通信电子电路Chap1

第一章绪论1.1关于通信系统的概念1.2无线电波的传播特性1.3调制的通信系统1.4通信电子电路的学习特点返回主目录通信的目的是为了信息的传递和交换，而实用通信系统的实现得依靠三个方面的技术支持。能对信号进行加密、交换等处理的电信号处理技术；能对电信号（或光信号）进行有效变换并切实传输的信息传送技术。能将声音、文字图像和数据等含有信息的具体表现形式与电信号进行相互转换的传感技术；1.1关于通信系统的概念通信的任务是传递信息。传输信息的系统称为“通信系统”。电子通信：各种信息先转换成电磁能量，再通过电子设备实现通信。1837：摩尔斯---------------电报1876：贝尔，华特生------电话1894：马可尼------向大气层发射第一个无线电信号1908：德福莱斯特-----真空三极管1920：AM广播；1930：阿姆斯特朗：FM调制虽然，现代通信系统在传输信息的技术手段和方法上有了显著的进步，但通信系统的基本组成仍然可概括为图1-1所示。发信源发送设备信道噪声源接收设备收信装置基带信号发射信号(已调信号)接收信号(已调信号+干扰)基带信号+失真通信系统的组成框图如下：有线通信：导线、电缆、光纤无线通信：自由空间发送设备：是将电信号变换为适应于信道传输特性的信号的一种装置。信息源：指要传送的原始信息，如文字、数据、语音、音乐、图像等。接收设备：是将通过信道传输后接收到的电信号恢复成与发送设备输入信号相一致的电信号的一种装置。信道：传输信息的通道，或传输信号的通道，又称传输媒介。分为无线信道和有线信道。噪声源：是指信道中的噪声及分散在通信系统中其它各处噪声的集中表示。1.2无线电波的传播特性传播特性：指的是无线电信号的传播方式、传播距离、传播特点等。传播方式：主要有直射传播、绕射（地波）传播、折射和反射（天波）传播及散射传播等。见图1-2决定传播方式和传播特点的关键是无线电信号的频率。一、波段划分例：多波段收音机Ⅱ：（8.5——18）MHzⅠ：（2.2——8.5）MHzⅢ：（18——30）MHzMW：FMSW：LM(535KHz——1605KHz)（88——108）MHz0246810121416182022电磁频谱：频率（10Hz)n次声频声频超声频射频频带可见光X射线伽马射线宇宙射线表1-1为无线电波的波（频）段划分及其用途表波段名称波长范围频率范围频段名称主要通途或场合超长波108~104m3Hz~30kHzVLF(甚低频)音频、电话、数据终端长波104~103m30~300kHzLF(低频)导航、信标、电力线通信中波103~102m300kHz~3MHzIF(中频)调幅广播、业余无线电短波102~10m3~30MHzHF(高频)移动电话、短波广播、业余无线电米波（超短波）10~1m30~300MHzVHF(甚高频)调频广播、电视、导航移动通信分米波100~10cm300MHz~3GHzUHF(超高频)电视、遥控遥测、雷达、移动通信厘米波10~1cm3~30GHzSHF(特高频)微波通信、卫星通信、雷达毫米波10~1mm1~0.1mm30~300GHz300~3000GHzEHF(极高频)至高频微波通信、雷达、射电天文学光通信二、无线电波的基本特点b.传播路径：无线电波在均匀媒质中传播时，沿直线路径传播；无线电波在非均匀媒质中传播时，会产生反射和折射；无线电波射向理想导体时，将全部被导体反射回来；无线电波在传播路径上遇到障碍物时，总是力图绕过它，这就是绕射。1VsmCV8001031mMHzffV)(300a.传播速度：无线电波的传播速度与传播媒质的介电常数ε、导磁系数μ有关，其值为：在真空中,它与光速C相同无线电波的波长、频率和传播速度之间的关系为：C.传播形式：无线电波是以电磁场形式传播的，在离开波源一定距离以后，PE和H相互垂直，且它们同时垂直传播方向P（坡印亭矢量），表示电磁能流密度数值上等于E和H之积。EHP电场、磁场和传播方向的空间关系PEH正弦电流激励的无线电波三、无线电波的极化极化：无线电波在空间传播时，其电场矢量总是在特定方向变化，这种现象称为极化，这种无线电波称为极化波。椭圆极化左旋圆极化右旋圆极化圆极化与地面垂直—垂直极化与地面平行—水平极化线极化极化EE我国各电视台发射的多是辐射水平极化波，而广播电台发射多是辐射垂直极化波。卫星电视信号传输的是圆极化波。水平发射天线收发天线匹配问题圆极化波：指无线电波在传播过程中，电场矢量振幅不变，但其方向以等角速度旋转，矢量端点在垂直于传播方向的平面内描绘的轨迹是一个圆。四、传播途径（方式）见P2图1-2（2）视距传播（直射波）特点：收、发信高架（高度比波长大的多）。主要用于超短波、微波波段的通信和电视广播。例如，卫星通信采用视距传播。（1）地波传播（绕射波）特点：波长愈长，传播损耗愈小。主要用于中、长波无线电通信和导航。例如，收音机接收的广播电台中波信号。（3）天波传播，也称电离层传播（反射波）特点：损耗小，传播距离远；因电离层状态不断变化使天波传播不稳定；因要满足从电离层返回地面的条件，工作频率受到限制。主要用于短波、中波的远距离通信和广播。例如，收音机接收的广播电台短波信号或军用短波电台。绕射方式（沿地面传播）反射方式直射方式大地大地大地电离层三种传播方式示意图如下1.3调制的通信系统一、调制调制是由携有信息的电信号去控制高频振荡信号的某一参数，使该参数按照电信号的规律而变化的一种处理方式。或：用低频信号直接控制高频振荡的某个参数（振幅、频率或相位），使高频信号具有低频信号的特性，这一过程称为调制。通常：调制信号———低频信号载波信号———高频信号已调波信号——经过调制后的高频信号调制的波形见（图2）根据受控方式的不同，可分为：模拟调制：调幅AM、调频FM和调相PM数字调制：幅度键控ASK、相移键控PSK和频率键控FSK补充：通信系统中的信号变换过程1、信号的概念通信系统中信号的三种形式基带信号：也称消息信号或调制信号，表示信息的电信号。例如：话音、图象信号（模拟信号）；数据、电报信号（数字信号）等。高频载波信号：确知的单一频率的正弦波信号。已调波信号：已载有消息信号的高频载波信号。2、信号的表示方法(1)数学表达式：例如，u=2sin2103t（V）(2)波形：如右图itoT/2T3T/22T(3)频谱：将信号所包含的所有频率在坐标横轴上表示出来。对周期性的时间函数，可用傅里叶级数分解为许多离散的频率分量；对非周期性的时间函数，可用傅里叶变换表示为连续谱。双频信号：i(t)=2sin100t+cos200t单频信号：i(t)=2sin100tf(Hz)250(rad/s)10002001001传输信道的带宽必须大于信号的带宽。多频信号：占据一段频带宽度----带宽离散谱连续谱Bf1f2ff2K(2t)2to2/23/21例1：图示开关函数用傅里叶级数可分解为ttttK22225cos523cos32cos221频谱图如下:…2/-2/32/523252o振幅例2：话音信号用傅里叶变换后的频谱分布如右图：f(Hz)3003400o振幅3、调制和已调信号频谱（1）调制：将低频消息信号直接发射是不现实的，因此，信号的无线传播必须进行调制。如右图所示。由振荡电路产生一个高频载波信号，可将其加到适当高度的天线上发射出去，作为传输信息的运载工具。不同的电台可采用不同的载波，避免了信号的相互干扰。高频载波信号可表示为：uc=Uccos(ct+c)其中，Uc——振幅；c——角频率；c——初相调制调制信号(话音或图象)高频载波信号已调波（2）调制高频载波信号用需要传输的消息信号（调制信号）去控制高频载波信号的某一参数——振幅、角频率或相位，使其随调制信号的变化而变化，这一过程称为调制。调制后的高频信号称为已调波。已调波本身是高频信号，可以发射，同时因为受到调制，就带着控制它的信号（即要传输的信号）一起发射出去。调制的主要作用：1、进行频谱搬移（将原来不适宜传输的基带信号搬移到适合传输的某一个频段上，再送入信道）；2、实现信道复用（把多个信号分别安排在不同的频段上同时进行传输）；3、调制可以提高通信系统抗干扰能力。二、解调解调是调制的逆过程，它的作用是将已调波信号变换为携有信息的电信号。调制的通信系统举例：1.无线电广播发送系统：（图4）2.超外差式接收机：（图5）(1)低频部分：信息变换与放大(2)高频部分：高频信号产生、放大、调制低频放大器高频振荡器高频谐振放大器振幅调制器高频功放换能器消息信号（1）发送设备超外差式无线电收信设备的组成（2）接收设备本地振荡器混频器中频放大器检波器(解调)低频放大器高频谐振放大器通信系统中所要传送的基带信号基本可以分为两类数字信号：是指在取值上离散的信号（时间连续的数字信号、时间不连续的数字信号）；如电报信号、数据信号等。模拟信号：是指在时间和取值上都是可以连续变化的信号；如话筒产生的话音电压信号、摄像管输出的图像信号等。对应的调制有模拟调制和数字调制按照信道中传输的是模拟信号还是数字信号可把通信系统相应分成模拟通信系统和数字通信系统。模拟通信系统：图6数字通信系统：图7数字通信系统包括：信源编码、信道编码、调制器、解调器、信道译码、信源译码和同步系统等。1.4通信电子电路的学习特点第二类：实现振荡功能的电路CH4（信号的产生）第三类：实现波形变换和频率变换功能的电路CH5、CH6、CH7（信号的变换）在上面介绍的通信系统组成框图中，所包含的电路有小信号放大器、振荡器、功率放大器、调制器、解调器、混频器和倍频器都属于本书讨论范围内的通信电子电路。就功能而言，各种通信电子电路可归纳为三类：第一类：实现功率放大功能的电路CH2、CH3（信号的放大）各种通信电子电路都是利用器件的非线性特性实现上述功能的。应特别关心：信号变换的流程和变换前后信号应具有的特点，并以此为线索来认识和把握具体电路。学习特点：分析方法：第一个特点：工程计算、物理意义明确；第二个特点：实现各种功能的基本原理以及由此导出的基本电路结构；第三个特点：实践——实验环节。非线性电路的幂级数分析法、折线分析法、开关函数分析法等。教学理念•教者方面–认真、尽职–教的过程也是学的过程•学者方面–“贤良、喜悦、勤奋”可使学习者臻于完善的境地•共同方面–互换角度、互相尊重–互相配合、互相理解、互相学习教学目标•充分理解、熟练掌握教材的内容•熟练掌握基本的概念和定理•通过学习和习题练习，具备一定的解决问题分析问题的能力•掌握一定的科学思想方法对学习者的要求•三个重要环节–课前预习–课上认真听讲–课后认真复习消化、作业•经常进行阶段复习–掌握知识的窍诀：反复思维实践其他约定•不得迟到、早退、缺课（点名1/3不到无考试资格）•上课时请关闭手机•请勿穿拖鞋来上课•作业以课堂布置为主•迟交的作业及纸片做的作业恕不批改（作业缺1/3无考试资格）劝学格言一养不教，父之过；教不严，师之惰。子不学，非所宜；幼不学，老何为。玉不啄，不成器；人不学，不知义。……蚕吐丝，蜂酿蜜；人不学，不如物。——《三字经》劝学格言二青青园中葵，朝露待日晞，阳春布德泽，万物生光辉，常恐秋节至，焜黄华叶衰。百川东到海，何时复西归？少壮不努力，老大徒伤悲！——《汉乐府·长歌行》(节选)参考书：1.《电子线路-非线性部分》谢嘉奎主编高等教育出版社2.《高频电子线路》张肃文编高等教育出版社3.《高频电路》沈伟慈编西安电子科技大学出版社4.ReinholdLudwig,PavelBretchko,RFcircuitdesign:theoryandapplications,UpperSaddleRiver,NJ:Prentice-Hall,20005.JackR.Smith,Moderncommunicationcircuits,Boston,Mass:WCB/McGraw-H