1、向 倩,Autumn 2010,通信電子電路,Email: ,課程簡介,一門非常重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程 高頻電子線路（模擬通信系統(tǒng)的發(fā)射接收電路） 電子管電路半導(dǎo)體電路集成電路 單一模擬電路數(shù)?；旌想娐奋浖o線電技術(shù) 特點(diǎn)：概念多、電路多、聯(lián)系基礎(chǔ)知識多、采用分析方法和測試方法較為復(fù)雜 應(yīng)用非常廣泛,參考書：,Advanced Electronic Circuit Design, David Comer, Donald Comer, John Wiley & Sons. 張肅文等，高頻電子線路（第三版） 謝嘉奎等，電子線路（非線性部分）（第三版） 曾興雯等，高頻電路原理與分析（第三版） 信號與系統(tǒng)

2、，電路分析基礎(chǔ)，低頻模擬電路，數(shù)字電路等等,先行課程：,About Electronic Circuit,包含有源器件的網(wǎng)絡(luò)統(tǒng)稱為電子線路。 電子線路的分類： 按照工作頻率：低頻、高頻、微波 按照流通的信號形式：模擬、數(shù)字 按照集成度的高低：分立、集成 按照電子線路中所包含的元件性質(zhì)：線性和非線性、時變和時不變,線性與非線性電路,線性電子線路 由線性元件組成的電路。（元件參數(shù)與通過元件的電流或施加于其上的電壓無關(guān)） 具有線性特性，也就是它具有疊加性和齊次性，適用疊加定理。 非線性電子線路與線性電子線路有以下不同： 必定還有一個或多個非線性器件。（參數(shù)與通過它的電流或電壓有關(guān)） 非線性電路不適用

3、疊加定理,其數(shù)學(xué)描述是非線性方程 信號通過非線性電路以后可產(chǎn)生新的頻率成分 工作在非線性狀態(tài)的有源器件，其輸出響應(yīng)與器件工作點(diǎn)的選取和輸入信號的大小有關(guān)。,通信的任務(wù)就是傳遞各種信息（包括語言、音樂、文本、圖像和數(shù)據(jù)等）， 傳輸信息的系統(tǒng)稱為“通信系統(tǒng)”。 如： 電話（無線或有線）- 雙向通信系統(tǒng) 導(dǎo)航、雷達(dá) - 單向通信系統(tǒng) 廣播（無線或有線）- 單向通信系統(tǒng) 電視（無線或有線）- 單向通信系統(tǒng),1.1 通信系統(tǒng)的概念,一個完整的通信系統(tǒng)應(yīng)由那幾部分組成呢?,一個完整的通信系統(tǒng)應(yīng)包括信息源、發(fā)送設(shè)備、傳輸信道、接收設(shè)備和收信裝置五部分。,信息源是指要傳送的原始信息，如文字、數(shù)據(jù)、語音、音樂、

4、圖像等，一般是非電量。對于非電量信號，經(jīng)輸入變送器變換為電信號（例如被傳輸?shù)氖锹曇粜畔⒕托柘冉?jīng)聲電換能器話筒，變換為相應(yīng)信號的電信號）。如果輸入信息本身就是電信號（如計(jì)算機(jī)輸出的二進(jìn)制信號）時，可以直接送到發(fā)送設(shè)備。 發(fā)送設(shè)備是將電信號變換為適應(yīng)于信道傳輸特性的信號的一種裝置。,一個完整的通信系統(tǒng)包括五部分,接收設(shè)備的功能和發(fā)送設(shè)備相反，它是將信道傳輸接收到的信號恢復(fù)成與發(fā)送設(shè)備輸入信號相一致的一種裝置。 收信裝置是將電信號還原成原來的信息。例如通過揚(yáng)聲器（喇叭）或耳機(jī)還原成原來的聲音信息（語言或音樂）。,信道即傳輸信息的通道，或傳輸信號的通道。概括起來有兩種，即有線信道和無線信道。有線信道包

5、括架空明線、電纜、光纜等，無線信道可以是傳輸無線電波的自由空間，如地球表面的大氣層、水、地下及宇宙空間等 噪聲源是指信道中的噪聲及分散在通信系統(tǒng)中其他各處噪聲的集中表示。,無線電通信發(fā)展簡史,電學(xué)的發(fā)展肇始于18世紀(jì)晚期至19世紀(jì)早期 伏特、法拉第、斯坦因麥茲、愛迪生、西門子、特斯拉等科學(xué)家的卓越工作電能傳送信息 有線電通信：莫爾斯電報；貝爾電話 麥克斯韋方程(1864) 無線電發(fā)展的理論基礎(chǔ) 科學(xué)家努力研究利用電磁波傳輸信息無線電通信 電子二極管(1904)、三極管的發(fā)明(1907)是電子技術(shù)發(fā)展史第一個重要里程碑 晶體三極管的發(fā)明(1948)是電子技術(shù)發(fā)展史第二個重要的里程碑 集成電路的發(fā)

6、明(1960)是電子技術(shù)發(fā)展史第三個重要里程碑,傳播特性指的是無線電信號的傳播方式、傳播距離、傳播特點(diǎn)等。不同頻段的無線電信號，其傳播特性不同。同一信道對不同頻率的信號傳播特性是不同的。 傳播方式主要有直射傳播、繞射（地波）傳播、折射和反射（天波）傳播及散射傳播等。決定傳播方式和傳播特點(diǎn)的關(guān)鍵因素是無線電信號的頻率。,1.2 無線電波的傳播特性,圖1-2 無線電波傳播方式,為了有效的傳輸信號，不同波段的信號所采用的主要傳播方式是不同的。 長波信號以地波繞射為主。中波和短波信號可以以地波和天波兩種方式傳播，不過，前者以地波傳播為主，后者以天波（反射和折射）傳播為主。超短波以上頻段的信號大多以直射

7、方式傳播，也可以采用對流層散射的方式傳播。,在各種無線電系統(tǒng)中，信息是依靠高頻無線電波來傳遞的，那么應(yīng)該如何選擇高頻載波的頻率呢？ 我們知道，頻率從幾十千赫至幾萬兆赫的電磁波都屬于無線電波，所以它的頻率范圍是很寬的，為了便于分析和應(yīng)用，習(xí)慣上將無線電的頻率范圍劃分為若干個區(qū)域，即對頻率或波長進(jìn)行分段，稱為頻段或波段。,1.3 無線電波的頻段劃分,任何信號都具有一定的頻率或波長。 所謂頻率特性就是無線電信號的頻率或波長。 電磁波輻射的波譜很寬, 如圖所示。無線電波只是一種波長比較長的電磁波, 占據(jù)的頻率范圍很廣。,電磁波波譜,信號的頻率特性,無線電波在空間傳播的速度是30萬公里/秒。電波在一個振

8、蕩周期 T 內(nèi)的傳播距離叫做波長，用符號表示。波長，頻率f 和電磁波傳播速度C 的關(guān)系為 這是電磁波的基本關(guān)系式 。 因?yàn)椴煌l段信號的產(chǎn)生，放大和接收的方法不同，傳送的方式也不同，因而它們的應(yīng)用范圍也不同。表1-1列出了無線電波的波（頻）段劃分。,無線信道的波段劃分及其用途,根據(jù)無線電波在傳播過程所發(fā)生的現(xiàn)象, 電波的傳播方式主要有直射（空間波）傳播、 繞射（地波）傳播、 折射和反射（天波）傳播等, 如圖所示。 決定傳播方式和傳播特點(diǎn)的關(guān)鍵因素是無線電信號的頻率。,基帶傳輸 定義：將基帶信號直接發(fā)送至信道，稱為基帶信號傳輸 基帶信號傳輸通常使用有線信道。 調(diào)制傳輸 定義：將一個要傳送的基帶信

9、號加載于一個高頻信號之上（即調(diào)制），然后將這個攜帶有基帶信號的高頻電磁波信號發(fā)送至信道 可以使用有線信道也可以使用無線信道,1.4 調(diào)制的通信系統(tǒng),在傳送信號的一方（發(fā)送端），用我們所要傳送的對象（例如話音信號）去控制載波的幅度（或頻率或相位），使載波的幅度（或頻率或相位）隨要傳送的對象信號而變. 這里對象信號本身稱為“調(diào)制信號”，調(diào)制后形成的信號稱為“已調(diào)信號”。調(diào)制使幅度變化的稱“調(diào)幅”，使頻率變化的稱“調(diào)頻”，使相位變化的稱“調(diào)相”。實(shí)際上，在調(diào)制的通信系統(tǒng)中，載波只起一個裝載和運(yùn)送信號的作用，相當(dāng)于“運(yùn)載工具”，而調(diào)制信號才是真正需要傳送的對象。,一、 什么是調(diào)制,調(diào)制通信系統(tǒng)的波形示

10、意,二、 為什么要進(jìn)行調(diào)制？,分析：若信號頻率為1kHz，其相應(yīng)波長為300km，若采用1/4 波長的天線，根據(jù) 就可以算出天線長度需要75km，制造這樣的天線是很困難的。 只有天線實(shí)際長度與電信號的波長相比擬時，這時電信號才能以電磁波形式有效地輻射，這就要求原始電信號必須有足夠高的頻率。,二、 為什么要進(jìn)行調(diào)制？,在接收信號的一方（接收端） ，從收到的已調(diào)信號中把調(diào)制信號恢復(fù)出來。調(diào)幅波的解調(diào)叫“檢波”，調(diào)頻波的解調(diào)叫“鑒頻”，解調(diào)是其統(tǒng)稱。,三、什么是解調(diào),現(xiàn)以大家熟知的無線電廣播發(fā)送系統(tǒng)和超外差式接收機(jī)為例進(jìn)行分析。,一、無線電廣播發(fā)送系統(tǒng),高頻部分有： 主振級由石英晶體振蕩器產(chǎn)生頻率穩(wěn)

11、定 度高的載波； 緩沖級實(shí)質(zhì)上是一種吸收功率小，工作 穩(wěn)定的放大級，其作用是減弱后 級對主振級的影響； 倍頻器將載波頻率提高到需要的頻率值； 高頻放大器高頻放大以提高輸出功率；,它由高頻、低頻和電源三大部分組成,調(diào)制器其功能是使高頻載波信號幅度按低頻信號大小變化的幅度調(diào)制，然后經(jīng)發(fā)射天線以電磁波形式向遠(yuǎn)方輻射。 低頻部分有：話筒（或錄音帶等）、低頻電壓放大器、低頻功率放大器。 這樣將使低頻電信號通過逐級放大獲得所需的功率電平，然后對高頻（載波）進(jìn)行調(diào)幅。,二 、超外差式接收機(jī),超外差模塊,AGC,從接收天線收到微弱高頻調(diào)幅信號經(jīng)輸入回路選頻后，通過高頻放大器放大，送到混頻器與本機(jī)振蕩器所產(chǎn)生的

12、等幅高頻信號進(jìn)行混頻，在其輸出端得到波形包絡(luò)形狀與輸入高頻信號的波形相同，但頻率由原來高頻變化為中頻的調(diào)幅信號，經(jīng)中頻放大后送到檢波器，檢出原調(diào)制的低頻信號，然后再經(jīng)過低頻放大，最后從揚(yáng)聲器還原成原來的聲音信息（語言或音樂）。,為什么要用超外差式接收機(jī)，而不能用直接放大式接收機(jī)？,Discussion,超外差的定義,外 差：輸入信號和本機(jī)振蕩信號產(chǎn)生差頻的過程。 超外差：輸入信號和本機(jī)振蕩信號產(chǎn)生一個固定中頻信號的過程。 因?yàn)?，它是比高頻信號低，比低頻信號又高的超音頻信號，所以這種接收方式叫超外差式。 優(yōu) 點(diǎn)： 靈敏度高，選擇性好，音質(zhì)好（通頻帶寬），工作穩(wěn)定（不容易自激） 缺 點(diǎn)： 鏡像干擾

13、（比接收頻率高兩個中頻的干擾信號），假響應(yīng)（變頻電路的非線性）,超外差式收音機(jī)電路的主要特點(diǎn),超外差式是與直放式相對而言的一種接收方式。 超外差式收音機(jī)能把接收到的頻率不同的調(diào)幅信號都變成固定的中頻信號（465kHz),再由放大器對這個固定的中頻信號進(jìn)行放大。 在選擇回路（輸入回路）或高頻放大器與檢波器之間插入一個變頻器及中頻放大器。 超外差式結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢在于濾波和放大通常發(fā)生在某個固定的頻率，而不需要可調(diào)諧的高Q值帶通濾波器，也不必進(jìn)行穩(wěn)定的寬帶放大。,按照信道中傳輸?shù)氖悄M信號還是數(shù)字信號可把通信系統(tǒng)相應(yīng)分成兩類，即模擬通信系統(tǒng)和數(shù)字通信系統(tǒng) 。,三、模擬通信系統(tǒng)和數(shù)字通信系統(tǒng),模擬通信系統(tǒng)

14、的基本組成方框圖,這里用調(diào)制器代替了發(fā)送設(shè)備、用解調(diào)器代替了接收設(shè)備。雖然發(fā)送設(shè)備和接收設(shè)備還包括其他電路，但調(diào)制器和解調(diào)器對信號的變換起著決定性的作用，對通信質(zhì)量起關(guān)鍵作用。 在數(shù)字通信系統(tǒng)中，傳輸?shù)氖菙?shù)字信號。當(dāng)用數(shù)字信號進(jìn)行調(diào)制時，通常稱為鍵控。 三種基本的鍵控方式振幅鍵控（ASK） 頻率鍵控（FSK） 相位鍵控（PSK）,數(shù)字通信系統(tǒng)的基本組成方框圖,由上面的例子可以總結(jié)出無線通信系統(tǒng)的基本組成及原理, 從中也可看出高頻電路的主要內(nèi)容應(yīng)該包括: （1）高頻振蕩器（信號源、載波信號或本地振蕩信號） （2）選頻電路（選擇需要的信號） （3）放大器（高頻小信號放大器及高頻功率放大器） （4）調(diào)制與解調(diào)（高頻信號變換或處理） （5）混頻或變頻（高頻信號變換或處理） （6）反饋控制電路（自動增益控制、自動頻率控制等） （7）干擾和噪聲抑制電路 對于各種