通信电子电路第一章

1、第一章第一章 绪绪 论论1.1 关于通信系统的概念关于通信系统的概念1.2 无线电波的传播特性无线电波的传播特性1.3 调制的通信系统调制的通信系统1.4 通信电子电路的学习特点通信电子电路的学习特点返回主目录返回主目录第二，能对信号进行加密、交换等处理的电信号处理技术；第二，能对信号进行加密、交换等处理的电信号处理技术；第三，能对电信号（或光信号）进行有效变换并切实传输的第三，能对电信号（或光信号）进行有效变换并切实传输的信息传送技术。信息传送技术。 第一，能将声音、文字图像和数据等含有信息的具体表现形第一，能将声音、文字图像和数据等含有信息的具体表现形式与电信号进行相互转换的传感技术；式与

2、电信号进行相互转换的传感技术；1.1 关于通信系统的概念关于通信系统的概念通信的任务是传递信息。通信的任务是传递信息。传输信息的系统称为传输信息的系统称为“通信系统通信系统”。电子通信：各种信息先转换成电磁能量，再通过电子通信：各种信息先转换成电磁能量，再通过电子设备实现通信。电子设备实现通信。1837：摩尔斯：摩尔斯-电报（电报（telegraph)1876：贝尔，华特生：贝尔，华特生-电话电话(telephone)1894：马可尼：马可尼-向大气层发射第一个无线电信号向大气层发射第一个无线电信号1908：德：德福雷斯特福雷斯特-真空三极管（真空三极管（triode)1920：AM广播；广播

3、；1930：阿姆斯特朗，：阿姆斯特朗，FM调制调制虽然，现代通信系统在传输信息的技术手段和方法虽然，现代通信系统在传输信息的技术手段和方法上有了显著的进步，但通信系统的基本组成仍然可上有了显著的进步，但通信系统的基本组成仍然可概括为图概括为图1-1所示。所示。发信源发信源发送设备发送设备信道信道噪声源噪声源接收设备接收设备收信装置收信装置基带信号基带信号发射信号发射信号(已调信号已调信号)接收信号接收信号(已调信号已调信号+干扰干扰)基带信号基带信号+失真失真通信系统的组成框图如下：通信系统的组成框图如下：有线通信：导线、电缆、光纤有线通信：导线、电缆、光纤无线通信：自由空间无线通信：自由空间

4、发送设备：发送设备：是将电信号变换为适应于信道传输特性的信号是将电信号变换为适应于信道传输特性的信号的一种装置。的一种装置。信息源：信息源：指要传送的原始信息，如文字、数据、语音、音乐、指要传送的原始信息，如文字、数据、语音、音乐、图像等。图像等。接收设备：接收设备：是将通过信道传输后接收到的电信号恢复成与发是将通过信道传输后接收到的电信号恢复成与发送设备输入信号相一致的电信号的一种装置。送设备输入信号相一致的电信号的一种装置。信道：信道：传输信息的通道，或传输信号的通道，又称传输媒介。传输信息的通道，或传输信号的通道，又称传输媒介。 分为无线信道和有线信道。分为无线信道和有线信道。噪声源：噪

5、声源：是指信道中的噪声及分散在通信系统中其它各处噪是指信道中的噪声及分散在通信系统中其它各处噪声的集中表示。声的集中表示。1.2 无线电波的传播特性无线电波的传播特性传播特性：传播特性：指的是无线电信号的传播方式、传播指的是无线电信号的传播方式、传播距离、传播特点等。距离、传播特点等。传播方式：传播方式：主要有直射传播、绕射（地波）传播、主要有直射传播、绕射（地波）传播、折射和反射（天波）传播及散射传播等。见图折射和反射（天波）传播及散射传播等。见图1-2 决定传播方式和传播特点的关键是无线电信号决定传播方式和传播特点的关键是无线电信号的的频率频率以及媒体的以及媒体的介电特性介电特性。一、波段

6、划分一、波段划分例：多波段收音机例：多波段收音机： （8.518）MHz：（：（2.28.5）MHz：（1830）MHzMW：FMSW：LM(535KHz1605KHz)（88108）MHz0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 电磁频谱：频率（电磁频谱：频率（10 Hz)n次声频次声频声频声频超声频超声频射频频带射频频带可见光可见光X射线射线伽马射线伽马射线宇宙射线宇宙射线表1-1为无线电波的波（频）段划分及其用途表二、二、 无线电波的基本特点无线电波的基本特点b. 传播路径：传播路径： 无线电波在均匀媒质中传播时，沿无线电波在均匀媒质中传播时，沿直线直线路径路径传播传

7、播；无线电波在非均匀媒质中传播时，会产生无线电波在非均匀媒质中传播时，会产生反射和折射反射和折射；无线电波射向理想导体时，将全部被导体无线电波射向理想导体时，将全部被导体反射反射回来；回来；无线电波在传播路径上遇到障碍物时，总是力图绕过它，这就是无线电波在传播路径上遇到障碍物时，总是力图绕过它，这就是绕射绕射。a. 传播速度：传播速度： 无线电波的传播速度与传播媒质的介电常数无线电波的传播速度与传播媒质的介电常数、导磁系数、导磁系数有关，其值为：有关，其值为： 在真空中在真空中,它与光速它与光速C相同相同 无线电波的波长、频率和传播速度之间的关系为：无线电波的波长、频率和传播速度之间的关系为：

8、smCV8001031mMHzffV)(3001VC.C.传播形式：传播形式：无线电波是以电磁场形式传播的，在离开波源一定距离无线电波是以电磁场形式传播的，在离开波源一定距离以后，以后， 和和 相互垂直，且它们同时垂直传播方向相互垂直，且它们同时垂直传播方向 （坡（坡印亭矢量），印亭矢量）， 表示电磁能流密度，数值上等于表示电磁能流密度，数值上等于 和和 之积。之积。PEHPEHEHP电场、磁场和传播方电场、磁场和传播方向的空间关系向的空间关系PEH正弦电流激励的无线电波正弦电流激励的无线电波三、无线电波的极化三、无线电波的极化极化：极化：无线电波在空间传播时，其电场矢量总是在特定方向无线电波

9、在空间传播时，其电场矢量总是在特定方向变化，这种现象称为极化，这种无线电波称为极化波。变化，这种现象称为极化，这种无线电波称为极化波。 椭圆极化左旋圆极化右旋圆极化圆极化与地面垂直垂直极化与地面平行水平极化线极化极化EE我国各电视台发射的多是辐射我国各电视台发射的多是辐射水平极化波水平极化波，而广播电台发射多是辐射而广播电台发射多是辐射垂直极化波垂直极化波。卫星电视信号传输的是卫星电视信号传输的是圆极化波圆极化波。水平发射天线水平发射天线收发天线匹配问题收发天线匹配问题圆极化波：圆极化波： 指无线电波在传播过程中，电场矢量振幅不变，但其方指无线电波在传播过程中，电场矢量振幅不变，但其方向以等角

10、速度旋转，矢量端点在垂直于传播方向的平面内向以等角速度旋转，矢量端点在垂直于传播方向的平面内描绘的轨迹是一个圆。描绘的轨迹是一个圆。 四、传播途径（方式）见四、传播途径（方式）见P2图图1-2（2）视距传播（直射波）视距传播（直射波）特点：收、发信高架（高度比波长大的多）。主要用于超特点：收、发信高架（高度比波长大的多）。主要用于超短波、微波波段的通信和电视广播。例如，卫星通信采用短波、微波波段的通信和电视广播。例如，卫星通信采用视距传播。视距传播。（1）地波传播（绕射波）地波传播（绕射波）特点：波长愈长，传播损耗愈小。主要用于中、长波无线特点：波长愈长，传播损耗愈小。主要用于中、长波无线电通

11、信和导航。例如，收音机接收的广播电台中波信号。电通信和导航。例如，收音机接收的广播电台中波信号。（3）天波传播，也称电离层传播（反射波）天波传播，也称电离层传播（反射波）特点：损耗小，传播距离远；因电离层状态不断变化使天波特点：损耗小，传播距离远；因电离层状态不断变化使天波传播不稳定；因要满足从电离层返回地面的条件，工作频率传播不稳定；因要满足从电离层返回地面的条件，工作频率受到限制。主要用于短波、中波的远距离通信和广播。例如，受到限制。主要用于短波、中波的远距离通信和广播。例如，收音机接收的广播电台短波信号或军用短波电台。收音机接收的广播电台短波信号或军用短波电台。绕射方式（沿地面传播）绕射

12、方式（沿地面传播）反射方式反射方式直射方式直射方式大地大地大地大地大地大地电离层电离层三种传播方式示意图如下三种传播方式示意图如下：1.3调制的通信系统调制的通信系统 调制是由携有信息的电信号去控制高频振荡信号的某一参数，使该参数调制是由携有信息的电信号去控制高频振荡信号的某一参数，使该参数按照电信号的规律而变化的一种处理方式。按照电信号的规律而变化的一种处理方式。或：用低频信号直接控制高频振荡的某个参数（振幅、频率或相位），或：用低频信号直接控制高频振荡的某个参数（振幅、频率或相位），使高频信号具有低频信号的特性，这一过程称为调制。使高频信号具有低频信号的特性，这一过程称为调制。通常：调制信

13、号通常：调制信号低频信号低频信号 载波信号载波信号高频信号高频信号 已调波信号已调波信号经过调制后的高频信号经过调制后的高频信号调制的波形见调制的波形见 （图（图2）根据受控方式的不同，可分为：根据受控方式的不同，可分为：模拟调制：调幅模拟调制：调幅AM、调频、调频FM和调相和调相PM数字调制：幅度键控数字调制：幅度键控ASK、相移键控、相移键控PSK和频率键控和频率键控FSK 一、调制一、调制补充：补充： 通信系统中的信号变换过程通信系统中的信号变换过程1、信号的概念、信号的概念通信系统中信号的三种形式通信系统中信号的三种形式基带信号基带信号（消息信号或调制信号）消息信号或调制信号）： 表示

14、信息的电信号。例如：话音、图像信号（表示信息的电信号。例如：话音、图像信号（模拟模拟信号信号）；数据、电报信号（）；数据、电报信号（数字信号数字信号） 等。等。高频载波信号：高频载波信号：确知的单一频率的正弦波信号。确知的单一频率的正弦波信号。已调波信号：已调波信号：已载有消息信号的高频载波信号。已载有消息信号的高频载波信号。2、信号的表示方法、信号的表示方法(1)数学表达式：例如数学表达式：例如 u=2sin2103t（V）(2)波形：如右图波形：如右图itoT/2T 3T/22T(3)频谱：将信号所包含的所有频率在坐标横轴频谱：将信号所包含的所有频率在坐标横轴上表示出来。上表示出来。 对周

15、期性的时间函数，可用傅里叶级数分解对周期性的时间函数，可用傅里叶级数分解为许多离散的频率分量；对非周期性的时间函数，为许多离散的频率分量；对非周期性的时间函数，可用傅里叶变换表示为连续谱。可用傅里叶变换表示为连续谱。双频信号：双频信号：i(t) = 2 sin 100 t + cos200 t 单频信号：单频信号：i(t) = 2 sin 100 tf (Hz)250 (rad/s)100 0200 1001传输信道的带宽必须大于信号的带宽。传输信道的带宽必须大于信号的带宽。多频信号：占据一段频带宽度多频信号：占据一段频带宽度-带宽带宽离散谱离散谱连续谱连续谱Bf 1f 2f f 2K( 2t

16、) 2t o 2 /23 /21例例1：图示开关函数用傅立叶级数可分解为：图示开关函数用傅立叶级数可分解为ttttK22225cos523cos32cos221频谱图如下频谱图如下:2/ -2/3 2/5 23 25 2 o振幅振幅例例2：话音信号用傅立叶：话音信号用傅立叶变换后的频谱分布如右图：变换后的频谱分布如右图：f(Hz)3003400o振幅振幅 （1）调制：将低频消息信号直接发射是不现实的，因此，信）调制：将低频消息信号直接发射是不现实的，因此，信号的无线传播必须进行调制。如右图所示。号的无线传播必须进行调制。如右图所示。 由振荡电路产生一个由振荡电路产生一个高频载波信号，可将其加高

17、频载波信号，可将其加到适当高度的天线上发射到适当高度的天线上发射出去，作为传输信息的运出去，作为传输信息的运载工具。不同的电台可采载工具。不同的电台可采用不同的载波，避免了信号的相互干扰。用不同的载波，避免了信号的相互干扰。高频载波信号可表示为：高频载波信号可表示为： uc=Uccos( ct+ c)其中，其中，Uc振幅；振幅； c角频率；角频率； c初相初相3、调制和已调信号频谱、调制和已调信号频谱调制调制 调制信号调制信号(话音或图象话音或图象) 高频载波信号高频载波信号已调波已调波（2）调制高频载波信号）调制高频载波信号 用需要传输的消息信号（调制信号）去控制用需要传输的消息信号（调制信

18、号）去控制高频载波信号的某一参数高频载波信号的某一参数振幅、振幅、角频率或相角频率或相位，使其随位，使其随调制信号的变化而变化，这一过程称调制信号的变化而变化，这一过程称为为调制调制。调制后的高频信号称为已调波。已调波。调制后的高频信号称为已调波。已调波本身是高频信号，可以发射，同时因为受到调制，本身是高频信号，可以发射，同时因为受到调制，就带着控制它的信号（即要传输的信号就带着控制它的信号（即要传输的信号 ）一起）一起发射出去。发射出去。调制的主要作用：调制的主要作用： 1.进行进行频谱搬移频谱搬移（将原来不适宜传输的（将原来不适宜传输的基带信号搬移到适合传输的某一个频段基带信号搬移到适合传

19、输的某一个频段上，再送入信道）；上，再送入信道）；2.实现实现信道复用信道复用（把多个信号分别安排在（把多个信号分别安排在不同的频段上同时进行传输）；不同的频段上同时进行传输）；3.调制可以调制可以提高提高通信系统通信系统抗干扰能力抗干扰能力。解调是调制的逆过程，它的作用是将已调波信号变换解调是调制的逆过程，它的作用是将已调波信号变换为携有信息的电信号。为携有信息的电信号。调制的通信系统举例：调制的通信系统举例：1.无线电广播发送系统：（图无线电广播发送系统：（图4）2.超外差式接收机：（图超外差式接收机：（图5）二、解调二、解调(1) 低频部分：低频部分：信息变换与放大信息变换与放大(2)

20、高频部分：高频部分：高频信号产生、高频信号产生、放大、调制放大、调制低频低频放大器放大器高频高频振荡器振荡器高频谐振高频谐振放大器放大器振幅振幅调制器调制器高频高频功放功放换能器换能器消息信号消息信号（1）发送设备）发送设备超外差式无线电收信设备的组成超外差式无线电收信设备的组成（2）接收设备）接收设备本地本地振荡器振荡器混频器混频器中频中频放大器放大器检波器检波器(解调解调)低频低频放大器放大器高频谐振高频谐振放大器放大器数字信号：是指在取值上离散的信号（时间连续的数字信号：是指在取值上离散的信号（时间连续的数字信号、时间不连续的数字信号）；如电报信数字信号、时间不连续的数字信号）；如电报信

21、号、数据信号等。号、数据信号等。模拟信号：是指在时间和取值上都是可以连续变化模拟信号：是指在时间和取值上都是可以连续变化的信号；如话筒产生的话音电压信号、摄像管输的信号；如话筒产生的话音电压信号、摄像管输出的图像信号等。出的图像信号等。通信系统中所要传送的基带信号基本可以分为两类通信系统中所要传送的基带信号基本可以分为两类对应的调制有模拟调制和数字调制对应的调制有模拟调制和数字调制 按照信道中传输的是模拟信号还是数字信号可把通按照信道中传输的是模拟信号还是数字信号可把通信系统相应分成模拟通信系统和数字通信系统。信系统相应分成模拟通信系统和数字通信系统。模拟通信系统：图模拟通信系统：图6数字通信

22、系统：图数字通信系统：图7数字通信系统包括：信源编码、信道编码、调制器、数字通信系统包括：信源编码、信道编码、调制器、解调器、信道译码、信源译码和同步系统等。解调器、信道译码、信源译码和同步系统等。 1.4 通信电子电路的学习特点通信电子电路的学习特点第二类：实现振荡功能的电路第二类：实现振荡功能的电路 CH4（信号的产生）（信号的产生）第三类：实现波形变换和频率变换功能的电路第三类：实现波形变换和频率变换功能的电路CH5、CH6、CH7（信号的变换）（信号的变换） 在上面介绍的通信系统组成框图中，所包含的电路有在上面介绍的通信系统组成框图中，所包含的电路有小信小信号放大器、振荡器、功率放大器

23、、调制器、解调器、混频器号放大器、振荡器、功率放大器、调制器、解调器、混频器和倍频器和倍频器都属于本书讨论范围内的通信电子电路。就功能而都属于本书讨论范围内的通信电子电路。就功能而言，各种通信电子电路可归纳为三类：言，各种通信电子电路可归纳为三类：第一类：实现功率放大功能的电路第一类：实现功率放大功能的电路 CH2、CH3（信号的放大）（信号的放大） 各种通信电子电路都是各种通信电子电路都是利用器件的非线性特性利用器件的非线性特性实现上述功能的。实现上述功能的。 应特别关心：应特别关心： 信号变换的流程和变换前后信号应具有的特点，信号变换的流程和变换前后信号应具有的特点，并以此为线索来认识和把

24、握具体电路。并以此为线索来认识和把握具体电路。 本课程的特点：本课程的特点： 起点是起点是模拟电子技术基础模拟电子技术基础课。课。 涉及的电路大多是非线性电路，数学分析复杂而困难，涉及的电路大多是非线性电路，数学分析复杂而困难，所以以讲述物理概念为主，不追求严格的数学推导。所以以讲述物理概念为主，不追求严格的数学推导。 重点放在实现各种功能的基本原理及由此导出的基本电重点放在实现各种功能的基本原理及由此导出的基本电路。路。 以分析电路为主，提出设计原则，很少涉及对电路的设以分析电路为主，提出设计原则，很少涉及对电路的设计步骤。计步骤。学习本课程的方法：学习本课程的方法： 适当复习适当复习模拟电

25、子技术基础模拟电子技术基础和和电路分析基础电路分析基础。 以掌握基本概念为主。以掌握基本概念为主。 要用辩证的观点进行分析。要用辩证的观点进行分析。学习特点：学习特点：分析方法：分析方法：第一个特点：工程计算、物理意义明确；第一个特点：工程计算、物理意义明确；第二个特点：实现各种功能的基本原理以及由此第二个特点：实现各种功能的基本原理以及由此导出的基本电路结构；导出的基本电路结构；第三个特点：实践第三个特点：实践实验环节。实验环节。 非线性电路的幂级数分析法、折线分析法、开关非线性电路的幂级数分析法、折线分析法、开关函数分析法等。函数分析法等。 通信系统通信系统本章知识结构图本章知识结构图无线

26、电波无线电波本课程的本课程的主要内容主要内容概念概念组成框图组成框图调制的通信系统调制的通信系统传播特性传播特性频段划分频段划分小信号调谐放大器小信号调谐放大器高频调谐功率放大器高频调谐功率放大器正弦波振荡器正弦波振荡器振幅调制与解调振幅调制与解调角度调制与解调角度调制与解调变频器变频器锁相环路（锁相环路（PLL）参考书：参考书： 1. 电子线路电子线路-非线性部分非线性部分谢嘉奎谢嘉奎 主编主编 高等教育出版社高等教育出版社 2. 高频电子线路高频电子线路 张肃文张肃文 编编 高等教育出版社高等教育出版社 3.高频电路高频电路 沈伟慈编沈伟慈编 西安电子科技大学出版社西安电子科技大学出版社

27、4. 5. 射频电路设计（射频电路设计（Radio Frequency Circuit Design） 通信电路原理通信电路原理 董在望主编董在望主编 高等教育出版社。高等教育出版社。 参考软件及参考书：参考软件及参考书： 基于基于ADS物联网物联网射频电路设计与仿真射频电路设计与仿真技术技术电子工业出电子工业出版社版社 （美）（美）W.Alan Davis,Krishna K.Agarwal著著 李福乐等译。李福乐等译。 通信电子电路通信电子电路 黄智伟主编黄智伟主编 机械工业出版社。机械工业出版社。6. 中国通信网：中国通信网：WWW.CN-COMM.COMWWW.CN-COMM.COM通

28、信技术发展概况通信技术发展概况1820年：奥斯特发现电流产生磁场。年：奥斯特发现电流产生磁场。1831年：法拉第发现导线作切割磁力线运动产生感应年：法拉第发现导线作切割磁力线运动产生感应电流。电流。1838年：莫尔斯发明有线电报，开始了电通信阶段。年：莫尔斯发明有线电报，开始了电通信阶段。1873年：麦克斯韦尔发表电磁辐射理论，奠定了无年：麦克斯韦尔发表电磁辐射理论，奠定了无线通信的理论基础。线通信的理论基础。1876年：贝尔发明电话。年：贝尔发明电话。1896年：马科尼发明无线电报。年：马科尼发明无线电报。1906年：发明真空管。年：发明真空管。1918年：调幅无线电广播超外差接收机问世。年：调幅无线电广播超外差接收机问世。1925年：开始采用多路通信。年：开始采用多路通信。1936年：调频无线电广播问世。年：调频无线电广播问世。1820年：奥斯特发现电流产生磁场；年：奥斯特发现电流产生磁场；1831年：法拉第发现导线作切割磁力线运动产生感应电流；年：法拉第发现导线作切割磁力线运动产生感应电流；1838年：莫尔斯发明有线电报，开始了电通信阶段。年：莫尔斯发明有线电报，开始了电通信阶段。1873