高频电子线路 第一章 绪论ppt课件

1、第一章第一章 绪绪 论论1.1 电子线路的分类电子线路的分类1.2 线性与非线性电子线路线性与非线性电子线路1.3 通信发展简史通信发展简史1.4 无线电信号的传输理论无线电信号的传输理论1.1 电子线路的分类电子线路的分类包含有源器件的网络统称为电子线路。包含有源器件的网络统称为电子线路。一、电子线路按照工作频率可分成：一、电子线路按照工作频率可分成：低频电子线路、高频电子线路和微波低频电子线路、高频电子线路和微波电子线路。电子线路。低频通常指频率低于低频通常指频率低于300kHz的范围，的范围，语音的电信号、生物电信号、地震电语音的电信号、生物电信号、地震电信号、机械振动的电信号等都属于这

2、信号、机械振动的电信号等都属于这个范围。个范围。高频通常指频率在高频通常指频率在300kHz300MHz的的范围，广播、电视、短波通信、移动通范围，广播、电视、短波通信、移动通信等无线电设备都工作在这个频率范围信等无线电设备都工作在这个频率范围之内。之内。微波泛指频率高于微波泛指频率高于300MHz以上的范围，以上的范围，卫星电视、微波中继通信、雷达、导航卫星电视、微波中继通信、雷达、导航等设备都工作在这个频率范围。等设备都工作在这个频率范围。二、按电子线路中所包含的元件性二、按电子线路中所包含的元件性质来分类，可分线性电路和非线性质来分类，可分线性电路和非线性电路。电路。由线性元件组成的电子

3、线路叫线性由线性元件组成的电子线路叫线性电子线路。电子线路。含有非线性元件的电子线路叫非线含有非线性元件的电子线路叫非线性电子线路。性电子线路。含有时变参数元件的电子线路叫参含有时变参数元件的电子线路叫参变电路或时变电路。变电路或时变电路。线性电路是用线性代数方程、线性线性电路是用线性代数方程、线性微分方程或线性差分方程来描述。微分方程或线性差分方程来描述。非线性电路是用非线性代数方程、非线性电路是用非线性代数方程、非线性微分方程、非线性差分方程非线性微分方程、非线性差分方程来描述的。来描述的。本课程主要研究高频、模仿、非线本课程主要研究高频、模仿、非线性、时变电子线路。性、时变电子线路。1.

4、2 线性与非线性电子线路线性与非线性电子线路线性电路与非线性电路的特点：线性电路与非线性电路的特点：第一，非线性电子线路不具有叠加性和均第一，非线性电子线路不具有叠加性和均匀性，不适用叠加定理。匀性，不适用叠加定理。第二，在稳定状态之下，非线性电子线路第二，在稳定状态之下，非线性电子线路输出变量中包含有输入变量中不具有的频输出变量中包含有输入变量中不具有的频率成分。（下列图）率成分。（下列图）第三，处于非线性状态工作的有源器件，第三，处于非线性状态工作的有源器件，它们的输出响应与器件工作点的选取和输它们的输出响应与器件工作点的选取和输入信号的大小有关。（下一页）入信号的大小有关。（下一页）iC

5、Q00 tUBEQiCuBE0iCuBEui Uimcost t(a)Q0iCuBEuBE00iC t tui Uimcost(b)返回返回第四，描述非线性器件特性的参量有三第四，描述非线性器件特性的参量有三种：一是静态参量，也称为直流参量；种：一是静态参量，也称为直流参量；二是动态参量，也称为交流参量；三是二是动态参量，也称为交流参量；三是折合参量，也称为平均参量。用这三种折合参量，也称为平均参量。用这三种参量综合起来描述一个非线性器件的工参量综合起来描述一个非线性器件的工作状态。（下列图）作状态。（下列图）第五，非线性电子线路的数学描述是非第五，非线性电子线路的数学描述是非线性方程。二阶以

6、上的非线性微分方程线性方程。二阶以上的非线性微分方程还没有实用的求解方法。在工程上一直还没有实用的求解方法。在工程上一直沿用的是近似解法，本课程也将采用这沿用的是近似解法，本课程也将采用这种方法。（下一页）种方法。（下一页）(a)(b)iCICQQUBEQuBEtan g00UBEQ0uBEuBEiCQtan gmiCICQCQoBEQIgtgUcmBEigtgu返回返回nmcmIgU1.3 通信发展简史通信发展简史原始手段原始手段有线通信有线通信无线通信无线通信烽火、旗语烽火、旗语电报电报 （1837 Morse1837 Morse） （1876 Bell1876 Bell）电磁波的存在电磁

7、波的存在 Maxwell 理论理论Hertz 理论理论三个里程碑：三个里程碑： Lee de forest Lee de forest 发明电子三极管发明电子三极管19071907 W. Shockley W. Shockley 发明晶体三极管发明晶体三极管19481948 集成电路、数字电路的出现集成电路、数字电路的出现2020世纪世纪60601.4 无线电信号的传输理论无线电信号的传输理论一、 传输信号的基本方法1 1、语言和文字、语言和文字 （最原始、最基本的传输手段）（最原始、最基本的传输手段）2 2、光通信、光通信 （远距离通信，迅速准确）（远距离通信，迅速准确）3 3、电通信、电通

8、信 （无线通信，有线通信）（无线通信，有线通信） Maxwell Maxwell 在理论上发现电磁场理论在理论上发现电磁场理论 Hertz Hertz 在实践上证明电磁场的存在在实践上证明电磁场的存在 Morse Morse 有线电报有线电报 Bell Bell 有线电话有线电话二、 通信系统简介1、通信系统原理框图、通信系统原理框图信号源信号源发送设备发送设备传输信道传输信道收信装置收信装置接收设备接收设备下一页下一页2、信号源、信号源 在实际的通信电子线路中传输的是在实际的通信电子线路中传输的是各种电信号，为此，就需要将各种各种电信号，为此，就需要将各种形式的信息转变成电信号。形式的信息转

9、变成电信号。 常见的信号源有：常见的信号源有： 话筒话筒 摄像机摄像机 各种传感器件各种传感器件返回返回3、发送设备发送设备的作用：发送设备的作用： 将基带信号变换成适合信道的将基带信号变换成适合信道的传输特性的信号。传输特性的信号。对基带信号进行变换的原因：对基带信号进行变换的原因： 由于要传输的信息种类多样，由于要传输的信息种类多样，其对应的基带信号特性各异，这些其对应的基带信号特性各异，这些基带信号往往并不适合信道的直接基带信号往往并不适合信道的直接传输。传输。返回返回 信号从发送到接收中间要经过传输信信号从发送到接收中间要经过传输信道，又称传输媒质。不同的传输信道道，又称传输媒质。不同

10、的传输信道有不同的传输特性。如电缆、光缆、有不同的传输特性。如电缆、光缆、无线电波等。无线电波等。 根据传输媒质的不同，可以分为两大根据传输媒质的不同，可以分为两大类：有线通信：双绞线、同轴电缆、类：有线通信：双绞线、同轴电缆、光缆光缆 无线通信：自由空间无线通信：自由空间4、传输信道、传输信道1. 1. 双绞线双绞线 适用于短距离小于适用于短距离小于100m100m）、）、1Mb/s1Mb/s数据数据率的通信环境。率的通信环境。2. 2. 同轴电缆同轴电缆 适用于距离在几百米、带宽小于适用于距离在几百米、带宽小于10Mhz10Mhz、码流率小于码流率小于20Mbps20Mbps的通信环境。的

11、通信环境。3. 3. 光纤电缆光纤电缆 特点：衰减小小于特点：衰减小小于1db/km1db/km）、工作频率）、工作频率高、信息容量大高、信息容量大（1）、有线通信信道）、有线通信信道（2）、无线通信信道）、无线通信信道 无线通信的传输媒质是自由空间。无线通信的传输媒质是自由空间。电磁波从发射天线辐射出去之后，电磁波从发射天线辐射出去之后，经过自由空间到达接收天线的传播经过自由空间到达接收天线的传播途径可分为两大类：地波和天波。途径可分为两大类：地波和天波。 地波分为地面波和空间波）地波分为地面波和空间波）1. 地面波地面波 就是沿地面传播的无线电波。就是沿地面传播的无线电波。适用于长波和超长

12、波。适用于长波和超长波。2. 空间波空间波 是在发射天线与接收天线间直是在发射天线与接收天线间直线传播的无线电波线传播的无线电波, 发射天线和发射天线和接收天线较高，接收点的电磁接收天线较高，接收点的电磁波由直接波和地面反射波合成。波由直接波和地面反射波合成。适用于超短波。适用于超短波。天波天波经过地面经过地面100km100km至至500km500km的电离层的电离层反射传送到接收点的电磁波。适反射传送到接收点的电磁波。适用于短波。用于短波。电离层反射的特点：电离层反射的特点： 频率越高，吸收能量越小，频率越高，吸收能量越小，但频率过高电波会穿透电离层。但频率过高电波会穿透电离层。故频率只限

13、于中短波段故频率只限于中短波段300KHz300KHz30MHz 30MHz 。散射通信散射通信 利用对流层对电波的散射进行利用对流层对电波的散射进行通讯，它适用于超短波以及微通讯，它适用于超短波以及微波波段的通信，通信距离很远。波波段的通信，通信距离很远。 无线电波段的划分无线电波段的划分 波段名称 波长范围 频率范围 频段名称超长波 10,000100,000m 303kHz 甚低频VLF长 波 1,00010,000m 30030kHz 低频LF中 波 2001,000m 1500300kHz 中频MF中短波 50200m 6,0001,500kHz 中高频IF短 波 1050m 306

14、MHz 高频HF米 波 110cm 30030MHz 甚高频VHF分米波 10100cm 3,00300MHz 特高频UHF厘米波(微波) 110cm 303GHz 超高频SHF毫米波 110mm 30030GHz 极高频EHF亚毫米波 1mm以下 300GHz以上 超极高频返回返回 5、接收设备、接收设备 接收设备的作用：接收设备的作用： 接收传送过来的信号，并进接收传送过来的信号，并进行处理，以恢复发送端的基带信号。行处理，以恢复发送端的基带信号。 接收设备的要求：接收设备的要求： 由于信号在传输和恢复的过由于信号在传输和恢复的过程中存在着干扰和失真，接收设备程中存在着干扰和失真，接收设备

15、要尽量减少这种失真。要尽量减少这种失真。返回返回 6、收信装置、收信装置 收信装置是指接收设备输出的电收信装置是指接收设备输出的电信号变换成原来形式的信号的装信号变换成原来形式的信号的装置。置。 例如：例如： 还原声音的喇叭还原声音的喇叭 恢复图象的显象管恢复图象的显象管返回返回三、三、 无线电信号的产生与发射无线电信号的产生与发射 无线电发射机方框图无线电发射机方框图(a)主振荡器倍频放大调制器功放f0nf0 fpfp音频放大声音拾音器F无线电接收机方框图无线电接收机方框图四、四、 信号及其频谱信号及其频谱 常用的信号表示方法常用的信号表示方法 1. 数学表达式法数学表达式法 如：如： 正弦

16、波正弦波 u=Asint AtsinAut2.波形表达方式波形表达方式例如：例如：3. 频域表示法频域表示法 根据傅立叶变换的基本原理，任何一个函数都可以用傅立叶级数展开。如果把信号看成一个函数，这就为我们研究信号提供了一种新的方法。通过研究信号的频谱我们可以突出在信号传输中存在的主要问题，如信号的变化规律，信号的能量分布等。由于任何复杂的信号，都可分解为由于任何复杂的信号，都可分解为许多不同频率的正弦信号之和，因许多不同频率的正弦信号之和，因而，所谓而，所谓“频谱即是指组成信号频谱即是指组成信号的各正弦分量按频率分布的情况。的各正弦分量按频率分布的情况。为了更直观地了解信号的频率组成为了更直

17、观地了解信号的频率组成和特点，我们通常采用作图的方法和特点，我们通常采用作图的方法来表示频谱。用频率来表示频谱。用频率f f作横座标，作横座标，用信号的各正弦分量的相对振幅作用信号的各正弦分量的相对振幅作纵座标，通常称之为频谱图。纵座标，通常称之为频谱图。如：下面所示的一般语音信号的频谱示意图如：下面所示的一般语音信号的频谱示意图可以看到语音信号的频谱是连续的，其主要可以看到语音信号的频谱是连续的，其主要能量集中在能量集中在1000Hz1000Hz左右。左右。电压电压f/Hz3003400一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。 振幅f脉冲信号的分解脉冲信号的分解 i t 一次谐波i1 I0 (a) i t 三次谐波i1 (b) i t 七次谐