第1章 高频电子线路

1、 高等教育出版社，胡宴如、耿苏燕主编 主讲教师：李智主讲教师：李智高频电子线路高频电子线路上课时间：上课时间：3-13周周实验时间：实验时间：6,8,10,12,13周周1-2班班：周五周五下午第四大节下午第四大节3-5班班：周四周四下午第四大节下午第四大节实验地点：实验地点：6513高频实验室高频实验室考试时间：考试时间：18周周成绩组成：考试成绩组成：考试70%，考勤，考勤10%， 作业作业10%，实验，实验10% 通信与通信系统通信与通信系统 无线电波段的划分与无线电波的传播无线电波段的划分与无线电波的传播 非线性电子线路的基本概念非线性电子线路的基本概念 本章

2、小结本章小结1.1通信与通信系统通信与通信系统主要要求：主要要求： 掌握通信系统的基本组成及各组成部分的作用掌握通信系统的基本组成及各组成部分的作用了解调幅广播通信系统的基本组成及各组成部了解调幅广播通信系统的基本组成及各组成部分的作用分的作用了解数字通信系统的基本组成及各组成部分的了解数字通信系统的基本组成及各组成部分的作用作用理解通信系统中为何要采用调制技术理解通信系统中为何要采用调制技术获取获取信息信息传递传递信息信息处理处理信息信息信息社会的三大支柱信息社会的三大支柱一、通信系统的基本组成一、通信系统的基本组成信源信源输入输入变换器变换器发送发送设备设备信道信道接收接收设备设备输出输出

3、变换器变换器输输出出通信：通信：发送者与接收者之间的信息传递发送者与接收者之间的信息传递通信系统：利用电信号或光信号实现信息传递的系统通信系统：利用电信号或光信号实现信息传递的系统通信系统基本组成通信系统基本组成基带信号基带信号 (低频信号低频信号)调制调制已调信号已调信号(高频信号高频信号)噪声与干扰噪声与干扰解调解调基带信号基带信号二、调制的概念及其意义二、调制的概念及其意义 用基带信号去控制高频信号的某一参数，使该参数用基带信号去控制高频信号的某一参数，使该参数按照基带信号的规律变化的过程，称为调制。按照基带信号的规律变化的过程，称为调制。 基带信号也称为调制信号；未调制的高频信号称为基

4、带信号也称为调制信号；未调制的高频信号称为载波信号；载波信号； 经调制后的高频信号称为已调信号经调制后的高频信号称为已调信号 用基带信号去控制高频信号的用基带信号去控制高频信号的振幅振幅，称为，称为调幅调幅 AM 频率频率，称为，称为调频调频 FM 相位相位，称为，称为调相调相 PM1. 天线尺寸大于信号波长的十分之一，信号才能有效发射。天线尺寸大于信号波长的十分之一，信号才能有效发射。例如例如 f = 1 kHz，则，则00km3s/10m/s10338fC天线长度需大于天线长度需大于30km ，显然是不现实的，显然是不现实的常用基带信号频率范围：常用基带信号频率范围： 图像信号图像信号 0

5、6MHz 语音语音 300Hz 3.4kHz 音乐音乐 16Hz 20kHz 直接进行传输是不现实的。直接进行传输是不现实的。2. 实现信道的频率复用实现信道的频率复用三、通信系统的分类三、通信系统的分类根据信道不同分根据信道不同分有线通信系统有线通信系统无线通信系统无线通信系统根据基带信号不同分根据基带信号不同分模拟通信系统模拟通信系统数字通信系统数字通信系统广播通信系统广播通信系统电视通信系统电视通信系统双工：双工： 发送者发送者接收者接收者 如如电话电话单工：单工： 发送者发送者接收者接收者 如如广播、电视广播、电视半双工：半双工： 发送者发送者接收者接收者 如如对讲机对讲机根据通信方式

6、不同分根据通信方式不同分四、模拟通信系统四、模拟通信系统以典型的中短波调幅广播通信系统为例，以典型的中短波调幅广播通信系统为例，介绍其组成及各部分作用介绍其组成及各部分作用直接传输模拟信号的通信系统直接传输模拟信号的通信系统五、数字通信系统五、数字通信系统传输数字信号的通信系统传输数字信号的通信系统模模拟拟通通信信系系统统数数字字通通信信系系统统 用数字基带信号去控制高频信号的用数字基带信号去控制高频信号的振幅振幅，称为，称为振幅键控振幅键控 ASK 频率频率，称为，称为频率键控频率键控 FSK 相位相位，称为，称为相位键控相位键控 PSK 数字调制：用数字基带信号对高频正弦波进行的调制数字调

7、制：用数字基带信号对高频正弦波进行的调制 高频小信号放大电路、高频小信号放大电路、高频功率放大电路高频功率放大电路、振荡电路、振荡电路、调制电路、解调电路、混频器、倍频器调制电路、解调电路、混频器、倍频器、低频放大电路低频放大电路反馈控制电路等。反馈控制电路等。 数字通信系统抗干扰、抗噪声能力强，易利用计算机进数字通信系统抗干扰、抗噪声能力强，易利用计算机进行处理。行处理。六、通信系统的基本单元电路六、通信系统的基本单元电路非线性电路非线性电路高频电路高频电路1.2无线电波段的划分与无线电波的传播无线电波段的划分与无线电波的传播主要要求：主要要求： 了解无线电波段的划分了解无线电波段的划分了解

8、无线电波的传播方式及其特点了解无线电波的传播方式及其特点一、无线电波段的划分一、无线电波段的划分波段波段名称名称波长范围波长范围频率范围频率范围频段频段名称名称超长波超长波100 10 km3 30 kHz甚低频甚低频VLF长波长波中波中波短波短波超短波超短波(米波米波)10 1 km1000 200 m200 10 m10 1 m30 300 kHz0.3 3 MHz3 30 MHz30 300 MHz低频低频 LF中频中频 MF高频高频 HF甚高频甚高频VHF微微波波分米波分米波厘米波厘米波毫米波毫米波亚毫米波亚毫米波100 10 cm10 1 cm10 1 mm1 0.1 mm0.3 3

9、 GHz3 30 GHz30 300 GHz300 3000 GHz特高频特高频UHF超高频超高频SHF极高频极高频EHF超极高频超极高频光波光波100 1 m3 300 THz1T=1012fc中波中波AM广播广播 530kHz1602kHz 地波地波短波短波 5.818MHz 天波天波FM 88108MHz二、无线电波的传播方式及其应用二、无线电波的传播方式及其应用沿地面传播沿地面传播长波、超长波长波、超长波(30MHz)距离短距离短依靠电离依靠电离层传播层传播电离层电离层短波短波(30MHz)( (地波地波) )( (空间波空间波) )( (天波天波) )距离远距离远波段名称波段名称传播

10、传播主要应用主要应用超长波超长波地波地波潜艇通信、远洋通信、远程导航、潜艇通信、远洋通信、远程导航、发送标准时间信号等发送标准时间信号等长波长波地波地波除上述外，还用于低下通信除上述外，还用于低下通信中波中波地波为主地波为主广播、导航、船舶通信、飞行通信、船港通信等广播、导航、船舶通信、飞行通信、船港通信等短波短波天波为主天波为主中远距离的广播与通信等中远距离的广播与通信等超短波超短波(米波米波)空间波空间波调频广播、电视、移动通信、雷达、导航等调频广播、电视、移动通信、雷达、导航等微微波波分米波分米波厘米波厘米波毫米波毫米波亚毫米波亚毫米波空间波空间波电视、雷达、卫星通信、中继通信等电视、雷

11、达、卫星通信、中继通信等光波光波1.3.1 线性与非线性电路线性与非线性电路 线性电路线性电路 全部由线性或处于线性工作状态的元器件全部由线性或处于线性工作状态的元器件组成的电路组成的电路 非线性电路非线性电路 有一个以上非线性元器件组成的电路有一个以上非线性元器件组成的电路 线性元件：线性元件： R、L、C 非线性元件：非线性元件： 二极管、三极管二极管、三极管.uiOUIuiOIQUQQ u i 非线性元件在正弦波作用下的波形非线性元件在正弦波作用下的波形uiOIQUQQuttiO线性线性非线性非线性1.2.2 非线性电路的基本特点非线性电路的基本特点设设 i = a u2当当u = u1

12、 + u2则则 i = a (u12+ u22 + 2u1u2) i = a(U21mcos2 1t + U22mcos2 2t + 2U1mcos 1tU2mcos 2t)设设 u1 = U1m cos 1tu2 = U2m cos 2t)2cos1(a11m221tU )2cos1(a22m221tU )cos()cos(a21212m1mttUU )a(2m21m221UU )2cos2cosa(22m211m221tUtU tUU)cos(a212m1m )cos(a212m1mtUU 1. 产生了新的频率分量产生了新的频率分量, 可变换频率可变换频率(混频器混频器);2. 叠加定理不

13、再适用叠加定理不再适用;3. Q合适且信号小时合适且信号小时,可按线性电路处理可按线性电路处理.思考讨论题（见教材）思考讨论题（见教材） 课堂练习一1.如果广播电台发射的信号频率为如果广播电台发射的信号频率为 936kHzfcfLfffCLIfffICLfI接收机中频接收机中频 =455KHz, 问接收机本振频率问接收机本振频率 是多少？是多少？解：解：936KHz455KHz1391KHz答：接收机本振频率为答：接收机本振频率为1391KHz。 课堂练习二2.如果高频载波频率为如果高频载波频率为150MHZ,问问/4天线应天线应多多 长？长？ 解：解：频率等于光速频率等于光速C除以波长除以波

14、长,即即 C,则：则： C , 3 150 2(米米), /4240.5 (米米) 答：答：/4天线应天线应0.5米长。米长。108106 课堂练习三3. 中波广播波段的波长范围为中波广播波段的波长范围为187560米米,问其问其频率范围为频率范围为? 解：解：频率频率 等于光速等于光速C除以波长除以波长,即即 C, 则：则： 560米时，米时， 3 560536 KHz 187米时，米时， 3 1871604 KHz 答：频率范围为答：频率范围为536 KHz 1604 KHz。 108108本章小结（本章小结（P11）1. 通信系统的构成及类型。（电、光）通信系统的构成及类型。（电、光）

15、2.为了改善通信性能采用的方法。（调制为了改善通信性能采用的方法。（调制 ） 3.通信系统中电路的特点。（高频、非线性）通信系统中电路的特点。（高频、非线性）思考题与习题思考题与习题1-11-1 为什么在无线电通信中要使用为什么在无线电通信中要使用“载波载波”发射，其作用是什么？发射，其作用是什么？答：答：一些需要传送的信息转变成电信号后，其主要频率成分在低频范一些需要传送的信息转变成电信号后，其主要频率成分在低频范围。将这些低频范围的电信号直接发射出去，有两个问题难以解决：围。将这些低频范围的电信号直接发射出去，有两个问题难以解决：一是无选择性、互相干扰、不能实现多路通信；二是因为当电信号频

16、一是无选择性、互相干扰、不能实现多路通信；二是因为当电信号频率低时，需要特长的发射天线。因此，率低时，需要特长的发射天线。因此，在无线电通信中要使用在无线电通信中要使用“高频高频载波载波”发射，其作用是发射天线的尺寸小；不同的电台采用不同的载发射，其作用是发射天线的尺寸小；不同的电台采用不同的载频，就容易多路同时发送，实现多路通信。频，就容易多路同时发送，实现多路通信。1-21-2 在无线电通信中为什么要采用在无线电通信中为什么要采用“调制调制”与与“解调解调”，各自的作用，各自的作用是什么？是什么？答答：“调制调制”是发射机的主要功能。是发射机的主要功能。所谓调制是用需传送的信息所谓调制是用

17、需传送的信息（基带信号）去控制载波振荡信号的三参量之一，使其随需传送的（基带信号）去控制载波振荡信号的三参量之一，使其随需传送的信息成线性关系变化。因为载波信号相当于运载工具，其频率为高信息成线性关系变化。因为载波信号相当于运载工具，其频率为高频、超高频甚至是微波，其频率很高。若采用无线发射，其天线尺频、超高频甚至是微波，其频率很高。若采用无线发射，其天线尺寸可以很小。寸可以很小。 “解调解调”是接收机的主要功能。所谓解调是将收到的已调波的原是接收机的主要功能。所谓解调是将收到的已调波的原信号取出来。信号取出来。1-3 1-3 计算机通信中应用的计算机通信中应用的“调制解调调制解调”与无线电通

18、信中的与无线电通信中的“调制解调制解调调”有什么异同点？有什么异同点？答：答：计算机通信中传送的是数字信号，它的调制器的主要作用是计算机通信中传送的是数字信号，它的调制器的主要作用是波形变换，它将基带数字信号的波形变换成适合于模拟信道传输波形变换，它将基带数字信号的波形变换成适合于模拟信道传输的波形。的波形。 解调器的作用是波形识别，它将经过调制器变换过的模拟信解调器的作用是波形识别，它将经过调制器变换过的模拟信号恢复成原来的数字信号。号恢复成原来的数字信号。 计算机通信中应用的计算机通信中应用的“调制解调调制解调”与无线电通信中的与无线电通信中的“调制调制解调解调”的相同之处是都有调幅、调频

19、和调相。的相同之处是都有调幅、调频和调相。 计算机通信中传送的基带信号是数字基带信号，无线电通信计算机通信中传送的基带信号是数字基带信号，无线电通信中传送的基带信号是模拟基带信号。中传送的基带信号是模拟基带信号。1-41-4 试说明模拟信号和数字信号的特点，它们之间的相互转换应采试说明模拟信号和数字信号的特点，它们之间的相互转换应采用什么器件实现？用什么器件实现？答：答：信号的某一参量（如连续波的振幅、频率、相位，脉冲波的信号的某一参量（如连续波的振幅、频率、相位，脉冲波的振幅、宽度、位置等）可以取无限多数值，且直接与信息对应的振幅、宽度、位置等）可以取无限多数值，且直接与信息对应的称模拟信号

20、。其特点是信号连续变化。称模拟信号。其特点是信号连续变化。 信号的某一参量只能取有限值，并且常常不直接与信息相对信号的某一参量只能取有限值，并且常常不直接与信息相对应的信号，称为数字信号。其特点是离散（不连续）的。应的信号，称为数字信号。其特点是离散（不连续）的。 数字信号转换成模拟信号用数字信号转换成模拟信号用D/AD/A变换，模拟信号转换成数字变换，模拟信号转换成数字信号用信号用A/DA/D变换。变换。1-51-5 理解理解“功能功能”电路的功能的含义，说明掌握功能电路的电路的功能的含义，说明掌握功能电路的功能在开发电子系统中有什么好处。功能在开发电子系统中有什么好处。答答：“功能功能” 是指基本电路能够完成的信号传输和信号变换是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。处理的具体工作任务。 高频功能电路可以用不同的器件和不同的电路形式构成。高频功能电路可以用不同的器件和不同的电路形式构成。其功能和输入、输出频谱的关系不会因不同器件