Chapter 1绪论.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,多媒体课件,高频电路,原理与分析（第四版）,电子线路教研室 王 进,2010.9,目录,第一章 高频电路,基础,第二章 小信号谐振功率放大器,第三章 正弦波振荡器,第四章 振幅调制、解调与混频电路,第五章 角度调制与解调电路,第六章 反馈控制电路,绪论,Chapter 1,绪论,1.1,课程概述,1.,2,通信系统的组成,1.,3,信号的频谱表示法,1.,5,数字通信系统,1.,6,现代通信系统,1.,4,无线通信系统中的信道,1.1,课程概述,通信发展简史,原始手段,有线通信,无线通信,烽火、旗语,电报（,1837,Morse,）,电话（,1876,Bell,）,电磁波的存在,Maxwell,理论,Hertz,实践,了解无线电发送设备和接收设备的工作原理和组成。,掌握构成发送、接收设备的各单元电路的工作原理、典型电路、性能特点、及工程分析方法和实验技能。包括谐振功率放大器、正弦波振荡器、混频、振幅调制解调、角度调制解调等内容。,本课程讨论的通信电子线路主要用于无线通信系统。,课程内容及要求：,课程的特点：,1,、电子信息与通信专业学生必须掌握的一,门专业基础课程。,2,、它是电路理论、信号与线性系统、低频,电子线路等课程的后继课程。,3,、在学习这门课程时要注意它与低频电路,理论的不同分析方法和实验测试的不同,点。,（一）教学要求,1,、了解高频电子线路的特点。,2,、了解无线电通信系统的组成及频段,划分。,3,、了解收发信设备的组成,。,（三）重点、难点：,1,、非线性电子线路的作用。,2,、非线性电子线路的特点。,（二）内容提要,认识高频电子线路在无线电通信系统,中的地位和作用，建立无线电通信的基,本概念。,3,、学习方法,课堂注意听讲，做好笔记，争取做到课前预习。,重点掌握基本电路的原理，作用及特点。,认真完成作业。,争取结合实际学习，提高学习兴趣及主动性,1.2,通信系统的组成,1.2-1,通信系统组成框图,1.2-2,无线电信号的发射,1.2-3,无线电信号的接收,1.2-1,通信系统原理框图,信号源,发送设备,传输信道,接收设备,收信装置,信号源,在实际的通信电子线路中传输的是各种电信号，为此，就需要将各种形式的信息转变成电信号。,常见的信号源有：,话筒,摄像机,各种传感器件,二、无线电信号,1,、信号的种类：无线电通信中要处理的信号有三种。,消息信号：语音、数据、图像信号等。（低频）,载波信号：运载消息信号的高频等幅波。（高频）,已调信号：消息信号对载波信号进行调制,以后的信号。（高频）,2,、信号的表示方法,数学表达式：利用函数的方法来表示。,波形：在时域中将信号随时间变化的过程绘制出来。,频谱：在频域中将信号的频率成分反映出来。,发送设备,发送设备的作用：,将基带信号变换成适合信道的传输特性的信号。,对基带信号进行变换的原因：,由于要传输的信息种类多样，其对应的基带信号特性各异，这些基带信号往往并不适合信道的直接传输。,传输信道,信号从发送到接收中间要经过传输信道，又称传输媒质。不同的传输信道有不同的传输特性。,根据传输媒质的不同，可以分为两大类：有线信道和无线信道。,有线信道,：,双线对电缆、同轴电缆、光缆,无线信道：自由空间,接收设备,接收设备的作用：,接收传送过来的信号，并进行处理，以恢复发送端的基带信号。,接收设备的要求：,由于信号在传输和恢复的过程中存在着干扰和失真，接收设备要尽量减少这种失真。,收信装置,收信装置是指接收设备输出的电信号变换成原来形式的信号的装置。,例如：,还原声音的喇叭,恢复图象的显象管,1.2-2,无线电信号的发射,无线电发射机的组成,调制器：将基带信号加载到高频的振荡信号,(,载波,),上面。即用基带信号去改变载波的参数。,通常载波信号有三个参数可以改变：振幅，频率，相位，表达式为,，,对应有三种调制方式：调幅，调频，调相。,广播电台中常用的方法是调幅与调频。,最大的疑问是：为何选择用高频信号来传递信息？,疑问：为何选择用高频信号来传递信息？,1,、传输特性的问题：音频信号在自由空间中传播的速度较慢,(340m/s),，,而且衰减很快，根本就不能实现远距离的传输；,2,、天线尺寸的问题：为了有效的将电信号辐射出去，要求天线的长度与信号的波长可以相比拟；,3,、频率资源的问题：多路声音通信同时进行时，使用的频率都是,20,到,20K,赫兹。容易混在一起，在接收端我们无法将其分离。,1.2-3,无线电信号的接收,1.,最简单的接收机,2.,直接放大式接收机,3.,超外差式接收机,超外差接收机的主要特点：把被接收的高频调幅信号的载波频率,f,s,先变为频率较低的而且是固定不变的中频,f,i,，,再利用中频放大器加以放大，然后进行检波。由于中频是固定的，因此中频放大器的选择性与增益都与接收的载波频率无关。,变频器,输入,回路,高放,低放,中放,检波,本机,振荡器,混频器,超外差接收机,超外差接收机的主要特点就是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。,由上面的例子可以总结出无线通信系统的基本组成,从中也可看出高频电路的基本内容应该包括,:,（,1,）高频振荡器,（,2,）放大器 ,（,3,）混频或变频,（,4,）调制与解调,彩色电视接收机,四、非线性电子线路的作用及特点,1,、作用：,实现功率放大：如丙类功放,.,实现振荡功能：,LC,振荡器,.,实现波形变换和频率变换：调制、解调、混频,.,非线性电子线路利用非线性特性实现上述,三种功能。,2,、特点：所有的电子器件都是非线性器件,在线性电子线路中尽量使用电子器件特,性的线性部分。,在非线性电子线路中利用电子器件的非,线性来实现振荡，频率变换等功能。,根据实际工作情况选用不同的非线性参 数。,器件非线性特性的描述与控制变量有关。,非线性器件的实质是其非线性特性中的相,乘项,.,即非线性器件的相乘作用。,信号源,谐振放大器,或倍频器,接收,天线,放大器,调制器,高频,振荡器,已调波,放大器,发射,天线,高频,放大器,混频器,中频,放大器,解调器,放大器,信宿,无线电发射机和接收机原理框图,选择,电路,本地,振荡器,1.3,信号的频谱表示法,常用的信号表示方法,1.,数学表达式法,如：正弦波,u=,Asin,t,A,t,2.,波形表达方式,如：,u=,Asin,t,的波形,3.,频域表示法,根据傅立叶变换的基本原理，任何一个函数都可以用傅立叶级数展开。如果把信号看成一个函数，这就为我们研究信号提供了一种新的方法。通过研究信号的频谱我们可以突出在信号传输中存在的主要问题，如信号的变化规律，信号的能量分布等。,由于任何复杂的信号，都可分解为许多不同频率的正弦信号之和，因此，,所谓“频谱”即是指组成信号的各正弦分量按频率分布的情况。,为了更直观地了解信号的频率组成和特点，我们通常采用作图的方法来表示频谱。用频率,f,作横座标，用信号的各正弦分量的相对振幅作纵座标，通常称之为,频谱图,。,如：下面所示的一般语音信号的频谱示意图,可以看到语音信号的频谱是连续的，其主要能量集中在,1000Hz,左右。带宽（最高频率与最低频率之差）为,3400,300,3100Hz,电压,f/Hz,300,3400,脉冲信号的分解,脉冲信号的频谱,f,1,表示脉冲重复频率，也就是基波频率。,f,3,、,f,5,、,f,7,分别表示三、五、七次谐波，在,f,轴的,0,点，表示直流分量，这条谱线的长度表示脉冲直流分量（即平衡值）的大小。高次谐波的谱线可以分布到很高的频率，但其幅度已相当小。,对于周期性信号,可以表示为许多离散的频率分量（各分量间成谐频关系）,例如图,1 3,即为图,1 2,所示信号的频谱图,;,对于非周期性信号,可以用傅里叶变换的方法分解为,连续谱,信号为连续谱的积分。,频谱特性包含幅频特性和相频特性两部分,它们分别反映信号中各个频率分量的振幅和相位,的分布情况。,任何信号都会占据一定的带宽。从频谱特性上看,带宽就是信号能量主要部分（一般为,90%,以上）所占据的频率范围或频带宽度。,图,1 3,频谱图,3.,频率特性,任何信号都具有一定的频率或波长。我们这里所讲的频率特性就是无线电信号的频率或波,长。电磁波辐射的波谱很宽,如图,1 4,所示。,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。在自由空间中,波长与频率存在以下关系,:,c,=,f,（,11,）,图,1 4,电磁波波谱,1.3.4,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,10,000100,000m 303kHz,甚低频,VLF,长 波,1,00010,000m 30030kHz,低频,LF,中 波,2001,000m 1500300kHz,中频,MF,中短波,50200m 6,0001,500kHz,中高频,IF,短 波,1050m 306MHz,高频,HF,米 波,110cm 30030MHz,甚高频,VHF,分米波,10100cm 3,00300MHz,特高频,UHF,厘米波,(,微波,)110cm 303GHz,超高频,SHF,毫米波,110mm 30030GHz,极高频,EHF,亚毫米波,1mm,以下,300GHz,以上 超极高频,实用频段具体分配如下,535,1605kHz,中波广播频段,2,3MHz,短波广播,3,48MHz,无线电通信、有线电视上行频道,48.5,92MHz,电视,1,5,频道,87,108MHz,调频无线广播（载频间隔,400kHz,52,个载频点）,108,138MHz,无线电通信（公安、铁路对讲,机）集群电话等,.,138,174MHz,无线电寻呼业务,(,有线增补频道,),167,223MHz,电视 频道,223,295MHz,无线电通信、短波通信,295,463MHz,无线电通信,(,超短波,),470,958MHz,无线电视频道,900,、,1800,、,1900MHz GSM,系统,890,915MHz,反向（用户 基础）,935,960MHz,正向（基础 用户）,无线通信的传输媒质是自由空间。电磁波从发射天线辐射出去之后，经过自由空间到达接收天线的传播途径可分为两大类：地波和天波。,1.4,无线通信系统中的信道,1.4.1,无线电波的传播方式,一 地波（分为地面波和空间波）,1.,地面波,就是沿地面传播的无线电波（绕射传播），适用于长波和超长波。,2.,空间波,是在发射天线与接收天线间直线传播的无线电波（直射传播）,发射天线和接收天线较高，接收点的电磁波由直接波和地面反射波合成。适用于超短波。,二 天波（天空波）,经过地面,100km,至,500km,的电离层反射传送到接收点的电磁波（电离层反射折射传播）。适用于短波。,电离层反射的特点：,频率越高，吸收能量越小，但频率过高电波会穿透电离层。故频率只限于中短波段,300Khz,30Mhz,。,图,1 5,无线电波的主要传播方式,（,a,）,直射传播,;,（,b,）,地波传播,;,（,c,）,天波传播,;,（,d,）,散射传播,电路的分类：,按处理信号的不同,模拟电子线路：处理连续信号：产生、放大、,变化。,数字电子线路：处理离散信号：抽样、量化、,编码。,按电路的结构不同,分立元件电路：电阻、电容、电感和晶体管等,集成电路：,TTL,、,COMC,、,大规模、高速度、,宽频带。,分为,分为,按信号频率不同,高频电子线路：处理高频信号（无线电信号）,低频电子线路：处理低频信号（音频、视频,信号）,4,、无线电通信：通常用高频信号在自由空间进行传输。,原因：,a,、,高频信号适合于天线辐射。,b,、,高频信号具有较宽的频带，提供较多,信道。,例：话音信号 频率,波长,分为,1.5,数字通信系统,传输数字信号的通信系统称为数字通信系统，其原理框图如下图所示：,用数字基带信号对高频正弦载波进行的调制称数字调制。根据基带信号控制载波的参数不同，数字调制通常分为与,振幅键控，频率键控和相位键控,三种基本方式。,数字通信的主要优点：,(1),有较强的抗干扰能力，通过再生中继技术可以消除噪声的积累，并能对信号传输中因干扰而产生的差错及时发现和纠正，从而提高了信息传输的可靠性。,(2),数字信号便于保密处理，易于实现保密通信。,(3),数字信号便于计算机进行处理，使通信系统更加通用和灵活。,(4),数字电路易于大规模集成，便于设备的微型化。,数字通信的缺点：,数字信号占据频带较宽，频带利用率低，但目前采用了一些新的数字调制技术，不断增大通信容量，提高频率利用率，所以数字通信的发展前景广阔。,1.6,现代通信系统,70,年代以前，通信系统主要是模拟体制，接收机如前介绍的超外差接收机，,7080,年代无线电通信实现了模拟,数字的大转变，从系统控制（选台调谐、音量控制，均衡控制等）到信源编码、信道编码，以及硬件实现技术都无一例外地实现了数字化。现代超外差接收机可用下图来表示，它是一个模拟与数字的混合系统。,软件无线电,进入,90,年代后，通信界开始了一场新的无线电革命，即从数字化走向了软件化，,软件无线电技术,（,software Radio,）,应运而生。支持这场革命的是多种技术的综合，包括,多频段天线和,RF,变换宽带,A/D/A,转换，完成,IF,、,基带、比特流处理功能的通用可编程处理器,等。软件无线电最初目的是满足军用通信中不同频段，不同信道调制方式和数据方式的各类电台之间的联网需要，因为它可以很容易地解决各种接口标准之间的兼容问题，使得它的优越性很快得到商用通信的青睐，并且在个人移动通信领域发展迅速。,软件无线电是特指具有用软件实现各种功能特点的无线电台,（如移动通信中的移动电话机、基站电台、军用电台等），它主要由低成本、高性能的,DSP,芯片组成。规范的软件无线电典型结构如下图所示。,软件无线电的标志：,1.,无线通信功能是由软件定义并完成的，这种完全的可编程能力包括可编程的射频波段、信道接入方式、信道调制方式与纠错算法等，软件无线电区别于软件控制的数字无线电。,2.,在尽可能靠近天线的地方使用,A/D/A,转换器，因为信号的数字化是实现软件无线电的首要条件。理想软件无线电系统中的,A/D/A,转换器已相当靠近天线，从而可对高频信号进行数字化处理，这也是它与常用的数字通信系统的根本区别所在。,软件无线电的特点：,1.,具有完全的可编程性,通过安装不同的软件来实现不同的电路功能，包括工作模式，系统功能，扩展业务等。,2.,软件无线电基于,DSP,技术,系统所需要的信号处理工作有变频、滤波、调制解调，信道编译码，接口协议与信令处理，加解密、抗干扰处理，以及网络监控管理。,3.,其有很强的灵活性及可扩充性,可以任意转换信道接入方式，改变调制方式或接收不同系统的信号。,4.,具有集中性,由于软件无线电结构具有相对集中和统一的硬件平台，所以多个信道可以享有共同的射频前端与宽带,A/D/A,转换器，从而可以获取每一信道的相对廉价的信号处理性能。,由于大规模集成电路的数字无线电和软件无线电收发信机，其内部的基本功能，基本原理，工作流程和电路结构与传统的超外式无线电收发信机并无太大差异，,经典高频电子线路的分析方法与设计思想仍可作为现代无线电新技术的理论基础。,而且，由于目前器件水平的限制，软件无线电技术还基本只能在通信系统的基带处理部分得到较好发挥，还必须采用与传统电路结合的方式进行系统研制。要超越器件水平的限制，进行深入的理论研究，提出新的解决方案和好的算法，也需要借助于一些经典的通信电路理论。数字通信中的很多电路功能也基本上用模拟电路实现。因此，,本门课程中仍以基本模拟通信电子电路为主要内容进行分析。,思考题与习题,1.,画出无线通信收发信机的原理框图,并说出各部分的功用。,2,无线通信为什么要用高频信号？“高频”信号指的是什么？,3,无线通信为什么要进行调制？如何进行调制？,4,无线电信号的频段或波段是如何划分的？各个频段的传播特性和应用情况如何？,