极管的单向导电及RC元件的充放电特性实现检波的。因此，RC时间常数的选取很关

19、键，若RC时间常数过大，则会产生对角切割失真，若RC时间常数过小，高频分量会滤除不干净，综合考虑要求满足下式：式中m为调幅系数，为载波频率，为调制信号角频率。（1）根据1496集成片构成解调器的电路，利用题CAD8的方法产生全载波调幅信号和抑制载波的双边带调幅信号作为解调器的VAMIN端口的输入信号，进行解调电路的软件仿真。（2）根据二极管包络检波器的电路，进行对全载波调幅信号和抑制载波信号的软件仿真。题图CAD9（补充）（a） 相乘器解调器题图CAD9（补充）（b） 二极管包络检波器CAD10：（补充）单频正弦信号调制的调频波频谱的MATLAB仿真分析（1）编写第一类Bessel函数与mF(

20、010)的函数关系图。提示：利用MATLAB中的第一类贝塞尔函数Besselj求得 Jn(mF)的值。（2）画出mF = 0.5,1.0,3.0,5.0时，单频正弦调制的调频波的幅度频谱。通信电路原理课程教学大纲一课程内容及学时分配（有*处为自学要求）课程内容 学时分配笫1章 绪 论 2/2 通信系统的组成；通信系统的基本特性；通信系统的信道；通信系统中的信号；通信系统中的发送和接收设备；信号通过线性系统和非线性系统；干扰；模拟电路、数字电路和抽样数据电路的联系和区别。笫2章 滤波器 4/4滤波器的特性和分类；LC串、并联谐振回路；一般LC滤波器和有源RC滤波器的分析与设计；声表面波滤波器；抽

21、样数据滤波器（*）；连续域到离散域的映射（*）。笫3章 高频放大器 4/4晶体管的高频小信号等效电路和参数；共发共基级联电路的高频特性；场效应管高频小信号放大器；自动增益控制（AGC）电路；电阻热噪声产生的机理与等效方法；电子器件的噪声；噪声系数及计算方法；级联网络的噪声；接收机的灵敏度；噪声温度；LNA（低噪声）放大器（*）；宽带功率放大器（*）。笫4章 非线性电路及其分析方法 6/6非线性电路的基本概念与非线性元件；幂级数分析方法；折线分析方法；非线性电路的应用举例：C类谐振功率放大器；D类和E类功率放大器（*）；倍频器；时变参量电路分析：模拟相乘器；变频器与变频干扰。 笫5章 正弦波振荡

22、器 6/6正弦振荡的起振过程和起振、平衡、稳定条件；互感振荡器与三点式振荡器； 导致振荡频率不稳定的原因及改善方法；晶体振荡器；负阻振荡器（*）；RC振荡器和开关电容振荡器（*）；特殊振荡现象（*）；振荡器的相位噪声（*）。笫6章 调制与解调 10/10 调制原理；几种常用调幅波的性质和调幅电路；幅度检波的几种方法；调频波的分析与基本特性；直接调频法；间接调频法；鉴频原理；调频波的鉴频电路；数字调制与解调。笫7章 锁相环路 8/8PLL基本工作原理和相位数学模型；环路的线性分析；一阶、二阶调环路的跟踪特性、稳态相差、频率特性；稳定性（*）；噪声特性（*）；一阶、二阶环路的非线性分析；捕捉带、同

23、步带；数字锁相环路（*）；PLL典型电路和应用；自动频率控制（AFC）电路（*）。笫8章 频率合成技术 2/2频率合成的原理与主要技术指标；直接频率合成法；锁相频率合成法；锁相频率合成器的电路分析；直接数字式频率合成。通信电路原理课程课堂讨论题一射频（RF）前端电路的分析一、目的以电视接收机高频调谐器的电路分析为结合点，复习已学过的选频与滤波电路、高频小信号放大电路、混频电路、振荡器电路和非线性电路的分析方法，达到对知识融会贯通，并学会分析单元电路在一个电路系统中所起的作用及对其提出的性能要求；进一步了解目前数字移动通信系统中单片集成射频（RF）前端电路的方框原理。二、方法1、把高频调谐器电路

24、分成四个专题：高通滤波器和输入回路；高频放大器；混频器；本机振荡器。每班准备一个专题。2、每班由一人在课堂上发言，其他同学自由补充。发言内容应包括：电路特点（工作原理、传输特性、等效电路、CAD分析等）；该电路在系统中所起的作用；从系统的角度提出对该电路的要求；回答思考题；回答课堂上同学提出的问题。 每个专题发言和讨论的时间不超过20分钟。3、最后由老师进行总结。三、思考题1、高通滤波器、高放输入、输出回路在高频头系统中起什么作用？如果保留高通滤波器，取消高放输入回路，对系统有何影响？高通滤波器的频响曲线应如何设计？2、后面的电路图是以二频道为例的（图象载频为57.75MHz，伴音载频为64.

25、25MHz），输入回路的频响曲线应如何设计？3、高放级的直流偏置是如何提供的？其增益是如何实现调节的？其频率特性应如何设计？试分析调节电位器Rw对高频调谐器性能的影响。4、高放级为什么要加中和电容（），它是如何起作用的？混频级为何就不需要加中和电容？高放输出曲线左峰高，右峰低，应调整那些元件参数？频带窄又该如何调整？5、混频级的基极注入那些信号？各有什么要求？若过大或过小，对系统性能有何不良影响？6、在单独调整混频器时，令本振停振，这时频响曲线是31.5MHz38.5MHz，但是在高频头统调时，其频响曲线却是57.75MHz64.25MHz，这是为什么？7、请画出本地振荡器的高频等效电路，分析

26、这是什么类型振荡器。8、本振信号是通过电容（2.2pF）注入混频级的，这是为什么？若把改成220pF，这样设计是否可行？为什么？9、请分析低噪声放大器的主要技术指标。10、请比较超外差接收机和零中频接收机体制。四、电视接收机中频38MHz，带宽8MHz，各频道图象载频和伴音载频如下：（1）49.75MHz56.25MHz； （2）57.75MHz64.25MHz;（3）65.75MHz75.25MHz； （4）77.25MHz83.75MHz；（5）85.25MHz91.75MHz； （6）168.25MHz174.75MHz；（7）176.25MHz182.75MHz； （8）184.25M

27、Hz190.75MHz；（9）192.75MHz198.75MHz； （10）220.25MHz206.75MHz；（11）208.25MHz214.75MHz （12）216.25MHz222.75MHz。五、高频调谐器电路简介1、高频调谐器的组成与作用高频调谐器是超外差电视接收机信道的前端部分，通常由输入回路、高频放大器、本地振荡器和混频器组成，其方框图如图1所示。图1 高频调谐器的组成高频调谐器的功能是：（1）从接收天线感应的众多信号中，选择出需要的电台频道节目。（2）将选择出的高频电视信号（包括图象和伴音高频信号）经高频放大器加以放大，提高其灵敏度，并使其满足混频器所需的幅度。（3）通

28、过混频器将图象高频信号和伴音高频信号各自变成固定的图象中频和伴音中频。2、高频调谐器的主要性能指标（1）频率范围我国现行的电视广播制度，在甚高频（VHF）波段有12个电视频道，从48.5MHz至223MHz。图象中频为38MHz，伴音中频为31.5MHz。应能接收12个频道中任一个频道的电视节目。（2）选择性和频率特性频率特性曲线为双峰，左峰为图象载频0.5MHz，右峰为伴音载频0.5MHz，峰间带宽为6.51MHz，顶部不平度小于3dB，-6dB的带宽小于15MHz。（3）功率增益：要求功率增益。（4）噪声系数小。（5）与天线、馈线及中放级匹配。（6）自动增益控制范围为20dB。（7）交叉调

29、制小。（8）本振频率稳定度高，并有一定微调范围。3、滤波器在高频调谐器的输入端接入滤波器，用来抑制30.2538.25MHz频率范围的中频干扰，并允许第一频道以上为通带。本实验采用了复合高通滤波器，如图2所示。图2 高通滤波器4、高频放大器的输入回路在滤波器的后面是高频放大器的输入回路，由LC谐振电路组成，随着接收频道不同而改变其元件参数，使其谐振在欲接收频道的中心频率上。要求插入损耗小，适当的通频带及选择性，并与天线及高频放大器相匹配。本实验采用的输入电路如图3所示。其特点是电感抽头输入，电容分压输出，改变电感的抽头比，可使输入电路在不同频道，保持对天线输入阻抗的匹配。图3 输入回路5、高频

30、放大器本实验采用的电路是一级高频放大，如图4所示。它是双调谐电感耦合，具有较宽的通频带和较好的选择性。两个回路都调谐在信号频带的中间频率上。由于混频器的输入阻抗很低，次级采用电容分压和混频器相连，为了便于加中和电容，初级回路也采用了电容分压电路。图4 双调谐回路高频放大器对高频放大器的要求是：功率增益大，选择性好，噪声系数低并具有自动增益控制。为得到较高功率增益，应按下列要求选择晶体管。（1）噪声系数要小，由于高放管处于接收机第一级，噪声的好坏是决定整机噪声的关键。一般要求其噪声系数小于3dB。（2）高频增益要大，晶体管的高频增益与成正比，因此选高、与小的管子。（3）自动增益控制功能好，一般要求高放管的增益控制为2030dB，起控电流为几mA。6、混频器混频器的作用是将高频放大的高频信号与本机振荡器产生的高频等幅正弦信号，通过晶体管非线性作用，使高频电视信号的载频变换到一固定中频，而调制状态不变。（1）混频晶体管的选择要求 较高的b值和低的噪声系数，以提高混频器的跨导、增益