高频电子线路高频电子线路High Frequency Electronic Circuits绪绪 论论一、高频电子线路与低频电子线路的区别一、高频电子线路与低频电子线路的区别 信号频率高，大部分电路为非线性工作非线性工作（完成信号频率变换功能）；应用集中参数描述元器件，但器件存在高频效应，杂散参数对电路产生很大影响。信号频率较低，元器件工作在线性工作线性工作区；应用集中参数描述元器件。 模拟电子线路高频电子线路微波电路 电路尺寸可以与工作波长相比拟，应用场的方法进行分析 高频的概念具有不确定性，故将这门学科称为“射频模拟电路”，又由于其大量采用非线性电路的分析方法，所以也称之为“非线性电子线路”。 二、高频线路在无线通信系统中的作用二、高频线路在无线通信系统中的作用 编码方式传输信息（海上用的旗语、手语以及船只之间的闪光通信）1、通信的起源信息传输是人类生活方式的重要内容信鸽、驿站等作为信息传输方法光通信（烽火台传送边疆警报 ）电通信: 有线通信有线电报(1837)和电话(1876)无线电技术是在电磁波学以及电子器件和电子线路的基础上形成和发展起来的，主要任务是解决信息传输和信息处理问题，即无线通信。 无线通信：(1864)麦克斯韦方程，赫兹实验(1887)无线电的发明，马可尼百米实验(1895) （1901）跨洋通信，（1904）弗莱明电子管 （1948）肖特基晶体管，（20世纪60年代）集成电路2、高频无线通信系统的载体A、高频便于通过天线传输B、高频的频带范围宽，信息容量大三、通信系统的基本组成单元三、通信系统的基本组成单元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、通信系统的构成 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、信号源发送设备的作用：发送设备的作用： 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。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、无线电波传输传输信道信道简介：简介：有线有线通信通信信道信道无线无线通信信道通信信道3、传输信道（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。（3）、光纤电缆）、光纤电缆衰减小（小于衰减小（小于1db/km）、）、工作频率高、信息工作频率高、信息容量大容量大（一）、有线通信信道（二）、无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1、地波（分为地面波和空间波）地波（分为地面波和空间波）a、地面波地面波 是沿地面传播的无线电波是沿地面传播的无线电波b、空间波空间波 是在发射天线与接收天线间直线传是在发射天线与接收天线间直线传播的无线电波播的无线电波, 发射天线和接收天线较高，接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。收点的电磁波由直接波和地面反射波合成。2、天波：经过地面100km至500km的电离层反射传送到接收点的电磁波频率越高，吸收能量越小，但频率过高电波会穿透电离层，只限于中短波段。3、传播方式的对比a、靠电离层反射和折射的传播方式的传播距离最长b、靠直线传播方式传播的距离最短C、沿着地表传播方式传播的距离介于上面的两者之间频率越高，趋肤效应越严重，损耗也越严重。沿着地表传输的波频率不太高，一般波长在200米以上的波主要沿着地表传输，波长在10米到200米的波主要靠电离层传输，波长在10米以下，主要是直线传播。波段名称波长的范围频率范围用途和传播方式长波LW1KM10KM30300KHZ远距离通信、地波中波MW100M1KM300KHZ3M广播、通信、导航、地波、天波短波SW10M100M3M30M（高频）广播、通信、地波、天波超短波VSW1M10M30M300M（甚高频）广播、通信、电视、视距、对流层分米波USW10100CM300M3G（超高频）通信、电视、卫星 、视距、对流层厘米波SSW110CM3G30G（极高频）中继、雷达、卫星、视距毫米波ESW300G以上无线电频段和波段的划分4、接收设备接收设备的作用：接收设备的作用： 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。 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。5、收信装置（换能器）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四、无线通信基本原理四、无线通信基本原理1、无线通信系统的组成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选择电路（a a）调制信号（基带信号）调制信号（基带信号）：携有信息的电信号（b）载波信号载波信号：未调制的高频振荡信号（c）已调波信号：已调波信号：经调制后的高频振荡信号2、无线通信系统中的信号3、无线通信系统中几个基本概念A、无线电发射机1、调制、调制modulation：用带有信息的信号控制高频信号的一个或几个参数，使该参数按照电信号的规律而变化的一种处理方式。b、调制2、振幅调制、振幅调制 amplitude modulation（调幅调幅AM）：使高频振荡信号的幅度随调制信号变化的调制方式。调制的基本概念调制的基本概念3 3、频率调制、频率调制 frequency modulation（调频调频FM）：）：使高频振荡信号的频率随调制信号变化的调制方式。 调制的基本概念调制的基本概念调制的基本概念调制的基本概念4 4、相位调制、相位调制phase modulation（调相调相PM）：使高频振荡信号的相位随调制信号变化的调制方式。 5 5、数字信号的调制、数字信号的调制：调制信号为数字信号时，称为键控，分振幅键控（ASK）、频率键控（FSK）、相位键控（PSK）。有正弦调制和脉冲调制方式。 C、无线电接收机无线电接收机高频小高频小信号放信号放大器大器解解调调器器功率放功率放大器大器 电源供给电路d、解调解调解解调调demodulation：从已调波中把原来的调制信号恢复出来的过程。据调制方法不同，解调电路可分别有：检波器、鉴频器、鉴相器。五、现代通信系统n上上世世纪纪7070年年代代以以前前，通通信信系系统统主主要要是是模模拟拟体体制制，接接收收机机如如前前介介绍绍的的超超外外差差接接收收机机，70807080年年代代无无线线电电通通信信实实现现了了模模拟拟数数字字的的大大转转变变，从从系系统统控控制制（选选台台调调谐谐、音音量量控控制制，均均衡衡控控制制等等）到到信信源源编编码码、信信道道编编码码，以以及及硬硬件件实实现现技技术术都都无无一一例例外外地地实实现现了了数数字字化化。现现代代超超外外差差接接收收机机可可用用下下图图来来表示，它是一个模拟与数字的混合系统。表示，它是一个模拟与数字的混合系统。 上上世世纪纪9090年年代代后后，通通信信界界开开始始了了一一场场新新的的无无线线电电革革命命，即即从从数数字字化化走走向向了了软软件件化化，软软件件无无线线电电技技术术（software software RadioRadio）应应运运而而生生。支支持持这这场场革革命命的的是是多多种种技技术术的的综综合合，包包括括多多频频段段天天线线和和 RFRF变变换换宽宽带带A/D/AA/D/A转转换换，完完成成IFIF、基基带带、比比特特流流处处理理功功能能的的通通用用可可编编程程处处理理器器等等。软软件件无无线线电电最最初初目目的的是是满满足足军军用用通通信信中中不不同同频频段段，不不同同信信道道调调制制方方式式和和数数据据方方式式的的各各类类电电台台之之间间的的联联网网需需要要，因因为为它它可可以以很很容容易易地地解解决决各各种种接接口口标标准准之之间间的的兼兼容容问问题题，使使得得它它的的优优越越性性很很快快得得到到商商用用通通信信的的青青睐睐，并并且且在在个个人人移移动动通通信信领领域域发发展展迅迅速速。软软件件无无线线电电是是特特指指具具有有用用软软件件实实现现各各种种功功能能特特点点的的无无线线电电台台（如如移移动动通通信信中中的的移移动动电电话话机机、基基站站电电台台、军军用用电电台台等等），它它主主要要由由低低成成本本、高高性性能能的的DSPDSP芯芯片组成。规范的软件无线电典型结构如下图所示。片组成。规范的软件无线电典型结构如下图所示。软件无线电现代通信系统n 软件无线电的标志：软件无线电的标志：n 1. 1. 无无线线通通信信功功能能是是由由软软件件定定义义并并完完成成的的，这这种种完完全全的的可可编编程程能能力力包包括括可可编编程程的的射射频频波波段段、信信道道接接入入方方式式、信信道道调调制制方方式式与与纠纠错错算算法法等等，软软件件无无线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。n 2. 2. 在尽可能靠近天线的地方使用在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。 现代通信系统n 软件无线电的特点：软件无线电的特点： n1. 1. 具有完全的可编程性具有完全的可编程性n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。 n2. 2. 软件无线电基于软件无线电基于DSPDSP技术技术 n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，以及网络监处理，加解密、抗干扰处理，以及网络监控管理。控管理。现代通信系统n3.3. 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 n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 。n4. 4. 具有集中性具有集中性 n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。 现代通信系统 由由于于大大规规模模集集成成电电路路的的数数字字无无线线电电和和软软件件无无线线电电收收发发信信机机，其其内内部部的的基基本本功功能能，基基本本原原理理，工工作作流流程程和和电电路路结结构构与与传传统统的的超超外外式式无无线线电电收收发发信信机机并并无无太太大大差差异异，经经典典高高频频电电子子线线路路的的分分析析方方法法与与设设计计思思想想仍仍可可作作为为现现代代无无线线电电新新技技术术的的理理论论基基础础。而而且且，由由于于目目前前器器件件水水平平的的限限制制，软软件件无无线线电电技技术术还还基基本本只只能能在在通通信信系系统统的的基基带带处处理理部部分分得得到到较较好好发发挥挥，还还必必须须采采用用与与传传统统电电路路结结合合的的方方式式进进行行系系统统研研制制。要要超超越越器器件件水水平平的的限限制制，进进行行深深入入的的理理论论研研究究，提提出出新新的的解解决决方方案案和和好好的的算算法法，也也需需要要借借助助于于一一些些经经典典的的通通信信电电路路理理论论。数数字字通通信信中中的的很很多多电电路路功功能能也也基基本本上上用用模模拟拟电电路路实实现现。因因此此，本本门门课课程程中中仍仍以以基基本本模模拟拟电电子子电电路路为为主主要要内内容容进进行分析。行分析。现代通信系统六、本课程特点六、本课程特点 电子器件（晶体二极管、半导体三极管、场效应管）具有非线性特性，输入信号小时，可以近似看作线性器件。 非线性电路不满足叠加原理，当多个频率的组合信号通过非线性器件时，会从出现这些频率的线性组合信号，即出现交叉调制，完成频谱变换功能，如调制、解调、倍频等。 非线性电子线路分析方法：折线法、幂级数法、开关函数法、线性时变参数法七、教学内容七、教学内容高频电路基础、串并联谐振回路高频电路基础、串并联谐振回路频率合成基本原理频率合成基本原理谐振功率放大器谐振功率放大器反馈振荡器反馈振荡器振幅调制、解调电路振幅调制、解调电路角度调制、解调电路角度调制、解调电路八、参考书八、参考书1、电子线路（II）清华大学出版社，董尚斌，代永红，金伟正 20082、高频电路的原理与分析西安电子科技大学出 版社 杜武林 19993、非线性电子线路华中科技大学出版社 严国萍 20014、secrets of RF circuit design（third edition） Joseph.J.CRAA （美） 电子工业出版社 2001