高频电子线路课件

本课程讨论的内容主要讨论用于各种电子系统和设备中的高频电子线路。主要结合无线通信来讨论高频电路的线路组成、工作原理和分析、设计方法。1目录1、绪论2、高频电路基础3、高频谐振放大器4、正弦波振荡器5、频谱的线性搬移电路6、振幅调制、解调与混频7、角度调制与解调8、反馈控制电路2参考书1、高频电子线路曾兴雯高等教育出版社2、高频电子线路张肃文高等教育出版社3、电子线路（非线性部分）谢嘉奎高等教育出版社4、高频电子电路王卫东电子工业出版社3第1章绪论1.1无线通信系统概述1.2无线电信号与调制1.3本课程的特点41.1无线通信系统概述一、无线通信系统的组成二、无线通信系统的类型5接收设备、发送设备的组成框图及其简单的工作原理、工作波形、各部分的作用。

本章重点61．无线通信系统图无通信系统的组成

组成：发射装置+接收装置+传输媒质(1)

发射装置

①换能器：将被发送的信息变换为电信号。例：话筒将声音变为电信号。将换能器输出的电信号变为强度足够的高频电振荡。②发射机：

③天线：将高频电振荡变成电磁波向传输媒质辐射。

7(2)

接收装置

接收是发射的逆过程。①接收天线：高频电振荡电信号。②接收机：将从空间接收的电磁波

高频电振荡。③换能器：将电信号所传送信息。

(3)

传输媒质——自由空间

电磁波传送方式，依据波长不同，可分为：长波、中波、短波、超短波。无线通信系统的组成82．无线通信存在的问题(1)接收信号微弱

电磁波接收天线(2)存在干扰例如其他电台的发射信号，各种工业、医学装置辐射电磁波，大气层、宇宙固有的电磁干扰等。对接收装置的要求：增益高，选择性好。3．解决方案

发射机和接收机借助线性和非线性电子线路对携有信息的电信号进行变换和处理。除放大外，最主要有调制、解调。

(1)调制

由携有信息的电信号(如音频信号)去控制高频振荡信号的某一参数(如振幅)，使该参数按照电信号的规律而变化(调幅)。

9调制信号：携有信息的电信号。

载波信号：未调制的高频振荡信号。

已调波：经过调制后的高频振荡信号。

根据受控参数：调幅、调角(调频、调相)。

(2)解调调制的逆过程，将已调波转换为载有信息的电信号。(3)调制的作用

①减小天线的尺寸。

音频范围：20Hz~20kHz，若发射100Hz，波长

=c

/f=3000

km，天线至少几百千米。需减少波长，提高发射频率。

②选台。

将不同电台发送的信息分配到不同频率的载波信号上，使接收机可选择特定电台的信息而抑制其他电台发送的信息和各种干扰。

(1)调制104．调幅发射机组成振荡器：产生fosc

的高频振荡信号，几十千赫以上。高频放大器：多级小信号谐振放大器，放大振荡信号，使频率倍增至fc，并提供足够大的载波功率。调制信号放大器：多级放大器，前几级为小信号放大器，放大微音器的电信号；后几级为功放，提供功率足够的调制信号。振幅调制器：实现调幅功能，将输入的载波信号和调制信号变换为所需的调幅波信号，并加到天线上。11各部分作用：

(1)振荡器产生fosc

的高频振荡信号，几十千赫以上。

(2)高频放大器

多级小信号谐振放大器，放大振荡信号，使频率倍增至fc，并提供足够大的载波功率。

(3)调制信号放大器

多级放大器，前几级为小信号放大器，放大微音器的电信号；后几级为功放，提供功率足够的调制信号。

(4)振幅调制器

实现调幅功能，将输入的载波信号和调制信号变换为所需的调幅波信号，并加到天线上。调幅广播发射机的组成125．调幅接收机

组成13

(1)

高频放大器

为小信号谐振放大器，作用：

①

选台。利用可调谐的谐振系统选出有用信号，抑制其他频率的干扰信号。

②放大。放大选出的有用信号。14

(2)

混频器

两路输入为：

①

由高放级：已调信号fc

。

②由本机振荡器：本振信号fL。

作用：载波变频——将已调信号的载波由fc

(高频)变换为fI

(中频)，

fI

=|fc

-fL

|，而调制波形不变。15

(3)本机振荡器

产生频率为fL

=|fc+fI

|(或fL=fc-fI

)的高频等幅振荡信号。fL

可调，并能跟踪fc。

(4)中频放大器为多级固定调谐的小信号放大器，作用：放大中频信号。16

(5)检波器解调，从中频调幅波还原所传送的调制信号。

(6)低频放大器组成：小信号放大器＋功率放大器。作用：放大调制信号，向扬声器提供所需的推动功率。17可见，对有用信号在不同频率上进行放大——超外差接收机。

特点：解调电路前包括混频器、本机振荡、中频放大器等。

优点：

增益高，选择性好。直接接收机：解调前仅包括高放，无混频器、本机振荡、中频放大器等，增益低，选择性差。

调幅广播接收机的组成超外差接收机181.1无线通信系统概述一、无线通信系统的组成发送设备接收设备超外差形式19

图中虚线以上部分为发送设备(发信机)，虚线以下部分为接收设备(收信机)，天线及天线开关为收发共用设备。信道为自由空间。话筒和扬声器属于通信的终端设备，分别为信源和信宿。接收机一般都采用超外差的形式。一、无线通信系统的组成1.1无线通信系统概述20一、无线通信系统的组成1.1无线通信系统概述超外差接收机的主要特点：（1）由频率固定的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，只要相应地改变本地振荡信号频率即可。（2）中频比信号载频低得多，因此在中频上实现对有用信号的选择要比在载频上选择对滤波器Q值的要求低得多，容易实现稳定的高增益放大。21一、无线通信系统的组成1.1无线通信系统概述（2）调制(Modulating)过程在发送设备中，一般存在两种变换：（1）将信源产生的原始信息变换成电信号该信号的频谱通常靠近零频附近，属于低频信号，称为基带信号(Baseband)；将基带信号变换成适合在信道中传输的信号形式(一般为射频或高频的带通信号)。22（1）将接收到的已调信号变换为基带信号的过程称为解调(Demodulating)

。一、无线通信系统的组成1.1无线通信系统概述在接收设备中有相应的两种反变换。（2）将基带信号通过输出换能器转换为原始信息形式。23（3）调制时还需要一个高频振荡信号，称为载波(Carrier)。载波通常为单一频率的正弦信号或脉冲信号。一、无线通信系统的组成1.1无线通信系统概述分析三种信号：（1）调制后的信号称为已调信号(ModulatedSignal)；（2）没有进行调制之前的基带信号称为调制信号(ModulatingSignal)；调制信号、载波、已调波。24一、无线通信系统的组成1.1无线通信系统概述(1)

高频振荡器(信号源、载波信号或本地振荡信号)；信号的放大信号的产生(3)

混频或变频(高频信号变换或处理)(4)

调制与解调(高频信号变换或处理)(2)

放大器(高频小信号放大器及高频功率放大器)；频率变换高频电路的基本内容应该包括:还需要什么电路？25主要有自动增益控制(AGC)或自动电平控制(ALC)电路，自动频率控制(AFC)电路和自动相位控制(APC)电路(也称锁相环PLL)。一、无线通信系统的组成1.1无线通信系统概述无线通信系统中通常需要某些反馈控制电路！还要考虑高频电路中所用的元件、器件和组件，以及信道或接收机中的干扰与噪声问题。26这些基本单元电路的组成、原理及有关技术问题，就是本书的研究对象。（2）信号的产生（第4章）（1）信号的放大（第3章）（3）信号的频率变换（第5、6、7章）本书的内容：27

(1)按工作频段或传输手段有中波通信、短波通信、超短波通信、微波通信和卫星通信等。二、无线通信系统的类型1.1无线通信系统概述射频实际上就是“高频”的广义语，它是指适合无线电发射和传播的频率。可根据不同的方法来划分：工作频率主要指发射与接收的射频(RF)频率。28二、无线通信系统的类型1.1无线通信系统概述

图的例子是半双工方式，将天线开关换成双工器就成了双工方式。主要有(全)双工、半双工和单工方式。单工通信，指的是只能发或只能收的方式；

半双工，既可以发也可以收但不能同时收发的方式；双工通信，可以同时收发的通信方式。(2)按通信方式29(3)按调制方式有调幅、调频、调相以及混合调制等。二、无线通信系统的类型1.1无线通信系统概述(4)按传送的消息的类型

(1)按工作频段或传输手段(2)按通信方式有模拟通信和数字通信，也可以分为话音通信、图像通信、数据通信和多媒体通信等。30自然界中存在的电磁波的波谱很宽，如图：1.2无线电信号与调制在电磁波谱中，波长最长的是无线电波。一般将频率低于3*1011Hz的电磁波统称为无线电波。311.2无线电信号与调制对频率或波长进行分段，分别称为频段或波段。波段波长/m频率/MHz特点说明中、长波>200<3沿地表传播大地表面是导体，一部分电磁波会损耗掉，频率越高，损耗越大。短波

10~1003~30靠电离层反射传播电磁波一部分被吸收，另一部分被反射或折射到地面。频率越高，被吸收的能量越小，但频率超过一定值，电磁波会穿过电离层，不再返回地面。超短波1~

10>30沿空间直线传播地球表面是弯曲的，所以只能限制在视线范围内。321.2无线电信号与调制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。

表中关于传播方式和用途的划分是相对而言的，相邻频段间无绝对的分界线。33频段划分中的“高频”段，其范围为3～30MHz，这是“高频”的狭义解释，它指的就是短波频段。广义的“高频”指的是射频，其频率范围非常宽。目前的技术水平，“高频”的上限频率可达微波频段（如3GHz）。1.2无线电信号与调制

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，都可认为属于“高频”范围。高频的解释：34在高频电路中，要处理的无线电信号主要有三种:基带信号、高频载波信号和已调信号。这些无线电信号有多方面的特性，主要有时域特性、频谱特性、调制特性、传播特性等。1.2无线电信号与调制35时间特性一个无线电信号，可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。比较简单的如正弦波、周期性方波等，此法表示很方便。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的时间特性(如时间常数)与之相适应。1.2无线电信号与调制361.2无线电信号与调制2.频谱特性对于较复杂的信号(如话音信号、图像信号等)，用频谱分析法表示较为方便。直流分量基波分量372.频谱特性1.2无线电信号与调制射频频率越高，可利用的频带宽度越宽。带宽就是信号能量主要部分(一般为90%以上)所占据的频率范围。不同的信号，其带宽不同，如话音的频率范围大致为100Hz～6kHz，其主要能量集中在300Hz～3400Hz。任何信号都会占据一定的带宽。不仅可以容纳许多互不干扰的信道，从而实现频分复用或频分多址，而且也可以传播某些宽频带的消息信号(如图像信号)。38五、无线电信号的传播

1、无线电波的划分

无线电波的频率范围为：=10k-1000GHz；波长=0.3mm-30Km无线电波划分为

超长波10km-30km

长波1km-10km

中波100m-1km短波10m—100m超短波0.3mm-10m

0.2电磁波的波长或频率范围不同，电磁波在自由空间的传播方式也不同。392、无线电波的传播方式传播方式有三种

地面波

空间波天波

地波

和光波一样，无线电波也具有直射、反射、折射等现象。0.240沿地球弯曲表面传播，适用于波长=200m以上的中、长波。由于大地表面是导体，当电磁波在其表面传播时，一部分能量将被损耗掉，且频率越高，趋肤效应越强，损耗越大。故频率更高的电磁波不易沿地面传播，而主要靠电离层。图0.2.5地面波的发射与接收（地面波动画）

（1）地面波：0.241利用电离层的折射与反射，使电磁波到达电离层后，一部分能量被吸收，一部分被反射、折射到地面。当频率升高时，电磁波被电离层吸收的能量增加，当频率升高超过一定值时，电磁波将会穿过电离层，不再返回地面。所以天波适用于10m-200m的短波。图0.2.6天波的发射与接收（天波动画）

（2）天波：0.242（3）空间波：图0.2.7空间波的发射与接收（空间波动画）

频率更高的电磁波（≤10m）,不再适用电离层传播，而是沿空间直线传播，即利用直射和反射实现电磁波的传播。但只限于视频距离范围内。通常，50米高的天线通信距离约50公里。0.243长波信号以地波绕射为主；中波和短波信号可以以地波和天波两种方式传播，不过，前者以地波传播为主，后者以天波(反射与折射)为主；超短波以上频段的信号大多以直射方式传播，也可以采用对流层散射的方式传播。1.2无线电信号与调制3.传播特性总结：441.2无线电信号与调制4、调制特性调制在无线通信中的作用至关重要。（1）调制的定义（2）调制的基本方式三种信号：调制信号、载波、已调波本课程主要讨论：模拟消息(调制)信号和正弦载波的模拟调制。45一、线性电子电路与非线性电子电路电子器件严格讲是非线性的，但依使用条件不同，表现的非线性程度不同。为此，有如下两种应用：

（1）线性电路：

对信号进行处理时，尽量使用器件特性的线性部分。电路基本是线性的，但存在不希望有的失真。（2