高频电子技术课件

通信电子线路(A)华东交通大学信息工程学院通信工程系主讲教师：李伟平2/4/20231通信电路原理总学分：4分周学时：4平时成绩占总成绩30%包括：出勤（40%）作业（30%）课堂提问（20%）学习态度（10%）答疑时间：每周一晚6:30-8:30联系方式：liweiping@2/4/20232通信电路原理课程要求

学习质量好坏，对后续专业课程的学习影响很大尽可能做到课前预习、课上认真听讲、课后及时复习、按时独立完成规定作业、遇到疑难问题应尽快通过答疑、讨论等环节来解决，积极选做综合性研究课题，以便更好地学好本课程。2/4/20233通信电路原理教学安排

总学时

64讲课学时

50课堂讨论与习题

8复习

4

实验 另外专门安排机动

22/4/20234通信电路原理教

材《通信电路原理》（笫二版）董在望、陈雅琴、雷有华、肖华庭编

高等教育出版社

2002年2/4/20235通信电路原理参考书

1、《高频电路》（上、下册）清华通信教研组编

人民邮电出版社2、《高频电子线路》第三版

张肃文、陆兆熊编

高等教育出版社3、《射频集成电路芯片原理与应用电路设计》黄智伟电子工业出版社2/4/20236通信电路原理课程内容

笫1章

绪

论笫2章

滤波器

笫3章

高频放大器笫4章

非线性电路及其分析方法

笫5章

正弦波振荡器笫6章

调制与解调笫7章

锁相环路笫8章

频率合成技术2/4/20237通信电路原理1.1通信系统的基本概念

1.1.1通信系统的组成

1.1.2通信系统的基本特性

1.1.3通信系统的信道

1.1.4通信系统中的信号

1.1.5通信系统中的发送与接收设备1.2信号传输的基本问题

1.2.1信号通过线性系统

1.2.2信号通过非线性系统

1.2.3

干扰1.3通信电路的基本形式第1章绪论2/4/20238通信电路原理引言有线通信系统无线通信系统数字通信系统模拟通信系统多媒体通信系统基带信号频带信号2/4/20239通信电路原理电的发明推动现代通信诞生电的发现与现代通信BenjaminFranklin(1706-1790)MichaelFaraday(1791-1867）SamuelMorse(1791-1872)AlexanderGrahamBellThomasEdison'sTelephone2/4/202310通信电路原理电话的发明者：贝尔？格林？爱迪生？梅乌奇？2/4/202311通信电路原理电磁场电磁波理论推动无线通信无线通信发展JamesClerkMaxwell(1831-1879)HeinrichHertz(1857-1894)madethefirstradiotransmitteranddemonstratedtheexistenceofradiowavesin1887.

2/4/202312通信电路原理电磁场电磁波理论推动无线通信OnDecember1901,Marconiprovedtotheworldthatitwaspossibletosendmessagesacrosscontinentswhenhesenttheletter"S"inMorsefromCornwall,EnglandtoSt.John's,NewfoundlandinCanada.2/4/202313通信电路原理无线通信在军事和民用上迅速发展军事上：电台，雷达等民用上：广播/电视/无限通信/卫星通信等2/4/202314通信电路原理无线通信在军事和民用上迅速发展EarlyRADARfromtheUK2/4/202315通信电路原理无线通信在军事和民用上迅速发展2/4/202316通信电路原理无线通信在军事和民用上迅速发展2/4/202317通信电路原理1.1.1通信系统组成的示意图局域网基台有线电视网广播网地面站电话局寻呼台同步卫星低轨卫星公用电信网电话机计算机电视机计算机电视机收音机寻呼机计算机卫星手机(765KM)(35860KM)手机(全球星系统)2/4/202318通信电路原理当前移动，无线通信的发展WLANWPANHOME-RFHighPerformanceHighCostLowPerformanceLowCostWLAN:WirelessLocalAreaNets（手机无线上网）。WPAN:WirelessPersonalAreaNets(个人无线局域网)。又叫Bluetooth（‘蓝牙’），工作范围：10~100m。工作频率范围：2.400~2.4835GHz。速率：1Mbit/s。全世界现已有1880家厂商支持V1.0B技术规范版本。HOME-RF:Home--RadioFrequency(家庭无线局域网)。RFID：RadioFrequencyIdentification（射频识别系统）。RFID2/4/202319通信电路原理1.1.2通信系统的基本特性一、传输距离传输距离是指信号从发送端到达接收端并能被可靠接收的最大距离。发送端的信号功率。信号通过信道的损耗。信号通过信道混入各种形式的干扰和噪声。接收机的接收灵敏度。2/4/202320通信电路原理二、通信容量通信容量是指一个信道能够同时传送独立信号的路数。已调信号所占有的频带宽度。国际规定电话信号的频带是300～3400Hz。中波调幅广播（535KHz~1605KHz），广播电台每个已调信号占有的频带宽度是9KHz。

我国采用的电视图象信号的频带是0～8MHz。信道多址复用的方式。频分复用（FDMA）。时分复用（TDMA）。

码分复用（CDMA）。2/4/202321通信电路原理三、信号失真度信号失真度指的是接收设备输出信号不同(失真）于发送端基带信号的程度。信道特性不理想。对信号进行处理的电路（发送与接收设备）特性不理想。四、抗干扰能力信号通过信道时，总要混入各种形式的干扰和噪声，使接收机输出信号的质量下降。提高通信系统的抗干扰能力。选用高质量的调制和解调电路。可做到：任何人在任何时候和任何地点都可以实现通信。2/4/202322通信电路原理1.1.3通信系统的信道（有线信道与无线信道）一、衰减特性信道的衰减特性是指信号经信道传输时，信号能量被衰减的程度。二、工作频率范围不同的信道具有不同的工作频率范围。（表1.1.1）三、频率特性信道的频率特性是指在信道的工作频率范围内，当不同频率的信号通过时，由信道引起的幅度衰减和附加相移是不同的。四、时变与时不变特性在某些信道中，信道的传输特性是随时间变化的。例如：无线信道。五、干扰特性（电波传播）2/4/202323通信电路原理移动通信中信道的特殊问题选择性衰落（频域）和延时扩展（时域）在城市环境中，树林和建筑物等会对电磁波产生反射和散射，从而使到达接收点的信号，除直射波外还有多个反射波和散射波。使接收信号产生选择性衰落和延时扩展。多卜勒频移在高速移动情况下接收，还要考虑多卜勒频率的影响。

在城市环境中，移动情况下的无线传输信道的传输特性是十分恶劣的。选择性衰落使不同的频率不同的衰减特性，产生失真。延时扩展对高速数据传输影响很大。2/4/202324通信电路原理多卜勒频移与频域扩散移动台往往处于移动载体之内，移动载体的运动将叠加在电波的传播上。因此，到达接收端的信号附加有移动载体运动的变化量，如图

移动体运动引起接收信号的频率的变化即多卜勒频移。fd=fmcosθ式中fm=v/λv，与车速和载波频率有关，所以车速越快，多卜勒频移越大。2/4/202325通信电路原理1.1.4通信系统中的信号基带信号传输

信号频带：在通信系统中被传输的信号，一般情况下都不是单一频率的信号，而是含有一定频率范围内的各频率分量。而它所占有频率范围的大小，则称为这个信号所占有的频带宽度。

举例：对电话来说，它强调可懂度，而不要求音色等。国际规定电话信号的频带是300～3400Hz。在通信系统中，规定一路电话信号所占的带宽为4kHz。又如，我国采用的电视图象信号的频带是0～8MHz等。

定义：称这种直接表示原始信息的电信号为基带信号。直接传送基带信号称为基带信号传输。电话电缆可传输电话基带信号。视频电缆可传输电视基带信号。2/4/202326通信电路原理载波信号传输

当所使用信道的频率特性不适于基带信号传输时，可以利用调制技术将基带信号的频谱搬移到信道的工作频率范围内。例如，为了实现中波广播可以利用调幅技术将声音基带信号搬移到中波波段的某一频率附近。这种传送基带信号的方法称为载波信号传输。举例：三种调幅信号。设调制信号是单频正弦信号：这是标准调幅波SAM。是调幅度。2/4/202327通信电路原理信道复用

由于一个实际信道可用的通频带往往比一路基带信号所占有的频带宽得多，为了充分利用信道，需要将多路基带信号合成群路信号在信道中传输。在接收端再将群路信号分解为各基带信号。根据复用方式不同，可分为频分复用、时分复用和码分复用等。(FDMA,TDMA,CDMA)把载波抑制掉，是抑制载波调幅波SCAM。设调制信号是方波信号（0~1v），则是幅度键控调幅波ASK。2/4/202328通信电路原理器件更新电子三极管稳定，功率大启动慢用于电视广播方面放大电路晶体三极管节约电能，体积较小集成电路体积更小，重量轻，寿命长数字化（方向）手机，数字电视一般市场上为数字处理电视而非数字电视1.1.5通信系统中的发送与接收设备2/4/202329通信电路原理无线电通信过程一个导体如果载有高频电流，就有电磁能向空间辐射。电磁能是以波的形式向外传播的，称为电磁波。高频率的电流称为载波电流或简称载波。这种频率称为载波频率或射频。载有载波电流，使电磁能以电磁波形式向空间发射的导体，称为发射天线。发送：如果设法用电报或电话信号控制这载波信电流，则这电磁能中就含有所要发送的电报或电话信息，这就是无线电信号的发送过程。接收：在接收端，首先由接收天线将收到的电磁波还原为与发送端相似的高频电流，然后经过检波，取出原来的电极或电话信号。2/4/202330通信电路原理无线电信号的产生与发射振荡器：产生高频信号，是无线电发送设备的基本单元

振荡器直流电源电键i发射天线为了提高振荡器的频率稳定度和增加输出功率，在振荡器之后往往还要加缓冲级与放大级直流能量→交流能量（a）方框图2/4/202331通信电路原理无线电报发射机原理即得到如图1.2-4（a）所示的无线电波发射机方框图。电源接通时，振荡器发生高频电流i；电源断开时，振荡器没有高频电流送出。为了发送电报信号，可以加一个电键来控制供给振荡器的直流电源，这样，就得到如图（b）所示的高频电流波形。高频电流送至发射天线，转变为电磁波发射出去。这电磁波中包含了所要传送的电报信号。(b)发射电流波形与代表的电报符号时间2/4/202332通信电路原理振荡器的遥控无线电发射机方框图振荡器缓冲级放大级强放级键控管直流电源电键i提高带载能力

提供能量电流放大器注：为了提高振荡器的频率和增加输出功率再振荡器后加缓冲级和放大级2/4/202333通信电路原理调幅发射机方框图主振缓冲倍频中间放大功放推动受调放大调制器低频功放低频电压放大声音话筒注：高频部分一般包括主振荡器（简称主振），缓冲放大（简称缓冲），倍频器（不一定要），中间放大，功放推动级与末级功放（受调放大）主振器：产生频率稳定l.载波，提高频率稳定度，一般采用石英晶体振荡器，并加有缓冲级以减弱后级对主振器的影响倍频器：是频率提高到所需的数值若干级放大器：逐步提高输出功率攻放推动级：将功率提高到能推动末级功放的电平末级功放：将输出功率提高到所需的发射功率电平，经过发射天线辐射出去。末级高频功放末级低频功放削弱后级对主振的影响产生频率稳定的载波2/4/202334通信电路原理无线电信号接收最简单的接收机（检波器）

检波器电磁波接收天线听筒（耳机）超外差式接收机方框图接收天线电磁波高频小信号放大本地振荡器中频放大器检波器低频放大器混频器扬声器变频器2/4/202335通信电路原理直接放大式接收机接收天线电磁波高频小信号放大器电源供给检波器低频放大器扬声器直接放大式接收机方框图缺点：对于不同的频率，接收机的灵敏度和选择性变化较剧烈，而且灵敏度因为受到高放不稳定的影响，不能过高。2/4/202336通信电路原理调制方法调角调角：调频和调相统称为调角调制：发射电话信号时，必须将声音电流加在高频电流（称为载波）上。调幅连续波调制调频脉冲波调制调相调幅：载波频率和相角不变，载波的幅度按照信号的变化规律变化。调频：载波振幅不变，载波的瞬时频率按照信号的变化规律变化。调相：载波振幅不变,载波的瞬时相位按照信号的变化规律变化。2/4/202337通信电路原理通信的传输媒质(a)地面波(b)空间波(c)天波电离层发直射波收放射波发收一有线：①（计算机）：双绞线+RJ45②（闭路线）：同轴电缆（速度快）③光纤二无线（通过电磁波来实现）地面波：长波或超长波天波：电离层：频率增加→吸收减少2/4/202338通信电路原理无线电波波段划分表

级别频率范围波长范围传播特性主要用途传输媒质甚低频（VLF）10～30kHz30000～10000m每日及每年的衰减都极低，特性极稳定可靠高功率，长距离，点与点间的通信，连续工作双线地波低频（L.F）30~300KHz10000~1000m（长波）频率越高吸收越大，而且每日与每季都有变化长距离点与点间的通信，船舶助航用双线地波2/4/202339通信电路原理无线电波波段划分表（续表）级别频率范围波长范围传播特性主要用途传输媒质中频（M.F.）300~3000kHz（535~1605kHz为广播波段）1000~100m（中波）夜间衰减低、白天衰减高、夏天衰减比冬天大。频率越高越不可靠广播、船舶通信、飞行通信、警察用无线电、船港电话。电离层反射同轴电缆地波甚高频（V.H.F.）30~300MHz10~1m（米波段）特性与光线相似，直线传播，与电离层无关短距离通信、电视、调频、雷达、导航天波（电离层与对流层散射同轴线超高频（U.H.F.）300~3000MHz100~10cm（分米波段）与V.H.F.相同。短距离通信、雷达、电视、散射通信、流心余迹通信。视线中继传输对流层散射2/4/202340通信电路原理缓冲级倍频器放大级调制器功率放大器振荡器低频功放低频放大调幅发射机方框原理图波形2波形1波形32/4/202341通信电路原理调幅发射机各处波形示意图2/4/202342通信电路原理超外差接收机方框原理图高频放大混频器中频放大解调器低频放大输入回路自动增益控制本地振荡器波形4波形6波形5波形72/4/202343通信电路原理超外差接收机各处波形示意图2/4/202344通信电路原理发送与接收设备小结：发送与接收设备中，产生频率变换的电路有谐振功率放大器、倍频器、振荡器、及各种调制、解调器等。接收机要有足够高的灵敏度（接收弱信号的能力）和足够高的选择性（区分不同已调信号的能力）。超外差接收原理：接收到的不同载频的微弱高频已调信号变成统一的中频已调信号，再进行中频放大，高增益高稳定的中频放大器容易实现。中波调幅广播中频是465KHz。电视图象信号的中频是38MHz。自动增益控制原理（AGC）：接收弱信号和强信号的时候，接收机能得到相差不多的信号。由于是采用无线调制传输，所以在发射机端有调制过程，在接收机端有解调制过程。2/4/202345通信电路原理1.2信号传输的基本问题1.2.1

信号通过线性系统在通信设备中，