高频电子线路——绪论

1、高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页 刘布民刘布民1高频电子线路高频电子线路电子科技大学微电子与固体电子学院电子科技大学微电子与固体电子学院2014年年2月月24日日高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页 刘布民刘布民2 *注：现代电子设备多为交叉运用。注：现代电子设备多为交叉运用。电的传递路径方式与电的传递路径方式与主要分析研究方法主要分析研究方法高频电路高频电路广播、电视、通讯等频率较广播、电视、通讯等频率较高高,电参数集中的高频（射频）应用。电参数集中的高频（射频）应用。 显著特点：工作频率界于低频电路和微波显著特点：工作频率界于低频电路和微波 电路之间，内电路之间，内“路路”外外

2、“场场”。微波电路微波电路通信、雷达、导航与电子对抗等通信、雷达、导航与电子对抗等 频率高于高频电路、集总参数应用频率高于高频电路、集总参数应用低频电路低频电路仪器、仪表、自动化控制、医疗仪器、仪表、自动化控制、医疗 电子、电话线等频率较低的一般性应用。电子、电话线等频率较低的一般性应用。特点：能量直接在线路上特点：能量直接在线路上 传递。传递。电磁场电磁场 完全非完全非“电路电路”传输，能量以传输，能量以“场场”的形式传递和的形式传递和接收接收频率由低到高频率由低到高强电强电（高低压）（高低压）电力电子技术，发供电设备，电力拖动，大功率电电力电子技术，发供电设备，电力拖动，大功率电器等。器等

3、。特点：特点： 能量以线路（电缆）形式传递，频率能量以线路（电缆）形式传递，频率50Hz（某些国家（某些国家60Hz）弱弱电电数字电路数字电路自动化控制、计算机、数据通讯等自动化控制、计算机、数据通讯等模模拟拟电电路路理论体系理论体系高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页 刘布民刘布民3主要讲授内容主要讲授内容n第一章第一章 全部全部n第二章第二章 （5 5，6 6，7 7节不讲）节不讲）n第三章第三章 （5 5，6 6，7 7节不讲）节不讲）n第四章第四章 （7 7，8 8节不讲）节不讲）n第五章第五章 （4 4，5 5节不讲）节不讲）n第六章第六章 （5 5节不讲）节不讲）高频电子线路高

4、频电子线路退出下页上页首页 刘布民刘布民4主要讲授内容主要讲授内容n第七章第七章 （不讲）（不讲）n第八章第八章 （不讲）（不讲）n第九章第九章 （3 3，6 6节不讲）节不讲）n第十章第十章 （不讲）（不讲）高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页 刘布民刘布民5 n什么是高频电子线路？什么是高频电子线路？n高频课程的意义和目的？高频课程的意义和目的？ 不同的思维方式！不同的思维方式！n学习高频能得到什么？学习高频能得到什么？n基础课程：电路分析、信号与系基础课程：电路分析、信号与系统、模拟电子技术统、模拟电子技术高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页 刘布民刘布民6 高频电子线路是通信系

5、统的核心，高频电子线路是通信系统的核心，高频电子线路高频电子线路这门课程是通信工这门课程是通信工程、电子信息工程等电子信息类专业程、电子信息工程等电子信息类专业非常重要的一门专业基础课程，因此非常重要的一门专业基础课程，因此掌握高频电子线路及其课程特点对于掌握高频电子线路及其课程特点对于学习该课程是十分重要的。学习该课程是十分重要的。 高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页 刘布民刘布民71 1、高频电子线路的特点、高频电子线路的特点 (1) 高频电子线路是由线性元件（电阻、电容、电高频电子线路是由线性元件（电阻、电容、电感等）和非线性器件感等）和非线性器件(二极管、三极管、场效应管等二极管

6、、三极管、场效应管等)组成，其中非线性是高频电子线路的核心。组成，其中非线性是高频电子线路的核心。 (2) 非线性电路分析方法的特点。非线性电路分析方法的特点。 (3) 要求有一定的模拟电子、电路分析的知识。要求有一定的模拟电子、电路分析的知识。2 2、本课程的主要内容、本课程的主要内容 高频振荡器、高频放大器高频振荡器、高频放大器(小信号、功率小信号、功率)、高频、高频信号变换和处理信号变换和处理(变频、调制、解调变频、调制、解调)等等高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页 刘布民刘布民1.本课程研究的对象和范畴2.通信系统的无线电发射和接收基本原理3.无线信道及传播方式 第一章第一章 绪

7、绪 论论 主要内容主要内容高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页 刘布民刘布民9一、一、研究对象研究对象 通信系统中的发送设备和接收设备的各种高频通信系统中的发送设备和接收设备的各种高频功能电路功能电路的的功能、原理和基本组成。功能、原理和基本组成。二、研究范畴二、研究范畴 无线电波频段无线电波频段1 1、高频、高频：指本课程所讨论的频率范围是几百：指本课程所讨论的频率范围是几百kHzkHz几百几百MHzMHz 2 2、功能、功能：指基本电路能够完成的信号传输和信号变换处理：指基本电路能够完成的信号传输和信号变换处理的具体工作任务的具体工作任务 第一节第一节 高频电子线路课程的高频电子线路课

8、程的研究对象研究对象 高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页 刘布民刘布民10说明：说明：“高频高频”是一个相对的概念，狭义的概念，指是一个相对的概念，狭义的概念，指的是短波波段，其频率范围为的是短波波段，其频率范围为(330)MHz，而广，而广义的义的“高频高频”指的是射频指的是射频(RF,Radio Frequency )，其频率范围非常宽，只要电路尺寸，其频率范围非常宽，只要电路尺寸比工作波长小得多，可以用集中参数来分析实现，比工作波长小得多，可以用集中参数来分析实现，都可以认为属于都可以认为属于“高频高频”（频率范围从频率范围从30kHz300GHz之间之间）高频电子线路高频电子线路

9、退出下页上页首页 刘布民刘布民11无线电通信发展史无线电通信发展史q早期萌发：q无线电电子学时代：q古代的烽火古代的烽火近代的旗语近代的旗语19世纪电世纪电磁学理论磁学理论电报电报（1837莫尔斯莫尔斯）电话电话（1876贝尔贝尔）电磁波的电磁波的存在存在1864麦克斯韦麦克斯韦电磁场方程电磁场方程1887赫兹证明赫兹证明无线电无线电通信通信电磁波电磁波传送信息传送信息马可尼马可尼（意意）1895年首次百米距离通信年首次百米距离通信1901年首次横渡大西洋通信年首次横渡大西洋通信无线电通信无线电通信实用阶段实用阶段发送设备发送设备：火花发射机火花发射机、电弧发生器等电弧发生器等接收设备接收设备

10、：粉末检波器粉末检波器1904年年电电子子二二极极管管1907年年电电子子三三极极管管1948年年晶晶体体管管1958年年集集成成电电路路1967年年大大规规模模集集成成电电路路1978年年超超大大规规模模集集成成电电路路高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页 刘布民刘布民12n 电子技术的发展推动着无线电通信技术的发展电子技术的发展推动着无线电通信技术的发展。q无线电通信快速发展时代无线电通信快速发展时代：q无线电通信从简单的通信快速扩展到计算机科学、无线电通信从简单的通信快速扩展到计算机科学、宇航技术、自动控制以及各学科领域。宇航技术、自动控制以及各学科领域。q可以说，到目前，上至天文，

11、下到地理，大到宇可以说，到目前，上至天文，下到地理，大到宇宙空间，小至基本粒子等的科学研究，从工农业宙空间，小至基本粒子等的科学研究，从工农业生产到社会家庭生活，均离不开无线电通信技术。生产到社会家庭生活，均离不开无线电通信技术。无无线线电电电电报报通通信信无无线线电电电电话话通通信信无无线线电电广广播播无无线线电电传传真真、电电视视高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页 刘布民刘布民13三、通信系统三、通信系统 1 1、什么是通信系统？、什么是通信系统？ 实现信息实现信息的的传输所需的设备总和传输所需的设备总和称为称为通信系统通信系统。 2 2、通信、通信系统的组成系统的组成和和方框图方框

12、图 一个通信系统应由一个通信系统应由输入变换器输入变换器、发送设备发送设备、传输信道传输信道、 接收设备接收设备和和输出变换器输出变换器五个五个基本部分组成基本部分组成。下图是通信系统。下图是通信系统 的组成方框图。的组成方框图。高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页 刘布民刘布民14高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页 刘布民刘布民153 3、通信系统的分类通信系统的分类 按按所用信道所用信道可分为：可分为：有线有线通信系统通信系统和和无线无线通信系统通信系统 按按通信方式通信方式可分为：可分为：双工、半双工双工、半双工和和单工方式单工方式。 按按传输的基带信号传输的基带信号可分为：可

13、分为：模拟模拟通信系统通信系统和和数字数字通通信系统信系统。 世界是模拟的世界是模拟的/ /数字的？数字的？高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页 刘布民刘布民16如：下面所示的一般语音信号的频谱示意如：下面所示的一般语音信号的频谱示意图图 可以看到语音信号的频谱是连续的，可以看到语音信号的频谱是连续的，其主要能量集中在其主要能量集中在1000Hz1000Hz左右。左右。电压电压f / Hz3003400高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页 刘布民刘布民17一般数字信号的频谱图一般数字信号的频谱图 可见，数字信号的频谱是不连续的。可见，数字信号的频谱是不连续的。 振幅振幅f高频电子线路高

14、频电子线路退出下页上页首页 刘布民刘布民18第二节第二节 无线电发送设备的无线电发送设备的 组成与基本原理组成与基本原理 一、无线电发送设备的原理一、无线电发送设备的原理1 1、基本任务、基本任务：无线电发送是以自由空间为传输信道，把需无线电发送是以自由空间为传输信道，把需要传送的信息要传送的信息( (声音、文字或图象声音、文字或图象) )变换成无线电波传送变换成无线电波传送到远方的接收点。到远方的接收点。2 2、信息传输的基本要求、信息传输的基本要求: : 希望传送距离远；希望传送距离远； 是要能实现多路传输，且各路信号传输时，应互不干扰是要能实现多路传输，且各路信号传输时，应互不干扰。高频

15、电子线路高频电子线路退出下页上页首页 刘布民刘布民194 4、基带信号直接发送存在两个缺点、基带信号直接发送存在两个缺点 很难实现多路通信。很难实现多路通信。 要求有很长的天线，在工艺及使用上都是很困难的。要求有很长的天线，在工艺及使用上都是很困难的。3 3、基带信号的特点、基带信号的特点u不同的原始信息占有不同的频带宽度。不同的原始信息占有不同的频带宽度。u基带信号占有的频带属于低频范围。基带信号占有的频带属于低频范围。高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页 刘布民刘布民20 模拟调制：模拟调制：振幅调制振幅调制(AM) (AM) 、频率频率调制调制(FM) (FM) 、 相位调制相位调制

16、(PM)(PM)调制的定义调制的定义 载波调制是用载波调制是用需传送的信息需传送的信息（基带信号）去控制（基带信号）去控制高频高频载波振荡信号载波振荡信号的的三参量之一三参量之一，使其，使其随需传送的信息成随需传送的信息成线性线性关系变化。关系变化。 5 5、载波调制传送方式、载波调制传送方式数字调制数字调制: 振幅键控振幅键控(ASK)(ASK)、 频率键控频率键控(FSK) (FSK) 、相位键控、相位键控(PSK)(PSK)调制方式调制方式高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页 刘布民刘布民21 二、无线电发送设备的组成二、无线电发送设备的组成( (以调幅广播为例以调幅广播为例) )

17、1 1、组成方框图、组成方框图缓冲器缓冲器高频高频放大器放大器AM 调制器调制器高频功率高频功率放大器放大器主振器主振器低频功率低频功率放大器放大器前置前置放大器放大器声电声电变换器变换器高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页 刘布民刘布民22 第一章绪论高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页 刘布民刘布民233 3、信息传输的过程、信息传输的过程主振器产生的高频振荡信号经缓冲或倍频主振器产生的高频振荡信号经缓冲或倍频, ,并通过高并通过高频电压放大后作为高频载波电压送给振幅调制器。频电压放大后作为高频载波电压送给振幅调制器。声音信号由声电变换器转换为电信号声音信号由声电变换器转换为电信号

18、(基带信号基带信号)，经过放大后送给低频放大器。经过放大后送给低频放大器。调制器将送来的高频载波信号和基带信号进行调制调制器将送来的高频载波信号和基带信号进行调制, 产生调幅波产生调幅波,通过高频功率放大、经天线以电磁波形式辐通过高频功率放大、经天线以电磁波形式辐射出去。射出去。三个表示式三个表示式高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页 刘布民刘布民24第三节第三节 无线电接收设备的无线电接收设备的 组成与基本原理组成与基本原理 一、无线电接收设备的原理一、无线电接收设备的原理1 1、基本概念基本概念：无线电接收过程正好和发送过程：无线电接收过程正好和发送过程相反，它的基本任务是将通过天空传

19、来的电相反，它的基本任务是将通过天空传来的电磁波接收下来，并从中取出需要接收的信息磁波接收下来，并从中取出需要接收的信息信号。信号。2 2、解调、解调：解调是调制的逆过程。即从已调波中：解调是调制的逆过程。即从已调波中恢复出原基带信号的过程。和模拟调制相对恢复出原基带信号的过程。和模拟调制相对应，也分为三种：检波、鉴频和鉴相。应，也分为三种：检波、鉴频和鉴相。 高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页 刘布民刘布民25特点：特点：电路简单电路简单接收灵敏度太差，选择性也差，很少直接采用接收灵敏度太差，选择性也差，很少直接采用。二、直接检波式接收机二、直接检波式接收机书书 图图1-3 1-3 最

20、简单的接收机由最简单的接收机由接收天线接收天线、选频电路选频电路、检检波器波器和和输出变换器输出变换器（耳机）四部分组成。（耳机）四部分组成。高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页 刘布民刘布民26三、直接放大式接收机三、直接放大式接收机特点：特点： 灵敏度较高，输出功率也较大，特别适用于固定频率灵敏度较高，输出功率也较大，特别适用于固定频率 的接收。的接收。 在用于多个电台接收时，其调谐比较复杂。在用于多个电台接收时，其调谐比较复杂。 高频小信号放大器的整个接收频带内，频率高端的高频小信号放大器的整个接收频带内，频率高端的 放大倍数比低端要低。放大倍数比低端要低。高频电子线路高频电子线路退

21、出下页上页首页 刘布民刘布民27四、超外差接收机四、超外差接收机( (以调幅广播为例以调幅广播为例) )1 1、组成方框图、组成方框图 混混频频中频中频放大放大检检 波波 低频电低频电压放大压放大低频功低频功率放大率放大本机本机振荡振荡高频小高频小信号放信号放大大高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页 刘布民刘布民28 第一章绪论高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页 刘布民刘布民29 2、主要特点、主要特点 超外差接收机由于有固定频率的中频放大器超外差接收机由于有固定频率的中频放大器(455kHz)，它不仅可以实现较高的放大倍数，而，它不仅可以实现较高的放大倍数，而且选择性也很容易得到满

22、足。且选择性也很容易得到满足。 可以同时兼顾高灵敏度与高选择性可以同时兼顾高灵敏度与高选择性. 电路比较复杂，且存在干扰：镜频干扰，中频电路比较复杂，且存在干扰：镜频干扰，中频干扰干扰高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页 刘布民刘布民30n对传输其他形式的信号来说，其基本原理与无线对传输其他形式的信号来说，其基本原理与无线电广播发送与接收的基本原理是相同的。发送设电广播发送与接收的基本原理是相同的。发送设备和接收设备中的高频小信号放大器、高频功率备和接收设备中的高频小信号放大器、高频功率放大器、正弦波震荡器、振幅调制电路、检波器、放大器、正弦波震荡器、振幅调制电路、检波器、角度调制电路、调

23、角信号的解调电路和变频电路角度调制电路、调角信号的解调电路和变频电路等是高频电子线路课程要讲授的内容，这些内容等是高频电子线路课程要讲授的内容，这些内容又是组成发送设备和接收设备不可缺少的重要组又是组成发送设备和接收设备不可缺少的重要组成部分。成部分。高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页 刘布民刘布民31n本课程讲授的各功能电路，大多属于非线本课程讲授的各功能电路，大多属于非线性电子线路。在学习本课程的各功能电路性电子线路。在学习本课程的各功能电路时，要根据不同电路的功能和特点，掌握时，要根据不同电路的功能和特点，掌握各个功能电路的实现方法和基本原理：要各个功能电路的实现方法和基本原理：要

24、根据输入信号的大小和器件的工作状态的根据输入信号的大小和器件的工作状态的不同选用不同的近似分析法，系统的了解不同选用不同的近似分析法，系统的了解非线性电子线路的分析方法。非线性电子线路的分析方法。高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页 刘布民刘布民32第四节第四节 无线信道及传播方式无线信道及传播方式无线信道无线信道: 自由空间、地球表面、海水自由空间、地球表面、海水传播方式传播方式：不同信道有不同的传输方式，相同的不同信道有不同的传输方式，相同的媒介对于不同频率的信号，传输方式也不同。媒介对于不同频率的信号，传输方式也不同。高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页 刘布民刘布民33无线电波

25、105红外线1010可见光紫外线1015X射线1020宇宙射线1025f/Hz/m3103310 2(3.87.8)10 7310 7310 12310 17电磁波波谱 高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页 刘布民刘布民34频带波长名称典型用途30300Hz104103km特低频水下通信；电报0.33kHz103102km音频数据终端；实线电话330kHz10210km甚低频远距离导航；声呐；电报；电话；频率标准低频(长波)中频(中波)高频(短波)甚高频(超短波)超高频(分米波)极高频(厘米波)特高频(毫米波)30300GHz101mm雷达着陆系统；射电天文；铁路设施；科学研究0.33GH

26、z10210cm电视广播；雷达；遥控遥测；导 航 ； 卫 星 通 信 ； 无 线 电 测高；移动通信330GHz101cm卫星通信；空间通信；微波接力；机载雷达；气象雷达；陆地机动车330MHz10210m国际定点通信；军用通信；商用调幅广播；飞机和船通信；岸与船通信30300MHz101m电视广播；调频广播；车辆通信；航空通信；导航设备30300kHz101km导航系统；航标信号；电报通信0.33MHz103102m商 用 调 幅 广 播 ； 业 余 移 动 通信；海军无线电通信；测向；遇险和呼救 一、一、无线电波的频段划分无线电波的频段划分高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页 刘布民刘

27、布民35n特点：传播性能稳定可靠，但由于地面不是理想的导体有能量特点：传播性能稳定可靠，但由于地面不是理想的导体有能量的损耗。主要用于长距离通信、导航和广播。的损耗。主要用于长距离通信、导航和广播。 四、无线电波主要传播方式四、无线电波主要传播方式电波沿着地球弯曲表面传播，示意图如图所示电波沿着地球弯曲表面传播，示意图如图所示1、绕射传播（地波）、绕射传播（地波）地波（绕射）传播地波（绕射）传播 天波（反射和折射）传播天波（反射和折射）传播 直线（视距）传播直线（视距）传播电波在无线信道中传播电波在无线信道中传播的主要方式可分为三种：的主要方式可分为三种：适合频率适合频率f：1.5MHz以下以

28、下(为为200m以上以上)的中长波的中长波。高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页 刘布民刘布民36n特点：特点：电离层的特性受多种因素的影响，因此通信的稳定性电离层的特性受多种因素的影响，因此通信的稳定性较差，但传播距离远。主要用于广播、船舶通信、和飞行通较差，但传播距离远。主要用于广播、船舶通信、和飞行通信。信。利用电离层的折射和反射来实现传播，示意图如图所示。利用电离层的折射和反射来实现传播，示意图如图所示。电离层电离层电离层电离层2、折射和反射传播（天波）、折射和反射传播（天波）n适合频率适合频率f： 1.5MHz30MHz（10m200m)的短波的短波高频电子线路高频电子线路退出下

29、页上页首页 刘布民刘布民37n短波收音机：接收机的距离往往远达数千公里，甚至上万公里，电台发射的电波必须借着在地球表面上空近百公里高度的电离层折射，才能够在远处被接收到，而地球上空的电离层就像一面变化多端的镜子，它对短波的反射能力、它存在的高度、随时在变化，因此短波广播的传输就变得比较不那么可靠了。虽然如此，电离层还是有一些变化规律可以归纳出来的，因为电离层形成的主要因素是来自太阳的紫外线及带有能量的微小粒子；因此电离层的变化会受到下面几项因素的影响： n太阳活动的强弱：即所谓的大约每11年一个周期的变化。 n太阳与地球的距离：即一年四季的变化。 n太阳能量在传达到地球时所穿过的大气层厚度不同

30、：白天到夜晚，即一天当中从早晨到黄昏到夜晚都在变化，因此，白天和夜晚，太阳能量对电离层的影响是不同的。 n此外，由于电离层经常发生快速的变化，使得收听短波经常出现类似海浪般忽大忽小的声音，这是收听短波的一种普遍现象：自动增益高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页 刘布民刘布民38 电电波从发射天线发出，沿直线传播到接收天线，如图所示波从发射天线发出，沿直线传播到接收天线，如图所示。 特点：这种传播的距离只限制在视距范围内（也叫视距传播） 增高天线可以提高直线传播的距离。3、直线传播（空间波）、直线传播（空间波）适合频率适合频率f：30MHz以上以上(波长波长为为10m以下以下) 的超短波的超短波。高频电子线路高