高频电子技术全套教程.ppt

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绪论,通信系统的基本组成,1.1.1,无线电发送与接收设备,1.1.2,调制和解调,1.1.3,无线电波段的划分与传播途径,1.1.4,1.1,通信与通信系统,通信定义：一般而言，通信是指由一地向另一地进行消息的传递。人类社会建立在信息交流的基础上，通信是推动人类社会文明、进步与发展的巨大动力。,意义：从远古时代到现代文明社会，人类社会的各种活动与通信密切相关，特别是当今世界已进入信息时代，通信已渗透到社会各个领域，成为现代文明的标志之一。,目的及形式：通信的目的是传递消息，消息具有不同的形式，例如：语言、文字、数据和图象等。通信中消息的传送是通过信号来进行的，如：烽火台的狼烟信号、红绿灯信号、电压和电流信号等。信号是消息的载体。,什么是电通信及其特点：在各种各样的通信方式中，利用“电信号”来承载消息的通信方式称为电通信，这种通信具有迅速、准确、可靠等特点，而且几乎不受时间、地点、空间和距离的限制，因而得到了飞速发展和广泛应用。,1.1 通信与通信系统,通信系统的定义：所谓通信系统，可以简单称为传输信息的系统，即实现信息传递所需的一切设备和传输媒质的总和。以点对点通信为例，通信系统的组成如图1-1所示。,图1-1 通信系统方框图,图中，信号源的作用是把待传输的原始消息转换成电信号，如话筒，将原始语,音信号（20Hz20kHz）转变成音频电信号。,发送设备是将电信号变换成适合在信道中传输的形式已调信号。变换方式,是多种多样的，在需要频谱搬移的场合，调制是常见的变换方式；对传输数字信号,来说，发送设备又常常包含信息源编码和信道编码等。,1.1.1 通信系统的基本组成,信道是指信号传输的通道，可以是电缆线、光导纤维，也可以是自由空间。图中的噪声源，是信道中的所有噪声以及分散在通信系统中其它各处噪声的集合。,在接收端，接收设备的功能与发送设备相反，即进行信号的解调、译码、解码等。它的任务是从带有干扰的接收信号中恢复出与发送端相对应的电信号；终端装置是将复原的电信号转换成相应的原始消息，如将音频信号还原成声音。,发送设备是将电信号变换成适合在信道中传输的形式已调信号。变换方式是多种多样的在需要频谱搬移的场合，调制是常见的变换方式；对传输数字信号来说，发送设备又常常包含信息源编码和信道编码等。,1.1.1 通信系统的基本组成,1无线电发送设备,1.1.2 无线电发送与接收设备,1.1.2 无线电发送与接收设备,高频振荡器,用来产生频率稳定、波长符合要求的高频正弦波。,高频放大器及倍频器,将振荡器产生的高频信号幅度放大并通过倍频将频率提高到载频（射频）,幅度调制器,将调制信号“装载”到载波的幅度上，使高频正弦波信号的幅度跟随调制信号的变化规律而变化。幅度调制的基本原理将在本书第4章详细介绍。,高频功率放大器,增大发射设备的作用距离，使接收机在覆盖范围内能有效地接收。,1.1.2 无线电发送与接收设备,2 无线电接收设备,1.1.2 无线电发送与接收设备,（1）高频放大器,高频放大器的主要任务有两个：一是从接收到的众多电台中选择出一个所需要的电台信号；二是对所选中的信号进行放大。也就是说，高频放大器是选频放大器，放大器的谐振频率调谐于该电台的载频上，选出这个电台的已调信号，并加以放大。,为降低整机的噪声，提高整机的灵敏度，高频管应尽量选用低噪声的放大管，高频放大器的选频功能应尽可能好，这类放大器的负载回路一般为LC谐振电路，常称这类放大器为小信号选频放大器。,1.1.2 无线电发送与接收设备,（2）本机振荡器,本机振荡器又称本振电路，它的功能是为混频器提供高频正弦波信号，以便与接收到的载波信号混频。本振电路常采用互感耦合振荡器或三点式振荡器。,（3）混频器,混频器是超外差接收机的重要组成部分。混频器的功能是将载波信号与本振信号进行非线性变换，使之变成中频的调幅信号输出。,1.1.2 无线电发送与接收设备,若输入混频器的载波信号频率用 表示，本振信号频率用 表示，而混频输出中频调幅波的频率用来 表示，则：,已调信号的载频 是随不同广播电台而异的。,例如，广播电台1的载频为1200kHz,而广播电台2的载频为837kHz。无论收音机收听1台节目还是2台节目，混频器输出的中频信号的频率是不变的，即中频465kHz。这是超外差接收机的主要特点。,1.1.2 无线电发送与接收设备,（4）中频放大器,中频放大器的功能是将混频器输出的中频信号进行放大，为检波器提供峰峰值约为1V的调幅波信号。由于混频器输出的中频信号通常为毫伏（mV）级甚至更小，故收音机中频放大器的电压增益一般需要6080dB以上，因此，中频放大器通常由多级调谐放大器组成。,中频放大器是超外差接收机的重要组成部分。接收机的主要技术指标，如灵敏度、信噪比、选择性和通频带等，在很大程度上取决于中频放大器的性能。,1.1.2 无线电发送与接收设备,（5）检波器,检波器的主要功能是将中频放大器输出的中频信号解调成音频信号，由此可见，接收设备中的检波器与发射设备中的幅度调制器功能刚好相反，即互为逆变换。6）低频放大器,低频放大器的功能是将检波器输出的音频信号进行功率放大，使之具有足够的功率以推动扬声器发声。,1.1.3 无线电波段的划分,频率从几十千赫至几万兆赫的电磁波都属于无线电波（指载波频率范围大约为10,4,10,10,H）。在如此宽广的频率范围内，无线电波虽然具有许多共同的特点，但是随着频率的升高，高频振荡的产生、放大和处理方法等都有所不同，特别是无线电波的传播特点不尽相同。为了便于分析和应用，习惯上将无线电的频率范围划分为若干个频段，也叫做波段。它可以按频率划分，也可以按波长划分。,1.1.3 无线电波段的划分,无线电波在空间传播的速度是每秒30万公里。电波在一个振荡周期T内的传播距离叫做波长，用符号 表示。波长 、频率f和电波传播速度 的关系可用(1-7)式表示：,式中,波长 的单位为米（m）,频率 f的单位为赫兹（Hz）,m/s为电磁波在自由空间中的传播速度。式(1-7)是电磁波的一个基本关系式。,1.1.4 无线电波的传播,当电磁波自波源（天线）发出后，要经过各种可能的途径到达接收天线，几种主要的传播途径如图所示，它们分别为空间波传播、地波传播和天波传播。,空间波传播又称视距传播，如图（a）。在可视距离以内由发射端直接传送到接收端的电磁波称为直射波，而通过地面或四周物体反射到达接收端的电磁波称为反射波。直射波和反射波统称为空间波。由于这种传播方式需要架设高度至少在一个波长以上的天线，这在长、中、短波波段内是困难的。,1.1.4 无线电波的传播,电视、微波中继通信、卫星通信及测速定位雷达的电波属于视距传播。空间波能够直射传播，从发射天线发出的电磁波沿直线传播到接收天线，如果接收天线放到卫星上，通信距离可以大大增加，微波中继通信就是通过卫星中继，转发信号来进行通信。,由于地球表面是一个曲面，如果天线太低，电波传播时会受到地面的阻挡，发射和接收天线愈高，能够进行通信的距离也愈远。理论计算和实验表明：当发射和接收天线各为50米时，视距传播的通信距离约为50公里。因此，只有在超短波波段才能采用空间波的传播方式。,1.1.4 无线电波的传播,（2）地波传播又称表面波传播，如图（b）即电磁波沿地球表面绕射的传播。电波沿地球表面传播时，将有一部分能量被消耗掉。波长越长，损耗越小。长波沿地面绕射传播的本领最强，,白天的中波广播就是靠地波传播。由于地面的电性能在较短时间内的变化不会很大，所以，地波传播比较稳定。晚上，电离层对中波的作用减小，这时中波可借天空波传播到较远,的地方，例如某些位于远处的电,台，白天听不到，晚间却听得很,清楚。,1.1.4 无线电波的传播,（3）无线电波利用电离层的反射和折射传播的电波称为天空波，又称天波，如图（c）。,当无线电波遇到电离层时，电磁波会被反射与折射，同时也有一部分被电离层吸收。电离层的电离程度越大，对电波的反射、折射和吸收作用就越强；此外，波长较长的无线电,波容易从电离层反射回到地面，,而波长较短的无线电波比较容易,穿过电离层E传播到电离层F，然,后返回地面。,1.1.4 无线电波的传播,长波在低电离层(如E层)中受到较强的反射作用。从地面天线辐射出去的长波，受到电离层的反射而折回地面，又将受到地面的反射折回电离层。这样多次反射与折射的结果，可以使长波传播到很远的地方。长波波段主要用于导航和播送标准时间信号，也用于长距离无线电报。短波从高电离层（如F层）反射回地面，又受到地面的反射，又射向天空，向前传播。因此，短波的传播距离可以很远，几乎可达到地球的每个角落。因此，它是国际无线电广播的主要手段。但短波天空波的传播受电离层的影响很大，而电离层的物理特性又是经常变化的，所以短波的传播很不稳定，通常在两点间进行短波通信时，接受信号往往会突然减弱，有时甚至无法接收。,1.2 本课程的特点及学习方法,本课程具有以下一些特点，学习时应掌握相应的正确方法。,（1）“高频电子技术”以“模拟电子技术”为其主要先修课程，所以读者一定要先牢固掌握“模拟电子技术”中的基本概念、原理、电路组成和坌析方法，才能进一步学好本课程。另外，“信号与系统”课程中的傅里叶频谱分析方法、线性系统的拉氏变换法等有关内容也是“高频电子技术”的理论分析基础。高频电子研究的对象主要是通信电路，通过对通信电路的分析，达到研究通信系统的目的。,1.2 本课程的特点及学习方法,（2）除了高频小信号放大电路和满足一定条件下的反馈控制电路可以看成是线性电路，采用线性电路的分析方法进行处理外，高频电子技术中的绝大多数功能电路则属于非线性电路。对非线性电路进行严格的数学分析需要建立和求解非线性微分方程，因而是非常困难的，有时甚至是不可能的。本书采用了一些工程上的近似分析和求解的方法，如折线法、幂级数法等。,（3）采用计算机辅助设计（CAD）的方法可以对各种功能电路进行近似仿真分析和设计，本书第9章是关于Multisim仿真与测试的练习。此外这方面其他的软件较多，如ADS（Advanced Design System）、PSpice等，读者可以参考有关资料。,1.2 本课程的特点及学习方法,（4）本课程是一门实践性很强的课程。各种功能电路的理论学习必须和相应的实验结全起来，才能真正领会和掌握，同时也不会感到抽象和枯燥。由于高频电子技术的工作频率较高，受元器件和引线分布参数及各种高频干扰影响较大，因此制作和调试电路时比较困难。,（5）在一个通信系统中，各种功能电路相互之间是有一定影响的，所以在分析单个电路的工作原理和性能时，不仅要考虑该电路本身，还要考虑其相邻电路对它的影响，弄清楚该电路在整个系统中的位置和作用。也就是说，要带着系统的观点来看待其中每一个单元电路，这样才能掌握整个系统的工作原理和性能。,1.2 本课程的特点及学习方法,6）随着大规模集成工艺和技术的发展，出现了越来越多的高频电子集成电路芯片。然而，在目前的高频系统中，尤其是在接收机的前端和发射机的后端，仍然存在由很多分立元器件组成的电路。另外，集成电路的分析和设计也是建立在分立元器件电路的基础之上的。所以，本书虽然介绍了集成电路为主导来各种功能电路的，但同时也介绍了一些相应的分立元器件电路。,本 章 小 结,1通信系统可以简单称为传输信息的系统，是实现信息传递所需的一切设备和传输媒质的总和，它包括信号源、调制器、信道、解调器和终端装置，数字通信系统和模拟通信系统相比，在发送端增加了加密器和编码器，在接收端增加了译码器和解密器。,2调幅发送设备包括载波产生电路、调制信号产生电路、幅度调制器和高频功率放大器，它的功能是将调制信号“加载”到载波的幅度上，使载波信号的幅度按调制信号的变化规律而变化。接收设备包括高频放大器、本机振荡器、混频器、中频放大器、检波器和低频放大器，它的主要功能是从高频调幅波中解调出原来的调制信号。,本 章 小 结,3根据无线电波的传播特点，将无线电的频率范围划分为若干频段，也叫做波段。当电磁波自波源发出后，要经过各种途径到达接收天线，几种主要的传播途径分别为空间波传播、地波传播和天波传播。,4本课程是一门实践性很强的课程，在学习中要加强实验和实习，通过实践性环节来加强对理论的认识。,思考题与习题,1 为什么无线电通信中要进行调制？什么叫调幅？,2 在无线电通信系统中，发送设备由哪几部分组成？,3 在无线电通信系统中，接收设备由哪几部分组成？,4 在发送设备中，调制器的作用是什么？,5 在接收设备中，检波器的作用是什么？,6 电视信号的频带宽度约有6兆赫，为什么不能直接从天线发射出去？为什么要把它调制到几十兆赫的高频上去呢？,7 北京电视台的载波频率是57.75兆赫，问它的波长是多少米？,8 电磁波的传播途径有哪几种？,谢谢大家!,第2章 高频电路基础,谐振回路,2.1,非线性电子线路的基本概念,2.2,频率变换和混频电路,2.3,第2章 高频电路基础,2.1.1 并联谐振回路的选频特性,1并联谐振回路阻抗频率特性,并联谐振回路如图2-1所示。图（a）中，,r,代表线圈,L,的等效损耗电阻，,R,P,为图（b）的等效电阻。由于电容器的损耗很小，略去其损耗电阻。,为电流源，为并联,回路两端输出电压。,由图2-1可知并联谐,振回路的等效阻抗为：,由图（a）可得 （2-1）,由图（b）可得,（2-2）,（2-3）,2.1.1 并联谐振回路的选频特性,在实际电路中，通常 r很小，满足r ，因此，式（2-1）可近似为,（2-4）,当 时，回路产生谐振，由式（2-4）可知并联谐振回路在谐振时其等效阻抗为纯电阻且为最大，可用符号 表示，即 （2-5）,并联谐振回路的谐振频率,或 （2-6）,2.1.1 并联谐振回路的选频特性,在 LC谐振回路中，为了评价谐振回路损耗的大小，常引入品质因数 Q，它定义为回路谐振时的感抗（或容抗）与回路等效损耗电阻r 之比，即,（2-7）,式（2-4）代入式（2-7），则得 （2-8）,一般LC谐振回路的Q值在几十到几百范围内，Q值愈大，回路的损耗愈小，其选频特性就愈好。将式（2-8）代入式（2-5）可得,（2-9）,2.1.1 并联谐振回路的选频特性,将式（2-5）、式（2-6）和式（2-7）代入式（2-4），则得并联谐振回路阻抗频率特性为,（2-10）,通常，谐振回路主要研究谐振频率 附近的频率特性。由于 十分接近于 ，故可近似认为 2，,2,，并令 ，则式（2-10）可写成,（2-11）,2.1.1 并联谐振回路的选频特性,其幅频特性和相频特性分别为,（2-12）,（2-13）,2.1.1 并联谐振回路的选频特性,根据式（2-12）和式（2-13）可作出并联谐振回路阻抗幅频特性和相频特性曲线，如图2-2（a）、（b）所示。,图2-2,并联谐振回路阻抗频率特性曲线,（a）幅频特性曲线 （b）相频特性曲线,2.1.1 并联谐振回路的选频特性,2,并联谐振回路的通频带和选择性,（1）电压谐振曲线,上面已求得并联谐振回路的阻抗频率特性。当维持信号源 的幅值不变时，改变其频率，并联回路两端电压 的变化规律与回路阻抗频率特性相似。,由图2-1可知，并联回路两端输出电压 等于,（2-14）,将式（2-11）代入式（2-14），则得,（2-15）,用 对式（2-15）两边相除并取模数，即得并联谐振回路输出电压幅频特性（归一化谐振函数）为,（2-16）,输出电压相频特性为 （2-17）,根据式（2-16）和式（2-17）可以给出并联谐振回路以失调量 表示的幅频特性和相频特性曲线，如图2-3（a）、（b）所示。由图可见,Q值越大，幅频特性曲线越尖锐，相移特性曲线越陡峭。,2并联谐振回路的通频带和选择性,图2-3 并联谐振回路幅频特性和相频特性曲线,（a）幅频特性 （b）相频特性,（2）通频带 当占有一定频带的信号在并联回路中传输时，由于幅频特性曲线的不均匀性，输出电压便不可避免地产生频率失真。为了限制谐振回路频率失真的大小而规定了谐振回路的通频带,。,图2-4 并联谐振回路的通频带和选择性,2并联谐振回路的通频带和选择性,（3）选择性,选择性是指回路从含有各种不问频率信号总和中选出有用信号、排除干扰信号的能力。由于谐振回路具有谐振特性，所以它具有选择有用信号的能力。回路的谐振曲线越尖锐，对无用信号的抑制作用越强，选择性就越好。,2并联谐振回路的通频带和选择性,2.1.2,串联谐振回路的选频特性,图2-5是LC 串联谐振回路的基本形式，其中 是电感 的损耗电阻。由图可知并联谐振回路的等效阻抗为,图2-5,LC串联谐振回路,2.1.3,阻抗变换电路,1信号源及负载对谐振回路的影响,图2-7（a）所示为实用的并联谐振回路,图中 为信号源内阻，为负载电阻。由图2-7（a）可写出、串联电路的导纳为,（a）电路 （b）等效电路 （c）简化电路,图 2-7 实用并联谐振回路,当r 时，,所以，上式可近似为,（2-27）,可见，式（2-27）可以看成一个电阻与电感L的并联电路。由于谐振回路通常研究在谐振频率附近的特性，所以式（2-27）中的 近似等于,（2-28）,2.1.3 阻抗变换电路,由此可见，将并联谐振回路中电感与电阻串联电路变换成电感与电阻并联电路时，在 r,1时，普通调幅信号波形图,4.2.1 普通调幅（AM）,将式（4-6）利用三角函数公式展开得4-10）,由上式可见，普通调幅信号 的频谱包括三种频率分量：（载波）、（上边频）、（下边频）,4.2.1 普通调幅（AM）,图4-7 一般调制信号的频谱图,c,max,c,min,c,+,min,c,+,max,min,max,BW,基带频谱,上边带,下边带,4.2.1 普通调幅（AM）,从频谱图可以看出，原调制信号频带宽度为 ，普通调幅信号将调制信号频谱搬移到载波的上下两边了，频带宽度,4.2.1 普通调幅（AM）,3.普通调幅信号的功率关系,由式（4-10）可求得载波和上下边频在单位电阻上的平均功率,载波功率,（4-11）,边频功率,（4-12）,调制信号在一个周期内的平均功率,4.2.1 普通调幅（AM）,（4-13）,当 1时，包含有用信息的上下边频功率只占总功率的1/3,不含有用信息的载波功率占总功率的2/3。实际应用中调幅系数是小于1的。因此，AM调制能量利用率是很低的。目前AM制式主要应用于中、短波无线电广播系统中，因为普通AM制式的解调电路简单。,4.2.2双边带调幅信号（DSB）,双边带调幅信号数学表达式为,（4-14）,即,（4-15）,4.2.2双边带调幅信号（DSB）,双边带调制实质为一乘法器，其电路模型如图,图4-8 DSB信号产生电路模型,u,DSB,(t),u,c,(t),u,(t),4.2.2双边带调幅信号（DSB）,4.2.2双边带调幅信号（DSB）,从上面频谱图可以得知，双边带调制信号的频谱宽度为,(4-16）,双边带调幅同普通调幅比较有以下特点:,4.2.2双边带调幅信号（DSB）,1.从波形图上看，DSB调幅信号包络线不按调制信号规律变化，而AM调幅信号的包络线按调制信号规律变化,2.从高频相位上看，DSB波高频相位在调制信号过零点前后，相位发生的突变。,3.从频谱图上看，DSB调幅信号不含载波分量，发射机有效功率利用率高，而AM调幅信号含有载波分量。发射机有效功率利用率低。,4.从频域上看，DSB调幅信号和AM调幅信号带宽相同，均为 ，所以，信道的利用率仍然是不经济的。,4.2.3单边带调幅信号（SSB）,由式（4-15）可得SSB调幅信号数学表达式为,取上边带时,(4-17）,取下边带时,(4-18）,4.2.3单边带调幅信号（SSB）,从式(4-17)和式(4-18）看，单频调制时，SSB信号是等幅波。,其幅值与调制信号的幅值成正比，它的频率随调制信号变化而变化。因此它含有信息特征。如图4-10所示为SSB调幅信号的波形图和频谱图。,4.2.3单边带调幅信号（SSB）,.图4-10 SSB调幅信号的波形图和频谱图,4.2.3单边带调幅信号（SSB）,单边带调幅的带宽为,(4-19）,单边带调幅电路有两种实现方法,滤波法,移相法,4.2.4 残留边带调幅信号（VSB）,单边带调幅方式有其优点，但也存在接收机解调电路复杂、调谐困难等缺点。为克服这些困难，提出了残留边带调幅方式。,所谓残留边带调幅（VSB）是指发送信号中包括一个完整边带、载波及另一个边带的小部分(即残留一小部分)。,（a）,（b）,（c,）,4.2.5 幅度调制电路识读,图4-18MC1596构成的普通调幅电路,4.3角度调制原理与特性,4.3.1 概述,角度调制是用调制信号控制载波信号的频率或相位来实现调制的,角度调制是用调制信号控制载波信号的频率或相位来实现调制的,角度调制信号与幅度调制信号相比，要占据更多的频带宽度,4.3.2 调频信号分析,设载波信号表达式为,（4-22),为载波的振幅,为载波的瞬时相位,为其角频率，是一常数,4.3.2 调频信号分析,为载波的初相位，为简化分析，常令 0。,设单音频调制信号为,(4-23),根据调频的定义，载波信号的瞬时频率随调制信号 线性变化，可写出,(4-24),4.3.2 调频信号分析,为与调频电路有关的比例常数，单位是rads.v,又称为调频灵敏度,表示瞬时频率的线性变化部分，称为瞬时频偏，简称角频偏。用 表示其最大值，则,(4-25),4.3.2 调频信号分析,表示瞬时角频率偏离中心频率的 最大值。习惯上把最大频偏 称为频偏。,根据瞬时相位与瞬时角频率的关系可知，对式(4-24)积分可得调频波的瞬时相位,(4-26),(4-27),表示调频波瞬时相位与载波信号相位的偏移量简称相移,4.3.2 调频信号分析,调频波的数学表达式为,(4-28),以上分析表明，在调频时，瞬时角频率的变化与调制信号成线性关系，瞬时相位的变化与调制信号积分成线性关系。,设调制信号为单音频,(4-29),4.3.2 调频信号分析,将上式分别代入式(4-24)、（4-26）、(4-28)得,瞬时角频率,(4-30),瞬时相位,(4-31),调频信号数学表达式,4.3.2 调频信号分析,(4-32),为调频波的最大相移，又称调频指数。值可大于1,给出了调制信号、瞬时频偏、瞬时相偏、对应的波形图,4.3.2 调频信号分析,图4-19调频信号的波形图,4.3.3 调相信号分析,根据调相波定义，载波信号的瞬时相位随调制信号 线性变化，即,(4-33),式中，为与调相电路有关的比例常数，单位是radv。令 ，则表示瞬时相位中与调制信号成线性变化的部分，称为瞬时相位的相位偏移量，简称相移。用 表示最大相移，则,4.3.3 调相信号分析,(4-34),称 为调相波的调相指数,根据瞬时频率和瞬时相位之间的关系可知，对式(4-33)两边求导，可得调相波的瞬时频率,(4-35),调相波数学表达式为,4.3.3 调相信号分析,(4-36),将单音频调制信号分别代入式(4-33)、(4-35)、(4-36)得调相波,4.3.3 调相信号分析,相移,(4-37),角频偏,(4-38),数学表达式,(439),4.3.4 调角信号频谱及频带宽度,以调频信号的数学表达式说明调角信号的频谱结构特点,（4-40）,将上式展开为傅立叶级数，省略级数展开时所涉及的数学推导，可得到调频波的展开式：,（4-41）,4.3.4 调角信号频谱及频带宽度,所谓窄带调频是指最大频偏小于基带频率,所谓宽带调频是指最大频偏大于基带频率,基于调频波频谱结构的特点，调角信号的有效频谱宽度，可由卡森（Carson）公式给出：,调频波 （4-41）,调相波 （4-42）,4.3.5调频信号的产生方法,1.直接调频法,图4-23变容二极管符号和特性曲线,0,图4-24 变容二极管直接调频原理图,4.3.5调频信号的产生方法,2.间接调频法,图4-25 间接调频法原理框图,4.3.6 调频电路识读,产生调频信号的电路叫频率调制器，简称调频器,1.调频电路的质量指标,（1）调制特性,（2）调制灵敏度,（3）中心频率稳定度,（4）频偏,4.3.6 调频电路识读,2.变容二极管直接调频电路,（1）变容二极管馈电电路,图4-26 变容二极管馈电电路,4.3.6 调频电路识读,图4-27 变容二极管馈电等效电路,（a）直流馈电等效电流 (b)调制信号馈电等效电路,4.3.6 调频电路识读,（2）变容二极管直接调频电路,输出,调制信号,偏置电压,图4-28变容二极管直接调频电路,4.3.6 调频电路识读,输出,调制信号,偏置电压,图4-28变容二极管直接调频电路,4.3.6 调频电路识读,（3）晶体振荡器直接调频电路,4.3.6 调频电路识读,4.3.6 调频电路识读,（4）变容二极管间接调频,图4-32变容二极管间接调频电路,调制信号输入,调相波,输出,载波信号,输入,9V,（a,）,（b,4.4 数字信号调制原理与特性,4.4.1 概述,4.4.2 数字基带信号表示方法,表示数字基带信号常用两种方法：,一种是波形图法,另一种是数学表达式法,由于数字基带信号可以是二进制数，也可以是多进制数，不同进制所对应的信号波形是不相同的。,这里仅以二进制数为例，说明如何用波形法表示数字基带信号。,4.4.2 数字基带信号表示方法,单极性波形和双极性波形,图4-33(a)所示的是用单极性波来表示二进制数，其特征是宽度为,T,b,的码位有两种状态，即低电平和高电平，高电平用平数字“1”表示，低电平用数字“0”表示；而且电压脉冲都是正的，这种二进制数的脉冲属单极性波。,4.4.2 数字基带信号表示方法,图4-33 二元信号波形,1 0 1 1 0 1,u,x,(t),0,t,T,b,(a),(b,),u,x1,(t),t,0,4.4.2 数字基带信号表示方法,图4-33(b)用正电平表示“1”，而负电平表示“0”，这种用正负两种脉冲表示二进制数的方法，称为双极性波。,4.4.2 数字基带信号表示方法,以基带信号为单极性波时进行说明。,定义函数,式中,T,b,为脉冲宽度，上式表明只有自变量,t,在,0tT,b,范围内时，,g(t),才等于1，除此之外都等于零，可见,g(t),描述的是一个1,T,b,之间的脉冲,1,0,t,时，三极管才导通，基极和集电极才有电流通过。,图5-2（a）、(b)所示为晶体管集电极电流和集电极电压波形图。,0 180,晶体管工作状态可分为,5.2.2 丙类谐振功放的工作原理,180，为甲类工作状态,90，为乙类工作状态,10 。,（2）采用选择性好的带通滤波器,图5-32 高选择性带通滤波网络,5.6 天线,5.6.1 天线的作用与分类,发射天线的任务是将发射机输出的高频电流能量转换成电磁波辐射出去；接收天线是发射天线作用的逆过程。,用是将空间电波信号转换成高频电流能量送给接收机。同一天线可用作发射和接收，其性能是相同的,5.6.1 天线的作用与分类,天线主要特性指标有输入阻抗、方向性、增益和效率。,无线电通信系统的多样性使得天线种类多种多样,按用途不同:,通信天线,广播和电视天线,雷达天线,导航和测向天线,5.6.1 天线的作用与分类,按工作波长不同:,长波天线,中波天线,短波天线,超短波天线,微波天线,5.6.1 天线的作用与分类,通常将天线按其结构分成两大类：,一类是由导线或金属棒构成的线天线,另一类是由金属面或介质面构成的面天线,5.6.2常用天线介绍,1、中长波通信天线,绝缘底座,图5-33 中波单塔天线,拉线,单塔天线,拉线绝缘子,5.6.2常用天线介绍,2短波通信天线,图5-34 水平对称振子天线,5.6.2常用天线介绍,笼形振子短波天线,图5-35 笼形振子结构图,图,5-36,旋转蝙蝠,天线结构,5.6.2常用天线介绍,3电视及调频广播天线,图,5-37,引向天线,图,5-38,羊角拉杆、环形天线,本章小结,1.高频谐振功率放大电路可以工作在甲类、乙类或丙类状态。丙类谐振功放的输出功率虽不及甲类和乙类，但高效率高，因此，高频谐振功率放大通常选用丙类工作状态。但同样可以对丙类谐振功放采取措施，以获得较大的输出功率。,2.丙类谐振功放效率高的原因在于晶体管导通时间短，集电极功耗小。导通角越小，则输出功率越小，所以选择合适的导通角，是丙类谐振功放在兼顾效率和功率两个指标时的一个重要考虑。,本章小结,3.丙类谐振功放的工作状态和性能分析，常采用折线分析法。利用此分析法，可得到谐振功放的负载特性、放大特性、调制特性等，这些特性是理论设计和工程应用的重要依据。,4.丙类谐振功放的直流馈电是保证其正常工作的必要条件。对基极和集电极都有串馈和并馈两种方式，基极常采用自给负偏压的方式。,5.谐振够功放属于窄带功放宽带功放采用非谐振方式，工作在甲类状态。采用具有宽频带特性的传输线变压器进行阻抗匹配，并利用功率合成技术可增大输出功率。,本章小结,6.倍频电路应用广泛，倍频电路是一种线性频率变换电路。,7天线是发射机终端和接收机前端的重要器件。简要介绍了常用天线。,第6章 小信号选频放大器,6.1 小信号谐振放大器,6.2 集中选频放大器,6.3 噪声与灵敏度,6.1 小信号谐振放大器,6.1.1,晶体管高频Y参数等效电路,6.1.2,单调谐回路谐振放大器,6.1.3,多级单谐振回路谐振放大器,6.1.1,晶体管高频Y参数等效电路,单调谐回路放大器是分析高频小信号调谐放大器的基础。作为放大器核心部件的晶体管，因工作频率很高，且工作在窄带，因此，可用高频Y参数等效电路来分析。,分析高频小信号调谐放大器的性能时，一般常用高频Y参数等效电路来代替晶体管进行电路分析。,Y参数具有导纳量纲，是导纳参数。因为高频放大器的调谐回路及下一级负载大都与晶体管并联，因此用Y参数计算比较方便。把晶体管视为二端口网络，如图6-1所示，列出二端口网络的Y参数方程如下：,I,i,=Y,ie,U,i,+Y,re,U,o,I,o,=Y,ie,U,i,+Y,re,U,o,.,.,.,.,.,.,（6-1）,6.1.1,晶体管高频Y参数等效电路,图6-1 共射晶体管等效为二端口网络,6.1.1,晶体管高频Y参数等效电路,式中4个Y参数的下标表示共射连接。两个端口的变量用,I,b,，,U,b,，,I,c,和,U,c,得到的Y参数方程为：,.,.,.,.,I,b,=Y,ie,U,b,+Y,re,U,c,I,c,=Y,fe,U,b,+Y,re,U,c,.,.,.,.,.,.,（6-2）,式中 定义为放大器输出端短路时的输入导纳。它反映了放大器输入电压对输入电流的控制作用，其倒数就是放大器的输入阻抗。,I,b,Y,ie,=,U,b,U,c,=0,.,.,.,6.1.1,晶体管高频Y参数等效电路,定义为放大器输出端短路时的正向传输导纳。它反映了放大器输入电压对输出电流的控制作用，即电路的放大作用越大，放大能力越强。,fe,又称为晶体管的跨导，通常用,g,m,表示。,I,b,Y,ie,=,U,b,U,c,=0,.,.,.,6.1.1,晶体管高频Y参数等效电路,定义为放大器输入端短路时的反向传输导纳。它反映了放大器输出电压对输入电流的影响，即放大器内部的反向传输作用或放大器内部反馈作用。,I,c,越大，内部反馈越强。它的存在给放大器工作带来很大危害，应尽可能减小以削弱其影响。,I,b,Y,ie,=,U,b,U,b,=0,.,.,.,6.1.1,晶体管高频Y参数等效电路,定义为放大器输入端短路时的输出导纳。它反映了放大器输出电压对输出电流的影响，其倒数就是放大器的输出阻抗。,.,I,c,Y,oe,=,U,c,U,b,=0,.,.,6.1.1,晶体管高频Y参数等效电路,根据,Y,参数的定义，可以实际测量放大器的,Y,参数。晶体管手册一般都给出了高频三极管在一定测试条件下的Y参数。,由,Y,参数方程可画出其等效电路如图,6-2,所示。,6.1.2单调谐回路谐振放大器,1工作原理,图6-3（a）所示为常用的晶体管单谐振回路谐振放大器电路，简称为单调谐放大器。,图6-3,单调谐放大器,（a）电路 （b）交流通路,图,6-2,单调谐放大电路小信号电路模型,（a）小信号电路模型 （b）变换后的电路模型,6.1.2单调谐回路谐振放大器,当 并联谐振回路调谐在输入信号频率上，回路产生谐振时，放大器输出电压最大，故电压增益也为最大，用 表示，称为谐振电压增益。由图6-4（b）可得（6-4）,当输入信号频率不等于谐振回路谐振频率 时，回路失谐，输出电压下降，故电压增益下手.由于在谐振频率 附近很窄的频率范围内,6.1.2单调谐回路谐振放大器,晶体管的放大特性随频率变化不大，因此，单调谐放大器的增益频率特性决定于 并联谐振回路的频率特性，因此，由式（2-16）可得到放大器的增益频率特性为,（6-5),式中，为LC并联谐振回路考虑到负载及晶体管参数影响后的有载品质因数，为回路的绝对失调量。,6.1.2单调谐回路谐振放大器,根据式（6-5）作出单调谐放大器的增益频率特性曲线，如图6-5所示。,图6-5 单调谐放大器增益频率特性曲线,6.1.2单调谐回路谐振放大器,2单调谐放大器稳定性的提高,为了提高放大器的稳定性，通常从两个方面着手。,一,是从晶体管本身想办法减小其反向传输导纳 值。的大小主要取决于结电容 ,所以制作晶体管时应尽量使 其 减小，使反馈容抗增大，反馈作用减弱。,二,是从电路上设法消除晶体管的反向作用，使它单向化。,6.1.2单调谐回路谐振放大器,具体方法有中和法与失配法。,（1）中和法是在晶体管的输出端与输入端之间引入一个附加的外部反馈电路（中和电路），以抵消晶体管内部参数 的反馈作用。由于 的实部（反馈电导）通常很小，可以忽略，因此常常只用一个电容 来抵消 的虚部（反馈电容）的影响，就可达到中和的目的。,6.1.2单调谐回路谐振放大器,（2）失配法是为了减小内反馈的影响，提高谐振放大器工作稳定性的另一种方法。常采用共射一共基两管组合电路构成谐振放大器，其交流通路如图6-7所示。,(V 接成共射组态，V 接成共基组态,.),图6-7 共射共,基组合电路谐振放大器,6.1.2单调谐回路谐振放大器,3集成谐振放大器电路识读,MC1590是适用于小信号谐振放大器的典型器件，其输入由共射一共基电路构成差分电路，输出级由复合管差分电路构成，故内反馈很小，具有工作频率高、不易白激等优点,。,图6-8 集成电,路谐振放大器,6.1.3 多级单谐振回路谐振放大器,1同步调谐放大器,由于多级放大器的电压放大倍数等于各,级放大倍数的乘积，所以级数越多，谐,振增益越大，幅频,特性曲线越尖锐，,矩形系数越减小，,即选择性越好，,但通频带则越窄。