第一章绪论_高频电子线路

1、高频电子线路高频电子线路 合肥工业大学合肥工业大学 吴永忠吴永忠高频电子线路高频电子线路 第一章第一章 导论导论高频电子线路高频电子线路 第一节第一节 高频电子线路课程中的基础知识高频电子线路课程中的基础知识一、基本概念一、基本概念二、核心概念二、核心概念三、研究对象三、研究对象四、研究范畴四、研究范畴五、研究意义五、研究意义六、无线电通信系统采用高频技术的原因六、无线电通信系统采用高频技术的原因七、通信系统的基本概念七、通信系统的基本概念高频电子线路高频电子线路 一、基本概念一、基本概念高高 频频：高频是一个相对的概念，广义高频：高频是一个相对的概念，广义高频又又称射频（称射频（Radio

2、Frequency，RF)，是指适合无，是指适合无线电发射和传播的频率，频率范围非常宽广线电发射和传播的频率，频率范围非常宽广侠义高频侠义高频：侠义高频指的是无线电波频段划分表：侠义高频指的是无线电波频段划分表中的中的短波短波频段，频率范围频段，频率范围3-30MHz 高频电路高频电路：高频电波信号的产生、放大和接收的：高频电波信号的产生、放大和接收的电子线路电子线路1.信信 道道：传输信号的通道：传输信号的通道 第一节第一节 高频电子线路课程中的基础知识高频电子线路课程中的基础知识高频电子线路高频电子线路 二、高频电子技术中的核心概念二、高频电子技术中的核心概念调制调制：采用高频振荡信号作为

3、运载工具，将携带：采用高频振荡信号作为运载工具，将携带信息的低频信号装载到高频振荡信号上的过程，信息的低频信号装载到高频振荡信号上的过程，称为调制。调制后的信号，由天线发射出去。称为调制。调制后的信号，由天线发射出去。解调解调：在高频系统的接收端，把低频信号从高频：在高频系统的接收端，把低频信号从高频振荡信号上卸取下来的过程，称为解调。振荡信号上卸取下来的过程，称为解调。载波信号载波信号：未经调制的高频振荡信号。：未经调制的高频振荡信号。调制信号调制信号：携带信息的低频电信号。：携带信息的低频电信号。已调波信号、频带信号已调波信号、频带信号：经过调制并携带有低频：经过调制并携带有低频信息的高频

4、振荡信号。信息的高频振荡信号。基带信号基带信号：未经调制的低频信号。：未经调制的低频信号。1.注：低频信号可以是十几注：低频信号可以是十几kHz以下的音频信号，以下的音频信号，也可以是几也可以是几MHz的视频信号。的视频信号。 第一节第一节 高频电子线路课程中的基础知识高频电子线路课程中的基础知识高频电子线路高频电子线路 三、三、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功能、原理和基本组成。的功能、原理和基本组成。四、研究范畴四、研究范畴频率范围：本课程所讨论的频率范围是几百频率范围：本课程所讨论的频率范围是几百KHz

5、几百几百MHz工作任务：能够完成的信号传输和信号变换的基工作任务：能够完成的信号传输和信号变换的基本电路本电路 第一节第一节 高频电子线路课程中的基础知识高频电子线路课程中的基础知识高频电子线路高频电子线路 五、研究意义五、研究意义高频电子线路是现代通信设备中的重要组成部分高频电子线路是现代通信设备中的重要组成部分1887年，德国科学家赫兹证明了无线电波的存在；年，德国科学家赫兹证明了无线电波的存在； 1895年，意大利马可尼完成了年，意大利马可尼完成了30米的无线电通信试验；米的无线电通信试验；1920年，年，美国第一个商业广播电台开始播音；美国第一个商业广播电台开始播音；1930年，英国实

6、现了电视图像和声音同时发播；年，英国实现了电视图像和声音同时发播；1980年，无线电话；年，无线电话；1990年，年，GPS；当今，移动通信、无线局域网、无线通信、射频标签等渗当今，移动通信、无线局域网、无线通信、射频标签等渗透到生活的方方面面，成为不可或缺的工具。透到生活的方方面面，成为不可或缺的工具。1.是电子信息、通信等电子类专业的一门技术基础课是电子信息、通信等电子类专业的一门技术基础课程程 第一节第一节 高频电子线路课程中的基础知识高频电子线路课程中的基础知识高频电子线路高频电子线路 六、无线通信采用高频技术的原因六、无线通信采用高频技术的原因便于缩短天线的尺寸，有效发射信号便于缩短

7、天线的尺寸，有效发射信号对于无线通信系统，由天线理论可知，要将无线电信号对于无线通信系统，由天线理论可知，要将无线电信号有效地发射出去，天线的尺寸必须和电信号的波长为同一量级有效地发射出去，天线的尺寸必须和电信号的波长为同一量级。由原始的非电量信息转换而成的原始电信号一般都是频率较。由原始的非电量信息转换而成的原始电信号一般都是频率较低的信号，波长较长。例如，音频信号一般都在低的信号，波长较长。例如，音频信号一般都在20kHz以下，以下，对应波长对应波长15km，要制造出这样的天线是不现实的。解决的方，要制造出这样的天线是不现实的。解决的方法就是调制。法就是调制。便于实现多路通信，避免频谱重叠

8、便于实现多路通信，避免频谱重叠1.即使可以制造出大尺寸的天线，由于各个发射台发射的即使可以制造出大尺寸的天线，由于各个发射台发射的均为同一频段的低频信号，在信道中相互重叠、干扰，因此接均为同一频段的低频信号，在信道中相互重叠、干扰，因此接收设备无法从中选出所要接收的有用信号。低频信号调制后，收设备无法从中选出所要接收的有用信号。低频信号调制后，即可实现多路通信，避免重叠、干扰等问题。即可实现多路通信，避免重叠、干扰等问题。 第一节第一节 高频电子线路课程中的基础知识高频电子线路课程中的基础知识高频电子线路高频电子线路 七、通信系统七、通信系统通信系统的定义通信系统的定义 实现信息的传输所需的设

9、备总和称为通信系统。实现信息的传输所需的设备总和称为通信系统。通信系统的组成通信系统的组成 一个通信系统应由输入变换器、发送设备、传输信道、一个通信系统应由输入变换器、发送设备、传输信道、 接收设备和输出变换器五个基本部分组成。下图是通信接收设备和输出变换器五个基本部分组成。下图是通信系统的组成方框图。系统的组成方框图。第一节第一节 高频电子线路课程中的基础知识高频电子线路课程中的基础知识高频电子线路高频电子线路 通信系统的分类通信系统的分类u 按所用信道可分为：有线通信系统和无线通信系统。按所用信道可分为：有线通信系统和无线通信系统。u 按通信方式可分为：双工、半双工和单工方式。按通信方式可

10、分为：双工、半双工和单工方式。u 按传输的基带信号可分为：模拟通信系统和数字通信系统。按传输的基带信号可分为：模拟通信系统和数字通信系统。第一节第一节 高频电子线路课程中的基础知识高频电子线路课程中的基础知识高频电子线路高频电子线路 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基本任务基本任务u无线电发送是以自由空间为传输信道，把需要传无线电发送是以自由空间为传输信道，把需要传送的信息（声音、文字或图象）变换成无线电波送的信息（声音、文字或图象）变换成无线电波传送到远方的接收点。传送到远方的接收点。信息传输的基本

11、要求信息传输的基本要求:u希望传送距离远希望传送距离远1.要能实现多路传输，且各路信号传输时，应互不要能实现多路传输，且各路信号传输时，应互不干扰干扰高频电子线路高频电子线路 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u很难实现多路通信。很难实现多路通信。u要求有很长的天线，在工艺及使用要求有很长的天线，在工艺及使用上都是很困难的。上都是很困难的。u解决的方法就是调制解决的方法就是调制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 载波调制

12、传送方式载波调制传送方式调制的定义调制的定义载波调制是用需传送的信息载波调制是用需传送的信息（基带信号）去控制高频载波振荡（基带信号）去控制高频载波振荡信号的三参量之一，使其随需传送信号的三参量之一，使其随需传送的信息成线性关系变化。的信息成线性关系变化。调制的方式调制的方式模拟调制：模拟调制：振幅调制振幅调制(AM)、 频率调制频率调制(FM)、 相位调制相位调制(PM)数字调制数字调制：振幅键控：振幅键控(ASK)、 频率键控频率键控(FSK)、 相位键控相位键控(PSK)高频电子线路高频电子线路 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) ) 系

13、统组成系统组成缓冲器缓冲器高高 频频放大器放大器 AM 调制器调制器高频功率高频功率放放 大大 器器高高 频频振荡器振荡器低频低频放大放大 器器前置前置放大放大 器器声电声电变换器变换器ui(t)=Uimcos(ct +)u(t)=Umcostu(t)=Ucm(1+macost) cos (ct +)高频电路高频电路低频电路低频电路传输线与天线电路传输线与天线电路高频电子线路高频电子线路 信息传输的过程信息传输的过程u 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

14、制器。u 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(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。u 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、经天线以电磁波形通过高频功率放大、经天线以电磁波形式辐射出去。式辐射出去。高频电子线路高频电子线路 第三节第三节 无线电接收设备的组成与基本原理无线电接收设备的组成与基本原理 基本概念基本概念：无线电接收过程正好和发送过程相反，它：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来的电磁波接收下来，并的

15、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信号。从中取出需要接收的信息信号。功能：功能：选频；干扰抑制；信号放大；解调选频；干扰抑制；信号放大；解调解调解调：解调是调制的逆过程。即从已调波中恢复出原：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。和模拟调制相对应，也分为三种：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。检波、鉴频和鉴相。 一、无线电接收设备的原理一、无线电接收设备的原理高频电子线路高频电子线路 选选 频频电电 路路检波器检波器最简单的接收机方框图最简单的接收机方框图特点：特点：电路简单电路简单接收灵敏度太差，选择性也差，很少

16、直接采用接收灵敏度太差，选择性也差，很少直接采用。天线电路天线电路高频电路高频电路低频电路低频电路二、直接检波式接收机二、直接检波式接收机高频电子线路高频电子线路 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的接收。灵敏度较高，输出功率也较大，特别适用于固定频率的接收。 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，频率高端的放大倍数比低端要低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天线电路天线电路三、直接放大式接收机三、直接放大式接收机选频选频电路电路检波器检波器高频高频放大器放大器低频电

17、低频电压放大器压放大器低频功低频功率放大器率放大器直接放大式接收机直接放大式接收机高频电路高频电路低频电路低频电路高频电子线路高频电子线路 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) ) 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原理与组成框图原理与组成框图fcfI = fc -fLfL超外差式用混频、本机振荡器、中频放超外差式用混频、本机振荡器、中频放大器代替了直接放大式的高频放大器。大器代替了直接放大式的高频放大器。高频电子线路高频电子线路 混频器的作用混频器的作用高频电子线路高

18、频电子线路 主要特点主要特点u超外差接收机由于有固定频率的中频放大器，它不仅可以实现较超外差接收机由于有固定频率的中频放大器，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足。高的放大倍数，而且选择性也很容易得到满足。u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。u电路比较复杂，且存在一定的干扰。电路比较复杂，且存在一定的干扰。混频（变频）的原因混频（变频）的原因u直接放大式接收机中，要求高频放大器带宽较宽（如中波调幅广播直接放大式接收机中，要求高频放大器带宽较宽（如中波调幅广播535Hz1605kHz），），而放大器难以做到在整个带宽内放大效果均而放大器难以做到在

19、整个带宽内放大效果均理想；中频放大器的中心频率理想；中频放大器的中心频率fI不变，故整个接受范围内，效果均不变，故整个接受范围内，效果均比较理想。比较理想。u当放大倍数要求高时，需要多级放大器，但直接放大式接收机中多当放大倍数要求高时，需要多级放大器，但直接放大式接收机中多级串联会影响带宽。级串联会影响带宽。u 例：收音机例：收音机 AM： fI =455kHz，FM： fI =10.7MH 电视机图象：电视机图象： fI =58.75MHz 高频电子线路高频电子线路 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

20、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。例如：在自由空间媒介里，不同频率的电磁波却有着不同的传播方式高频电子线路高频电子线路 一、电磁波频段的划分一、电磁波频段的划分高频电子线路高频电子线路 二、二、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 n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。 三、无线电波主要传播方式三、无线

21、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 n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

22、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 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。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。高频电子线路高频电子线路 通信卫星高频电子线路高频电子线路 u 决定无线电波传播方式的关键是无线电信号的频决定无线电波传播方式的关键是无线电信号的频率（波长）；率（波长）；u 长波信号以地波传播为主；长波信号以地波传播为主；u 中波和短波信号可以用地波和天波两种方式传播，中波和短波信号可以用地波和天波两种方式传播，而中波以地波为主，