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1、高頻電子線路高頻電子線路High Frequency Electronic Circuits緒緒 論論一、高頻電子線路與低頻電子線路的區(qū)別一、高頻電子線路與低頻電子線路的區(qū)別 信號頻率高，大部分電路為非線性工作非線性工作（完成信號頻率變換功能）；應(yīng)用集中參數(shù)描述元器件，但器件存在高頻效應(yīng)，雜散參數(shù)對電路產(chǎn)生很大影響。信號頻率較低，元器件工作在線性工作線性工作區(qū)；應(yīng)用集中參數(shù)描述元器件。 模擬電子線路高頻電子線路微波電路 電路尺寸可以與工作波長相比擬，應(yīng)用場的方法進行分析 高頻的概念具有不確定性，故將這門學(xué)科稱為“射頻模擬電路”，又由于其大量采用非線性電路的分析方法，所以也稱之為“非線性電子線路

2、”。 二、高頻線路在無線通信系統(tǒng)中的作用二、高頻線路在無線通信系統(tǒng)中的作用 編碼方式傳輸信息（海上用的旗語、手語以及船只之間的閃光通信）1、通信的起源信息傳輸是人類生活方式的重要內(nèi)容信鴿、驛站等作為信息傳輸方法光通信（烽火臺傳送邊疆警報 ）電通信: 有線通信有線電報(1837)和電話(1876)無線電技術(shù)是在電磁波學(xué)以及電子器件和電子線路的基礎(chǔ)上形成和發(fā)展起來的，主要任務(wù)是解決信息傳輸和信息處理問題，即無線通信。 無線通信：(1864)麥克斯韋方程，赫茲實驗(1887)無線電的發(fā)明，馬可尼百米實驗(1895) （1901）跨洋通信，（1904）弗萊明電子管 （1948）肖特基晶體管，（20世紀(jì)

3、60年代）集成電路2、高頻無線通信系統(tǒng)的載體A、高頻便于通過天線傳輸B、高頻的頻帶范圍寬，信息容量大三、通信系統(tǒng)的基本組成單元三、通信系統(tǒng)的基本組成單元信號源信號源接收設(shè)備接收設(shè)備發(fā)送設(shè)備發(fā)送設(shè)備傳輸信道傳輸信道收信裝置收信裝置1、通信系統(tǒng)的構(gòu)成 在實際的通信電子線路中傳輸?shù)氖歉鞣N在實際的通信電子線路中傳輸?shù)氖歉鞣N電信號電信號,為此就需要將各種形式的信息轉(zhuǎn)變?yōu)榇司托枰獙⒏鞣N形式的信息轉(zhuǎn)變成電信號。成電信號。常見的信號源有：常見的信號源有：話筒話筒攝象機攝象機各種傳感器件各種傳感器件1、信號源發(fā)送設(shè)備的作用：發(fā)送設(shè)備的作用： 將基帶信號變換成適合信道的傳輸特性將基帶信號變換成適合信道的傳輸特性的

4、信號。的信號。對基帶信號進行變換的原因：對基帶信號進行變換的原因： 由于要傳輸?shù)男畔⒎N類多樣，其對應(yīng)的由于要傳輸?shù)男畔⒎N類多樣，其對應(yīng)的基帶信號特性各異，這些基帶信號往往并基帶信號特性各異，這些基帶信號往往并不適合信道的直接傳輸。不適合信道的直接傳輸。2、發(fā)送設(shè)備 傳輸信道又稱傳輸媒質(zhì)，是傳輸信道的媒傳輸信道又稱傳輸媒質(zhì)，是傳輸信道的媒質(zhì)。不同的傳輸信道有不同的傳輸特性。質(zhì)。不同的傳輸信道有不同的傳輸特性。如：電纜、光纜、無線電波如：電纜、光纜、無線電波傳輸信道簡介：傳輸信道簡介：有線通信信道有線通信信道無線通信信道無線通信信道3、傳輸信道（1）、雙絞線）、雙絞線適用于短距離（小于適用于短距離

5、（小于100m）、）、1Mb/s數(shù)據(jù)率數(shù)據(jù)率的通信環(huán)境。的通信環(huán)境。 （2）、同軸電纜）、同軸電纜適用于距離在幾百米、帶寬小于適用于距離在幾百米、帶寬小于10Mhz、碼、碼流率小于流率小于20Mbps的通信環(huán)境的通信環(huán)境。（3）、光纖電纜）、光纖電纜衰減?。ㄐ∮谒p?。ㄐ∮?db/km）、工作頻率高、信息）、工作頻率高、信息容量大容量大（一）、有線通信信道（二）、無線通信信道無線通信以自由空間為傳輸媒質(zhì)：地波與天波無線通信以自由空間為傳輸媒質(zhì)：地波與天波1、地波（分為地面波和空間波）、地波（分為地面波和空間波）a、地面波、地面波 是沿地面?zhèn)鞑サ臒o線電波是沿地面?zhèn)鞑サ臒o線電波b、空間波、空間波

6、是在發(fā)射天線與接收天線間直線傳是在發(fā)射天線與接收天線間直線傳播的無線電波播的無線電波, 發(fā)射天線和接收天線較高，接收發(fā)射天線和接收天線較高，接收點的電磁波由直接波和地面反射波合成。點的電磁波由直接波和地面反射波合成。2、天波：經(jīng)過地面100km至500km的電離層反射傳送到接收點的電磁波頻率越高，吸收能量越小，但頻率過高電波會穿透電離層，只限于中短波段。3、傳播方式的對比a、靠電離層反射和折射的傳播方式的傳播距離最長b、靠直線傳播方式傳播的距離最短C、沿著地表傳播方式傳播的距離介于上面的兩者之間頻率越高，趨膚效應(yīng)越嚴(yán)重，損耗也越嚴(yán)重。沿著地表傳輸?shù)牟l率不太高，一般波長在200米以上的波主要沿

7、著地表傳輸，波長在10米到200米的波主要靠電離層傳輸，波長在10米以下，主要是直線傳播。波段名稱波長的范圍頻率范圍用途和傳播方式長波LW1KM10KM30300KHZ遠距離通信、地波中波MW100M1KM300KHZ3M廣播、通信、導(dǎo)航、地波、天波短波SW10M100M3M30M（高頻）廣播、通信、地波、天波超短波VSW1M10M30M300M（甚高頻）廣播、通信、電視、視距、對流層分米波USW10100CM300M3G（超高頻）通信、電視、衛(wèi)星 、視距、對流層厘米波SSW110CM3G30G（極高頻）中繼、雷達、衛(wèi)星、視距毫米波ESW300G以上無線電頻段和波段的劃分4、接收設(shè)備接收設(shè)備的

8、作用：接收設(shè)備的作用： 對接收設(shè)備的要求：對接收設(shè)備的要求： 由于信號在傳輸和恢復(fù)的過程中存在著干擾由于信號在傳輸和恢復(fù)的過程中存在著干擾和失真，接收設(shè)備要盡量減少這種失真。和失真，接收設(shè)備要盡量減少這種失真。 接收傳送過來的信號，并進行處理，以恢復(fù)接收傳送過來的信號，并進行處理，以恢復(fù)發(fā)送端的基帶信號發(fā)送端的基帶信號。5、收信裝置（換能器）收信裝置收信裝置 接收設(shè)備輸出的電信號變換成接收設(shè)備輸出的電信號變換成 原來形式的信號的裝置原來形式的信號的裝置。如：還原聲音的喇叭還原聲音的喇叭恢復(fù)圖象的顯象管恢復(fù)圖象的顯象管四、無線通信基本原理四、無線通信基本原理1、無線通信系統(tǒng)的組成消息信號源放大器

9、調(diào)制器高頻振蕩器諧振放大器或倍頻器已調(diào)波放大器發(fā)射天線接收天線高頻放大器本地振蕩器混頻器中頻放大器解調(diào)器放大器視頻顯示器揚聲器等等選擇電路（a a）調(diào)制信號（基帶信號）調(diào)制信號（基帶信號）：攜有信息的電信號（b）載波信號）載波信號：未調(diào)制的高頻振蕩信號（c）已調(diào)波信號：）已調(diào)波信號：經(jīng)調(diào)制后的高頻振蕩信號2、無線通信系統(tǒng)中的信號3、無線通信系統(tǒng)中幾個基本概念音 頻 放 大高 頻 振 蕩倍 頻高 頻 放 大調(diào) 制緩 沖傳 輸 線話 筒聲 音（ 直 流 電 源 未 畫 ）A、無線電發(fā)射機1、調(diào)制、調(diào)制modulation：用帶有信息的信號控制高頻信號的一個或幾個參數(shù)，使該參數(shù)按照電信號的規(guī)律而變化

10、的一種處理方式。b、調(diào)制2、振幅調(diào)制、振幅調(diào)制 amplitude modulation（調(diào)幅（調(diào)幅AM）：使高頻振蕩信號的幅度隨調(diào)制信號變化的調(diào)制方式。調(diào)制的基本概念調(diào)制的基本概念3 3、頻率調(diào)制、頻率調(diào)制 frequency modulation（調(diào)頻（調(diào)頻FM）：）：使高頻振蕩信號的頻率隨調(diào)制信號變化的調(diào)制方式。 調(diào)制的基本概念調(diào)制的基本概念調(diào)制的基本概念調(diào)制的基本概念4 4、相位調(diào)制、相位調(diào)制phase modulation（調(diào)相（調(diào)相PM）：使高頻振蕩信號的相位隨調(diào)制信號變化的調(diào)制方式。 5 5、數(shù)字信號的調(diào)制、數(shù)字信號的調(diào)制：調(diào)制信號為數(shù)字信號時，稱為鍵控，分振幅鍵控（ASK）、頻

11、率鍵控（FSK）、相位鍵控（PSK）。有正弦調(diào)制和脈沖調(diào)制方式。 t (a) 載波 t (c) ASK t (b) 基帶 1 0 1 1 0 0 0 1 t (d) PSK t (e) FSK f1 f2 f1 f2 C、無線電接收機、無線電接收機高頻小高頻小信號放信號放大器大器解解調(diào)調(diào)器器功率放功率放大器大器 電源供給電路d、解調(diào)、解調(diào)解調(diào)解調(diào)demodulation：從已調(diào)波中把原來的調(diào)制信號恢復(fù)出來的過程。據(jù)調(diào)制方法不同，解調(diào)電路可分別有：檢波器、鑒頻器、鑒相器。五、現(xiàn)代通信系統(tǒng)n上世紀(jì)上世紀(jì)7070年代以前，通信系統(tǒng)主要是模擬體制，年代以前，通信系統(tǒng)主要是模擬體制，接收機如前介紹的超外

12、差接收機，接收機如前介紹的超外差接收機，70708080年代無年代無線電通信實現(xiàn)了模擬線電通信實現(xiàn)了模擬數(shù)字的大轉(zhuǎn)變，從系統(tǒng)控數(shù)字的大轉(zhuǎn)變，從系統(tǒng)控制（選臺調(diào)諧、音量控制，均衡控制等）到信源制（選臺調(diào)諧、音量控制，均衡控制等）到信源編碼、信道編碼，以及硬件實現(xiàn)技術(shù)都無一例外編碼、信道編碼，以及硬件實現(xiàn)技術(shù)都無一例外地實現(xiàn)了數(shù)字化?，F(xiàn)代超外差接收機可用下圖來地實現(xiàn)了數(shù)字化?，F(xiàn)代超外差接收機可用下圖來表示，它是一個模擬與數(shù)字的混合系統(tǒng)。表示，它是一個模擬與數(shù)字的混合系統(tǒng)。IF 放大解調(diào)DSPDACADC混頻本振（數(shù)字頻率合成可控振蕩源）寬帶 RF放大器 上世紀(jì)上世紀(jì)9090年代后，通信界開始了一場

13、新的無線電革命，年代后，通信界開始了一場新的無線電革命，即從數(shù)字化走向了軟件化，即從數(shù)字化走向了軟件化，軟件無線電技術(shù)（軟件無線電技術(shù)（software Radiosoftware Radio）應(yīng)運而生。支持這場革命的是多種技術(shù)的綜合，包括應(yīng)運而生。支持這場革命的是多種技術(shù)的綜合，包括多頻段天多頻段天線和線和 RFRF變換寬帶變換寬帶A/D/AA/D/A轉(zhuǎn)換，完成轉(zhuǎn)換，完成IFIF、基帶、比特流處理功能、基帶、比特流處理功能的通用可編程處理器的通用可編程處理器等。軟件無線電最初目的是滿足軍用通信等。軟件無線電最初目的是滿足軍用通信中不同頻段，不同信道調(diào)制方式和數(shù)據(jù)方式的各類電臺之間的中不同頻段

14、，不同信道調(diào)制方式和數(shù)據(jù)方式的各類電臺之間的聯(lián)網(wǎng)需要，因為它可以很容易地解決各種接口標(biāo)準(zhǔn)之間的兼容聯(lián)網(wǎng)需要，因為它可以很容易地解決各種接口標(biāo)準(zhǔn)之間的兼容問題，使得它的優(yōu)越性很快得到商用通信的青睞，并且在個人問題，使得它的優(yōu)越性很快得到商用通信的青睞，并且在個人移動通信領(lǐng)域發(fā)展迅速。移動通信領(lǐng)域發(fā)展迅速。軟件無線電是特指具有用軟件實現(xiàn)各軟件無線電是特指具有用軟件實現(xiàn)各種功能特點的無線電臺種功能特點的無線電臺（如移動通信中的移動電話機、基站電（如移動通信中的移動電話機、基站電臺、軍用電臺等），它主要由低成本、高性能的臺、軍用電臺等），它主要由低成本、高性能的DSPDSP芯片組成。芯片組成。規(guī)范的軟

15、件無線電典型結(jié)構(gòu)如下圖所示。規(guī)范的軟件無線電典型結(jié)構(gòu)如下圖所示。軟件無線電可編程處理器寬帶 A/DD/ARF 轉(zhuǎn)換窄帶 A/DD/A可選的信號源編碼NR/T 軟件實時、準(zhǔn)實時高集成度硬件電話視頻傳真數(shù)據(jù)移動終端脫機軟件可編程處理器在線軟件N-R/T 軟件業(yè)務(wù)開發(fā)工作站可編程處理器寬帶 A/DD/ARF 轉(zhuǎn)換PSTN定時系統(tǒng)模塊式、開放硬件結(jié)構(gòu)天線接口現(xiàn)代通信系統(tǒng)n 軟件無線電的標(biāo)志：軟件無線電的標(biāo)志：n 1. 1. 無線通信功能是由軟件定義并完成的，這無線通信功能是由軟件定義并完成的，這種完全的可編程能力包括可編程的射頻波段、信道種完全的可編程能力包括可編程的射頻波段、信道接入方式、信道調(diào)制方

16、式與糾錯算法等，軟件無線接入方式、信道調(diào)制方式與糾錯算法等，軟件無線電區(qū)別于軟件控制的數(shù)字無線電。電區(qū)別于軟件控制的數(shù)字無線電。n 2. 2. 在盡可能靠近天線的地方使用在盡可能靠近天線的地方使用A/D/AA/D/A轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換器，因為信號的數(shù)字化是實現(xiàn)軟件無線電的首要條件。因為信號的數(shù)字化是實現(xiàn)軟件無線電的首要條件。理想軟件無線電系統(tǒng)中的理想軟件無線電系統(tǒng)中的A/D/AA/D/A轉(zhuǎn)換器已相當(dāng)靠近轉(zhuǎn)換器已相當(dāng)靠近天線，從而可對高頻信號進行數(shù)字化處理，這也是天線，從而可對高頻信號進行數(shù)字化處理，這也是它與常用的數(shù)字通信系統(tǒng)的根本區(qū)別所在。它與常用的數(shù)字通信系統(tǒng)的根本區(qū)別所在。 現(xiàn)代通信系統(tǒng)n 軟

17、件無線電的特點：軟件無線電的特點： n1. 1. 具有完全的可編程性具有完全的可編程性n通過安裝不同的軟件來實現(xiàn)不同的電路功通過安裝不同的軟件來實現(xiàn)不同的電路功能，包括工作模式，系統(tǒng)功能，擴展業(yè)務(wù)能，包括工作模式，系統(tǒng)功能，擴展業(yè)務(wù)等。等。 n2. 2. 軟件無線電基于軟件無線電基于DSPDSP技術(shù)技術(shù) n系統(tǒng)所需要的信號處理工作有變頻、濾波、系統(tǒng)所需要的信號處理工作有變頻、濾波、調(diào)制解調(diào)，信道編譯碼，接口協(xié)議與信令調(diào)制解調(diào)，信道編譯碼，接口協(xié)議與信令處理，加解密、抗干擾處理，以及網(wǎng)絡(luò)監(jiān)處理，加解密、抗干擾處理，以及網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控管理?？毓芾怼，F(xiàn)代通信系統(tǒng)n3.3. 其有很強的靈活性及可擴充性其有很

18、強的靈活性及可擴充性 n可以任意轉(zhuǎn)換信道接入方式，改變調(diào)制方可以任意轉(zhuǎn)換信道接入方式，改變調(diào)制方式或接收不同系統(tǒng)的信號式或接收不同系統(tǒng)的信號 。n4. 4. 具有集中性具有集中性 n由于軟件無線電結(jié)構(gòu)具有相對集中和統(tǒng)一由于軟件無線電結(jié)構(gòu)具有相對集中和統(tǒng)一的硬件平臺，所以多個信道可以享有共同的硬件平臺，所以多個信道可以享有共同的射頻前端與寬帶的射頻前端與寬帶A/D/AA/D/A轉(zhuǎn)換器，從而可轉(zhuǎn)換器，從而可以獲取每一信道的相對廉價的信號處理性以獲取每一信道的相對廉價的信號處理性能。能。 現(xiàn)代通信系統(tǒng) 由于大規(guī)模集成電路的數(shù)字無線電和軟件無線電收由于大規(guī)模集成電路的數(shù)字無線電和軟件無線電收發(fā)信機，其

19、內(nèi)部的基本功能，基本原理，工作流程和發(fā)信機，其內(nèi)部的基本功能，基本原理，工作流程和電路結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)的超外式無線電收發(fā)信機并無太大差電路結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)的超外式無線電收發(fā)信機并無太大差異，異，經(jīng)典高頻電子線路的分析方法與設(shè)計思想仍可作經(jīng)典高頻電子線路的分析方法與設(shè)計思想仍可作為現(xiàn)代無線電新技術(shù)的理論基礎(chǔ)。為現(xiàn)代無線電新技術(shù)的理論基礎(chǔ)。而且，由于目前器而且，由于目前器件水平的限制，軟件無線電技術(shù)還基本只能在通信系件水平的限制，軟件無線電技術(shù)還基本只能在通信系統(tǒng)的基帶處理部分得到較好發(fā)揮，還必須采用與傳統(tǒng)統(tǒng)的基帶處理部分得到較好發(fā)揮，還必須采用與傳統(tǒng)電路結(jié)合的方式進行系統(tǒng)研制。要超越器件水平的限電路結(jié)合的方

20、式進行系統(tǒng)研制。要超越器件水平的限制，進行深入的理論研究，提出新的解決方案和好的制，進行深入的理論研究，提出新的解決方案和好的算法，也需要借助于一些經(jīng)典的通信電路理論。數(shù)字算法，也需要借助于一些經(jīng)典的通信電路理論。數(shù)字通信中的很多電路功能也基本上用模擬電路實現(xiàn)。因通信中的很多電路功能也基本上用模擬電路實現(xiàn)。因此，此，本門課程中仍以基本模擬電子電路為主要內(nèi)容進本門課程中仍以基本模擬電子電路為主要內(nèi)容進行分析。行分析?，F(xiàn)代通信系統(tǒng)六、本課程特點六、本課程特點 電子器件（晶體二極管、半導(dǎo)體三極管、場效應(yīng)管）具有非線性特性，輸入信號小時，可以近似看作線性器件。 非線性電路不滿足疊加原理，當(dāng)多個頻率的組

21、合信號通過非線性器件時，會從出現(xiàn)這些頻率的線性組合信號，即出現(xiàn)交叉調(diào)制，完成頻譜變換功能，如調(diào)制、解調(diào)、倍頻等。 非線性電子線路分析方法：折線法、冪級數(shù)法、開關(guān)函數(shù)法、線性時變參數(shù)法七、教學(xué)內(nèi)容七、教學(xué)內(nèi)容高頻電路基礎(chǔ)、串并聯(lián)諧振回高頻電路基礎(chǔ)、串并聯(lián)諧振回路路頻率合成基本原理頻率合成基本原理諧振功率放大器諧振功率放大器反饋振蕩器反饋振蕩器振幅調(diào)制、解調(diào)電路振幅調(diào)制、解調(diào)電路角度調(diào)制、解調(diào)電路角度調(diào)制、解調(diào)電路八、參考書八、參考書1、電子線路（II）清華大學(xué)出版社，董尚斌，代永紅，金偉正 20082、高頻電路的原理與分析西安電子科技大學(xué)出 版社 杜武林 19993、非線性電子線路華中科技大學(xué)出版社 嚴(yán)國萍 20014、secrets of RF circuit design（third edition） Joseph.J.CRAA （美） 電子工業(yè)出版社 2001