高频电子线路第1章绪论

1、第1章 绪论高频电子线路高频电子线路1高频电子线路高频电子线路 曾兴雯曾兴雯 广州大学机电学院广州大学机电学院高教二版高教二版第1章 绪论高频电子线路高频电子线路21. 本课程的性质本课程的性质 本课程是本课程是电子、通信类电子、通信类等专业重要的等专业重要的技术基础课技术基础课，主要研究高频电子，主要研究高频电子线路各单元电路的工作原理、电路组成和设计方法。通过学习本课程，使线路各单元电路的工作原理、电路组成和设计方法。通过学习本课程，使学生掌握常见电子器件和部件的工作原理，外部特性与主要参数，高频电学生掌握常见电子器件和部件的工作原理，外部特性与主要参数，高频电子线路的基本原理与分析方法。

2、同时注意培养学生用理论联系实际的原则子线路的基本原理与分析方法。同时注意培养学生用理论联系实际的原则去分析问题和解决问题。去分析问题和解决问题。前言前言2.本课程与其他课程的关系本课程与其他课程的关系先修课程先修课程：电路分析、信号与系统、模拟电子技术；：电路分析、信号与系统、模拟电子技术；后继课程后继课程：通信原理：通信原理第1章 绪论高频电子线路高频电子线路33. 课时安排课时安排理论学时理论学时:48 实验学时实验学时:18 4. 选用教材及主要参考书选用教材及主要参考书教材教材:高频电子线路高频电子线路,曾兴雯曾兴雯,高等教育出版社高等教育出版社.建议参考书建议参考书:(1) 高频电子

3、线路，张肃文，高等教育出版社高频电子线路，张肃文，高等教育出版社(2) 电子线路（非线性部分），谢嘉奎，高等教育出版社电子线路（非线性部分），谢嘉奎，高等教育出版社要学好，看多本书；（知识点）要学好，看多本书；（知识点）要考好，注意听课。（提纲要求）要考好，注意听课。（提纲要求）第1章 绪论高频电子线路高频电子线路4目目 录录第一章第一章 绪论绪论第二章第二章 高频电路基础高频电路基础第三章第三章 高频谐振放大器高频谐振放大器第四章第四章 正弦波振荡器正弦波振荡器第五章第五章 频谱的线性搬移电路频谱的线性搬移电路第六章第六章 振幅调制、解调与混频振幅调制、解调与混频第七章第七章 角度调制与解调

4、角度调制与解调第八章第八章 反馈控制电路反馈控制电路第九章第九章 高频电路新技术高频电路新技术第十章第十章 整机线路分析与系统设计整机线路分析与系统设计第1章 绪论高频电子线路高频电子线路5第一章 绪论 第一节第一节 无线通信系统概述无线通信系统概述 第二节第二节 射频前端结构射频前端结构 第三节第三节 无线信道特性无线信道特性第四节第四节 本课程的特点和学习方法本课程的特点和学习方法 思考题与习题 学哪些内容？学哪些内容？有哪些知识点？有哪些知识点？用在哪些领域？用在哪些领域？第1章 绪论高频电子线路高频电子线路6无线电通信发展简史无线电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

5、线通信烽火、旗烽火、旗语语电报电报 （1837 1837 Morse）电话电话 （1876 1876 Bell）电磁波的存在电磁波的存在 1861Maxwell 理论理论1888Hertz 实践实践1896年马可尼年马可尼无线通信无线通信第1章 绪论高频电子线路高频电子线路7第一节 无线通信系统概述 高频电子线路是通信系统高频电子线路是通信系统, 特别是特别是无线通信系统无线通信系统的的基础基础, 是无线通信设备的重要组成部分。是无线通信设备的重要组成部分。 一、无线通信系统的组成一、无线通信系统的组成 无线通信无线通信(或称无线电通信或称无线电通信)的类型很多的类型很多, 可以根据传可以根据

6、传输方法、输方法、 频率范围、频率范围、 用途等分类。不同的无线通信系统用途等分类。不同的无线通信系统, 其设备组成和复杂度虽然有较大差异其设备组成和复杂度虽然有较大差异, 但它们的但它们的基本组成基本组成不变。不变。第1章 绪论高频电子线路高频电子线路8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接收设备接收设备收信装置收信装置第1章 绪论高频电子线路高频电子线路9信号源信号源在实际的通信电子线路中传输的是各种电信号，为此，就在实际的通信电子线路中传输的是各种电信号，为此，就需要将各种形式的信息转变成电信号。需要将各种形式的信息转变成电信号。常见的信号源有：常

7、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第1章 绪论高频电子线路高频电子线路10发送设备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传输特性的信将基带信号变换成适合信道的传输特性的信号。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，其对应的基带由于要传输的信息种类多样，其对应的基带信号特性各异，这些基带信号往往并不适合信道的信号特性各异，这些基带信号往往并不适合信道的直接传输。直接传输。第1章 绪论高频电子线路高频电子线路11 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，并进行处理，

8、以恢复发送端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。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程中存在着干扰和失真，由于信号在传输和恢复的过程中存在着干扰和失真，接收设备要尽量减少这种失真。接收设备要尽量减少这种失真。第1章 绪论高频电子线路高频电子线路12 收信装置收信装置收信装置是指接收设备输出的电信号变换成原来形式的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置。信号的装置。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第1章 绪论高频电子线路高频电子线路13传输信道传输信道信号从发送到接收中间要经过传

9、输信道，又称传输媒质。不信号从发送到接收中间要经过传输信道，又称传输媒质。不同的传输信道有不同的传输特性。如电缆、光缆、无线电波同的传输信道有不同的传输特性。如电缆、光缆、无线电波等。等。根据传输媒质的不同，可以分为两大类：根据传输媒质的不同，可以分为两大类： 有线通信：双绞线电缆、同轴电缆、光缆有线通信：双绞线电缆、同轴电缆、光缆 无线通信：自由空间无线通信：自由空间第1章 绪论高频电子线路高频电子线路14 高频电子线路广泛应用于通信系统和各种设备中。高频电子线路广泛应用于通信系统和各种设备中。无线电通信、广播、雷达、导航等都是利用高频无线无线电通信、广播、雷达、导航等都是利用高频无线电波来

10、传递信息。尽管它们在传递信息形式、工作方电波来传递信息。尽管它们在传递信息形式、工作方式及设备体制等方面有很大不同，但设备中式及设备体制等方面有很大不同，但设备中产生和接产生和接收、检测高频信号的基本电路收、检测高频信号的基本电路大致相同。大致相同。 本课程将以无线通信系统为主要研究对象，着重本课程将以无线通信系统为主要研究对象，着重讨论无线电设备中的讨论无线电设备中的高频放大器和高频功率放大器、高频放大器和高频功率放大器、振荡器、频率变换器等电子电路的基本原理和应用。振荡器、频率变换器等电子电路的基本原理和应用。一、无线通信系统的组成一、无线通信系统的组成 第1章 绪论高频电子线路高频电子线

11、路15 图图11 音频无线通信系统的基本组成音频无线通信系统的基本组成 音频放大器调制器激励放大输出功率放大载波振荡器天线开关高频放大混频器中频放大与滤波解调器音频放大器话筒本地振荡器扬声器变频器用户电路用户电路后端电路后端电路前端电路，一般工作前端电路，一般工作在射频（高频）在射频（高频）电路电路+信号信号+原理原理第1章 绪论高频电子线路高频电子线路161. 高频适于天线幅射和无线传播。高频适于天线幅射和无线传播。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。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 06MHz 语

12、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. 实现多路复用，提高频带利用率。实现多路复用，提高频带利用率。 如果传输多个信息而不进行调制如果传输多个信息而不进行调制,那么那么,它们在空中就它们在空中就会相互干扰会相互干扰,接收端无法将这些信息区分开来。接收端无法将这些信息区分开来。 此外，此外，更高的频段可用的频带更宽，可能传输更多的信息更高的频段可用的频带更宽，可能传输更多的信息或容纳更多的用户，频带利用率也更高。或容纳更多的用户，频带利用率也更高。货物货物-车辆车辆-货车货车第1章 绪论高频电子线路高频电子线路17

13、由上面的例子可以总结出无线通信系统的基本组成由上面的例子可以总结出无线通信系统的基本组成, 从中也可看出高频电路的基本内容应该包括从中也可看出高频电路的基本内容应该包括: （1）高频振荡器：用于产生载波或本地振荡信号）高频振荡器：用于产生载波或本地振荡信号 （2）放大器：包括小信号放大和功率放大）放大器：包括小信号放大和功率放大 （3）混频或变频）混频或变频 （4）调制与解调）调制与解调 在无线通信系统中通常需要某些反馈控制电路。在无线通信系统中通常需要某些反馈控制电路。第1章 绪论高频电子线路高频电子线路18二、无线通信中的信号与调制二、无线通信中的信号与调制 1.无线通信中的信号无线通信中

14、的信号无线通信是靠电磁波实现信息传输的。电磁波辐射的波谱很无线通信是靠电磁波实现信息传输的。电磁波辐射的波谱很宽宽, 如图如图 1 2 所示。所示。无线电波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 图 1 2 电磁波波谱 第1章 绪论高频电子线路高频电子线路19 从上图可以知道，无线电波只是一种波长比较长的电从上图可以知道，无线电波只是一种波长比较长的电磁波磁波, 占据的频率范围很广。占据的频率范围很广。 在自由空间中在自由空间中, 波长与频率波长与频率存在以下关系存在以下关系

15、: c = f （11） 式中式中: c为光速为光速, f 和和分别为无线电波的频率和波长分别为无线电波的频率和波长 因此我们也因此我们也可以认为无线电波是一种频率相对较低的可以认为无线电波是一种频率相对较低的电磁波电磁波。对频率或波长进行分段。对频率或波长进行分段, 分别称为频段或波段分别称为频段或波段（波段划分请见下表）。（波段划分请见下表）。注意：注意：不同频段信号的产生、放大和接收的方法不同不同频段信号的产生、放大和接收的方法不同, 传传播的能力和方式也不同播的能力和方式也不同, 因而其应用范围也不同。因而其应用范围也不同。第1章 绪论高频电子线路高频电子线路20中波广播中波广播 53

16、0kHz1602kHz短波短波 5.818MHzFM 88108MHz第1章 绪论高频电子线路高频电子线路21”高频高频“也是一个相对的概念。广义的也是一个相对的概念。广义的”高频高频“指指的是射频（），其频率范围非常广。只要电路尺寸的是射频（），其频率范围非常广。只要电路尺寸比工作波长小得多，仍可用集中参数来分析实现，都可比工作波长小得多，仍可用集中参数来分析实现，都可认为属于认为属于”高频高频“范围。范围。不同频段的信号具有不同的分析与实现方法不同频段的信号具有不同的分析与实现方法, 对于米对于米波以上（含米波波以上（含米波, 1 m）的信号通常用集总（中）参数）的信号通常用集总（中）参数

17、的方法和的方法和“路路”的概念来分析与实现的概念来分析与实现, 而对于米波以下而对于米波以下（1 m）的信号一般应用分布参数的方法和）的信号一般应用分布参数的方法和“场场”的概的概念来分析与实现。念来分析与实现。 第1章 绪论高频电子线路高频电子线路22、无线电信号的特性、无线电信号的特性 在高频电路中在高频电路中, 我们要处理的无线电信号主要有三种我们要处理的无线电信号主要有三种: 基带（消息）信号基带（消息）信号、 高频载波信号高频载波信号和和已调信号已调信号。 所谓基带所谓基带信号信号, 就是没有进行调制之前的原始信号就是没有进行调制之前的原始信号, 也称调制信号。也称调制信号。 (1)

18、 时间特性 a. 信号的描述信号的描述：一个无线电信号：一个无线电信号, 可以将它表示为电压或电可以将它表示为电压或电流的时间函数流的时间函数, 通常用时域波形或数学表达式来描述。通常用时域波形或数学表达式来描述。 b. 时间特性的概念时间特性的概念：无线电信号的时间特性就是信号随时：无线电信号的时间特性就是信号随时间变化快慢的特性。信号的时间特性要求传输该信号的电路间变化快慢的特性。信号的时间特性要求传输该信号的电路的时间特性（如时间常数）与之相适应。的时间特性（如时间常数）与之相适应。 第1章 绪论高频电子线路高频电子线路23(2)频谱特性 对于较复杂的信号（如话音信号、对于较复杂的信号（

19、如话音信号、 图像信号等）图像信号等）, 用用频谱分析法表示较为方便。频谱分析法表示较为方便。 信号幅度0t 图 1 3 信号分解 信号的频谱特性的概念信号的频谱特性的概念：信号的频谱特性就是信号中各：信号的频谱特性就是信号中各频率成分的特性。频率成分的特性。第1章 绪论高频电子线路高频电子线路24 对于周期性信号对于周期性信号, 可以表示为许多离散的频率分量（各可以表示为许多离散的频率分量（各分量间成谐频关系）分量间成谐频关系）, 例如图例如图 1 3即为图即为图 1 2所示信号的所示信号的频谱图频谱图; 对于非周期性信号对于非周期性信号, 可以用可以用傅里叶变换的方法分解傅里叶变换的方法分

20、解为连续谱为连续谱, 信号为连续谱的积分信号为连续谱的积分。 频谱特性包含幅频特性和相频特性两部分频谱特性包含幅频特性和相频特性两部分, 它们分别反它们分别反映信号中各个频率分量的振幅和相位的分布情况。映信号中各个频率分量的振幅和相位的分布情况。 任何信号都会占据一定的带宽。任何信号都会占据一定的带宽。 从频谱特性上看从频谱特性上看, 带宽带宽就是信号能量主要部分（一般为就是信号能量主要部分（一般为90%以上）所占据的频率范以上）所占据的频率范围或频带宽度。围或频带宽度。 信号振幅0F3F5F7F9FF图 1 4 频谱图 第1章 绪论高频电子线路高频电子线路25(3)传播特性 传播特性传播特性

21、：是指无线电信号的：是指无线电信号的传播方式、传播距离、传传播方式、传播距离、传播特点等播特点等。 无线电信号的传播特性主要根据其所处的频段或无线电信号的传播特性主要根据其所处的频段或波段来区分。波段来区分。 电磁波从发射天线辐射出去后电磁波从发射天线辐射出去后, 不仅电波的能量会扩散不仅电波的能量会扩散, 接收机只能收到其中极小的一部分接收机只能收到其中极小的一部分, 而且在传播过程中而且在传播过程中, 电波电波的能量会被地面、建筑物或高空的电离层吸收或反射的能量会被地面、建筑物或高空的电离层吸收或反射, 或者在或者在大气层中产生折射或散射等现象大气层中产生折射或散射等现象, 从而造成到达接

22、收机时的强从而造成到达接收机时的强度大大衰减。度大大衰减。 根据无线电波在传播过程所发生的现象根据无线电波在传播过程所发生的现象, 电波电波的传播方式主要有的传播方式主要有直射（视距）传播直射（视距）传播、 绕射（地波）传播绕射（地波）传播、 折射和反射（天波）传播折射和反射（天波）传播及及散射传播散射传播等等, 如图如图 1 5 所示。所示。 决决定传播方式和传播特点的关键因素是无线电信号的频率定传播方式和传播特点的关键因素是无线电信号的频率。 第1章 绪论高频电子线路高频电子线路26直射传播频率较高的超短波及其更高频率的无线电波，主要沿空间直（视）线传播。第1章 绪论高频电子线路高频电子线

23、路27地波传播地波传播中长波沿地球表面可传播较远的距离。第1章 绪论高频电子线路高频电子线路28天波传播依靠电离层的反射来传播的无线电波。对于中短波，波长越短，电离层对它吸收越少而反射越多，短波最适宜以天波形式传播。第1章 绪论高频电子线路高频电子线路29散射传播超短波及其更高频率的无线电波，可采用第1章 绪论高频电子线路高频电子线路30长波信号长波信号以以地波地波为主；为主；中波和短波信号中波和短波信号可以可以地波和天波地波和天波两种方式传播，两种方式传播，不过，前者以地波传播为主，后者以天波（反射不过，前者以地波传播为主，后者以天波（反射与折射）为主；与折射）为主；超短波以上频段的信号超短

24、波以上频段的信号在多以在多以直射方式直射方式传播，也传播，也可以可以采用对流层散射采用对流层散射的方式传播。的方式传播。第1章 绪论高频电子线路高频电子线路313. 3. 无线通信中的调制无线通信中的调制 无线电传播一般都要采用高频（射频）的另一个原因就是高频适无线电传播一般都要采用高频（射频）的另一个原因就是高频适于天线辐射和无线传播。于天线辐射和无线传播。 只有当天线的尺寸到可以与信号波长相比拟时只有当天线的尺寸到可以与信号波长相比拟时, , 天线的辐射效率天线的辐射效率才会较高才会较高, , 从而以较小的信号功率传播较远的距离从而以较小的信号功率传播较远的距离, , 接收天线也才能接收天

25、线也才能有效地接收信号。有效地接收信号。 所谓调制所谓调制, , 就是用调制信号去控制高频载波的参数就是用调制信号去控制高频载波的参数, , 使载波信号使载波信号的某一个或几个参数（振幅、的某一个或几个参数（振幅、 频率或相位）按照调制信号的规律变化。频率或相位）按照调制信号的规律变化。 根据载波受调制参数的不同根据载波受调制参数的不同, , 调制分为三种基本方式调制分为三种基本方式, , 它们是它们是振振幅调制（调幅）、幅调制（调幅）、 频率调制（调频）、频率调制（调频）、 相位调制（调相）相位调制（调相）, , 分别用分别用AMAM、 FMFM、 PMPM表示，表示， 还可以有组合调制方式

26、。还可以有组合调制方式。 第1章 绪论高频电子线路高频电子线路32第1章 绪论高频电子线路高频电子线路33三、无线通信系统的类型三、无线通信系统的类型 按照无线通信系统中关键部分的不同特性按照无线通信系统中关键部分的不同特性, 有以下一些类型有以下一些类型: 1、按照按照传送的消息的类型传送的消息的类型分类分类, 有模拟通信和数字通信有模拟通信和数字通信, 也也可以可以分为话音通信、图像通信、数据通信和多媒体通信分为话音通信、图像通信、数据通信和多媒体通信等。等。 2、按照、按照工作频段或传输手段工作频段或传输手段分类分类, 有中波通信、有中波通信、 短波通信、短波通信、 超短波通信、超短波通

27、信、 微波通信和卫星通信等微波通信和卫星通信等。 所谓工作频率所谓工作频率, 主要主要指发射与接收的射频（指发射与接收的射频（RF）频率。）频率。 射频实际上就是射频实际上就是“高频高频”的广义语的广义语, 它是指适合无线电发射和传播的频率。它是指适合无线电发射和传播的频率。 无线通信无线通信的一个发展方向就是开辟更高的频段。的一个发展方向就是开辟更高的频段。3、按照、按照通信方式或信号传递方向来通信方式或信号传递方向来分类分类, 主要主要有（全）双工、有（全）双工、 半双工和单工方式半双工和单工方式。第1章 绪论高频电子线路高频电子线路34 各种不同类型的通信系统各种不同类型的通信系统, 其

28、系统组成和设备的复杂程其系统组成和设备的复杂程度都有很大不同。但是组成设备的基本电路及其原理都是相度都有很大不同。但是组成设备的基本电路及其原理都是相同的同的, 遵从同样的规律。遵从同样的规律。 本书将以模拟通信为重点来研究这本书将以模拟通信为重点来研究这些基本电路些基本电路, 认识其规律。认识其规律。 这些电路和规律完全可以推广应这些电路和规律完全可以推广应用到其它类型的通信系统。用到其它类型的通信系统。 4 4、按照、按照是否采用调制是否采用调制可将通信系统可将通信系统分为频带传输系统和基带分为频带传输系统和基带传输系统传输系统。在频带传输系统中，按照调制方式的不同，可再。在频带传输系统中

29、，按照调制方式的不同，可再分分有调幅、有调幅、 调频、调频、 调相以及混合调制调相以及混合调制等。等。 5 5、按照、按照无线通信系统的应用场合无线通信系统的应用场合可将通信系统可将通信系统分为水下通信、分为水下通信、地面通信和空间通信地面通信和空间通信。 第1章 绪论高频电子线路高频电子线路35四、无线通信系统的要求与指标四、无线通信系统的要求与指标 无线通信系统的基本特性主要是无线通信系统的基本特性主要是有效性和可靠性有效性和可靠性两方面，两方面，有效性就是指空间、时间、频率的利用率，主要用有效性就是指空间、时间、频率的利用率，主要用传输距离和传输距离和通信容量（信道容量）指标通信容量（信

30、道容量）指标来衡量；而可靠性主要用来衡量；而可靠性主要用失失真度、真度、误码率、抗干扰能力误码率、抗干扰能力等指标衡量。等指标衡量。 第1章 绪论高频电子线路高频电子线路36第二节 射频前端结构 按照电路结构来划分，任何天线通信系统都可以根据处理按照电路结构来划分，任何天线通信系统都可以根据处理的信号分为射频部分和基带部分。射频部分是无线通信系统电的信号分为射频部分和基带部分。射频部分是无线通信系统电路的关键。路的关键。 典型的射频前端电路框图典型的射频前端电路框图射频前端电路主要射频前端电路主要完成调制与解调、完成调制与解调、功率放大、低噪声功率放大、低噪声放大、载波或本振放大、载波或本振的

31、产生和频率变换的产生和频率变换等功能。等功能。第1章 绪论高频电子线路高频电子线路37一、发信（射）机结构一、发信（射）机结构第1章 绪论高频电子线路高频电子线路38二、接收机结构二、接收机结构 有选择地放大空中微弱电磁信号，尽可能的将非有选择地放大空中微弱电磁信号，尽可能的将非所需信号和噪声排除在外，并经解调恢复出有用信息，所需信号和噪声排除在外，并经解调恢复出有用信息，而且尽可能提高输出基带信号的信噪比，以保证信息而且尽可能提高输出基带信号的信噪比，以保证信息的质量。的质量。 主要有超外差、镜频抑制式、直接变换式或零中主要有超外差、镜频抑制式、直接变换式或零中频式和数字中频式几种。频式和数

32、字中频式几种。第1章 绪论高频电子线路高频电子线路39 超外差接收机超外差接收机的的主要特点主要特点就是由频率固定的就是由频率固定的中频放大器中频放大器来完成对接收信号的选择和放大；当信号频率改变时来完成对接收信号的选择和放大；当信号频率改变时, 只要只要相应地改变本地振荡信号频率即可。相应地改变本地振荡信号频率即可。 超外差结构：超外差结构：“超外差超外差”就是在接收过程中，将射就是在接收过程中，将射频输入信号与本地振动器产生的信号混频或差拍，由混频输入信号与本地振动器产生的信号混频或差拍，由混频器后的中频滤波器选出射频信号与本振信号频率两者频器后的中频滤波器选出射频信号与本振信号频率两者的和频或差频。的和频或差频。第1章 绪论高频电子线路高频电子线路40第三节 无线