《高频电路原理与分析》-PPT电子课件教案

《高频电路原理与分析》第1章绪论课程名称：通信电子线路英文名称：Communicationelectroniccircuit教材名称及作者：西安电子科技大学出版社曾兴雯主编《高频电路原理与分析》（第四版）21世纪高等学校通信类规划教材《高频电路原理与分析》第1章绪论本课程的特点课程的目的、要求目的：–了解通信电子信息产生、发射、接收的原理与方法；–分析通信电子器件和通信电路的工作原理；–掌握通信电子线路的基本组成和分析、计算方法；–培养通信电子线路的识图、作图和简单设计能力；–培养分析和解决通信电子线路中实际问题的能力,培养创新实践精神；–了解通信电子线路的最新发展动态，为后续电子课程及电子专业打下基础。《高频电路原理与分析》第1章绪论要求：1）了解通信电子线路的特点，通信电子信息产生、发射、接收的原理与方法；2）熟悉基本通信电子器件的功能特点和用途；3）掌握基本通信电子线路的电路结构、分析方法和基本设计方法；4）掌握基本通信电子线路实验技能和安装调试方法。通过本课程的学习，应达到下列基本要求：(一)掌握以下定义、基本概念和基本原理：串联谐振、关联谐振、接入系数、频率特性、通频带、选择性、品质因数、松耦合双调谐、参差调谐、Y参数、截止频率、特征频率、谐振放大倍数、自给偏压、过压状态、欠压状态、临界状态、阻抗区配、槽路效率、正弦波振荡器、压电效应、晶体振荡、调幅、检波、抑制载波调幅、同步检波、调频、鉴频、限幅、频谱图、变容二极管、电抗管、锁相、捕获、锁定、跟踪、变频、混频、干扰、噪声、输出功率和效率。(二)正确运用下列分析方法：折线近似分析法；幂级数分析法；处理实际问题时所用的估算法；《高频电路原理与分析》第1章绪论基本内容及学时分配1.通信电子线路序论（4）1.1无线通信系统概述1.2无线电信号2.高频电路基础（4）2.1高频电路中的元器件2.2振荡回路2.3电子噪音3高频谐振放大器（8）3.1高频小信号放大器3.2高频功率放大器的原理与特性3.3高频功放的高频效应3.4高频功率放大器的实际线路3.5高频功放、功率合成与射频模块放大器《高频电路原理与分析》第1章绪论4正弦波振荡器（6）4.1反馈振荡器的原理4.2LC振荡器4.3振荡器频率的稳定度4.4LC振荡器的设计方法4.5石英晶体振荡器4.6振荡器中的几种现象5频谱的线性搬移电路（6）5.1非线性电路的分析方法5.2二极管电路5.3差分对电路5.4其他频谱线性搬移电路6振幅调制、解调与混频（8）6.1振幅调制6.2调幅信号的解调6.3混频6.4混频器的干扰7角度调制与解调（8）7.1角度调制信号分析7.2调频器与调频方法7.3调频电路7.4鉴频器与鉴频方法7.5鉴频电路7.6调频收发信机及附属电路7.7调频多重广播《高频电路原理与分析》第1章绪论第一章绪论简介§1-1无线通信系统概述§1-2信号、频谱与调制§1-2-1通信系统中的基本信号§1-2-2调幅信号及其频谱§1-2-3调角信号及其频谱§1-2-4数码调制信号及其频谱§1-2-5多路通信及已调波比较《高频电路原理与分析》第1章绪论简介现代通信与信息社会通信的任务:克服距离上的障碍,迅速而准确地传输信息。历史：第一阶段：语言第二阶段：文字、邮政第三阶段：印刷术第四阶段：电气通信（技术发展迅速）第五阶段：信息时代（信源多样化，传输速率↑，存储量↑，信号处理复杂…）例：个人通信第三代移动通信《高频电路原理与分析》第1章绪论§1-1无线通信系统概述一、概念通信：不失真地将信息(消息)从一方传送到另一方。典型的通信系统:移动通信系统、卫星通信系统、光纤通信系统、电话通信系统二、通信系统模式特性：衰减特性、干扰情况、频率特性、时变与非时变特性等。通信系统举例：短波数据/语音通信《高频电路原理与分析》第1章绪论无线调幅发射机框图《高频电路原理与分析》第1章绪论无线调幅接收机框图《高频电路原理与分析》第1章绪论数字彩电接收机框图《高频电路原理与分析》第1章绪论三、通信系统中的调制与解调1．调制与解调的作用（1）波长与天线的有效配合：保证天线天线的有效辐射或接收电磁波信号的条件，是天线尺寸与信号波长相比拟。故：信号频率范围较宽，或信号波长太长时，天线难以制作。（2）信号的多路传输：调制后，各路信号的载频(信号的中心频率)不同，可在同一信道中传输(无线信道或有线信道)。2．实现调制与解调理论基础：付氏变换中的频谱搬移特性(频域特性)，任何一个信号如乘上一个高频信号(正弦单频信号)，则可将此任意信号的频谱不失真地搬移到该高频信号频谱的两侧。因此，该高频信号又称为载频信号。高频信号(载频信号)电压或电流的瞬时表达式：PMFMAM)t(Vcos)t(v00《高频电路原理与分析》第1章绪论调制方式分类《高频电路原理与分析》第1章绪论四、通信系统的波段划分《高频电路原理与分析》第1章绪论五、电波传输特性直射传播（视距）绕射波（地波）反射波（天波）折射传播散射传播《高频电路原理与分析》第1章绪论（1）通信容量一个信道（有线或无线）可同时传送的独立已调信号的路数。*与传输媒介有关（空间、电缆、光缆等）*与通信方式有关（AM,SSB,FM等)（2）信号失真度通信系统中接收到的信号不同于原信号的程度。减小信号失真度的措施：*合理的收、发设备的整体设计；*优选单元电路；*精调各电路的工作状态。六、通信系统共同的基本特性《高频电路原理与分析》第1章绪论（3）传输距离*与发射功率、效率，接收灵敏度有关；*与通信体制、方式有关；*与信道损耗，干扰和噪声的强度等有关。（4）抗干扰、抗噪声能力*合理的通信体制；*优良的选频电路，调制和解调电路；*高质量和低噪声的元器件。共同的基本特性(续)《高频电路原理与分析》第1章绪论§1-2信号、频谱与调制§1-2-1通信系统中的基本信号一、电信号1.概念：表示某种信息变化的电流（电压）信号，称为电信号。基带信号（原始电信号）已调信号（高频、中频）另外：干扰、噪声也是信号（称干扰信号）。《高频电路原理与分析》第1章绪论2.分类(1)规则信号：（确定的时间函数）周期信号---离散频谱周期性的时间函数采用付氏级数的方法进行分析非周期信号---连续频谱非周期性的时间函数采用付氏变换的方法进行分析(2)非规则信号：（非确定的时间函数）随机信号（例如：热噪声）（均匀频谱且趋于无穷大）采用随机过程、概率和统计的方法进行分析。《高频电路原理与分析》第1章绪论二、信号的表示方法重点：时域表达式(波形)，频域表达式(频谱)两种表示方法的实质是一致的。时域表达式和频域表达式的直接关系：周期信号(离散谱）付氏级数方法正变换：反变换：dte)t(fT1Ftjn2/T2/Tn)tF(n)cos(nF(n)ef(t)n1n0tjnn《高频电路原理与分析》第1章绪论非周期信号（连续谱）付氏变换方法正变换：反变换：dte)t(f)F(tjde)F(21f(t)tj例1：单频正弦信号f(t)=Asin(ωt):单谱《高频电路原理与分析》第1章绪论周期信号单、双边频谱例2：对称方波的合成与分解单边谱双边谱《高频电路原理与分析》第1章绪论《高频电路原理与分析》第1章绪论结论（1）合成和分解的各次谐波的幅度，随谐波频率的上升而下降，故高次谐波项可以忽略。一般9~11次谐波即可较好地合成方波。（2）信号的时域波形与频域特性的内在关系分析*高次谐波分量:主要决定方波前后沿的陡度*低次谐波分量:主要决定方波平顶的平缓度（3）推广：任何一个周期信号均可合成与分解。例：电子乐器：管乐以方波为主，弦乐以三角波为主语音合成：清音，浊音（4）进一步推广：对任意信号的时域波形与频谱间的对应关系，也有重要的借鉴作用。《高频电路原理与分析》第1章绪论三、常用周期信号的波形与频谱《高频电路原理与分析》第1章绪论《高频电路原理与分析》第1章绪论《高频电路原理与分析》第1章绪论§1-2-2调幅信号及其频谱实现调幅：AM--普通调幅（带载波双边带）DSB--抑制载波双边带调幅SSB--单边带调幅VSB--残留边带调幅PMFMAM)t(Vcos)t(v00《高频电路原理与分析》第1章绪论一、普通调幅AM1．单频信号调幅（1）时域表达式（波形）令初始相位为零，要求调制信号：载波信号：则已调信号：调制度：（否则，将产生过调失真）0)t(cosV)t(v)t(cosV)t(v0Cc)t(cos)]t(cosm1(V)t(cos)]t(cosVV[)t(v0AC0CAM1/VkVmCA《高频电路原理与分析》第1章绪论单频调幅波形频谱《高频电路原理与分析》第1章绪论（2）频域表达式（频谱）包括载波分量，上边频（频率和）和下边频（频率差）；即：调幅过程是一个线性的频谱搬移过程，故称为线性调幅。（3）频带宽度B调制信号角频率：；则调制频率为：载波信号角频率：；则载波信号频率为：频带宽度:(是设计通信广播系统的重要指标）B=(fo+F)-(fo-F)=2Ft)(cos2Vmt)(cos2Vm)t(Vcos)t(cos)]t(cosm1(V)t(v0A0A00AAMF22/F00f2/2f00《高频电路原理与分析》第1章绪论2．多频信号调幅复杂(多频)调制信号多频调制信号)tcos(Ff(t)nnn1n多频调幅信号的瞬时表达式：)t(cos)]t(cosm1(V)t(v0nAn1nCAM《高频电路原理与分析》第1章绪论频带宽度:B=(fo+Fmax)-(fo-Fmax)=2Fmax多频调幅波形频谱：)t(cosmV21)t(cosmV21)t(cosV)t(cos)]t(cosm1(V)t(vn0An1nCn0An1nC0C0nAn1nCAM《高频电路原理与分析》第1章绪论3．多路信号的频率分配（频分多路）例：中短波调幅广播电路规定:Fmax=4.5KHz，则频带宽度B=2Fmax=9KHz多路信号频率分配《高频电路原理与分析》第1章绪论此时：AM的能量利用率单频调幅时：最大1mA所以：载波频谱的幅度是边带频谱的幅度的2倍。(令负载电阻为单位电阻)载波功率：2C0VP边带功率：2V)2Vm(2P2C2CA能量利用率：%33PPP0当时:能量利用率为11%左右。为了提高能量利用率，可采用DSB方式。(百分之百调幅)5.0mA《高频电路原理与分析》第1章绪论二、抑制载波双边带调幅DSB方式t)(cosVV21t)(cosVV21)t(cosV)t(cosV)t(v0C0C0CDSB乘法器平衡调幅平衡调幅波形频谱频带宽度:(与AM相同）《高频电路原理与分析》第1章绪论三、单边带调幅SSB（一般用于通信电台）t)(cosVV0CUSBt)(cosVV0CLSB为节省频带，可只传送一个携带全部信息的边带（上边带或下边带）。但调制、解调电路比较复杂。滤出DSB的下边带：滤出DSB的上边带：SSB波形频谱：《高频电路原理与分析》第1章绪论四、残留边带调幅VSB界于DSB与SSB之间，可节省带宽和提高能量利用率，且易于实现。(注意低频段的信号强度问题。)例：电视信号Fmax=6MHz（图象），B=12MHz采用VSB方式：图象7.5MHz+伴音=8MHzVSB波形频谱《高频电路原理与分析》第1章绪论§1-2-3调角信号及其频谱0)t(cosV)t(v)'(cosV)t(cosV)t(vC00Ccvv'一、调频（FM）和调相（PM）信号要求调制信号：载波信号：则已调信号：FM调制PM调制均改变相角，统称为调角（瞬时频率）（瞬时相位）FM，PM《高频电路原理与分析》第1章绪论)t()t(t-(t)dt)t(dt(t)d)t(