绪论高频电子电路课件.ppt

1、1、这是工程认证基于产出的教学理念的要求。这是工程认证基于产出的教学理念的要求。2、课程内容多、理解难度大，需要同学们、课程内容多、理解难度大，需要同学们更加的积极主动，投入更多的精力。更加的积极主动，投入更多的精力。3、活跃我们的课堂、丰富大家的校园生活。、活跃我们的课堂、丰富大家的校园生活。4、最终作为平时成绩的重要组成部分。、最终作为平时成绩的重要组成部分。5、亲身体会。、亲身体会。1、三人一组。三人一组。2、三人分工合作完成、三人分工合作完成PPT制作（附三人合影）制作（附三人合影）、课堂讲解、视频录制和后期编辑。（自主制、课堂讲解、视频录制和后期编辑。（自主制作课件、采用英文课件或者

2、英文讲解可获加分。）作课件、采用英文课件或者英文讲解可获加分。）3、要求每次完整讲解一个知识点、时间十至二十、要求每次完整讲解一个知识点、时间十至二十分钟、回答其它同学提问。分钟、回答其它同学提问。4、此部分占平时成绩的、此部分占平时成绩的50%，即，即10分。分。11.1 通信电子线路概述通信电子线路概述1.3 通信系统简介通信系统简介1.2 传输信号的基本方法传输信号的基本方法1.4 无线电发射机和接收机框图无线电发射机和接收机框图1.5 信号及其频谱信号及其频谱1.6 本课程的特点本课程的特点1 绪论1.7 数字通信系统数字通信系统1.8 现代通信系统现代通信系统课程内容及要求课程内容及

3、要求:1、介绍信息传输和处理的基本电路介绍信息传输和处理的基本电路,基本基本 原理和基本分析方法。原理和基本分析方法。2、要求掌握高频发射机、接收机的组成，要求掌握高频发射机、接收机的组成，工作原理和电路设计。工作原理和电路设计。3、介绍和分析了选频网络、高频小信号放大介绍和分析了选频网络、高频小信号放大 器、高频功率放大器、正弦波振荡器、器、高频功率放大器、正弦波振荡器、调制、解调、干扰与噪声等调制、解调、干扰与噪声等1.1 通信电子线路概述1、语言与文字语言与文字（最基本的传输手段）（最基本的传输手段）2、光通信光通信（远距离通信，迅速准确）（远距离通信，迅速准确）3、电通信电通信（无线通

4、信、有线通信）（无线通信、有线通信）1.2 传输信号的基本方法1、通信系统原理框图、通信系统原理框图2、信号源信号源3、发送设备发送设备4、传输信道传输信道5、接收设备接收设备6、收信装置收信装置1.3 通信系统简介信号源信号源接收设备接收设备发送设备发送设备传输信道传输信道收信装置收信装置1.3 通信系统简介 在实际的通信电子线路中传输的是各种在实际的通信电子线路中传输的是各种电信号电信号,为此就需要将各种形式的信息转变为此就需要将各种形式的信息转变成电信号。成电信号。常见的信号源有：常见的信号源有：话筒话筒摄象机摄象机各种传感器件各种传感器件1.3.1 信号源发送设备的作用：发送设备的作用

5、：将基带信号变换成适合信道的传输特性将基带信号变换成适合信道的传输特性的信号。的信号。对基带信号进行变换的原因：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。不适合信道的直接传输。1.3.2 发送设备 传输信道又称传输媒质，是传输信道的媒传输信道又称传输媒质，是传输信道的媒质。不同的传输信道有不同的传输特性。质。不同的传输信道有不同的传输特性。如：电缆、光缆、无线电波如：电缆、光缆、无线电波传输信道简介：传输信道简介：有线通信信道有线通信信道1.3.3

6、传输信道无线通信信道无线通信信道1、双绞线、双绞线适用于短距离（小于适用于短距离（小于100m）、）、1Mb/s数据率数据率的通信环境。的通信环境。2、同轴电缆、同轴电缆适用于距离在几百米、带宽小于适用于距离在几百米、带宽小于10Mhz、码、码流率小于流率小于20Mbps的通信环境的通信环境。有线通信信道3、光纤电缆、光纤电缆特点：衰减小（小于特点：衰减小（小于1db/km）、工作频率）、工作频率 高、信息容量大高、信息容量大有线通信信道 无线通信以自由空间为传输媒质：地波与天波无线通信以自由空间为传输媒质：地波与天波一、地波（分为地面波和空间波）一、地波（分为地面波和空间波）1、地面波、地面

7、波（长波（长波1.5M以下）是沿地面传播的无线电波频率越以下）是沿地面传播的无线电波频率越高损耗越大，又叫表面波。高损耗越大，又叫表面波。2、空间波、空间波（超短波（超短波30M以上）以上）是在发射天线与接收天线间直是在发射天线与接收天线间直线传播的无线电波线传播的无线电波,又叫直射波又叫直射波。发射天线和接收天线较高。发射天线和接收天线较高。微微波接力波接力通信是利用空间波传输的一种通信。由于微波的频率极通信是利用空间波传输的一种通信。由于微波的频率极高，频带很宽，能够传送大量的信息，微波通信已被广泛应用。高，频带很宽，能够传送大量的信息，微波通信已被广泛应用。为了加大传输距离，在传送途中，

8、每隔一定距离都要建一个接为了加大传输距离，在传送途中，每隔一定距离都要建一个接力站，象接力赛跑一样，把信息传到远处。力站，象接力赛跑一样，把信息传到远处。无线通信信道二、天波 （中、短波段300Khz30Mhz）经过地面100km至500km的电离层反射或折射反射或折射传送到接收点的电磁波。电离层能反射电波，也能吸收也能吸收电波。对频率很频率很高的电波吸收的很少（所以频率不能太低）高的电波吸收的很少（所以频率不能太低）。短波（即高频即高频）是利用电离层反射传播的最佳波段，它可以借助电离层这面“镜子”反射传播；被电离层反射到地面后，地面又把它反射到电离层，然后再被电离层 反射到地面，经过几次反射

9、，可以传播很远。频率越高，吸收能量越小，但频率过高电波会穿透电过高电波会穿透电离层离层（所以频率不能太高）（所以频率不能太高）。故频率只限于中、短波段300Khz30Mhz。无线通信信道无线电波段的划分无线电波段的划分波段名称 波长范围 频率范围 频段名称 超长波超长波 10,000-100,000m 303kHz 甚低频甚低频VLF 长长 波波 1,00010,000m 30030kHz 低频低频LF 中中 波波 2001,000m 1500300kHz 中频中频MF 中短波中短波 50200m 6,0001,500kHz 中高频中高频IF 短短 波波 1050m 306MHz 高频高频HF

10、 米米 波波 110cm 30030MHz 甚高频甚高频VHF 分米波分米波 10100cm 3,000300MHz 特高频特高频UHF 历米波历米波(微波微波)110cm 303GHz 超高频超高频SHF 毫米波毫米波 110mm 30030GHz 极高频极高频EHF 亚毫米波亚毫米波1mm以下以下 300GHz以上以上 超极高频超极高频接收设备的作用：接收设备的作用：接收传送过来的信号，并进行处理，以恢复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发送端的基带信号。对接收设备的要求：对接收设备的要求：由于信号在传输和恢复的过程中存在着干扰由于信号在传输和恢复的过程中存在着干扰和失

11、真，接收设备要尽量减少这种失真。和失真，接收设备要尽量减少这种失真。1.3.4 接收设备收信装置收信装置 接收设备输出的电信号变换成接收设备输出的电信号变换成 原来形式的信号的装置原来形式的信号的装置。如：还原声音的喇叭还原声音的喇叭恢复图象的显象管恢复图象的显象管1.3.5 收信装置消息信号源放大器调制器高频振荡器谐振放大器或倍频器已调波放大器发射天线接收天线高频放大器本地振荡器混频器中频放大器解调器放大器视频显示器扬声器等等1.4 无线电发射机和接收机选择电路无线电如何将声音传送到远方？将首先把声音变成电信号，然后把这将首先把声音变成电信号，然后把这种低频电信号装载到高频电振荡上种低频电信

12、号装载到高频电振荡上(即即调制调制)，通过与高频电振荡波长相当的，通过与高频电振荡波长相当的天线把信号有效的辐射出去。天线把信号有效的辐射出去。为什么要调制？为什么要调制？从切实可行的天线出发从切实可行的天线出发 区别不同的音频信号区别不同的音频信号无线电发射机音 频 放 大高 频 振 荡倍 频高 频 放 大调 制缓 冲传 输 线话 筒声 音（直 流 电 源 未 画）无线电发射机 将音频信号将音频信号“装载装载”到高频振荡中的方法到高频振荡中的方法有好几种，如有好几种，如调频、调频、调幅、调相等调幅、调相等。电视。电视中图象是调幅（中图象是调幅（调幅调幅方式比调频方式占用的方式比调频方式占用的

13、带宽要小得多带宽要小得多），伴音，伴音是调频。广播电台中是调频。广播电台中常用的方法是调幅与常用的方法是调幅与调频。调频。载波信号(a)v0 t v 音频信号(b)vc t 已调幅信号(c)最简单的接收机 检 波 选 择 性 电 路 1M H z 870kH z 640kH z 无线电超外差式接收机 高频放大 fs fs 本地振荡 fo 混频 fofs=fi fi 低频放大 检波 中频放大 F F 常用的信号表示方法常用的信号表示方法1、数学表达式法、数学表达式法如：如：tsinAu阶越函数阶越函数)t(Au正弦波正弦波1.5 信号及其频谱 A2、波形表达方式、波形表达方式例如例如：1.5 信

14、号及其频谱tsinAut3、频域表示法、频域表示法 根据傅立叶变换的基本原理，任何一个函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成一个函数，这就为我们研究信号提供了一新的方法。通过研究信号的频谱我们可以突新的方法。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，信号的能量分布变化规律，信号的能量分布1.5 信号及其频谱信号及其频谱 由于任何复杂的信号，都可分解为许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，

15、因此，所多不同频率的正弦信号之和，因此，所谓谓“频谱频谱”即是指组成信号的各正弦分即是指组成信号的各正弦分量按频率分布的情况量按频率分布的情况。为了更直观地了。为了更直观地了解信号的频率组成和特点，我们通常采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。用频率用作图的方法来表示频谱。用频率f作横作横座标，用信号的各正弦分量的相对振幅座标，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。作纵座标，通常称之为频谱图。1.5 信号及其频谱如：下面所示的一般语音信号的频谱示意图如：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，其主要可以看到语音信号的频谱是连续的

16、，其主要能量集中在能量集中在1000Hz左右。左右。电压f/Hz30034001.5 信号及其频谱一般数字信号的频谱图如下：一般数字信号的频谱图如下：可见，数字信号的频谱是不连续的。可见，数字信号的频谱是不连续的。振幅f脉冲信号的分解 i t 一 次 谐 波i1 I0(a)i t 三 次 谐 波i1(b)i t 七 次 谐 波i7 i t 五 次 谐 波i1(c)(d)脉冲信号的频谱 f1表示脉冲重复频率，表示脉冲重复频率，也就是基波频率。也就是基波频率。f3、f5、f7分别表示三、分别表示三、五、七次谐波，在五、七次谐波，在f轴的轴的0点，表示直流点，表示直流分量，这条谱线的长分量，这条谱线

17、的长度表示脉冲直流分量度表示脉冲直流分量（即平衡值）的大小。（即平衡值）的大小。高次谐波的谱线可以高次谐波的谱线可以分布到很高的频率，分布到很高的频率，但其幅度已相当小。但其幅度已相当小。i f f9 0 f7 f5 f3 f1 1.6 本课程的特点1、电子信息与通信专业学生必须掌握的一们专 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。1.64、课程要求：（1）通过学习掌握实际单元电路的分析方法。包括放大、振荡、调谐、调制、变频电 路。（2）整机电路的分析和计算。（3）根据给出的指标

18、完成部分电路的设计。本课程的特点1.7 数字通信系统 传输数字信号的通信系统称为数字通信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：系统，其原理框图如下图所示：信源编码信道编码信道接收机输入模拟信号发射机信道解码信源解码输出模拟信号数字1.7 数字通信系统 模拟信号模拟信号ADAD后经信源编码后经信源编码 压缩信源输出的信息率 和信道编码和信道编码 保证通信系统的传输可靠性 变成数字基带信号，发射机将基带信号调制到变成数字基带信号，发射机将基带信号调制到高频载波上经信道传输到接收端，接收机还原高频载波上经信道传输到接收端，接收机还原出数字基带信号，经信道解码和信源解码再经出数

19、字基带信号，经信道解码和信源解码再经过过DADA还原出模拟基带信号。用数字基带信号对还原出模拟基带信号。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，数字调制通常分带信号控制载波的参数不同，数字调制通常分为与为与振幅键控调制，频率键控和相位键控振幅键控调制，频率键控和相位键控三种三种基本方式。基本方式。1.7 数字通信系统振幅键控：（振幅键控：（Amplitude-Amplitude-shiftshift keying keying）(ASK)(ASK)载波振幅受基带控制载波振幅受基带控制相位键控：（相位键控：（pha

20、se-shift keyingphase-shift keying）(PSK)(PSK)载波相位受基带信号控制，当基带信号载波相位受基带信号控制，当基带信号p p(t t)=1=1时，载波起始相位为时，载波起始相位为0 0，当，当p p(t t)=0)=0时载时载波起始相位为波起始相位为 1.7 数字通信系统 频率键控：频率键控：（Frequency-shift Frequency-shift keyingkeying）(FSK)(FSK)载波频率受基带信号控载波频率受基带信号控制，当制，当p p(t t)=1)=1时，载时，载波频率为波频率为f f1 1；当；当p p(t t)=)=1 1时

21、，载波频率为时，载波频率为f f2 2，其波形如右图所示：其波形如右图所示：t(a)载波 t(c)ASK t(b)基带 1 0 1 1 0 0 0 1 t(d)PSK t(e)FSK f1 f2 f1 f2 1.7 数字通信系统 数字通信的主要优点：数字通信的主要优点：(1)(1)有较强的抗干扰能力，通过再生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，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。从而提高了信息传输的可靠性。(2)(2)数字信号便于保密处理，易于实数字信号便

22、于保密处理，易于实现保密通信。现保密通信。(3)(3)数字信号便于计算机进行处理，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。使通信系统更加通用和灵活。(4)(4)数字电路易于大规模集成，便于数字电路易于大规模集成，便于设备的微型化设备的微型化1.7 数字通信系统 数字通信的缺点：数字通信的缺点：数字信号占据频带较宽，频带利用率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利用率，所以数字通信的发展前景广阔。阔。1.8 现代通信系统 707

23、0年代以前，通信系统主要是模拟体制，接收机年代以前，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，如前介绍的超外差接收机，70708080年代无线电通年代无线电通信实现了模拟信实现了模拟数字的大转变，从系统控制（选数字的大转变，从系统控制（选台调谐、音量控制，均衡控制等）到信源编码、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，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。它是一个模拟与数字的混合系统。IF 放大解调DSPDACADC混频本

24、振（数字频率合成可控振荡源）宽带 RF放大器1.8 现代通信系统(软件无线电软件无线电)进入进入9090年代后，通信界开始了一场新的无线电革命，即年代后，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，从数字化走向了软件化，软件无线电技术（软件无线电技术（software Radiosoftware Radio）应运而生。支持这场革命的是多种技术的综合，包括应运而生。支持这场革命的是多种技术的综合，包括多频段天多频段天线和线和 RFRF变换宽带变换宽带A/D/AA/D/A转换，完成转换，完成IFIF、基带、比特流处理功能、基带、比特流处理功能的通用可编程处理器的通用可编程处理器等。软件

25、无线电最初目的是满足军用通信等。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。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（如移动通信中的移动电话机、基

26、站电台、军用电台等），它主要由低成本、高性能的台、军用电台等），它主要由低成本、高性能的DSPDSP芯片组成。芯片组成。规范的软件无线电典型结构如下图所示。规范的软件无线电典型结构如下图所示。1.8 现代通信系统可编程处理器宽带 A/DD/ARF 转换窄带 A/DD/A可选的信号源编码NR/T 软件实时、准实时高集成度硬件电话视频传真数据移动终端脱机软件可编程处理器在线软件N-R/T 软件业务开发工作站可编程处理器宽带 A/DD/ARF 转换PSTN定时系统模块式、开放硬件结构天线接口1.8 现代通信系统 软件无线电的标志：软件无线电的标志：1.1.无线通信无线通信功能是由软件定义并完成功能是

27、由软件定义并完成的，这的，这种完全的可编程能力包括可编程的射频波段、信道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。电区别于软件控制的数字无线电。2.2.在在尽可能靠近天线的地方使用尽可能靠近天线的地方使用A/D/AA/D/A转换器转换器，因为信号的数字化是实现软件无线电的首要条件。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理想软件无线电系统中的A/D/AA/D/A转换器已相当靠近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，这也是天线，从而可对

28、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。它与常用的数字通信系统的根本区别所在。1.8 现代通信系统 软件无线电的特点：软件无线电的特点：1.1.具有完全的可编程性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，扩展业务能，包括工作模式，系统功能，扩展业务等。等。2.2.软件无线电基于软件无线电基于DSPDSP技术技术 系统所需要的信号处理工作有变频、滤波、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

29、监处理，加解密、抗干扰处理，以及网络监控管理。控管理。1.8 现代通信系统3.3.其有很强的灵活性及可扩充性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式或接收不同系统的信号。4.4.具有集中性具有集中性 由于软件无线电结构具有相对集中和统一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硬件平台，所以多个信道可以享有共同的射频前端与宽带的射频前端与宽带A/D/AA/D/A转换器，从而可转换器，从而可以获取每一信道的相对廉价的信号处理性以获取每一信道的相对廉价的信号处理性能。能。1.8 现代

30、通信系统 由于大规模集成电路的数字无线电和软件无线电收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电路结构与传统的超外式无线电收发信机并无太大差异，异，经典高频电子线路的分析方法与设计思想仍可作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。为现代无线电新技术的理论基础。而且，由于目前器而且，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件水平的限制，软件无线电技术还基本只能在通信系统的统的基带处理部分基带处理部分得到较好发挥，还必须采用与传统得到较好发挥，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。因通信中的很多电路功能也基本上用模拟电路实现。因此，此，本门课程中仍以基本模拟通信电子电路为主要内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。容进行分析。2020/11/549谢谢观赏！