高频电子线路课程教学讲义.doc

《高频电子线路》讲义 西北工业大学电子信息学院 2010年10月6日 绪论 0.1 引言 ADSL接入系统；而对于城市之间的远程通信，采用一对导线传送一路话音的方式无疑将耗费大量的线材，如何利用尽量少的导线传送尽可能多的话音，产生了载波通信系统。无线通信系统遇到的问题更为复杂。除了上述有线通信系统需要解决的问题，还要考虑电磁波在自由空间的传播方式、电磁波有效发射和接收的问题。无线传播对于航空、航天以及地面移动设备的通信等几乎是无可替代的方式，具有十分重要的地位。 根据电磁波的波长或频率范围的不同，电磁波在自由空间的传播方式也不同。波长在200m以上，即频率在1.5MHz以下的中、长波段的电磁波主要沿着地球表面传播（传输路径随地球表面可以弯曲），称为地波传播，如图0-1-1 (a)所示。更高频率的电磁波由于将被大地表面吸收产生损耗，因而不适于沿地面传播。波长为10m～200m，即频率为1.5MHz～30MHz的0-1-1 (b)所示。电离层处在大气上层，由于太阳和星际空间的辐射引起大气电离而形成。但当频率超过一定值后，电磁波就会穿过电离层，不再返回地面。因此，频率更高的电磁波不能依靠电离层进行地面通信传播。对应波长在10m以下，即频率在30MHz0-1-1(c)所示。由于地球表面的弯曲，这种传播的距离只能限制在视线范围内。三种传播方式中，依靠天波方式的传播距离最长，直线传播距离最短，而地波传播距离介于二者之间。常见的中波调幅广播利用地波传播，短波广播利用电离层传播，而电视广播主要是直线传播。当然卫星通信和导航等都是直线传播。表0-1给出了不同波段的传播方式和应用场合。可见，利用电磁波进行无线通信，必须根据不同的应用需要选择合适的电波波段，即工作频率。 图0-1-1 无线电波的传播方式 表0-1 无线电波的波段划分表 波段名称 波长范围 频率范围 波段名称 传播方式 应用场合 长波波段 (LW) 100～10000m 30～300KHz 低频 (LF) 地波 远距离通信 中波波段 (MW) 100～1000m 3～3000KHz 中频 (MF) 地波，天波 广播，通信， 导航 短波波段 (SW) 10～100m 3～30MHz 高频 (HF) 地波，天波 广播， 中距离通信 超短波段(VSW) 1～10m 30～300MHz 甚高频(YHF) 直线传播 对流层散射 移动通信，电视广播，调频广播，雷达，导航等 分米波波段(USW) 10～1000cm 300～3000MHz 超高频(UHF) 直线传播 散射传播 通信，中继通信，卫星通信，电视广播，雷达 厘米波波段(SSW) 1～10cm 3～30GHz 特高频 (SHF) 直线传播 中继通信，雷达，卫星通信 毫米波波段(ESW) 1～10mm 30～300GHz 极高频 (EHF) 直线传播 微波通信，雷达 300～3KHz，对应波长约为100Km～1000Km0-1-2 (a)所示来说明。语音信号的频谱集中分布在低频区并且是有限的。利用更宽的频谱传送更多的信号，就是在更宽的频谱范围划分出多个语音宽度的区域，每个区域传送一路语音信号。正如多个人都要通过一路语音通道通话，只能按时间先后排队。而扩展到更宽的频谱范围，则可以通过多个语音通道同时通话，对于有线通信系统，就可以用单对导线同时传送更多的通话。然而，扩展频谱范围语音通道的语音频谱信息结构没有改变，但是所有频率分量的频率发生了改变。 第二个方面的问题可如图0-1-2 (b)所示来说明。根据不同的应用场合电磁波传播方式的要求，语音信号需要通过相应的更高频率传送；而传播过程中可能又需要采用不同的传播方式，例如地波传播转为天波传播，因而更高频率之间也需要转换。在这种频率转换过程中，语音信号的信息加载到了高频信号fc1或fc2上，语音信号的频谱信息结构不变，但所有频率分量的频率也发生了改变。 第三个方面是高频信号的产生问题。语音信号可以通过微音器（俗称话筒）将人发出的声波信号转换成电信号，但更高频率的电信号不能如语音信号那样自然产生，必须由电路自身产生。 前两个方面问题都关系到已有信号频率的改变，而后一个方面问题是新频率信号的产生。显然，不论是信号频率的改变还是频率信号的产生，其本质上都是有新的频率分量产生。联想到线性失真和非线性失真的定义，产生新的频率分量正是电路非线性特性作用的结果。 (a) 语音通道的频率扩展 (b) 语音信号的高频传输 图0-1-2 语音信号的频谱变换 0.2 非线性电子线路的作用 各种电子器件都是非线性器件，例如，二极管、双极性三极管和场效应管等，所以严格讲，包含电子器件的电子线路都是非线性电路。只有当满足一定性能指标要求，在信号足够小时才可近似为线性电子线路。线性电