通信电子线路 教学课件 ppt 作者 程民利 22304通信电子线路电子教案

1、1.1 通信系统,1信源、信宿 信源是信息的产生者，而信宿是信息的接受者，它们可以是人，也可以是机器终端。在通信系统中，信源和信宿通常是相互的。,第1章 绪 论,1.1.1 通信系统的模型,2输入变换器、输出变换器 信号是信息的表现形式，是运载与传递信息的载体与工具；而信息是信号的具体内容，它蕴藏在信号之中。 输入变换器的主要任务是将信源提供的原始信息变换为电信号。当输入信息本身就是电信号时，输入变换器则可省略。 输出变换器的作用是将接收设备输出的电信号变换成原始信息提供给信宿。 3 发送设备、接收设备 发送设备的主要作用是调制和放大。所谓调制是将基带信号变换成适合在信道中传输的频带信号，具体方法是用基带信号去控制信息载体（载波）的某一参数，使该参数随着基带信号的变化而变化，可见，调制是将基带信号携带在载波的某一参数上。 所谓放大，是指对信号的电压或功率进行放大、滤波等处理。 接收设备的任务是将通过通信信道传送到接收端的信号进行处理，恢复出与发送端相一致的基带信号，这种将接收信号恢复成基带信号的处理过程称为解调。解调是调制的逆过程。 4信道 信道是连接收、发两端的信号通道，也称传输媒介

2、。信道可分为两大类：有线信道和无线信道。不同的信号适合在不同的信道中传输。,第1章 绪 论,1.1.2 通信系统的分类,1按信息的物理特征分类 根据信息的不同物理特征，通信系统可分为传真通信系统，电话通信系统，数据通信系统，图象通信系统等。 2按基带信号的物理特征分类 根据基带信号的不同，通信系统可分为模拟通信系统和数字通信系统。 3按传输媒介分类 根据传输媒介的不同，通信系统可分为有线通信系统和无线通信系统两大类。 4按信号复用方式分类 复用方式主要有四种，即空分复用（SDMA）、频分复用（FDMA）、时分复用（TDMA）和码分复用（CDMA）。,第1章 绪 论,5按终端设备来分类 按终端设备分，通信系统可分为电话（包括手机）通信、电报通信、电传通信、传真通信和计算机通信等。 6按通信方式来分类 按通信的方式分类，通信系统可分为单工通信、半双工通信及全双工通信三种。,第1章 绪 论,1.2 无线电信号的特性,1时间特性 无线电波的时间特性反映信号随时间变化的快慢。无线电信号可以表示为电压或电流的时间函数，通常用时域波形或数学表达式来描述。对于比较简单的信号（如正弦波、周期性方波等），

3、用时间特性表示很方便。,2频谱特性 对于较为复杂的信号（如话音信号、图像信号等），用频谱法表示较为方便，因为任何信号都可以分解为许多不同频率、不同幅度的正弦信号之和。周期性信号，可以用离散谱表示；而非周期性信号，可以用连续谱表示。,3传播特性 传播特性是指无线电信号的传播方式、传播距离、传播特点等。无线电通信的传输媒质主要是自由空间。由于地球表面与空间层的环境条件不同，因此对不同频率的电磁波的传播特性也不同。不同的信道有不同的传输特性，相同的信道对不同频率的信号传播特性也是不同的。,第1章 绪 论,第2章 基 础 知 识,2.1 高频电子元器件,2.1.1 高频无源元件,1高频电阻 一个实际的电阻器，在低频使用时主要表现为电阻特性，但在高频使用时不仅表现出电阻特性，而且还表现出电抗特性，电阻器的电抗特性反映的就是其高频特性。 电阻器的高频等效电路如图所示，其中，CR为电阻器分布电容，LR为电阻器引线电感，R为电阻。在低频时，由于信号频率比较低，分布电容和引线电感的作用都可忽略，电阻器为纯电阻R；但在高频时，由于分布电容和引线电感的影响增大，不能再忽略，所以，电阻器在高频使不仅呈现出电阻

4、特性，而且呈现出电抗特性。分布电容和引线电感越小，电阻器越接近纯电阻特性，其高频特性越好。 电阻器高频特性的好坏与电阻体的材料、封装形式及尺寸大小有密切关系。一般来说，金属膜电阻比碳膜电阻的高频特性好，而碳膜电阻比线绕电阻的高频特性好；表面贴装(SMD)电阻比引线电阻的高频特性好，小尺寸的电阻比大尺寸的电阻高频特性好。频率越高，电阻器的电抗特性表现越明显。在实际应用中，应尽量减小电阻器电抗特性的影响。,2高频电容 电容器的高频等效电路如图右所示。其中，电阻RC表示极板间绝缘电阻，它是由于两极板间绝缘介质的非理想所致， LC为引线电感。在低频时，极板间绝缘电阻RC可视为开路，电感LC可视为短路，但高频时，它们的影响不能再忽略。由于在高频电路中常常使用片状电容和表面贴装技术，所以电感LC可以忽略不计. 3高频电感 高频电感主要用作谐振元件、滤波元件和阻隔元件(称为高频扼流圈)。电感由导线绕制而成，也称电感线圈。电感是空心的或是有骨架的，也可以绕制成单层或多层。绕制高频电感的导线有一定的直流电阻，骨架也会引起额外的损耗，它们的影响用RL表示。,第2章 基 础 知 识,由右图可见，电感器不仅具

5、有电感特性，而且具有电阻特性，且电阻RL的阻值因集肤效应随频率的增高而增大。所谓集肤效应是指随着工作频率的升高，流过导线的交流电流集中在导线表面的现象。当频率很高时，导线中心部位几乎完全没有电流流过，导线的有效截面积大大减少，故阻值增大。RL越大，电感的高频特性越差。,第2章 基 础 知 识,4传输线 通信电路中的传输线，泛指传输电信号的导线。它可以是对称的平行导线，或是扭在一起的双绞线，也可以是同轴电缆。 当在一对导线上施加电压时，导线中有电流流过，则一对导线间会产生电场而储存电能，导线的周围产生磁场而储存磁能。从这个意义上理解，一对导线既呈现电容性质，又呈现电感性质。电流流经导线时发热消耗能量，使得其呈现串联电阻性质。两根导线之间有漏电时，则相当一并联电导，故均匀传输线的高频等效电路如下图24所示。用R和L代表导线单位长度的电阻和电感，而以g和C代表其单位长度的漏电导和电容。,2.1.2 高频有源元器件,第2章 基 础 知 识,1晶体二极管 晶体二极管在高频电路中常用于检波、调制、解调及混频等非线性电路中。高频电路中常用的二极管主要有点接触式二极管和表面势垒二极管(又称肖特基二极管

6、)，两者都是利用多数载流子导电的机理，它们的极间电容小、工作频率高，常用的点接触式二极管(如2AP系列)工作频率高达100200MHz，而表面势垒二极管工作频率可高达微波范围。,2晶体三极管与场效应管 在高频电路中仍然使用双极晶体管和场效应管，只是在高频应用时要求更高，晶体管的外形结构与低频管也有所不同。 高频晶体管有两大类型，一类是高频小功率管（3AG系列、3DG系列、3CG系列），用于小信号放大，主要要求其增益高、噪声低。目前晶体三极管管的工作频率可达几千兆赫兹，噪声系数为几个分贝，而场效应管也能工作在同样高的频率，且噪声更低，砷化镓场效应管的工作频率可高达十几千兆赫兹以上。 另一类是高频功率放大管（3DA系列、3CA系列），高频功率放大管一般指特征频率大于4MHZ，耗散功率大于1W的三极管。对于高频功率放大管除了对增益的要求外，还要求其有较大的输出功率。高频大功率晶体管在几百兆赫兹以下频率的输出功率可达101000W。而MOS场效应管，甚至在几千兆赫兹的频率上还能输出几瓦功率。,第2章 基 础 知 识,3集成电路 高频集成电路主要分为通用型和专用型两大类，目前通用型的宽带集成放大

7、器工作频率高达一、二百兆赫兹，增益可达五、六十分贝甚至更高，如高频模拟乘法器工作频率高达100MHz以上。高频专用集成电路包括集成锁相环、集成调频信号解调器、单片集成接收芯片以及电视机专用集成电路等。,2.2 高频滤波器,第2章 基 础 知 识,常用的高频滤波器有LC谐振电路、陶瓷滤波器、石英晶体滤波器和及声表面波滤波器。,221 高频滤波器的指标,1中心频率fo 中心频率通常指滤波器的固有谐振频率，在中心频率处电路的传输能力最强，即电路的电压传输系数最大。,2通频带B0.7 通频带通常用B0.7表示，指滤波器的电压传输系数的大小下降到fo对应的传输系数的（既0.707）时所对应的频率范围。,3带内波动 理想滤波器通频带内传输特性是常数，而由图2-5(a)可见，实际滤波器通频带内的传输特性是变化的，在实际应用中应尽量减小带内波动，以减小因此而引起的失真，即频率失真。 4选择性与矩形系数 选择性指滤波器选出有用信号，滤除干扰的能力。理想滤波器的幅频特性应为矩形，为了描述滤波器幅频特性与理想幅频特性的接近程度，定义了矩形系数。 5插入损耗 插入损耗定义为在通频带内插入滤波器前后负载功率之比

8、。,第2章 基 础 知 识,6输入输出电阻 滤波器的性能指标是在其输入、输出端均匹配的条件下测得的，使用时必须知道其输入输出电阻，并很好的匹配，才能使滤波器性能最佳。 7相频特性 理想滤波器的相频特性应为线性，实际滤波器的相频特性应尽量接近线性，以减小相位失真。,2.2.2 LC并联谐振电路 LC并联谐振电路对不同频率的信号呈现不同的阻抗，对频率等于其固有谐振频率的信号呈纯电阻特性，且此时阻值最大，对谐振频率附近的信号呈现很大的阻抗值，而对偏离谐振频率较大的信号呈现很小的阻抗值，即它能选择性的传输信号，因此常被用做滤波器。,第2章 基 础 知 识,2.2.3 石英晶体滤波器 1石英晶体谐振器的结构 石英晶体谐振器是利用石英晶体的压电效应制成的一种谐振器件。在一块石英晶体上按一定方位角切下薄片，然后在其两个对应表面上敷银作为电极，在每个电极上各焊一根引线至管脚上，再装入封装外壳就构成了石英晶体谐振器，简称石英晶体或晶体。,第2章 基 础 知 识,2压电效应 若在石英晶体的两侧施加机械压力，则会在石英晶体相应的方向上产生电场，这种现象称为压电效应。反之，在石英晶体的两个电极上加电场，晶片就

9、会产生机械形变，这种现象称为逆压电效应。若在晶体的两极上加交变激励电压，晶片就会产生机械振动，晶片的机械振动又会产生交变电场。且当外加交变电压的频率等于晶体的固有频率时，振幅最大，这种现象称为压电谐振。,3石英晶体的电路符号及等效电路 石英晶体是广泛应用的一种高频滤波器，石英晶体的电路符号及等效电路如下 图所示。图(a)为石英晶体的电路符号，图(b)为其等效电路，晶体两电极可看作一个平板电容器，用C0等效。C0的大小与晶体的几何尺寸、电极面积有关，约几个皮法到几十皮法。L、C为晶体谐振时的等效参数，晶片振动时因摩擦面造成的损失用损耗电阻R来等效，它的数值约为100。图(c)为晶体的电抗特性。由于晶体的等效电感很大，而R很小，因而晶体的品质因素Q很大。晶体谐振频率基本上只与晶体自身的切割方式、几何形状及其尺寸有关，可做得非常精确，因此石英晶体具有非常好的选频特性。,第2章 基 础 知 识,4谐振颊率 由石英晶体的等效电路可知其有两个固有谐振频率。 (1)串联谐振。 L、R、C支路串联谐振时，其等效阻抗很小(等于R)，串联谐振频率fs为,第2章 基 础 知 识,(2)并联谐振。 当频率高于fs时，L、C、R支路呈感性，可与电容Co发生并联谐振，并联谐振频率fp为,由于CCo，因此fs和fp非常接近。,第2章 基 础 知 识,2.2.4 陶瓷滤波器 某些陶瓷材料（如锆钛酸铅）经直流高压的静电极化后，可具有压电效应的特性，据此可将压电陶瓷块制成滤波器，称为陶瓷滤波器。,2.2.5 声表面波滤波器 声表面波是指声波在弹性体表面的传播，声表面波滤波器是采用石英晶体、压电陶瓷等压电材料，利用其压电效应和声表面波传播的特性制成的专用滤波器件。,2.3 电子噪声,2.3.1 内部噪声 1电阻的热噪声 一个电阻在没有外加电压时，电阻材料中的自由电子要做无规则的热运动。温度越高，这种运动越剧烈，只有当温度下降到绝对零度时，运动才会停止。因为自由电子运动速度的大小和方向都是不规则的，所以通过导体任一截面的自由电子数目是变化的，即使在导体两端不外加电压，导体中也会有由于热运动而引起

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