高頻電子線路第三版課件第1章 緒論

1、高頻電子線路,西安電子科技大學,內(nèi)容提要,第一章 緒論,第二章 高頻電路基礎(chǔ),第三章 高頻放大器,第四章正弦波振蕩器,第五章 頻譜的線性搬移電路,第六章 振幅調(diào)制、解調(diào)及混頻,第七章 頻譜的線性搬移電路,第八章 反饋控制電路,第九章 高頻電路系統(tǒng)設(shè)計,內(nèi)容提要,第一章 緒論,第二章 高頻電路基礎(chǔ),第三章 高頻放大器,第四章正弦波振蕩器,第五章 頻譜的線性搬移電路,第六章 振幅調(diào)制、解調(diào)及混頻,第七章 頻譜的線性搬移電路,第八章 反饋

2、控制電路,第九章 高頻電路系統(tǒng)設(shè)計,1.1 無線通信系統(tǒng)概述 1.2 發(fā)射前端結(jié)構(gòu)1.3 高頻電子線路發(fā)展趨勢1.3 本課程的特點,本課程主要討論用于各種電子系統(tǒng)和電子設(shè)備中的高頻電子線路。通信的目的和任務是傳遞消息，而無線通信系統(tǒng)的一個重要特點就是利用高頻（無線電）信號來傳遞消息。,1.1 無線通信系統(tǒng)概述,通信是信號的傳輸、交換和處理。,高頻電路是通信系統(tǒng), 特別是無線通信系統(tǒng)的基礎(chǔ), 是無線通信設(shè)備的重要組

3、成部分。,1.1.1 無線通信系統(tǒng)的組成,什么是通信？,無線通信(或稱無線電通信)的類型很多, 可以根據(jù)傳輸方法、 頻率范圍、 用途等分類。不同的無線通信系統(tǒng), 其設(shè)備組成和復雜度雖然有較大差異, 但它們的基本組成不變, 圖1-1是無線通信系統(tǒng)基本組成的方框圖。,1.1 無線通信系統(tǒng)概述,圖1—1 無線通信系統(tǒng)的基本組成,通信終端,信源,信宿,低頻部件,音頻放大器輸出信號控制載波震蕩器的某些參數(shù)實現(xiàn)調(diào)制,,解調(diào)是調(diào)制的逆過程,變頻、混

4、頻器實現(xiàn)信號頻率的變換,放大器提高信號幅度,實現(xiàn)放大和選頻功能,震蕩器用來產(chǎn)生載波信號,發(fā)信機,收信機,1.1 無線通信系統(tǒng)概述,接收機有超外差式和直放式兩種，兩者的差別是：超外差式接收機其中頻不變，而在直放式則不是。,超外差接收機的主要特點就是由頻率固定的中頻放大器來完成對接收信號的選擇和放大。 當信號頻率改變時, 只要相應地改變本地振蕩信號頻率即可。,超外差接收機的主要缺點是組合干擾頻率點多，特別是對于鏡像頻率干擾的抑制比較麻煩。

5、,1.1.1無線通信系統(tǒng)的組成,1.1 無線通信系統(tǒng)概述,,由上面可以看出高頻電路的基本內(nèi)容應該包括:,（1）高頻振蕩器（信號源、載波信號或本地震蕩信號）,（2）放大器 （高頻小信號放大器和高頻功率放大器） ,（3）混頻和或變頻 （高頻信號變換或處理）,（4）調(diào)制與解調(diào) （高頻信號變換或處理）,1.1.1無線通信系統(tǒng)的組成,1.1 無線通信系統(tǒng)概述,在高頻電路中, 我們要處理的無線電信號主要有三種: 基帶（消息）信號、 高頻載波信

6、號和已調(diào)信號。,所謂基帶信號, 就是沒有進行調(diào)制之前的原始信號, 也稱調(diào)制信號。,高頻載波信號主要指用于調(diào)制的高頻震蕩（載波）信號，以及用于解調(diào)的本地 震蕩信號（或恢復載波）,已調(diào)信號是指調(diào)制信號對載波信號進行調(diào)制以后的信號。,1.1 無線通信系統(tǒng)概述,1.1.2 無線通信中的信號與調(diào)制,無線電信號有很多方面的特性，主要有時間特性、頻譜特性、調(diào)制特性和傳播特性,一、 時間特性,無線電信號的時間特性就是信號隨時間變化快慢的特性。,一個無

7、線電信號, 可以將它表示為電壓或電流的時間函數(shù), 通常用時域波形或數(shù)學表達式來描述。,1.1 無線通信系統(tǒng)概述,1.1.2 無線通信中的信號與調(diào)制,圖 1 — 2 信號分解,二、頻譜特性,任何形式的信號都可以分解成許多不同頻率、不同幅度的正弦信號之和，如圖所示,諧波次數(shù)越高，幅度越小，影響就越小,1.1 無線通信系統(tǒng)概述,圖 1 — 3 頻譜圖,對于周期性信號, 可以表示為許多離散的頻率分量（各分量間成諧頻關(guān)系）, 例如圖 1 —

8、3即為圖 1 — 2所示信號的頻譜圖。,二、頻譜特性,1.1 無線通信系統(tǒng)概述,對于非周期性信號, 可以用傅里葉變換的方法分解為連續(xù)譜, 信號為連續(xù)譜的積分。,頻譜特性包含幅頻特性和相頻特性兩部分, 它們分別反映信號中各個頻率分量的振幅和相位的分布情況。,任何信號都會占據(jù)一定的帶寬。 從頻譜特性上看, 帶寬就是信號能量主要部分（一般為90%以上）所占據(jù)的頻率范圍或頻帶寬度。 ,二、頻譜特性,1.1 無線通信系統(tǒng)概述,三、 頻率特

9、性,這里所講的頻率特性就是無線電信號的頻率或波長。在自由空間中, 波長與頻率存在以下關(guān)系：,c = f λ （1—1）,1.1 無線通信系統(tǒng)概述,圖 1 — 4 電磁波波譜,電磁波輻射的波譜很寬, 如圖 1 — 4 所示。,三、 頻率特性,1.1 無線通信系統(tǒng)概述,對頻率或波長進行分段, 分別稱為頻段或波段。 不同頻段信號的產(chǎn)生、放大和接收的方法不同, 傳播的能力和方式也不同, 因

10、而它們的分析方法和應用范圍也不同。,1.1 無線通信系統(tǒng)概述,四、傳播特性,傳播特性指的是無線電信號的傳播方式、 傳播距離、 傳播特點等。 無線電信號的傳播特性主要根據(jù)其所處的頻段或波段來區(qū)分。,電波的傳播方式主要有直射（視距）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的關(guān)鍵因素是無線電信號的頻率。,1.1 無線通信系統(tǒng)概述,四、傳播特性,直射傳播,地波傳播,也叫視距傳播，主要適用于超短

11、波或頻率很高的無線電波。 因為頻率大，用戶數(shù)多，所以比較常用。,主要用于中低頻信號，因為電波沿地面?zhèn)鞑r，能量會損耗，而波長越長，頻率越低，損耗越小。,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,1.1 無線通信系統(tǒng)概述,天波傳播,散射傳播,電離層主要離地面60-600km,對流層主要離地面10-12km,四、傳播特性,1.1 無線通信系統(tǒng)概述,五、 調(diào)制特性,無線電傳播一般都要采用高頻（射頻）的另一個原因就

12、是高頻適于天線輻射和無線傳播。,只有當天線的尺寸到可以與信號波長相比擬時, 天線的輻射效率才會較高, 從而以較小的信號功率傳播較遠的距離, 接收天線也才能有效地接收信號。,什么是調(diào)制？,所謂調(diào)制, 就是用調(diào)制信號去控制高頻載波的參數(shù), 使載波信號的某一個或幾個參數(shù)（振幅、 頻率或相位）按照調(diào)制信號的規(guī)律變化。,1.1 無線通信系統(tǒng)概述,根據(jù)載波受調(diào)制參數(shù)的不同, 調(diào)制分為三種基本方式, 它們是振幅調(diào)制（調(diào)幅）、 頻率調(diào)制（調(diào)頻）、 相

13、位調(diào)制（調(diào)相）, 分別用AM、 FM、 PM表示， 還可以有組合調(diào)制方式。,數(shù)字調(diào)制信號，通常稱為鍵控，分別為振幅鍵控（ASK），相位鍵控（PSK）和頻率鍵控（FSK）,高頻載波為單一頻率的正弦波——正弦調(diào)制,載波為脈沖信號————————脈沖調(diào)制,五、 調(diào)制特性,1.1 無線通信系統(tǒng)概述,（1）按照工作頻段或傳輸手段分類, 有中波通信、 短波通信、 超短波通信、 微波通信和衛(wèi)星通信等。,,（2） 按照通信方式來分類, 主要有（全）雙

14、工、 半雙工和單工方式。,（3） 按照調(diào)制方式的不同來劃分, 有調(diào)幅、 調(diào)頻、 調(diào)相以及混合調(diào)制等。,（4） 按照傳送的消息的類型分類, 有模擬通信和數(shù)字通信, 也可以分為話音通信、 圖像通信、 數(shù)據(jù)通信和多媒體通信等。,1.1 無線通信系統(tǒng)概述,1.1.3 無線通信系統(tǒng)的類型,1.1.3 無線通信系統(tǒng)的要求與指標,1.1 無線通信系統(tǒng)概述,無線通信系統(tǒng)的主要指標有：有效性和可靠性。有效性——是指空間、時間、頻率的利用率，主要用傳

15、輸距離和通信容量指標來衡量?？煽啃浴檬д娑?、誤碼率、抗干擾能力等指標衡量。傳輸距離——是指信號從發(fā)送端到達接收端并能被可靠接收（解調(diào)）的最大距離，它與采用的通信體制和是否有中繼有關(guān)。,高頻電子線路發(fā)展趨勢,高頻電路正在朝著寬帶化、集成化、單片化、模塊化和軟件化等方向發(fā)展。集成電路（IC）是整個電子信息產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)。隨著微電子技術(shù)和計算機技術(shù)的進步，高頻電路的集成化已經(jīng)成為高頻電路發(fā)展的一個重要方向采用EDA(電子設(shè)計自動化)軟

16、件對高頻電路和系統(tǒng)進行分析和設(shè)計，不僅可以節(jié)省時間和費用，縮短設(shè)計周期和生產(chǎn)周期，而且可以快速準確地獲得完善的電路方案，因此，各種方便快捷的EDA軟件不斷涌現(xiàn)，應用也日益廣泛。目前，高頻電路的集成化設(shè)計幾乎全都是用EDA軟件來實現(xiàn)的。,從IC誕生之日到現(xiàn)在，大約四十年的時間，歸納起來，經(jīng)歷了四個階段，即電路集成（CI）、功能集成（FI）、技術(shù)集成（TI）和知識集成（KI）階段。更高集成度（更細工藝或更高精度） 集成度

17、的提高依賴于工藝技術(shù)的提高和新的制造方法。 更大規(guī)模和單片化 集成工藝的改進和集成度的提高直接導致集成電路規(guī)模的擴大。實際上，改進集成工藝和提高集成度的目的也正是為了制作更大規(guī)模的集成電路。,高頻電子線路發(fā)展趨勢,更高頻率 隨著無線通信頻段向高端的擴展，勢必也會開發(fā)出頻率更高的高頻集成電路。數(shù)字化與智能化 隨著數(shù)字技術(shù)和數(shù)字信號處理（DSP）技術(shù)的發(fā)展，越來越多的高頻信號處理電路可以用數(shù)字和數(shù)字信號處

18、理技術(shù)來實現(xiàn)，如數(shù)字上/下變頻器、數(shù)字調(diào)制/解調(diào)器等。這種趨勢也表現(xiàn)在高頻集成電路中。,高頻電子線路發(fā)展趨勢,低功耗和小封裝 隨著系統(tǒng)功能的增加和設(shè)備小型化的發(fā)展，芯片規(guī)模和復雜度也越來越大，因此，降低芯片功耗（通常需要降低供電電壓）和縮小芯片的封裝尺寸成為高頻IC發(fā)展的必然。,高頻電子線路發(fā)展趨勢,高頻EDA,一、EDA技術(shù)及其發(fā)展 EDA(Electronics Design Automati

19、on)即電子設(shè)計自動化技術(shù)，是指以計算機為基本工作平臺，融合了應用電子技術(shù)、微電子技術(shù)、計算機技術(shù)、計算數(shù)學和拓撲邏輯學以及智能化技術(shù)等最新成果而開發(fā)出來的電子設(shè)計軟件工具，主要進行三方面的設(shè)計工作： IC設(shè)計電子電路設(shè)計印刷電路板（PCB）設(shè)計。,高頻EDA,EDA工具的推廣應用，加深了電子產(chǎn)品開發(fā)的復雜性并滿足了電子產(chǎn)品上市（Time to market）的時限性。沒有EDA技術(shù)的支持，想要完成超大規(guī)模集成電路的設(shè)計與制

20、造幾乎是不可想象的。 EDA技術(shù)伴隨著計算機、集成電路、電子系統(tǒng)設(shè)計的發(fā)展，經(jīng)歷了三個發(fā)展階段：第一個階段為計算機輔助設(shè)計(CAD)階段。 20世紀70年代，隨著中小規(guī)模集成電路的開發(fā)應用，傳統(tǒng)的手工制圖設(shè)計印刷電路板和集成電路的方法已無法滿足設(shè)計精度和效率的要求，因此工程師們開始進行二維平面圖形的計算機輔助設(shè)計，主要是用計算機輔助進行IC版圖編輯和PCB布局布線，這就是第一代的EDA工具。,第二個階段為計

21、算機輔助工程(CAE)階段。 到了20世紀80年代，CAD已不能適應電子產(chǎn)品在規(guī)模和制作上的需要，這樣，就產(chǎn)生了第二代的EDA技術(shù)——計算機輔助工程。CAE的主要功能是：原理圖輸入，邏輯仿真，電路分析，自動布局布線，PCB后分析。與CAD相比，它除了純粹的圖形繪制功能外，又增加了電路功能設(shè)計和結(jié)構(gòu)設(shè)計。 第三個階段是電子系統(tǒng)設(shè)計自動化(ESDA)階段。 20世紀90年代以后，隨著EDA技術(shù)的繼續(xù)發(fā)展，出

22、現(xiàn)了以高級語言描述、系統(tǒng)級仿真和綜合技術(shù)為特征的第三代EDA技術(shù)——電子系統(tǒng)設(shè)計自動化。它的出現(xiàn)，極大地提高了系統(tǒng)設(shè)計的效率。,高頻EDA,1.本課程的核心內(nèi)容和絕大部分電路都屬于非線性電路，非線性電路在無線通信中主要完成頻譜變換功能，如混頻、倍頻、調(diào)制與解調(diào)等。,2. 對非線性電路進行嚴格的數(shù)學分析不僅困難，而且沒有十分的必要。在工程中往往根據(jù)實際情況對器件的數(shù)學模型和電路的工作條件進行合理的近似，以便用簡單的分析方法獲得具有實際意義