第1章-高频电子线路解读

•高等教育出版社，胡宴如、耿苏燕主编•主讲教师：朱春华•1862371690813703825712•[e-mail]高频电子线路第1章绪论通信与通信系统无线电波段的划分与无线电波的传播非线性电子线路的基本概念本章小结1.1通信与通信系统主要要求：掌握通信系统的基本组成及各组成部分的作用了解调幅广播通信系统的基本组成及各组成部分的作用了解数字通信系统的基本组成及各组成部分的作用理解通信系统中为何要采用调制技术一、通信系统的基本组成信源输入变换器发送设备信道接收设备输出变换器输出通信：发送者与接收者之间的信息传递通信系统：利用电信号或光信号实现信息传递的系统通信系统基本组成基带信号(低频信号)调制已调信号(高频信号)噪声与干扰解调基带信号二、调制的概念及其意义用基带信号去控制高频信号的某一参数，使该参数按照基带信号的规律变化的过程，称为调制。基带信号也称为调制信号；未调制的高频信号称为载波信号；经调制后的高频信号称为已调信号用基带信号去控制高频信号的振幅，称为调幅AM频率，称为调频FM相位，称为调相PM为何要调制？1.天线尺寸大于信号波长的十分之一，信号才能有效发射。例如f=1kHz，则00km3s/10m/s10338fC天线长度需大于30km，显然是不现实的常用基带信号频率范围：图像信号0~6MHz语音300Hz~3.4kHz音乐16Hz~20kHz直接进行传输是不现实的。2.实现信道的频率复用三、通信系统的分类根据信道不同分有线通信系统无线通信系统根据基带信号不同分模拟通信系统数字通信系统广播通信系统电视通信系统双工：发送者接收者如电话单工：发送者接收者如广播、电视半双工：发送者接收者如对讲根据通信方式不同分四、模拟通信系统以典型的中短波调幅广播通信系统为例，介绍其组成及各部分作用直接传输模拟信号的通信系统五、数字通信系统传输数字信号的通信系统模拟通信系统数字通信系统用数字基带信号去控制高频信号的振幅，称为振幅键控ASK频率，称为频率键控FSK相位，称为相位键控PSK数字调制：用数字基带信号对高频正弦波进行的调制高频小信号放大电路、高频功率放大电路、振荡电路、调制电路、解调电路、混频器、倍频器、低频放大电路反馈控制电路等。数字通信系统抗干扰、抗噪声能力强，易利用计算机进行处理。六、通信系统的基本单元电路非线性电路高频电路1.2无线电波段的划分与无线电波的传播主要要求：了解无线电波段的划分了解无线电波的传播方式及其特点一、无线电波段的划分波段名称波长范围频率范围频段名称超长波10010km330kHz甚低频VLF长波中波短波超短波(米波)101km1000200m20010m101m30300kHz0.33MHz330MHz30300MHz低频LF中频MF高频HF甚高频VHF微波分米波厘米波毫米波亚毫米波10010cm101cm101mm10.1mm0.33GHz330GHz30300GHz3003000GHz特高频UHF超高频SHF极高频EHF超极高频光波1001m3300THz1T=1012fc＝中波AM广播530kHz~1602kHz地波短波5.8~18MHz天波FM88~108MHz二、无线电波的传播方式及其应用沿地面传播长波、超长波(1.5MHz)特点传输稳定，远距离传输沿空间直线传播（视距传播）超短波以上(30MHz)距离短依靠电离层传播电离层短波(30MHz)(地波)(空间波)(天波)距离远波段名称传播主要应用超长波地波潜艇通信、远洋通信、远程导航、发送标准时间信号等长波地波除上述外，还用于低下通信中波地波为主广播、导航、船舶通信、飞行通信、船港通信等短波天波为主中远距离的广播与通信等超短波(米波)空间波调频广播、电视、移动通信、雷达、导航等微波分米波厘米波毫米波亚毫米波空间波电视、雷达、卫星通信、中继通信等光波1.3非线性电子线路的基本概念1.3.1线性与非线性电路线性电路—全部由线性或处于线性工作状态的元器件组成的电路非线性电路—有一个以上非线性元器件组成的电路线性元件：R、L、C非线性元件：二极管、三极管….uiOUIuiOIQUQQui非线性元件在正弦波作用下的波形uiOIQUQQuttiO线性非线性1.2.2非线性电路的基本特点设i=au2当u=u1+u2则i=a(u12+u22+2u1u2)i=a(U21mcos21t+U22mcos22t+2U1mcos1tU2mcos2t)设u1=U1mcos1tu2=U2mcos2t)2cos1(a11m221tU)2cos1(a22m221tU])cos()[cos(a21212m1mttUU)a(2m21m221UU)2cos2cosa(22m211m221tUtUtUU)cos(a212m1m))cos(a212m1mtUU直流成分二次谐波频率和分量频率差分量1.产生了新的频率分量,可变换频率(混频器);2.叠加定理不再适用;3.Q合适且信号小时,可按线性电路处理.思考讨论题（见教材）课堂练习一1.如果广播电台发射的信号频率为936kHzfcfLfffCLIfffICLfI接收机中频=455KHz,问接收机本振频率是多少？解：＝936KHz＋455KHz＝1391KHz答：接收机本振频率为1391KHz。课堂练习二2.如果高频载波频率为150MHZ,问λ/4天线应多长？解：∵频率等于光速C除以波长λ,即ƒ＝C∕λ,则：λ＝C∕ƒ,λ＝3×÷150×＝2(米),λ/4＝2÷4＝0.5(米)答：λ/4天线应0.5米长。108106课堂练习三3.中波广播波段的波长范围为187~560米,问其频率范围为?解：∵频率ƒ等于光速C除以波长λ,即ƒ＝C∕λ,则：λ＝560米时，ƒ＝3×∕560≈536KHzλ＝187米时，ƒ＝3×∕187≈1604KHz答：频率范围为536KHz～1604KHz。108108本章小结（P11）1.通信系统的构成及类型。（电、光）2.为了改善通信性能采用的方法。（调制）3.通信系统中电路的特点。（高频、非线性）思考题与习题1-1为什么在无线电通信中要使用“载波”发射，其作用是什么？答：一些需要传送的信息转变成电信号后，其主要频率成分在低频范围。将这些低频范围的电信号直接发射出去，有两个问题难以解决：一是无选择性、互相干扰、不能实现多路通信；二是因为当电信号频率低时，需要特长的发射天线。因此，在无线电通信中要使用“高频载波”发射，其作用是发射天线的尺寸小；不同的电台采用不同的载频，就容易多路同时发送，实现多路通信。1-2在无线电通信中为什么要采用“调制”与“解调”，各自的作用是什么？答：“调制”是发射机的主要功能。所谓调制是用需传送的信息（基带信号）去控制载波振荡信号的三参量之一，使其随需传送的信息成线性关系变化。因为载波信号相当于运载工具，其频率为高频、超高频甚至是微波，其频率很高。若采用无线发射，其天线尺寸可以很小。“解调”是接收机的主要功能。所谓解调是将收到的已调波的原信号取出来。1-3计算机通信中应用的“调制解调”与无线电通信中的“调制解调”有什么异同点？答：计算机通信中传送的是数字信号，它的调制器的主要作用是波形变换，它将基带数字信号的波形变换成适合于模拟信道传输的波形。解调器的作用是波形识别，它将经过调制器变换过的模拟信号恢复成原来的数字信号。计算机通信中应用的“调制解调”与无线电通信中的“调制解调”的相同之处是都有调幅、调频和调相。计算机通信中传送的基带信号是数字基带信号，无线电通信中传送的基带信号是模拟基带信号。1-4试说明模拟信号和数字信号的特点，它们之间的相互转换应采用什么器件实现？答：信号的某一参量（如连续波的振幅、频率、相位，脉冲波的振幅、宽度、位置等）可以取无限多数值，且直接与信息对应的称模拟信号。其特点是信号连续变化。信号的某一参量只能取有限值，并且常常不直接与信息相对应的信号，称为数字信号。其特点是离散（不连续）的。数字信号转换成模拟信号用D/A变换，模拟信号转换成数字信号用A/D变换。1-5理解“功能”电路的功能的含义，说明掌握功能电路的功能在开发电子系统中有什么好处。答：“功能”是指基本电路能够完成的信号传输和信号变换处理的具体工作任务。高频功能电路可以用不同的器件和不同的电路形式构成。其功能和输入、输出频谱的关系不会因不同器件或不同的电路形式而改变。大规模集成电路通常是由多个不同功能电路组成的，掌握了基本功能电路的功能，对了解和应用集成电路设计较复杂或大的电子系统是有利的。。1-6理解地波传播、天波传播和直线传播的无线电信号传播的主要方式，它们主要的传送频率范围是什么？答：①地波（绕射）传播是电波沿着地球弯曲表面传播。长波（101—100km）和中波（103-102m）范围的电波适合绕射方式传播。②天波传播（反射和折射）是利用电离层的反射和折射来实现传播的。短波（3-30MHz）信号主要是利用电离层的反射和折射来实现传播。③直线（视距）传播是电波在天线间沿着直线传播。频率较高的超短波（30-300MHz）及更高频率（300MHz以上）的无线电波，主要沿空间直线传播。