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华侨大学 · 电子与信息工程学院 电子工程系 杨骁 黄炜炜 xiaoyanghqu@hqu

高频电子线路. High-Frequency Electronic Circuits. 华侨大学 · 电子与信息工程学院 电子工程系 杨骁 黄炜炜 xiaoyanghqu@hqu.edu.cn. 主要教材. 高频电子线路 高等教育出版社 张肃文主编 高频电子线路学习指导与题解 高等教育出版社 张肃文主编 高频通信电子线路 天津理工大学 高频电子线路教研组编. 教辅参考资料. 1. 沈琴 非线性电子线路 　  高等教育出版社 2004 年 2. 谢嘉奎 电子线路 - 非线性部分 高等教育出版 2000 年

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Presentation Transcript

  1. 高频电子线路 High-Frequency Electronic Circuits 华侨大学·电子与信息工程学院 电子工程系 杨骁 黄炜炜 xiaoyanghqu@hqu.edu.cn

  2. 主要教材 高频电子线路高等教育出版社 张肃文主编高频电子线路学习指导与题解高等教育出版社 张肃文主编高频通信电子线路天津理工大学 高频电子线路教研组编

  3. 教辅参考资料 • 1. 沈琴 非线性电子线路　  高等教育出版社 2004年 • 2. 谢嘉奎 电子线路-非线性部分高等教育出版 2000年 • 3. 董在望 通信电路原理   高等教育出版 2002年 • 4. 张肃文 高频电子线路 　 高等教育出版社 1993年 • 5. 张凤言 电子线路基础   高等教育出版 1995年 • 6.高吉祥 高频电子线路 　 　电子工业出版社 2005年 • 7.曾兴雯 高频电子线路 　　西安电子科技大学出版社 2000

  4. 课程安排 1.讲课54学时，实验18学时。 2.考试在考试周进行，闭卷笔试形式。 3.成绩=平时+实验+期末 4.平时成绩=作业+出勤+随堂作业 • 答疑时间和地点：待定 • 办公地点：待定 • 联系方式：xiaoyanghqu@hqu.edu.cn

  5. 课程特点 1、电子信息与通信专业学生必须掌握的一 门专业 基础课程。 2、它是电路理论、信号与线性系统、低频电子线 路等课程的后继课程。 3、在学习这门课程时要注意它与低频电路 理论的 不同分析方法和实验测试的不同点。

  6. 高频电子线路与无线通信系统 电信系统：传送光或电信号的系统 无线通信系统：以无线介质传送光或电信号的系统。 高频电路是通信系统, 特别是无线通信系统的基础, 是无线通信设备的重要组成部分。 各种不同类型的通信系统, 其系统组成和设备的复 杂程度都有很大不同。但是组成设备的基本电路 及其原理都是相同的, 遵从同样的规律。 本课程将 以模拟通信为重点来研究这些基本电路, 认识其规 律。 这些电路和规律完全可以推广应用到其它类 型的通信系统。

  7. 无线电通信发展史 • 早期萌发： • 无线电电子学时代：

  8. 无线电通信发展史 • 1837年莫尔斯发明电报，创造莫尔斯电码，开创通信的新纪元。（有线） • 1876年贝尔发明电话，能够直接将语言信号变为电信号沿导线传送。（有线） • 1864年英国物理学家麦克斯韦从理论上证明了电磁波的存在，为后来的无线电发明和发展奠定了坚实的理论基础。 • 1887年德国物理学家赫兹以卓越的实验技巧证实了电磁波是客观存在的。 • 1895年马可尼首次在几百米的距离实现电磁波通信，1901年首次完成横渡大西洋的通信。

  9. 无线电通信发展史 • 1904年，弗莱明发明电子二极管，进入无线电电子学时代。 • 1907年李·德·福雷斯特发明了电子三极管，用它可组成多种重要功能的电子线路。 • 1948年肖克莱等人发明了晶体三极管，它在许多方面已取代了电子管的传统地位。成为电子技术发展的第二个里程碑。 • 20世纪60年代开始出现将“管”、“路”结合起来的集成电路。 几十年来取得了巨大的成就，成为电子技术发展的第三个里程碑。

  10. 集成电路的发展 晶体管之父肖克莱 1971年，Intel发布了第一个微处理器4004， 采用10微米工艺生产，仅包含2300多个晶体管，时钟频率为108KHz

  11. 集成电路的发展 • 2007年，Intel推出首款45nmCPU,双核心版本内建 4.1 亿个晶体管。

  12. 摩尔定律(The law of Moore) • 英特尔公司创始人之一戈登·摩尔提出著名的“摩尔定律”, 集成电路的晶体管密度每18至24个月翻一番. 其精确性一直为集成电路工业所验证 1971年，Intel发布了第一个微处理器4004， 2300多个晶体管 2007年，45nm CPU, 8.2亿个晶体管

  13. 后摩尔定律(More Than Moore) • 半导体产业正面临着双重挑战：一方面，利用先进CMOS技术开发SoC的成本飞涨；另一方面，体积的继续缩小将把摩尔定律推向末路。 • 可能在16纳米时，即2016~2018年左右，可以理解为即便到那时尺寸还能缩小下去(技术上可行)，但是由于经济上成本太高，自然就很少被人采用。这时摩尔定律不再正确。 • 由此在半导体业界诞生了More than Moore ,业界把More than Moore称之为后摩尔定律 。即芯片发展要注重功耗降低及性价比的提高，实际上转向更加务实的满足市场的需求。 超大规模集成电路的发展对人类进入信息社会起了 不可估量的推动作用！！

  14. 无线通信系统概述 电子技术的发展推动着无线电通信技术的发展 • 概念 电磁波：随时间变化的电场产生磁场，随时间变化的磁场产 生电场，两者互为因果，形成电磁场，电磁场总是 以光速向四周传播，形成电磁波。 天线：在无线电设备中用来发射或接收电磁波的部件 载波：用来产生高频率的交变电磁场的电流称为载波，可以 利用天线向天空辐射 。通常是高频正弦信号。？ 调制：将一种信号叠加在另外一种信号的过程称为调制。？ 无线电传播为什么要用高频(调制)？

  15. 天线 • 无线电发射机输出的射频信号功率，通过电缆输送到天线，由天线以电磁波形式辐射出去。电磁波到达接收地点后，由天线接下来并通过电缆送到无线电接收机。线是发射和接收电磁波的一个重要的无线电设备，没有天线也就没有无线电通信 。 • 在自由空间中, 信号的波长与频率存在以下关系: c = f λ 式中: c为光速, f 和λ分别为无线电波的频率和波长 • 只有当天线的尺寸可以与信号波长相比拟时, 天线的辐射效率才会较高, 从而以较小的信号功率传播较远的距离, 接收天线也才能有效地接收信号。 • 例如音频信号仅在20kHz以内，对应波长为20km以上。 无线电传播为什么要用高频原因之一

  16. 调制 • 假设我们能够做出如此大的天线，为什么还要对发射的基波进行调制呢？ • 音频频率范围一般 300Hz~20KHz,若各发射台 发射的均为同一频段的低频信号，信道中会互相 重叠、干扰，接收设备也无法接收信号。 • 中波AM广播典型频率范围 535kHz~1605.kHz • AM广播短波典型频率范围 3.2~26.1MHz • FM广播典型频率范围 87~108MHz 无线电传播为什么要用高频原因之二

  17. 无线电传播为什么要用高频？ • 由天线理论可知：要将无线电信号有效地发射，天线的尺寸必须和电信号的波长为同一数量级。要能够有效的发射和接受低频信号，需要巨大的天线，这不现实。 • 另外，若各发射台发射的均为同一频段的低频信号，信道中会互相重叠、干扰，接收设备也无法接收信号。 所以，无线电传播要用高频！！

  18. 调制 调制就是对信号源的信息进行处理，使其变为适合于传 输的过程，是通过改变高频载波的幅度、相位或者频 率，使其随着基带信号幅度的变化而变化来实现的。 可变的参数有3个：振幅A ；频率： 相角： 传统模拟调制方法有三种方式： 用基带信号去控制高频信号的振幅，称为调幅 AM 频率，称为调频 FM 相位，称为调相 PM 未经调制的高频振荡信号称为载波信号，低频电信号称为 调制信号（又称基带信号），经过调制的高频振荡信号称 为已调波信号。

  19. 信号源 发送设备 传输信道 收信装置 接收设备 无线通信系统的组成 不同的无线通信系统, 其设备组成和复杂度虽然有 较大差异, 但它们的基本组成不变。 通信系统框图 无线通信系统的组成 • 信源(终端)+发送设备（发信机）+天线、信道 天线+接收设备（收信机）+信宿(终端) 。

  20. 无线电广播：调幅发射机组成 调幅广播发收机的组成

  21. 调幅接收机 调幅广播接收机的组成

  22. 无线电信号的频率和波长 在自由空间中, 信号的波长与频率存在以下关系: c = f λ 式中: c为光速, f 和λ分别为无线电波的频率和波长 无线通信系统使用的频率范围很宽阔，从几十千赫兹到几百 兆赫兹。习惯上按电磁波的频率范围划分为若干个区段，称 作频段，或波段。 不同频段信号的产生、放大和接收的方法不同, 传播的能 力和方式也不同, 因而其应用范围也不同。

  23. 无线电波段的划分 无线电波的波段划分以及相应的传播方式和用途 说明：“高频”是一个相对的概念，上表中的“高频”是一个狭义的概念，指的是短波波段，其频率范围为3～30MHz，而广义的“高频”指的是射频，其频率范围非常宽，只要电路尺寸比工作波长小得多，都可以认为属于“高频”。

  24. 我国无线电广播系统频率范围 • 中波AM广播典型频率范围 535kHz~1605.kHz • AM广播短波典型频率范围 3.2~26.1MHz • FM广播典型频率范围 87~108MHz

  25. 无线电波的传播特性 • 无线通信的传输媒质是自由空间。无线电波的传播特性主要取决于其频率（波长）。电磁波从发射天线辐射出去之后，经过自由空间到达接收天线的传播途径可分为两大类：地波和天波。 • 地波（分为地面波和空间波） 地面波：就是沿地面传播的无线电波。适用于长波和超长波。 空间波：是在发射天线与接收天线间直线传播的无线电波, 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。适用于超短波。 超短波 超长波、长波、 中波，稳定可靠

  26. 无线电波的传播特性 短波 • 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。适用于短波。 • 电离层反射的特点： 频率越高，吸收能量越小，但频率过高电波会穿透电离层。故频率只限于中短波段300Khz－30Mhz

  27. 无线电波的传播特性总结

  28. ？ 思考题与习题 1、 无线通信为什么要用高频信号？ 2 、什么是调制？有哪几种调制方式？ 3、无线通信系统发送和接收设备框图 及作用？ 1、因为：低频信号能量较低，辐射力弱；发射低频信号需要巨大尺寸的天线，无法实现；不同发射台的信号同样的接收机无法区分，且会造成相互干扰。故无线通信要用高频信号。 2、所谓调制是将低频的基带信号加在高频振荡载波信号上面并去控制它的参数（幅度、瞬时频率以及瞬时相位）。有调幅、调频和调相三种调制方式。

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