高频知识要点.doc
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1、第一章 绪论本章要求:本章要求深刻理解与熟练掌握的重点内容有: (1) 无线通信系统的基本组成及各功能模块的作用(2) 高频电路在无线通信系统中的地位、作用;(3) 调制、解调在无线通信中的作用;要求一般理解与掌握的内容有:(1) 无线电信号的频谱特性;(2) 无线电波的频段划分本章补充内容:1、名词解释: 通信:信息的传输与交换 信息:消息中包含的有意义的内容 消息:信息的载体。有不同的形式,如:语言、文字、图像等 同样的信息可用不同形式的消息来发布,如天气预报,可用语言、图 像、文字、多媒体等形式发布; 信道:信息从一地向另一地传输时通过的媒质 有线:架空明线、电缆、光缆等 无线:利用无线
2、电波在空间(大气层的自由空间和穿过大气层的宇宙 空间) 的传播来传递信息 通信方式:目前最广泛的是电通信,发展最快的是光通信 通信系统:为完成通信任务所需要的一切技术、设备和传输媒质构成 的总体 模拟通信系统-信道中传输模拟信号 数字通信系统-信道中传输数字信号2、无线通信系统的组成 无线通信系统的种类很多,常见的有:无线广播、电视发送接收系统、蜂窝式移动通信系统,CDMA扩频通信系统,无线对讲机设备等。虽然不同的系统其设备的复杂性有较大差异,但它们的基本组成是相同的。可用一个结构框图表示非电/电转换 调制信号 已调波 载波音频放大调制器变频器激励放大功率放大天线开关话筒振荡器扬声器 fi f
3、s fL非电/电转换 调制信号音频放大解调器中放器混频器 高 频小信号放大振荡器 简单无线发射接收系统框图它由(1)发送设备和接收设备两大部分组成(2)天线用来辐射电磁波和感应接收电磁波的收发公用设备,由天线开关 来决定它当前的功能。(3)信道为自由空间*发送设备需解决如下两个问题 1) 当天线的几何尺寸L与所发送的信号的波长满足如下关系时 L 天线才能有效辐射电磁波,而语音、图像等信号中包含了大量的低频信号分量,为了能有效高质量地发送信号,天线的长度将很长,现实中是无法做到的。例如:无线广播所发送的语音信号,其频率范围为20HZ20KHZ,对应的波长为 =15000KM15KM () ;C为
4、光速, f为信号频率。2) 各电台同时工作时,所发送的信息处于同一个频率范围,在接收端将无法区分各电台的信息#解决方法: 在发送端加调制器,将低频的基带信号(调制信号)装载到高频载波上,形成的携带信息高频已调波 就可通过天线有效辐射传播。装载:用调制信号控制载波的某个或某些参数(如幅度、频率、相位)由此 1:天线尺寸可以物理实现 2:各电台采用不同频率的高频载波装载信号,在接收端可根据不同载频选择电台。*若需要进一步提高已调信号的频率或需要进行多路信号的频分复用,需加变频器将已调信号的中心频率搬至规定的频率上。*若需要提高已调信号的功率,可加若干级高频放大和功率放大器使信号经天线辐射传送更远距
5、离。*接收设备需解决的问题 在接收端,天线感应到N个电台发出得的载有信息的高频信号USi(i=1,2。N),它们的中心频率分别为fSi(i=1,2。N) ,因经过远距离传输,这些信号很微弱,需经过高频小信号放大器进行选频(选台)和初步放大,那么这个信号能否直接送去解调? 还不行,信号太小,需放大 如何放大?直接后接若干级放大器对USi放大? 不合理,原因:一个接收设备需接收N个电台的信号,即fSi是变化的,使得后接的若干级放大器的中心频率要随之变化,这样,放大器设计上的难度增大、设备复杂、性能指标不好。#解决方法: 引入混频器,实现输入信号US与本地载波信号UL的混频,输出信号Ui,其携带的信
6、息不变,但其载波频率变为fi=fL-fs 。在选择不同电台时,fs 在变,若能让本地载波信号的频率fL同步改变,则使得混频器输出信号的fi不变,保持为某一固定的、较低的频率,这样就可将中频放大器做成高增益、高性能的放大器(典型的超外差式接收机工作原理)3、无线电波分段:中波MW(102103m)/中频MF(300KHZ3MHZ):地波、天波。通信、广播、导航短 波SW (10100m) /高频 HF(3MHZ30MHZ) :地波、天波。通信、广播超短波VSW(110m) /甚高频VHF(30MHZ300MHZ):直线传播、对流层散射 。通信、电视广播、调频广播、雷达USW (10100cm)
7、/特高频 UHF(300MHZ3GHZ):直线传播、散射传播。 通信、电视广播、中继/卫星通信、雷达SSW (110cm) /超高频 SHF(3GHZ30GHZ):直线传播。 中继/卫星通信、雷达ESW (1 cm 10mm) /极高频 EHF(30GHZ300GHZ):直线传播。微波通信、 雷达微波 电离层分布图 60km600kmF2F1ED第二章 高频电路基础本章要求:1要求深刻理解与熟练掌握的重点内容有:(1) 高频电路中元件、器件和组件(高频基本电路)的高频特性; (2) 串联谐振、并联谐振、耦合双调谐回路的谐振特性曲线、通频带基 本概念和基本分析计算;(3) 抽头并联振荡电路及接入
8、系数概念、计算及在电路匹配中的应用;(4) 石英晶体谐振器结构、性能、工作原理与应用;2要求一般理解与掌握的内容有:(1) 陶瓷滤波器、声表面滤波器等新型滤波器件的结构、性能、工作原 理与应用;(2) 高频变压器的特点及等效电路;(3) 电子噪声的来源、特性及测量方法;本章补充内容: 高频电路基础-指的是用于构成无线电设备中各功能电路(如高频放大器、 调制/解调器、高频振荡器等)的无源元件、有源器件和组件1、高频电路中无源元件-电阻、电容、电感(1)高频电阻-不仅呈现电阻特性R=v/i、还表现出电抗特性(见pag13) 电阻R的高频等效电路 电抗产生的原因:当高频电流通过电阻时,电荷的趋肤效应
9、、涡流、电磁感应(2)高频电容-以电场形式储存电能,主要用作谐振、滤波元件(见pag13)电容C的高频等效电路 * 电容器的容抗XC=1/C * 电容器SRF-由Lc和C组成的串谐,0= * 电容器极间绝缘电阻RC是由电容两导电极板间介质(云母、陶瓷、纸等)的非理想带来的。它也决定着电容器的品质因素 QC= 储能/耗能 = 高频电路中,常使用片状电容和表面贴装电容,电容器的极间绝缘电阻RC可视 作开路(损耗很小),QC趋于无穷。当进入微波波段后,RC需考虑。(3)高频电感-以磁场形式储存磁能,主要用作谐振、滤波元件和高频阻隔元件(被称为高频扼流圈(见pag14) 电感L的高频等效电路 CL r
10、L L 电感器的感抗XL=L 高频电感线圈的损耗不能忽略(集肤效应、涡流损失、电磁辐射及磁芯电感 磁滞损耗带来的能量损失随着工作频率的增加而增加,用交流电阻rL来等效。 常用来表示电感线圈损耗性能的参数是 品质因素Q=储能/耗能= 在一定的频率范围内,可以认为电感线圈品质因素Q近似为常数 电感器SRF-由L和CL组成的并谐,0=2、高频电路中有源器件-二极管、晶体管、场效应管、集成电路,完成信号的放大、非线性变换等功能。(Pag15-16)(1)二极管 在高频电路中,二极管主要用于调制/解调、混频、检波等非线性电路中 特点:工作在低电平上 要求高频特性要好(极间电容小,工作频率高) 因此,高频
11、电路中主要用点接触式二极管和表面势垒二极管 *在高频电路中还有一类特殊用途的二极管-变容二极管 其电容值随其上偏置电压变化而变化。 用途:调频电路、压控振荡器 (2) 晶体管和场效应管 高频管的性能指标要比低频管高。 高频小功率管-用于高频小信号放大,要求;高增益、低噪声 双极性:工作频率可达几千兆赫兹,噪声系数几分贝 场效应:工作频率可达十几千兆赫兹,噪声更低 高频功率管-在高频时有较大的功率输出 双极性:工作频率可达几百兆赫兹,输出功率10-1000w(3) 集成电路-类型和品种比较少 通用型:宽带集成放大器、模拟乘法器 专用型:集成解调器、单片集成接收机等 3、高频电路中组件-高频振荡回
12、路、高频变压器、谐振器和滤波器 (1)高频振荡回路-简单振荡回路、抽头LC并联谐振回路、耦合振荡回路 (a)简单振荡回路-只有一个由电感和电容串联/并联组成的回路 * LC串联谐振回路 学习要点: l 基本电路形式l 回路空载品质因素与电感线圈的品质因素的关系l 回路两端的串联阻抗表达式l 回路谐振的定义、物理意义及电路特征l 求谐振频率0的表达式l 阻抗模、幅角与的关系及判断回路性质的方法- 当0 , ZSr ,电压相位滞后电流相位,回路呈容性 当0 , ZSr ,电压相位超前电流相位,回路呈感性 当=0 , ZS=r ,电压、电流同相位,回路呈纯阻且最小 串联谐振曲线及由此导出的失谐、广义
13、失谐、选择性、通频带等重要概念。(见课堂笔记) I/I0 1 1/2 Q1 Q2 Q1 Q2 f0 B f*回路发生并串联谐振时,储能元件电容/电感上电压(VCVL远大于回路端口处电压(近似Q倍), 串联谐振又被称为电压谐振*LC并联谐振回路 学习要点:l 基本电路形式l 回路空载品质因素与电感线圈的品质因素的关系l 回路两端的并联阻抗表达式l 回路谐振的定义、物理意义及电路特征l 求谐振频率、谐振电阻的表达式阻抗特性曲线及由此导出的判断回路性质的方法、失谐、广义失谐、选择性、通频带等重要概念。# 并联阻抗、谐振频率、谐振电阻推导LC并联谐振回路 a Ii I L C rb Zp= X=L r
14、 / Cr/C(L1/C)j(r2/C+L2/CL/C2)r+jL+1/jC(r+jL) 1/jCr2+(L1/C)2当X=0时,回路发生并联谐振 =0= 当Q1 0 0L=1/0Cr2+(L1/C)2L r / Cr/C(L1/C) R0= =L/C r = Q/0C= Q0L*回路发生并联谐振时,回路电流(I=ILIC远大于端口处Ii(近似Q倍), 并联谐振又被称为电流谐振阻抗特性曲线 Zabs/R0 1 1/2 Q1 Q2 Q1 Q2 f0 B f Z /2Q2 Q1 Q2 f0 f Q1 -/2 回路性质与频率关系: 当0 , ZPR0 ,电压相位超前电流相位,回路呈感性 当0 , Z
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