射频通信电路的基本概念课件

单元一射频通信电路的基本概念单元一射频通信电路的基本概念这门课主要研究什么问题？

主要研究射频技术在通信系统的应用，了解通信系统的基本概念、通信系统发送与接收设备基本电路以及电路的基本分析方法图.系统实例什么是射频---高频（RadioFrequency）（300K-30MHz）具有远距离传输能力的高频电磁波---射频这门课主要研究什么问题？主要研究射频技

信息AB通信发展历史与展望

长城上的烽火台就起着“信息源”的作用，白日以烟、夜晚以火作为传递信息的媒介。明代规定，来敌百人左右，一烟一炮示之；五百人二烟二炮；千人以上，三烟三炮；五千人以上五烟五炮。这种信息传递，既定性（敌人来犯），又定量（来敌人数）图.t镇北台---古长城最大的烽火台驿传烽火台传递信息历史信息AB通信发展历史与展望

长城上的烽火台就起着“信息源1876年贝尔发明了电话有线通信1835年电报美国发明家莫尔斯电码---

电信时代的序幕点、划、空组合1895年意大利人马克尼和俄国人波波夫利用电磁波实现了射频无线通信。

1876年1835年电报点、划、空组合1895年意大利模拟数字图.GSM手机图模拟电视图数字电视抗干扰能力强可以远距离传输（再生）数字信号易处理发展图.早期大哥大手机模拟数字图.GSM手机图模拟电视图数字电视抗干扰能力功能单一多样智能

功能单一多样射频识别技术（RFID）是一种无线通信技术，可通过无线电讯号识别特定目标并读写相关数据，而无需识别系统与特定目标之间建立机械或光学接触

无线电的信号是通过调成无线电频率的电磁场，把数据从附着在物品上的标签上传送出去，以自动辨识与追踪该物品。某些标签在识别时从识别器发出的电磁场中就可以得到能量，并不需要电池；也有标签本身拥有电源，并可以主动发出无线电波（调成无线电频率的电磁场）。标签包含了电子存储的信息，数米之内都可以识别。与条形码不同的是，射频标签不需要处在识别器视线之内，也可以嵌入被追踪物体之内。射频识别技术（RFID）无线电的信号是通过调成

许多行业都运用了射频识别技术。将标签附着在一辆正在生产中的汽车，厂方便可以追踪此车在生产线上的进度。仓库可以追踪药品的所在。射频标签也可以附于牲畜与宠物上，方便对牲畜与宠物的积极识别（积极识别意思是防止数只牲畜使用同一个身份）。射频识别的身份识别卡可以使员工得以进入建筑锁住的部分，汽车上的射频应答器也可以用来征收收费路段与停车场的费用。许多行业都运用了射频识别技术。将标签附着在一辆在“互联网概念”的基础上，将其用户端延伸和扩展到任何物品与物品之间，进行信息交换和通信的一种网络概念。其定义是：通过射频识别（RFID）、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，把任何物品与互联网相连接，进行信息交换和通信，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络概念。物联网在“互联网概念”的基础上，将其用户端延伸和扩展到任何物品与物教学导航单元一射频通信电路的基本概念教学导航单元一射频通信电路的基本概念2.从它处理的信号频率角度来说，发送和接收的信号，是高频信号；1.在一个射频通信系统中研究问题。3.输出信号和输入信号频率不同；输出信号中有新频率成分产生；设备电路fifo线性电路

fi,fi非线性电路

fi,fi,f1,f2,f3……1．1射频电路的基本特点2.从它处理的信号频率角度来说，发送和接收的信号，是高频信号4.杂散参数(如引线电感、分布电容)对电路影响严重，甚至会引起电路的不稳定,有时为了防止分布电容形成寄生耦合及电感的电磁辐射产生的寄生耦合，高频电路还必须考虑良好、合理的屏蔽,及布线合理。

在本教材中，阐述的各部分高频电子线路，除高频小信号谐振放大器外，都是非线性电路。相对于线性电子线路的分析方法来说，非线性电子线路的分析方法更加复杂。数学知识要求较多电感电阻电容片状电容在射频电路中，可用于滤波器调频，匹配电路等，有必要了解它的高频特性。4.杂散参数(如引线电感、分布电容)对电路影响严重，甚至会右图描绘了电阻的阻值与频率的关系:如图所示:低频时电阻的阻抗是R,然而当频率升高超过一定值时,寄生电容的影响成为主要的,当频率继续升高时,由于引线电感的影响,总的阻抗上升。图.1K电阻的阻值与频率的关系右图描绘了电阻的阻值与频率的关系:图.1K电阻的阻值与频率的典型的1PF电容绝对值与频率的关系电容显示出与电阻同样的谐振特性典型的1PF电容绝对值与频率的关系电容显示出与电阻同样的谐振电感阻抗与频率的关系

当频率接近谐振点时，阻抗迅速增加，频率继续提高，寄生电容的影响是主要的，线圈电感的阻抗逐渐降低。电感阻抗与频率的关系当频率接近谐振贴片电容贴片电感贴片电阻解决射频影响:元器件贴片电容贴片电感贴片电阻解决射频影响:元器件

而对高频电路来说，要克服印刷电路的电感效应，就要“就近接地”，即多点接地，设计电路板时使用大面积的接地区域。电路的布线最好按照信号的流向采用全直线,需要转折时可用45°折线或圆弧曲线来完成,这样可以减少高频信号对外的发射和相互间的耦合。高频信号线的布线应尽可能短。要根据电路的工作频率,合理地选择信号线布线的长度,这样可以减少分布参数,降低信号的损耗。制作双面板时,在相邻的两个层面上布线最好相互垂直、斜交或弯曲相交。避免相互平行,这样可以减少相互干扰和寄生耦合。布线:而对高频电路来说，要克服印刷电路的电感下面我们通过一个例子来说明不同频率下分布电容和分布电感对电路的影响。例1-1分布电容C=10pF，计算1kHz、1MHz、1GHz时分布电容的容抗

XC

。

解：根据容抗计算公式我们可以知道：

三种频率下的容抗分别为15.9MΩ、15.9kΩ、15.9Ω。对于10pF的分布电容，从计算结果我们发现当频率低时，分布电容的阻抗很高，并联效应可以忽略不计，但当频率高达1GHz时，分布电容的容抗值已经与高频电路中常用的50Ω阻抗匹配相近，从而会改变电抗特性，因此必须要考虑分布电容的并联影响。同理，对于分布电感也是一样，因此在射频电路中随着频率的增高，分布电容和分布电感的影响越来越大，在设计时能很好的解决这方面问题，才能设计出性能优良的电路。而对于更高频率的信号，我们还要通过传输线理论来分析问题，由于传输线理论讨论的基本都是微波频段，因此这里不再详细介绍。下面我们通过一个例子来说明不同频率下分布电容和分布电感对电路通信系统基本组成框图建立系统的概念课程主要内容图.通信系统基本组成框图1．2射频通信系统的组成传输媒质

信息源

信源发送设备接收设备

终端装置

信宿信道通信系统基本组成框图建立系统的概念课程主要内容图.通信系统信息源：经传送的信息（如声音或图像）所转换成的微弱电信号；即必须有换能器（如话筒或摄像机）基带信号

发送设备：将微弱电信号变成适合于信道传输的信号，然后送入信道；调制是最常见的变换方式。对数字通信系统，发送设备常常又包括编码器与调制器。传输媒质：信号传输的通道；导线或光纤或传输电磁波的自由空间；干扰源：干扰源是通信系统中各种设备以及信道中所固有的，干扰的来源是多样的，它可分为内部干扰和外部干扰，而且外部干扰往往是从信道引入的，因此，为了分析方便，把干扰源视为各处干扰的集中表现而抽象加入到信道。接收设备：把有用信号从众多信号和噪声中选取出来；终端装置：将接收设备接收到的电信号再还原成原始信息：如扬声器或显像管等；各部分功能：信息源：经传送的信息（如声音或图像）所转换成的微弱电信号电视传输系统图.电视传输系统电视传输系统图.电视传输系统

直接发送无线电波的问题：1.由天线理论可知，要将无线电信号有效地发射，天线的尺寸必须和电信号的波长为同一数量级(1/10-1)。原始电信号一般是低频信号，如语音信号频率范围f:20Hz-20KHzλ=c/f

λ20kHz=15Kmλ20Hz=1.5X104Km

波长很长。要制造出相应的巨大天线是不现实的。2.若各发射台发射的均为同一频段的低频信号，信道中会互相重叠、干扰，接收设备也无法接收信号。解决：要调制—频谱搬移上海台南京台中央台重叠频谱搬移上海台南京台中央台无线电信号的发射与接收调制直接发送无线电波的问题：解决：要调制—频谱搬移上海台调制的概念低频信号加载高频振荡信号调制信号载波信号uΩ==UΩmcosΩtuC==UCmcos(ωct+φ0)uC=UCmcos(ωct+φ0)调幅调相调频调制的概念低频信号加载高频振荡信号调制信号载波信号uΩ==例:调幅已调波调频已调波例:调幅已调波调频已调波调制方式分类:模拟调制连续波AM调幅

FM调频

PM调相uC=UCmcos(ωct+φ0)连续波调制脉冲波调制PAM,PWM,PPM,PCM数字调制ASK,FSK,PSK脉幅脉宽脉位移幅键控移频键控移相键控调制方式分类:模拟调制连续波AM调幅uC=U调制的好处：采用调制方式以后，由于传送的是高频振荡信号，所需天线尺寸便可大大下降。同时，不同的发射台可以采用不同频率的高频振荡信号作为载波，这样在频谱上就可以互相区分开了。为了有效地进行信号传输，必须采用几百kHz以上的高频振荡信号作为载体，将携带信息的低频电信号“装载”到高频振荡信号上(这一过程称为调制)，然后经天线发送出去。调制的好处：采用调制方式以后，由于传送的是高频振荡信号，所需解调

从高频已调波信号中“取出”调制信号的过程称为解调；根据已调波的不同分为：检波：对调幅波的解调；Detection鉴频：对调频波的解调；FrequencyDetection鉴相：对调相波的解调；PhaseDetection解调检波：对调幅波的解调；Detection鉴频：对调频波的解调传输媒质

信号源发送设备接收设备

终端装置图通信系统基本组成框图基带信号已调信号已调信号基带信号调制解调传输媒质信号源发送设备接收设备终端装置图通信系统未经调制的高频振荡信号称为载波信号，低频电信号称为调制信号（又称基带信号），经过调制的高频振荡信号称为已调波信号。连续波的调制方式有AM,FM,PM基带信号是宽带信号，即该信号频谱范围的上限频率和下限频率的差与下限频率的比远大于1；已调信号是窄带信号。宽带信号与窄带信号是相对而言的。总结:未经调制的高频振荡信号称为载波信号，低频电信号称为调制信号（振荡器高频放大器倍频器高频功放及调制话筒调制信号放大器#无线电发送设备的组成图.超外差式无线电发射机的框图振荡器高频放大器高频功放话筒调制信号#无线电发送设备的组成图发送设备各部分功能高频振荡器：产生频率稳定的高频信号即载波；高放或倍频器：放大载波信号，如果频率不够高，应通过倍频器使之达到所要求的频率，由多级谐振器组成；调制器：将调制信号装载到载波信号上，产生已调波；高频高放：将已调波进行功率放大，获得足够的发射功率；通过天线发射出去；话筒：将声音变成微弱的电信号；低放：将微弱电信号进行放大；发送设备各部分功能高频振荡器：产生频率稳定的高频信号即载波；本机振荡器

高频放大器

混频器

中频放大器

振幅检波器

低频放大器图.超外差式无线电接收机的框图无线电接收设备的组成框图本机高频混频器中频振幅低频图.超外差式无线电接收设备各部分功能高频放大器从天线接收到的信号中选择出所需的信号并放大；得到频率为fs的高频调幅波；本地振荡器用来产生fL=fc±fI的高频等幅振荡信号。混频器将其与本地振荡器提供的频率为fL的信号混频，产生频率为fI的中频信号。中频放大器是中心频率fI固定的放大器，进一步滤除无用信号。检波器(解调器)将得到的中频调制信号变换为原基带信号，再经低频或视频放大器放大后从扬声器或显象管输出。返回接收设备各部分功能高频放大器从天线接收到的信号中选择出所需的

接收设备的第一级是高频放大器。由于由发送设备发出的信号经过长距离的传播，受到很大的衰减，能量受到很大的损失，同时还受到传输过程中来自各方面的干扰和噪声。当到达接收设备时，信号是很微弱的，因而需要经过放大器的放大，并且，高频放大器的窄带特性同时滤除一部分带外的噪声和干扰。高频放大器的输出是载频为fc的已调信号，经过混频器，接收过程：与本地振荡器提供的频率为fL的信号混频，产生频率为fI的中频信号。中频信号经中频放大器放大，送到解调器，恢复原基带信号，再经低频放大器放大后输出。高频放大器、中频放大器都是小信号谐振放大器，功率放大器是谐振功率放大器，调制器和解调器进行幅度调制、角度调制和它们的解调。上述电路以及振荡器、混频器都是本课程所讨论的重点。接收设备的第一级是高频放大器。由于由发送设备发出的信号经过

信息(information)：消息(message)中有意义的内容。

“信息”指人们得到的“消息”，即原来不知道的知识,反映了人们知识状态的改变。

①信息的多样性:语言、文字、数据、图象

②信息有量的大小：信息量1.什么是信息(information)？什么是信号(signal)？§1.3信号与频谱信息(information)：1.什么是信息(info信号（signal）

通常人们把信息的具体物理表现形式称为信号。信号是信息的载体，通过信号传递信息。(１)广义：信号是随时间变化的某种物理量。(２)数学：信号可视作一个或多个自变量的函数。*example:声信号、光信号、文字、图像、电信号等为了有效地传播和利用信息，常常需将信息转换成便于传输和处理的电信号,可以迅速远距离传输并且能十分方便的对其进行加工变换。信号（signal）(１)广义：信号是随时间变化的某种物理量(1)正弦信号时域波形如图所示。该信号的数学表达式为：信号举例:

式中，Um为正弦波正向或负向最大值，称为振幅，单位为V（伏特）；

=2f

为角频率，单位为rad/s（弧度/秒）；f=1/T为频率，单位为Hz（赫兹）；T=t1t0为周期，单位为s（秒）；

0=t0为初相位，单位为rad（弧度）。由于余弦信号与正弦信号的波形变化规律完全一致，因此常把正弦和余弦信号均称为正弦波信号。正弦信号是最常用的信号之一，常用作为标准信号源、系统与设备的标准测试信号或信息传输的载体。(1)正弦信号时域波形如图所示。该信号的数学表达式为：信号举(2)矩形波信号时域波形如图所示。该信号的数学表达式为：

式中，Um为矩形波正向或负向最大值；T=t2t0为周期；f=1/T为频率。通常把矩形波信号一个周期内正向值持续的时间所占的比例称为占空比，用Don表示若占空比为50%，则该矩形波称为方波。矩形波信号常用作为开关信号、时间（时序）控制信号等，在数字系统和设备中有着较为广泛的应用。(2)矩形波信号时域波形如图所示。该信号的数学表达式为：(3)锯齿波信号时域波形如图所示。该信号的数学表达式为：式中，Um为锯齿波正向或负向最大值；T=t4t0=t5t1为周期；f=1/T为频率。通常把锯齿波信号一个周期内上升持续时间所占的比例称为占空比，用Dup表示：若占空比为50%，即锯齿波上升沿与下降沿对称，则该锯齿波称为三角波。(3)锯齿波信号时域波形如图所示。该信号的数学表达式为：式中矩齿波信号常用作为扫描信号等，在视频显示系统等设备中有着较为广泛的应用

矩齿波信号常用作为扫描信号等，在视频显示系统等设备中有着较为(4)取样信号时域波形如图所示，该信号的数学表达式为：取样函数在通信中应用很多，是一个重要的函数。当t=0时，Sa(t)=1抽样函数性质：Sa(0)=1Sa(kΠ)=0,k=±1,±2,±3,……(4)取样信号时域波形如图所示，该信号的数学表达式为：取样函语音信号的基本特点（1）语音信号幅度动态范围一般最大为40分贝，实际由于说话人的差别可以达到60－70分贝。（2）频率集中在300～3400Hz之间（3）元音幅度较大，有准周期性；清辅音幅度小，和噪声特性相似。（4）在长时间的语音信号中有相当多的无信号区间，即所谓的语音寂静区间音乐信号属于语音信号范畴。乐器信号与普通语音信号相比，其波形更规则一些，频率范围则更宽，如交响乐的高音可达15,000Hz左右。(5)语音声波经过声-电转换器（话筒）得到电信号形式的语音信号波形如图所示语音信号的基本特点（1）语音信号幅度动态范围一般最大为40分语音信号:“你好”波形图.空气压力随时间变化的函数语音信号:“你好”波形图.空气压力随时间变化的函数（6）图像信号彩色较黑白包含信息量更大（6）图像信号彩色较黑白包含信息量更大无线电电信号特点:具有时域特性和频域特性

时域:

一个无线电信号,可以将它表示为电压或电流的时间函数,通常用时域波形或数学表达式来描述。要求传输该信号的电路的时间特点（如时间常数）与之相适应。频域:信号表示为不同频率分量的线性组合.对于较复杂的信号（如话音信号、图像信号等）,用频域分析法表示较为方便只要已知单频信号的响应,利用迭加定理就可以求总响应.无线电电信号特点:具有时域特性和频域特性时域:频谱:

是指信号在各个频率上的幅度和相位分布情况，频谱用图形表示称为频谱图。频谱图：幅频图和相频图幅频图：是指信号在各个频率上的幅度分布或所包含的频率成分及其幅度大小的分布情况。信号频谱的概念复杂信号在频域表示比较方便频谱:是指信号在各个频率上的幅度和相位分布情况，频谱用图形练习一.试画出信号f（t）的频谱。

[]]4cos[2cos2cos1)(321pwpww++-++=ttttfω1<ω2<ω3ωAmω1ω2ω31121ω1ω2ω3φn练习一.试画出信号f（t）的频谱。[]]4cos[2cos1、正弦信号的频谱特性单一正弦信号图.正弦信号频谱图由图1.19可见，正弦信号的频谱结构最为简单，只有一条谱线,其信号带宽为0。U=UmΨ0Ψf1Ψ0f1、正弦信号的频谱特性单一正弦信号图.正弦信号频谱图由图1复杂信号可以用傅里叶级数分解傅立叶的两个主要贡献——周期信号可表示为谐波关系的正弦信号的加权和。非周期信号可用正弦信号的加权积分表示。通信系统输入的任一信号（如话音信号、图像信号等）,若满足一定条件,都可根据傅立叶定理将其展开为不同频率分量的组合。用频域分析法分析复杂信号较为方便。傅立叶:法国数学家、物理学家、三角级数创始人复杂信号可以用傅里叶级数分解傅立叶的两个主要贡献——傅立叶非正弦周期信号的傅里叶级数分解---三角形式周期信号表达式:

周期为T的信号x(t)，在满足狄里赫利条件时，其三角形式的傅里叶级数展开式为：非正弦周期信号的傅里叶级数分解---三角形式周期信号表达式:基波角频率

FundamentalFrequency其中：余弦分量幅度正弦分量幅度直流分量基波角频率其中：余弦分量幅度正弦分量幅度直流分量三角形式的傅立叶级数的另一种形式:余弦形式n次谐波分量

基波分量三角形式的傅立叶级数的另一种形式:余弦形式n次谐波分量基注意:非正弦周期电流、电压信号分解成傅里叶级数的关键在于求出系数a0、an、bn

，可以利用函数的某种对称性判断它包含哪些谐波分量及不包含哪些谐波分量，可使系数的确定简化，给计算和分析将带来很大的方便。如以下几种周期函数值得注意：

x(t)为偶函数,波形对称于纵轴，如图X(t)=X(-t)(2)x(t)为奇函数,波形对称于原点,

如图x(t)=-x(t)

注意:非正弦周期电流、电压信号分解成傅里叶级数的关键在于求即偶函数的三角形式傅里叶级数中不含正弦量X(t)为偶函数:X(t)为奇函数在奇函数的傅里叶级数中不会含有直流与余弦分量，只可能包含正弦分量。即偶函数的三角形式傅里叶级数中不含正弦量X(t)为偶函数:XX(t)为奇谐函数如果函数的前半周期波形平移后，与后半周期波形关于横轴镜像对称，即满足，则这种函数称为半波对称函数或称为奇谐函数.0*在奇谐函数的傅里叶级数中，只会含有基波和奇次谐波的正弦、余弦分量，而不会包含直流和偶次谐波分量。X(t)为奇谐函数如果函数的前半周期波形平移后。

练习:找出奇函数与偶函数(4)奇谐函数。练习:找出奇函数与偶函练习:求矩形波信号的频谱特性

矩形波（方波）波形如图所示，现求其傅里叶级数。

分析:此方波为奇函数，且为奇谐函数.练习:求矩形波信号的频谱特性矩形波（方波）波形如图所示，基波角频率

FundamentalFrequency基波角频率射频通信电路的基本概念课件所以的傅里叶级数为:对应的频谱图如图：

所以的傅里叶级数为:对应的频谱图如图：小结:周期信号的频谱特点①离散性——频谱是离散的而不是连续的，每根谱线代表一个谐波分量，这种频谱称为离散频谱。②谐波性——谱线只能出现在基波角频率1的整数倍上。③收敛性——幅度谱的谱线幅度随着频率的增加而逐渐衰减到零。

许多周期性信号的频谱都具有这样的特点。*信号主要能量集中于第一个零点之中．由频谱的收敛性可知，信号的功率集中在低频段。小结:周期信号的频谱特点①离散性——频谱是离散的而不是连续的n越大，越接近矩形波低频分量，振幅较大;组成信号主体；高频分量，振幅较小;主要影响跳变沿；有吉伯斯现象(Gibbsphenomenon)发生吉伯斯现象n越大，越接近矩形波吉伯斯现象

矩形波信号谐波的合成过程示意图

有限项逼近Gibbsphenomenon矩形波信号谐波的合成过程示意图有Gibbsphenom传输媒体——电磁波谱不同频段信号的产生、放大和接收的方法不同,传播的能力和方式也不同,因而它们的分析方法和应用范围也不同。无线电波只是一种波长比较长的电磁波,占据的频率范围很广。1.2．无线电波波段划分10kHz到103GHz范围内的电磁波称为无线电波返回传输媒体——电磁波谱1.2．无线电波波段划分10kHz到10射频通信电路的基本概念课件

常用频率范围：中波：

535－1605KHZ短波：3－30M

超短波：88-108M甚高频（VHF，也称米波）在我国是频率范围是48.5MHz～223MHz（1-12频道）特高频（UHF，也称分米波）在我国的频率范围是470MHz～806MHz（13-56频道）返回

常用频率范围：返回手机信号的频率范围：

GSM900M：890MHz－915MHz(上行)935MHz－960MHz(下行)

CDMA800M：825MHz－835MHz(上行)870MHz－880MHz(下行)

DCS1800M：1850MHz－1910MHz(上行）1930MHz－1990MHz(下行）PCS1900M：1850MHz－1910MHz(上行）1930MHz－1990MHz(下行）

手机频率：800MHz900MHz1800MHz1900MHz

三频手机属于电磁波里的特高频中国目前最常用的制式以及网络频段是gsm900Mhz/1800Mhz

在美国、加拿大等美洲国家,大多数运营商的网络是GSM1900M手机信号的频率范围：手机频率：800MHz900MH●1.5电磁波传播方式超长波、长波、中波无线电通信，利用地波传播。一般来说，地波的传播距离可达20~30公里空间波，空间波在较高的发射天线与较高的接收天线之间的中进行直射波传或从发射天线经过体面反射到达接受天线。当大气层或电离层出现不均匀团块时，无线电波有可能被这些不均匀媒质向四面八方反射，使一部分能量到达接收点，这就是散射波。天波是指由天线向高空辐射的电磁波受到天空电离层反射或折射后返回地面的无线电波。天波是短波的主要传播途径。散射传播●1.5电磁波传播方式超长波、长波、中波无线电通信，利用地波无线电发射机输出的射频信号功率，通过馈线（电缆）输送到天线，由天线以电磁波形式辐射出去天线天线是发射和接收电磁波的一个重要的无线电设备发射天线的基本功能是把从馈线取得的能量向周围空间辐射出去，并且把大部分能量朝所需的方向辐射天线是有方向性的。全向天线：在水平方向图上表现为360°都均匀辐射，也就是无方向性。定向天线，在水平方向图上表现为一定角度范围辐射，也就是有方向性。无线电发射机输出的射频信号功率，通过馈线（电缆）输送到天线，(a)立体方向图

(b)垂直方向图

(c)水平方向图

图1.5.2.全向天线方向图图1.5.3扇形区覆盖的定向天线(a)立体方向图(b)垂直方向图(c)水平方向目前使用最广泛、最经典的天线是对称振子图1.5.4.半波对称阵子单个半波对称振子可单独立使用或用作抛物面天线的馈源，也可采用多个半波对称振子组成天线阵第一、半波振子天线的方向图是“8”字形，无副瓣，在一般性应用中，有一定优势

第二、半波振子在输入端，电流是波腹点，输入阻抗是73.1+42.5欧姆通过一定的调节，容易实现谐振，能使输入阻抗为纯电阻，且易与特性阻抗为50欧姆的馈电网络匹配

目前使用最广泛、最经典的天线是对称振子图1.5.4.半波对板状天线是定向天线，常用在基站、直放站中。板状天线抛物面天线集射能力强，特别适合于点对点通信。常用在通信直放站中作为施主天线。抛物面天线状天线八木天线八木天线定向天线特别适合于点对点通信。它是室内通信系统的室外接收天线的首选天线。室内吸顶天线主要用于室内信号覆室内，有一定的传输距离，一般为6~10米的半径。室内壁挂天线属于定向天线，用于室内，一般体积较小，不具备较强的防水功能。1．5．5射频通信中常用天线直放站（中继器）属于同频放大设备，是指在无线通信传输过程中起到信号增强的一种无线电发射中转设备。直放站的基本功能就是一个射频信号功率增强器。八木天线日本人发明的板状天线是定向天线，常用在基站、直放站中。板状天线抛物面天线谢谢END返回谢谢END返回单元一射频通信电路的基本概念单元一射频通信电路的基本概念这门课主要研究什么问题？

主要研究射频技术在通信系统的应用，了解通信系统的基本概念、通信系统发送与接收设备基本电路以及电路的基本分析方法图.系统实例什么是射频---高频（RadioFrequency）（300K-30MHz）具有远距离传输能力的高频电磁波---射频这门课主要研究什么问题？主要研究射频技

信息AB通信发展历史与展望

长城上的烽火台就起着“信息源”的作用，白日以烟、夜晚以火作为传递信息的媒介。明代规定，来敌百人左右，一烟一炮示之；五百人二烟二炮；千人以上，三烟三炮；五千人以上五烟五炮。这种信息传递，既定性（敌人来犯），又定量（来敌人数）图.t镇北台---古长城最大的烽火台驿传烽火台传递信息历史信息AB通信发展历史与展望

长城上的烽火台就起着“信息源1876年贝尔发明了电话有线通信1835年电报美国发明家莫尔斯电码---

电信时代的序幕点、划、空组合1895年意大利人马克尼和俄国人波波夫利用电磁波实现了射频无线通信。

1876年1835年电报点、划、空组合1895年意大利模拟数字图.GSM手机图模拟电视图数字电视抗干扰能力强可以远距离传输（再生）数字信号易处理发展图.早期大哥大手机模拟数字图.GSM手机图模拟电视图数字电视抗干扰能力功能单一多样智能

功能单一多样射频识别技术（RFID）是一种无线通信技术，可通过无线电讯号识别特定目标并读写相关数据，而无需识别系统与特定目标之间建立机械或光学接触

无线电的信号是通过调成无线电频率的电磁场，把数据从附着在物品上的标签上传送出去，以自动辨识与追踪该物品。某些标签在识别时从识别器发出的电磁场中就可以得到能量，并不需要电池；也有标签本身拥有电源，并可以主动发出无线电波（调成无线电频率的电磁场）。标签包含了电子存储的信息，数米之内都可以识别。与条形码不同的是，射频标签不需要处在识别器视线之内，也可以嵌入被追踪物体之内。射频识别技术（RFID）无线电的信号是通过调成

许多行业都运用了射频识别技术。将标签附着在一辆正在生产中的汽车，厂方便可以追踪此车在生产线上的进度。仓库可以追踪药品的所在。射频标签也可以附于牲畜与宠物上，方便对牲畜与宠物的积极识别（积极识别意思是防止数只牲畜使用同一个身份）。射频识别的身份识别卡可以使员工得以进入建筑锁住的部分，汽车上的射频应答器也可以用来征收收费路段与停车场的费用。许多行业都运用了射频识别技术。将标签附着在一辆在“互联网概念”的基础上，将其用户端延伸和扩展到任何物品与物品之间，进行信息交换和通信的一种网络概念。其定义是：通过射频识别（RFID）、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，把任何物品与互联网相连接，进行信息交换和通信，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络概念。物联网在“互联网概念”的基础上，将其用户端延伸和扩展到任何物品与物教学导航单元一射频通信电路的基本概念教学导航单元一射频通信电路的基本概念2.从它处理的信号频率角度来说，发送和接收的信号，是高频信号；1.在一个射频通信系统中研究问题。3.输出信号和输入信号频率不同；输出信号中有新频率成分产生；设备电路fifo线性电路

fi,fi非线性电路

fi,fi,f1,f2,f3……1．1射频电路的基本特点2.从它处理的信号频率角度来说，发送和接收的信号，是高频信号4.杂散参数(如引线电感、分布电容)对电路影响严重，甚至会引起电路的不稳定,有时为了防止分布电容形成寄生耦合及电感的电磁辐射产生的寄生耦合，高频电路还必须考虑良好、合理的屏蔽,及布线合理。

在本教材中，阐述的各部分高频电子线路，除高频小信号谐振放大器外，都是非线性电路。相对于线性电子线路的分析方法来说，非线性电子线路的分析方法更加复杂。数学知识要求较多电感电阻电容片状电容在射频电路中，可用于滤波器调频，匹配电路等，有必要了解它的高频特性。4.杂散参数(如引线电感、分布电容)对电路影响严重，甚至会右图描绘了电阻的阻值与频率的关系:如图所示:低频时电阻的阻抗是R,然而当频率升高超过一定值时,寄生电容的影响成为主要的,当频率继续升高时,由于引线电感的影响,总的阻抗上升。图.1K电阻的阻值与频率的关系右图描绘了电阻的阻值与频率的关系:图.1K电阻的阻值与频率的典型的1PF电容绝对值与频率的关系电容显示出与电阻同样的谐振特性典型的1PF电容绝对值与频率的关系电容显示出与电阻同样的谐振电感阻抗与频率的关系

当频率接近谐振点时，阻抗迅速增加，频率继续提高，寄生电容的影响是主要的，线圈电感的阻抗逐渐降低。电感阻抗与频率的关系当频率接近谐振贴片电容贴片电感贴片电阻解决射频影响:元器件贴片电容贴片电感贴片电阻解决射频影响:元器件

而对高频电路来说，要克服印刷电路的电感效应，就要“就近接地”，即多点接地，设计电路板时使用大面积的接地区域。电路的布线最好按照信号的流向采用全直线,需要转折时可用45°折线或圆弧曲线来完成,这样可以减少高频信号对外的发射和相互间的耦合。高频信号线的布线应尽可能短。要根据电路的工作频率,合理地选择信号线布线的长度,这样可以减少分布参数,降低信号的损耗。制作双面板时,在相邻的两个层面上布线最好相互垂直、斜交或弯曲相交。避免相互平行,这样可以减少相互干扰和寄生耦合。布线:而对高频电路来说，要克服印刷电路的电感下面我们通过一个例子来说明不同频率下分布电容和分布电感对电路的影响。例1-1分布电容C=10pF，计算1kHz、1MHz、1GHz时分布电容的容抗

XC

。

解：根据容抗计算公式我们可以知道：

三种频率下的容抗分别为15.9MΩ、15.9kΩ、15.9Ω。对于10pF的分布电容，从计算结果我们发现当频率低时，分布电容的阻抗很高，并联效应可以忽略不计，但当频率高达1GHz时，分布电容的容抗值已经与高频电路中常用的50Ω阻抗匹配相近，从而会改变电抗特性，因此必须要考虑分布电容的并联影响。同理，对于分布电感也是一样，因此在射频电路中随着频率的增高，分布电容和分布电感的影响越来越大，在设计时能很好的解决这方面问题，才能设计出性能优良的电路。而对于更高频率的信号，我们还要通过传输线理论来分析问题，由于传输线理论讨论的基本都是微波频段，因此这里不再详细介绍。下面我们通过一个例子来说明不同频率下分布电容和分布电感对电路通信系统基本组成框图建立系统的概念课程主要内容图.通信系统基本组成框图1．2射频通信系统的组成传输媒质

信息源

信源发送设备接收设备

终端装置

信宿信道通信系统基本组成框图建立系统的概念课程主要内容图.通信系统信息源：经传送的信息（如声音或图像）所转换成的微弱电信号；即必须有换能器（如话筒或摄像机）基带信号

发送设备：将微弱电信号变成适合于信道传输的信号，然后送入信道；调制是最常见的变换方式。对数字通信系统，发送设备常常又包括编码器与调制器。传输媒质：信号传输的通道；导线或光纤或传输电磁波的自由空间；干扰源：干扰源是通信系统中各种设备以及信道中所固有的，干扰的来源是多样的，它可分为内部干扰和外部干扰，而且外部干扰往往是从信道引入的，因此，为了分析方便，把干扰源视为各处干扰的集中表现而抽象加入到信道。接收设备：把有用信号从众多信号和噪声中选取出来；终端装置：将接收设备接收到的电信号再还原成原始信息：如扬声器或显像管等；各部分功能：信息源：经传送的信息（如声音或图像）所转换成的微弱电信号电视传输系统图.电视传输系统电视传输系统图.电视传输系统

直接发送无线电波的问题：1.由天线理论可知，要将无线电信号有效地发射，天线的尺寸必须和电信号的波长为同一数量级(1/10-1)。原始电信号一般是低频信号，如语音信号频率范围f:20Hz-20KHzλ=c/f

λ20kHz=15Kmλ20Hz=1.5X104Km

波长很长。要制造出相应的巨大天线是不现实的。2.若各发射台发射的均为同一频段的低频信号，信道中会互相重叠、干扰，接收设备也无法接收信号。解决：要调制—频谱搬移上海台南京台中央台重叠频谱搬移上海台南京台中央台无线电信号的发射与接收调制直接发送无线电波的问题：解决：要调制—频谱搬移上海台调制的概念低频信号加载高频振荡信号调制信号载波信号uΩ==UΩmcosΩtuC==UCmcos(ωct+φ0)uC=UCmcos(ωct+φ0)调幅调相调频调制的概念低频信号加载高频振荡信号调制信号载波信号uΩ==例:调幅已调波调频已调波例:调幅已调波调频已调波调制方式分类:模拟调制连续波AM调幅

FM调频

PM调相uC=UCmcos(ωct+φ0)连续波调制脉冲波调制PAM,PWM,PPM,PCM数字调制ASK,FSK,PSK脉幅脉宽脉位移幅键控移频键控移相键控调制方式分类:模拟调制连续波AM调幅uC=U调制的好处：采用调制方式以后，由于传送的是高频振荡信号，所需天线尺寸便可大大下降。同时，不同的发射台可以采用不同频率的高频振荡信号作为载波，这样在频谱上就可以互相区分开了。为了有效地进行信号传输，必须采用几百kHz以上的高频振荡信号作为载体，将携带信息的低频电信号“装载”到高频振荡信号上(这一过程称为调制)，然后经天线发送出去。调制的好处：采用调制方式以后，由于传送的是高频振荡信号，所需解调

从高频已调波信号中“取出”调制信号的过程称为解调；根据已调波的不同分为：检波：对调幅波的解调；Detection鉴频：对调频波的解调；FrequencyDetection鉴相：对调相波的解调；PhaseDetection解调检波：对调幅波的解调；Detection鉴频：对调频波的解调传输媒质

信号源发送设备接收设备

终端装置图通信系统基本组成框图基带信号已调信号已调信号基带信号调制解调传输媒质信号源发送设备接收设备终端装置图通信系统未经调制的高频振荡信号称为载波信号，低频电信号称为调制信号（又称基带信号），经过调制的高频振荡信号称为已调波信号。连续波的调制方式有AM,FM,PM基带信号是宽带信号，即该信号频谱范围的上限频率和下限频率的差与下限频率的比远大于1；已调信号是窄带信号。宽带信号与窄带信号是相对而言的。总结:未经调制的高频振荡信号称为载波信号，低频电信号称为调制信号（振荡器高频放大器倍频器高频功放及调制话筒调制信号放大器#无线电发送设备的组成图.超外差式无线电发射机的框图振荡器高频放大器高频功放话筒调制信号#无线电发送设备的组成图发送设备各部分功能高频振荡器：产生频率稳定的高频信号即载波；高放或倍频器：放大载波信号，如果频率不够高，应通过倍频器使之达到所要求的频率，由多级谐振器组成；调制器：将调制信号装载到载波信号上，产生已调波；高频高放：将已调波进行功率放大，获得足够的发射功率；通过天线发射出去；话筒：将声音变成微弱的电信号；低放：将微弱电信号进行放大；发送设备各部分功能高频振荡器：产生频率稳定的高频信号即载波；本机振荡器

高频放大器

混频器

中频放大器

振幅检波器

低频放大器图.超外差式无线电接收机的框图无线电接收设备的组成框图本机高频混频器中频振幅低频图.超外差式无线电接收设备各部分功能高频放大器从天线接收到的信号中选择出所需的信号并放大；得到频率为fs的高频调幅波；本地振荡器用来产生fL=fc±fI的高频等幅振荡信号。混频器将其与本地振荡器提供的频率为fL的信号混频，产生频率为fI的中频信号。中频放大器是中心频率fI固定的放大器，进一步滤除无用信号。检波器(解调器)将得到的中频调制信号变换为原基带信号，再经低频或视频放大器放大后从扬声器或显象管输出。返回接收设备各部分功能高频放大器从天线接收到的信号中选择出所需的

接收设备的第一级是高频放大器。由于由发送设备发出的信号经过长距离的传播，受到很大的衰减，能量受到很大的损失，同时还受到传输过程中来自各方面的干扰和噪声。当到达接收设备时，信号是很微弱的，因而需要经过放大器的放大，并且，高频放大器的窄带特性同时滤除一部分带外的噪声和干扰。高频放大器的输出是载频为fc的已调信号，经过混频器，接收过程：与本地振荡器提供的频率为fL的信号混频，产生频率为fI的中频信号。中频信号经中频放大器放大，送到解调器，恢复原基带信号，再经低频放大器放大后输出。高频放大器、中频放大器都是小信号谐振放大器，功率放大器是谐振功率放大器，调制器和解调器进行幅度调制、角度调制和它们的解调。上述电路以及振荡器、混频器都是本课程所讨论的重点。接收设备的第一级是高频放大器。由于由发送设备发出的信号经过

信息(information)：消息(message)中有意义的内容。

“信息”指人们得到的“消息”，即原来不知道的知识,反映了人们知识状态的改变。

①信息的多样性:语言、文字、数据、图象

②信息有量的大小：信息量1.什么是信息(information)？什么是信号(signal)？§1.3信号与频谱信息(information)：1.什么是信息(info信号（signal）

通常人们把信息的具体物理表现形式称为信号。信号是信息的载体，通过信号传递信息。(１)广义：信号是随时间变化的某种物理量。(２)数学：信号可视作一个或多个自变量的函数。*example:声信号、光信号、文字、图像、电信号等为了有效地传播和利用信息，常常需将信息转换成便于传输和处理的电信号,可以迅速远距离传输并且能十分方便的对其进行加工变换。信号（signal）(１)广义：信号是随时间变化的某种物理量(1)正弦信号时域波形如图所示。该信号的数学表达式为：信号举例:

式中，Um为正弦波正向或负向最大值，称为振幅，单位为V（伏特）；

=2f

为角频率，单位为rad/s（弧度/秒）；f=1/T为频率，单位为Hz（赫兹）；T=t1t0为周期，单位为s（秒）；

0=t0为初相位，单位为rad（弧度）。由于余弦信号与正弦信号的波形变化规律完全一致，因此常把正弦和余弦信号均称为正弦波信号。正弦信号是最常用的信号之一，常用作为标准信号源、系统与设备的标准测试信号或信息传输的载体。(1)正弦信号时域波形如图所示。该信号的数学表达式为：信号举(2)矩形波信号时域波形如图所示。该信号的数学表达式为：

式中，Um为矩形波正向或负向最大值；T=t2t0为周期；f=1/T为频率。通常把矩形波信号一个周期内正向值持续的时间所占的比例称为占空比，用Don表示若占空比为50%，则该矩形波称为方波。矩形波信号常用作为开关信号、时间（时序）控制信号等，在数字系统和设备中有着较为广泛的应用。(2)矩形波信号时域波形如图所示。该信号的数学表达式为：(3)锯齿波信号时域波形如图所示。该信号的数学表达式为：式中，Um为锯齿波正向或负向最大值；T=t4t0=t5t1为周期；f=1/T为频率。通常把锯齿波信号一个周期内上升持续时间所占的比例称为占空比，用Dup表示：若占空比为50%，即锯齿波上升沿与下降沿对称，则该锯齿波称为三角波。(3)锯齿波信号时域波形如图所示。该信号的数学表达式为：式中矩齿波信号常用作为扫描信号等，在视频显示系统等设备中有着较为广泛的应用

矩齿波信号常用作为扫描信号等，在视频显示系统等设备中有着较为(4)取样信号时域波形如图所示，该信号的数学表达式为：取样函数在通信中应用很多，是一个重要的函数。当t=0时，Sa(t)=1抽样函数性质：Sa(0)=1Sa(kΠ)=0,k=±1,±2,±3,……(4)取样信号时域波形如图所示，该信号的数学表达式为：取样函语音信号的基本特点（1）语音信号幅度动态范围一般最大为40分贝，实际由于说话人的差别可以达到60－70分贝。（2）频率集中在300～3400Hz之间（3）元音幅度较大，有准周期性；清辅音幅度小，和噪声特性相似。（4）在长时间的语音信号中有相当多的无信号区间，即所谓的语音寂静区间音乐信号属于语音信号范畴。乐器信号与普通语音信号相比，其波形更规则一些，频率范围则更宽，如交响乐的高音可达15,000Hz左右。(5)语音声波经过声-电转换器（话筒）得到电信号形式的语音信号波形如图所示语音信号的基本特点（1）语音信号幅度动态范围一般最大为40分语音信号:“你好”波形图.空气压力随时间变化的函数语音信号:“你好”波形图.空气压力随时间变化的函数（6）图像信号彩色较黑白包含信息量更大（6）图像信号彩色较黑白包含信息量更大无线电电信号特点:具有时域特性和频域特性

时域:

一个无线电信号,可以将它表示为电压或电流的时间函数,通常用时域波形或数学表达式来描述。要求传输该信号的电路的时间特点（如时间常数）与之相适应。频域:信号表示为不同频率分量的线性组合.对于较复杂的信号（如话音信号、图像信号等）,用频域分析法表示较为方便只要已知单频信号的响应,利用迭加定理就可以求总响应.无线电电信号特点:具有时域特性和频域特性时域:频谱:

是指信号在各个频率上的幅度和相位分布情况，频谱用图形表示称为频谱图。频谱图：幅频图和相频图幅频图：是指信号在各个频率上的幅度分布或所包含的频率成分及其幅度大小的分布情况。信号频谱的概念复杂信号在频域表示比较方便频谱:是指信号在各个频率上的幅度和相位分布情况，频谱用图形练习一.试画出信号f（t）的频谱。

[]]4cos[2cos2cos1)(321pwpww++-++=ttttfω1<ω2<ω3ωAmω1ω2ω31121ω1ω2ω3φn练习一.试画出信号f（t）的频谱。[]]4cos[2cos1、正弦信号的频谱特性单一正弦信号图.正弦信号频谱图由图1.19可见，正弦信号的频谱结构最为简单，只有一条谱线,其信号带宽为0。U=UmΨ0Ψf1Ψ0f1、正弦信号的频谱特性单一正弦信号图.正弦信号频谱图由图1复杂信号可以用傅里叶级数分解傅立叶的两个主要贡献——周期信号可表示为谐波关系的正弦信号的加权和。非周期信号可用正弦信号的加权积分表示。通信系统输入的任一信号（如话音信号、图像信号等）,若满足一定条件,都可根据傅立叶定理将其展开为不同频率分量的组合。用频域分析法分析复杂信号较为方便。傅立叶:法国数学家、物理学家、三角级数创始人复杂信号可以用傅里叶级数分解傅立叶的两个主要贡献——傅立叶非正弦周期信号的傅里叶级数分解---三角形式周期信号表达式:

周期为T的信号x(t)，在满足狄里赫利条件时，其三角形式的傅里叶级数展开式为：非正弦周期信号的傅里叶级数分解---三角形式周期信号表达式:基波角频率

FundamentalFrequency其中：余弦分量幅度正弦分量幅度直流分量基波角频率其中：余弦分量幅度正弦分量幅度直流分量三角形式的傅立叶级数的另一种形式:余弦形式n次谐波分量

基波分量三角形式的傅立叶级数的另一种形式:余弦形式n次谐波分量基注意:非正弦周期电流、电压信号分解成傅里叶级数的关键在于求出系数a0、an、bn

，可以利用函数的某种对称性判断它包含哪些谐波分量及不包含哪些谐波分量，可使系数的确定简化，给计算和分析将带来很大的方便。如以下几种周期函数值得注意：

x(t)为偶函数,波形对称于纵轴，如图X(t)=X(-t)(2)x(t)为奇函数,波形对称于原点,

如图x(t)=-x(t)

注意:非正弦周期电流、电压信号分解成傅里叶级数的关键在于求即偶函数的三角形式傅里叶级数中不含正弦量X(t)为偶函数:X(t)为奇函数在奇函数的傅里叶级数中不会含有直流与余弦分量，只可能包含正弦分量。即偶函数的三角形式傅里叶级数中不含正弦量X(t)为偶函数:XX(t)为奇谐函数如果函数的前半周期波形平移后，与后半周期波形关于横轴镜像对称，即满足，则这种函数称为半波对称函数或称为奇谐函数.0*在奇谐函数的傅里叶级数中，只会含有基波和奇次谐波的正弦、余弦分量，而不会包含直流和偶次谐波分量。X(t)为奇谐函数如果函数的前半周期波形平移后。

练习:找出奇函数与偶函数(4)奇谐函数。练习:找出奇函数与偶函练习:求矩形波信号的频谱特性

矩形波（方波）波形如图所示，现求其傅里叶级数。

分析:此方波为奇函数，且为奇谐函数.练习:求矩形波信号的频谱特性矩形波（方波