第一章 系统基础知识

1、高频电子线路高频电子线路任课教师：*教材及参考书教材及参考书教材：教材：n邹传云邹传云. .高频电子线路，清华大学出版社，高频电子线路，清华大学出版社，20122012参考书：参考书：n曾兴雯、刘乃安、陈健曾兴雯、刘乃安、陈健. .高频电路原理与分析高频电路原理与分析（第三版），西安电子科技大学出版社，（第三版），西安电子科技大学出版社，20012001n曾兴雯、刘乃安、陈健曾兴雯、刘乃安、陈健. .高频电子线路辅导，高频电子线路辅导，西安电子科技大学出版社，西安电子科技大学出版社，20002000一、课程的性质一、课程的性质n是电子信息工程及通信工程专业的一门是电子信息工程及通信工程专业的一

2、门专业专业技术基础课技术基础课，相关知识要求较高，难度超过，相关知识要求较高，难度超过电子技术基础（模拟部分）电子技术基础（模拟部分）。二、课程的主要任务二、课程的主要任务n研究高频条件下电子通信系统中所涉及到的研究高频条件下电子通信系统中所涉及到的信号发送、传输、接收及处理全过程中所用信号发送、传输、接收及处理全过程中所用到的电子线路的基本原理、典型电路和基本到的电子线路的基本原理、典型电路和基本分析方法。分析方法。n任务要点是任务要点是基本概念基本概念、基本电路模型基本电路模型、基本基本数学表达式数学表达式的的“三基本三基本”学习。学习。课程介绍课程介绍n电子信息专业学生必须掌握的一门专业

3、基础电子信息专业学生必须掌握的一门专业基础课程；课程；n是电路理论、信号与系统、高等数学、低频是电路理论、信号与系统、高等数学、低频电子线路等课程的后续课程；电子线路等课程的后续课程；n在学习这门课程时要注意与低频电路理论的在学习这门课程时要注意与低频电路理论的不同分析方法和实验测试的不同点。不同分析方法和实验测试的不同点。三、课程的特点三、课程的特点n第第1章章 系统基础知识系统基础知识n第第2章章 小信号选频放大电路小信号选频放大电路n第第3章章 高频功率放大电路高频功率放大电路n第第4章章 正弦波振荡电路正弦波振荡电路n第第5章章 振幅调制、解调与混频电路振幅调制、解调与混频电路n第第6

4、章章 角度调制与解调电路角度调制与解调电路n第第7章章 反馈控制电路反馈控制电路n第第8章章 高频电路的分布参数分析高频电路的分布参数分析n第第9章章 高频电路的集成与高频电路的集成与EDA技术简介技术简介四、课程的学习内容四、课程的学习内容n强调基本概念，注重理论基础学习、注重实际强调基本概念，注重理论基础学习、注重实际应用，突出实践性环节，培养技能。应用，突出实践性环节，培养技能。课前预习，养成自觉学习的好习惯课前预习，养成自觉学习的好习惯认真听讲，记笔记认真听讲，记笔记课后及时复习、按时独立完成规定作业课后及时复习、按时独立完成规定作业善于讨论、思考善于讨论、思考五、学习方法五、学习方法

5、六、教学安排六、教学安排n时间段时间段:1-16:1-16周，周，4.54.5课时课时/ /周周n理论授课：理论授课：6262学时学时1010学时学时 七七、考核方式、考核方式n考试在考试周进行，拟采取闭卷考试，满分考试在考试周进行，拟采取闭卷考试，满分100100分，成绩分为三部分：分，成绩分为三部分：n卷面卷面成绩成绩 70%70%n实验实验 20%20%n平时成绩平时成绩= =作业（作业（5%5%）+ +考勤考勤(5%)(5%)第1章 系统基础知识n1.1 无线通信系统概述n1.2 高频电路中的元器件与分析模型n1.3 系统性能指标教学要求：教学要求：1.1无线通信系统的概述n理解无线通

6、信系统的基本组成，及各部分的功用；n掌握无线电波波段的划分（波段名称及频率范围）。无线通信的几个概念无线通信的几个概念1.1无线通信系统的概述n通信: 信息的交换和传递n电通信(电磁波)n有线通信: 同轴电缆、双绞线、光纤n无线通信：电磁波n无线通信的优点: 方便、灵活无线通信系统的类型无线通信系统的类型（1）按工作频段或传输方式分类：中波通信、短波通信、超短波通信、微波通信和卫星通信。（2）按通信方式分类：双工、半双工、单工。（3）按调制方式分类：调幅、调频、调相、混合调制。（4）按传输消息的类型分类：模拟通信、数字通信。1.1.1 无线通信系统的基本组成无线通信系统的组成无线通信系统的组成

7、 信息源信息源换能器换能器 发送发送 设备设备 信道信道受信者受信者换能器换能器 接收接收 设备设备噪声源噪声源1信息源信息源信息源是指需要传送的原始信息信息源是指需要传送的原始信息 2输入换能器输入换能器 将发信者提供的非电量消息将发信者提供的非电量消息(如声音、景物等如声音、景物等)变换为电信号变换为电信号 3发送设备发送设备 发送设备主要有两大任务：一是调制，二是放大。发送设备主要有两大任务：一是调制，二是放大。 信息源信息源换能器换能器 发送发送 设备设备 信道信道受信者受信者换能器换能器 接收接收 设备设备噪声源噪声源4信道信道 信道是连接发、收两端的信号通道，又称传输媒介。信道是连

8、接发、收两端的信号通道，又称传输媒介。 5接收设备接收设备任务是从已调信号中恢复出发送端相一致的基带信号。任务是从已调信号中恢复出发送端相一致的基带信号。6输出换能器输出换能器 将输出的基带信号变换成原来形式的消息。将输出的基带信号变换成原来形式的消息。 载波振荡高频放大调制器输出功放音频放大发射部分功能框图发射部分功能框图话筒高频放大混频中放滤波解调音频放大本机振荡接收部分功能框图接收部分功能框图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可有可无模拟无线通信系统的基本组成模拟无线通信系统的基本组成数字无线通信系

9、统的基本组成数字无线通信系统的基本组成无线电波在空间传播的速度无线电波在空间传播的速度 c=3108 m/s，则高频信号的频率与其波长的关系，则高频信号的频率与其波长的关系 为：为： =c/f ，f单位取单位取Hz，单位用单位用m m。习惯上按电磁波的频率范围划分为若干个区段，习惯上按电磁波的频率范围划分为若干个区段，称为频段或波段。称为频段或波段。1.1.2 电磁波频段的划分与应用电磁波谱电磁波谱频带波长名称典型用途30300Hz104103km特低频水下通信；电报0.33kHz103102km音频数据终端；实线电话330kHz10210km甚低频远距离导航；声呐；电报；电话；频率标准低频(

10、长波)中频(中波)高频(短波)甚高频(超短波)超高频(分米波)极高频(厘米波)特高频(毫米波)30300GHz101mm雷达着陆系统；射电天文；铁路设施；科学研究0.33GHz10210cm电视广播；雷达；遥控遥测；导 航 ； 卫 星 通 信 ； 无 线 电 测高；移动通信330GHz101cm卫星通信；空间通信；微波接力；机载雷达；气象雷达；陆地机动车330MHz10210m国际定点通信；军用通信；商用调幅广播；飞机和船通信；岸与船通信30300MHz101m电视广播；调频广播；车辆通信；航空通信；导航设备30300kHz101km导航系统；航标信号；电报通信0.33MHz103102m商

11、用 调 幅 广 播 ； 业 余 移 动 通信；海军无线电通信；测向；遇险和呼救微微波波高高频频低低频频地地波波地地波波天天波波直直线线传传播播无线电波的频段划分无线电波的频段划分电磁波在地面上远距离传播的方式电磁波在地面上远距离传播的方式 直射（视距）传播：超短波或频直射（视距）传播：超短波或频率更高的无线电波（率更高的无线电波（ 30MHz以上）；传播距离有限；架高天）；传播距离有限；架高天线、中继或卫星。线、中继或卫星。 绕射（地波）传播：中、低频率绕射（地波）传播：中、低频率（1.5MHz以下）的无线电波；传播距的无线电波；传播距离远且稳定离远且稳定。折射和反射（天波）传播：短波波折射和

12、反射（天波）传播：短波波段（段（ 1.530MHz ）的无线电波；）的无线电波；电离层的反射和折射，传播距离远电离层的反射和折射，传播距离远（最大距离为（最大距离为4000km4000km）；传播性能）；传播性能不稳定。不稳定。电波利用电离层的折射、反射和散射作用进行传播的方式称为天波 沿地球表面进行沿地球表面进行传播的电波传播传播的电波传播模式称为地表面模式称为地表面波。波。 在对流层中进行的电波传播方式称为空间波电磁波在地面上远距离传播的方式电磁波在地面上远距离传播的方式作业：作业：1.1无线通信系统的概述nP28 思考与练习：第4、8题n预习：1.2 高频电路中的元器件与分析模型教学要求

13、：教学要求：了解高频电路中的元器件特性1.2 高频电路中的元器件与分析模型1.2 高频电路中的元器件与分析模型n无源元件主要是电阻(器)、电容(器)和电感(器)，它们都属于线性元件，在高频电路中通常起滤波、阻抗匹配、旁路、耦合、去耦、移相等作用。n有源器件主要是半导体二极管、三极管和集成电路，它们本质上都属于非线性器件，在高频电路中完成信号的放大、非线性变换等功能。1.2.1 高频无源元件电阻器、电容器和电感器的高频等效模型1.2.2 高频有源器件半导体二极管伏安特性T1ss(e1)(e1)quuUkTiIIbeTbcTccsecs(e1)(e1)uUuUIIII双极型晶体管的大信号E-M电路

14、模型双极型晶体管的线性电路模型晶体管高频共发射极混合形等效电路当输出端短路后，rbe、Cbe和Cbc三者并联，此时cecm bebbebebc01j2()UIg rIfrCC特征频率fT和最大振荡频率fmaxmmTbebcbe2 ()2ggfCCC电流增益降至1时的频率Tmaxbbbe8ffr C功率增益降至1时的频率TTffff模拟乘法器zxy( )( )( )u tK u tu t模拟乘法器是一种理想的线性频谱搬移电路1.3 系统性能指标n增益、噪声、非线性、灵敏度和动态范围是描述高频电路最常用的指标n接收机所能接收的最低信号电平直接受到其固有噪声的限制，而它能接收的最高电平又受到非线性失

15、真的限制1.3.1 增益电压增益：无载电压增益o0iuUAU(有载)电压增益oLLL0ioLioLuuUURRAAURRURR当 时电压增益接近最大值在高频时，电路阻抗比直流或低频的值小，常用功率增益来量度系统的放大能力LoRR0uuAA定义几种类型的功率22iiis2isiURPURRR系统吸收(输入)的功率2ssas4UPR源的额定输出功率2222L0LLLoi22LoLoLuR AURPUURRRRR222222o0i0ioasooosi444uuUA UARPURRRRR负载消耗的功率系统的额定输出功率基于上面四种类型的功率，可以定义下面四种功率增益四种功率增益22LsLit02sas

16、iLo4uR RPRGAPRRRR22LLiip02iLLouuPR RRGAAPRRR22oasia0sasiouPRRGAPRRR22iim0oo4uuRRGAARR转化功率增益(传递)功率增益额定(资用)功率增益最大功率增益Gp是人们常用的功率增益，也称为工作功率增益，它表示系统实际输出功率与输入功率之比分析和计算噪声问题时，用额定功率和额定功率增益用对数形式dB(分贝)值来表示比值功率增益的dB值定义ppLi(dB)101g101g101gGGPP电压增益的dB值定义Li(dB)20lg20lg20lguuAAUUdBm(分贝毫瓦)定义：P(dBm)= 10lgP(mW)/1mWdBW

17、(分贝瓦)定义：P(dBW)= 10lgP(W)/1WdBmV(分贝微伏)定义：U(dBmV)= 20lgU(mV) /1mVdBV(分贝伏)定义：U(dBV)= 20lg U(V) /1VpLiLi(dB)(dBm)(dBm)(dB)(dB V)(dB V)uGPPAUU注意：两个dBm(dBmV)相减，结果为dB。dBm(dBmV)与dB之间可以加、减，结果仍为dBm(dBmV)在50系统中，功率与电压单位对应关系P1W10mW1mW0.1mW1011mW0dBW,30dBm10dBm0dBm10dBm110dBmUm 10V1.0V 0.316V0.1V1mV 20dBV0dBV,120

18、dBmV-10dBV,110dBmV100dBmV0dBmV1.3.2 噪声和噪声系数1噪声来源：电阻热噪声和半导体管噪声电阻热噪声等效电路4( )( )4IVkTSfSfkTRR22nn( )( )IVISfBWUSfBW电阻R的噪声额定功率2nnA4UPkT BWR电阻的噪声额定功率只与温度及通频带有关，而与本身阻值和负载无关(注意，实际功率是与负载有关的)。这一结论可以推广到任何无源二端网络。有源器件和系统的噪声来源比较复杂，系统设计师为了衡量其噪声性能的好坏，提出了噪声系数这一性能指标。2噪声系数噪声系数(Noise Figure，NF)定义信噪比SNR定义isiniosono/SNRPPSNRPPioSNRNFSNRsianianoasoanoaania/1/PPPNFPPG P标准噪声系数noaa01PNFG kT BWT0=290KPnoa：输出噪声额定功率Pnia： 输入噪声额定功率噪声系数表征了信号通过系统后，系统内部噪声造成信噪比恶化的程度。如果系统是无噪的，相应的噪声系数为1。有噪系统的噪声系数均大于1。1.3.3 非线性失真n在由各种有源器件构成的线性放大器中，由于有源器件的特性是非线性的，在放大过程中总会产生各种各样的失真，因此，必须限制信号的大小，使失真限制在允许的范围内，才能实现线性放大。n但在诸如