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內容簡介

高頻電子綫路(第二版)參照教育部教學指導委員會製定的?電子信息科學與電氣信息類“電子綫路(Ⅱ)”課程教學基本要求?,博取國內外同類教材之優點,以編者多年的教學經驗和教改需要編寫而成.編者在“工程教育”的理念下,以“精選內容、突齣重點、聯係實際”為原則,旨在服務於教學,貼近於實踐.同時編者製作瞭與教材同步的2個教學課件(包括AuthorwAre版和PPT 版),其中AuＧthorwAre版以“闆書演示”、“動畫演示”和“仿真演示”三位一體的形式再現瞭課堂教學新體係,便於教師教學與學生自學
高頻電子綫路(第二版)由緒論、高頻電路基礎、高頻小信號放大器、高頻功率放大器、正弦波振蕩器、振幅調製與解調及混頻、角度調製與解調、反饋控製電路、無綫電技術的應用9章組成.

目錄

第二版前言 第一版前言 第1章  緒論   1.1 通信技術發展簡史   1.2 通信係統的組成     1.2.1 通信係統的基本組成     1.2.2 模擬和數字通信係統   1.3 發射機和接收機的組成     1.3.1 無綫廣播調幅發射機的組成框圖     1.3.2 無綫廣播調幅接收機的組成框圖   1.4 本課程的研究內容與特點   本章小結   自測題   習題 第2章  高頻電路基礎   2.1 概述   2.2 選頻網絡     2.2.1 單調諧迴路     2.2.2 雙調諧迴路     2.2.3 固體濾波器   2.3 非綫性電路分析基礎     2.3.1 非綫性電路的工程分析方法     2.3.2 相乘器及頻率變換作用   本章小結   自測題   習題 第3章  高頻小信號放大器   3.1 概述   3.2 分散選頻放大器     3.2.1 晶體管高頻Y參數等效電路     3.2.2 單調諧迴路諧振放大器     3.2.3 雙調諧迴路諧振放大器     3.2.4 高頻小信號諧振放大器的穩定性   3.3 集中選頻放大器     3.3.1 集中選頻放大器的絹成框圖     3.3.2 集成寬帶放大器     3.3.3 集中選頻放大器實例簡介   3.4 放大器中的噪聲     3.4.1 噪聲的來源     3.4.2 信噪比和噪聲係數   本章小結   自測題   習題 第4章  高頻功率放大器   4.1 概述   4.2 丙類諧振功率放大器的工作原理     4.2.1 丙類諧振功率放大器的基本原理     4.2.2 丙類諧振功率放大器的功率和效率   4.3 丙類諧振功率放大器的特性分析     4.3.1 丙類諧振功率放大器的動態特性麯綫     4.3.2 丙類諧振功率放大器的工作狀態     4.3.3 丙類諧振功率放大器的外部特性   4.4 丙類諧振功率放大器的實際電路     4.4.1 直流饋電電路     4.4.2 濾波匹配網絡     4.4.3 實用電路   4.5 倍頻器   4.6 寬帶高頻功率放大器     4.6.1 高頻功率閤成器概述     4.6.2 傳輸綫變壓器     4.6.3 耦閤網絡及其應用實例   本章小結   自測題   習題 第5章  正弦波振蕩器   5.1 概述   5.2 反饋型振蕩器的工作原理     5.2.1 反饋型振蕩器的基本組成     5.2.2 振蕩器的三個振蕩條件     5.2.3 振蕩器的分析方法   5.3 LC正弦波振蕩器     5.3.1 互感耦閤式振蕩器     5.3.2 LC三點式振蕩器   5.4 振蕩器的頻率穩定度     5.4.1 頻率準確度和頻率穩定度     5.4.2 提高頻率穩定度的措施   5.5 石英晶體振蕩器     5.5.1 並聯型晶體振蕩器     5.5.2 串聯型晶體振蕩器     5.5.3 泛音晶體振蕩器   5.6 負阻振蕩器     5.6.1 負阻器件的伏安特性     5.6.2 負阻振蕩器   5.7 其他類型振蕩器     5.7.1 壓控振蕩器     5.7.2 集成電路振蕩器     5.7.3 集成運放振蕩器   本章小結   自測題   習題 第6章  振幅調製、解調及混頻   6.1 概述   6.2 調幅信號的分析     6.2.1 普通調幅信號     6.2.2 抑製載波調幅信號     6.2.3 殘留邊帶調幅信號   6.3 調幅信號的産生電路     6.3.1 調幅電路的分類     6.3.2 高電平調幅電路     6.3.3 低電平調幅電路   6.4 調幅信號的解調電路     6.4.1 振幅解調電路的作用及其分類     6.4.2 二極管峰值包絡檢波器     6.4.3 同步檢波器   6.5 混頻器     6.5.1 混頻器的作用、組成及主要參數     6.5.2 晶體管混頻器     6.5.3 二極管混頻器     6.5.4 模擬相乘器混頻器     6.5.5 混頻器的乾擾   本章小結   自測題   習題 第7章  角度調製與解調   7.1 概述   7.2 調角信號的分析     7.2.1 調頻信號與調相信號的數學錶達式和波形     7.2.2 調角信號的頻譜和有效頻帶寬度   7.3 調頻信號的産生電路     7.3.1 調頻電路的類型和技術指標     7.3.2 直接調頻電路     7.3.3 間接調頻電路     7.3.4 擴展最大綫性頻偏的方法   7.4 調頻信號的解調電路     7.4.1 鑒頻方法和鑒頻器的技術指標     7.4.2 斜率鑒頻器     7.4.3 相位鑒頻器     7.4.4 比例鑒頻器   本章小結   自測題   習題 第8章  反饋控製電路   8.1 概述   8.2 自動增益控製電路     8.2.1 基本工作原理     8.2.2 AGC電路的應用   8.3 自動頻率控製電路     8.3.1 基本工作原理     8.3.2 AFC電路的應用   8.4 鎖相環路     8.4.1 基本工作原理     8.4.2 鎖相環路的應用     8.4.3 集成鎖相環簡介   本章小結   自測題   習題 第9章  無綫電技術的應用   9.1 概述   9.2 調幅發射機和接收機的組成及其電路分析     9.2.1 調幅發射機和接收機的組成框圖     9.2.2 調幅發射機電子綫路的分析     9.2.3 調幅接收機電子綫路的分析   9.3 調頻發射機和接收機的組成及其電路分析     9.3.1 調頻發射機和接收機的組成框圖     9.3.2 調頻發射機電子綫路的分析     9.3.3 調頻接收機電子綫路的分析   9.4 移動通信技術簡介     9.4.1 移動通信中的多址接人技術     9.4.2 CDMA手機電路的組成框圖   本章小結   思考題 參考文獻

精彩書摘

第1章　緒　　論
無綫電技術是人們在不斷尋求傳遞信息的各種方式中發展起來的,它和無綫電通信的發展幾乎是密不可分的.廣義地說,凡是在發信者和收信者之間,利用任何方法,通過任何媒介完成信息的傳遞都可稱為通信.能夠完成信息傳遞的設備總和稱為通信係統.
本章在追溯無綫電通信技術發展的同時,重點介紹無綫通信係統的組成.
1.1　通信技術發展簡史
在實現遠距離快速傳遞信息方麵,史料上就有烽火狼煙、驛站快馬接力、信鴿、旗語等記載.直到19世紀電磁學的理論與實踐已有堅實的基礎後,人們纔開始探索用電磁能量傳遞信息的方法.1837年,美國發明傢莫爾斯(.Bre)tlgA創造瞭莫
F.Mos發明瞭有綫電報(eerph),爾斯電碼,開創瞭近代通信的新紀元.1876年,美籍英國發明傢貝爾(AlexAnderG.Bel
)發明瞭電話(eeoe),並成立瞭世界上第一傢電
tlphn能夠直接將話音信號變為電信號沿導綫傳送,話公司.由於電報、電話都是沿導綫傳送信號的,從而實現瞭早期的有綫通信.
1864年,英國物理學傢麥剋斯韋(J.ClerkMAxwel
)發錶瞭“電磁場的動力學理論”這一著名論文,總結瞭前人在電磁學方麵的工作,得齣瞭電磁場方程,從理論上預見瞭電磁波的存在,為後來無綫電技術的發展奠定瞭堅實的理論基礎.1887年,德國物理學傢赫茲(H.Hertz)以卓越的實驗技巧證實瞭電磁波是客觀存在的,他在實驗中指齣:電磁波在自由空間的傳播速率與光速相同,並能産生反射、摺射等與光波性質相同的現象.打破瞭人們認為電隻能夠沿導綫傳輸的思維方式.此後,許多國傢的科學傢如英國的羅吉(O.J.Lodge)、法國的勃蘭利(BrAnＧ ly)、俄國的波波夫(A.C.∏O∏B)和意大利的馬剋尼(Gugliemo MArconi)都在紛紛研究如何利用電磁波來實現信息的傳輸,其中馬剋尼的貢獻最大,他於1895年首次用電磁波進行瞭幾百米距離的通信並獲得成功,1901年又完成瞭橫跨大西洋的通信,從而無綫電通信進入瞭實用階段,並於1909年獲得瞭諾貝爾物理學奬.但那時的無綫電通信設備是:發送設備用火花發射機、電弧發生器或高頻發電機等;接收設備則用粉末(金屬屑)檢波器.
英國科學傢弗萊明(g)發明電子二極管之後,纔開始進入無綫電電子
1904年,J.A.Flemin學時代.1907年,美國物理學傢李.德.福雷斯特(Le
deForest)在電子二極管的基礎上發明瞭電子三極管,用它可組成具有放大、振蕩、變頻、調製、檢波和波形變換等重要功能的電子綫路,為現代韆變萬化的電子綫路提供瞭“心髒”器件.電子管的齣現是電子技術發展史上的
第一個裏程碑.
1948年,美國物理學傢肖剋萊 (W.Shockley)、巴丁 (BArde
n)和布拉頓 (W.H.BrAt
Ain)共同發明瞭晶體三極管(trAnsistor),並一起獲得1956年的諾貝爾物理學奬.晶體管在節約電能、縮小體積與重量、延長壽命等方麵遠勝過電子管,取代瞭電子管的統治地位,成為電子技
術發展史上的第二個裏程碑.1958年,美國德州儀器公司工程師傑剋.基爾比(J.K.Kilby)發明瞭集成電路,奠定瞭現代微電子技術的基礎,也因此於2000年獲得瞭諾貝爾物理學奬.這種將“管”和“路”結閤起來的集成電路是電子技術發展史上的第三個裏程碑.
1978年,美國貝爾實驗室研製成功第一代模擬移動通信技術 (簡稱1G)先進移動電話係統(AdvAnced MobilePhoneSystem,AMPS),建成瞭蜂窩狀移動通信係統,主要特點是采用頻分復用(FDMA)模擬製式,語音信號為模擬調製,典型代錶是美國的 AMPS和英國的全接入通信係統(TotAlAc
es
CommunicAtionsSystem,TACS).1987年齣現瞭利用數字傳輸方式實現語音、數據等業務的第二代數字移動通信技術(簡稱2G),主要采用的是時分多址(TDＧ MA)技術(典型代錶是美國的DＧAMPS、歐洲的 GSM和日本的 PDC係統)和窄帶碼分多址 (CDMA)技術(典型代錶是美國的ISＧ95係統).2G以傳輸話音和低速數據業務為目的,又稱為窄帶數字通信係統,它與1G相比,僅是移動通信性能就提高瞭許多.從1996年開始,為瞭解決中速數據傳輸問題,又齣現瞭以 GPRS和ISＧ95B為代錶的第2.5代移動通信技術(簡稱
國際電信聯盟(從10種第三代(地麵候選無綫接口技術方案
2.5G).2000年,ITU)簡稱3G)中最終確定瞭三個通信係統的接口技術標準,即歐洲和日本共同提齣的 WCDMA、美國以高通公司為代錶提齣的CDMA2000以及我國以大唐電信集團為代錶提齣的TDＧSCDMA,這三種標準都采用瞭 CDMA這一核心技術.近年來3G已經進入市場應用和推廣,它可以提供前
兩代産品不能提供的寬帶信息服務.
移動通信係統從2G到3G的發展實現瞭從單純的語音通信嚮數據通信的跨越,盡管其傳輸速率可達2Mbit/s,但仍無法滿足無綫多媒體通信和信息時代迅猛發展的要求,這一切無疑推動瞭業界對下一代通信係統的研發工作.根據 ITU的規定,第4代移動通信技術 (簡稱4G)應該滿足以下兩個條件:靜態傳輸速率達到1Gbit/s,移動狀態下傳輸速率要達到100Mbit/s(比目前的撥號上網快2000倍).它集3G與 WLAN(無綫局域網)技術於一體,能夠傳輸高質量視頻圖像,並滿足幾乎所有用戶對無綫服務的要求.為瞭達到上述技術指標及實現各項功能,世界各技術陣營基本均以 OFDM和 MIMO技術作為4G核心技術.2010年10月,由我國主導的新一代寬帶移動通信技術TDＧLTEＧAdvAnced已成功被ITU確定為全球4G標準,TDＧSCDMA與4G主流技術有機結閤,顯著提高瞭係統性能.2013年底工業和信息化部正式發放4G牌照,宣告中國通信行業進入4G時代.當然要順利地把4G係統投入實際應用,會遇到技術和市場等很多方麵的挑戰,還有很長的路要走.
第5代移動通信技術(簡稱5G)是4G之後的延伸,目前正在研究中,還沒有一個具體標準.但是有消息報道韓國已成功研發5G,手機在利用該技術後無綫下載速度可以達到每秒3.6G,這一技術預計將於2020年開始推嚮商業化.目前,包括中國在內的很多國傢都開始投入5G的準備和研發工作.
移動通信技術每一代的發展都是技術的突破和觀念的創新.
1.2　通信係統的組成
1.2.1　通信係統的基本組成
通信的一般含義是從發送者到接收者之間信息的傳遞.通信係統是指實現這一通信過程的全部技術設備和信道的總和.通信係統的種類很多,它們的具體設備和業務功能可能各不相同,然而經過抽象和概括,均可用圖1.2.1所示的基本組成框圖來錶示.
1.信源與輸入變換器
信源就是信息的來源,它有不同的形式,如聲音、圖像、文字、電碼等.
當輸入信息為非電量(如聲音、圖像等)時,必須有輸入變換器(如話筒、攝像機等),其作用是將信源輸入的信息變換成電信號(通常也稱為基帶信號).當輸入信息本身就是電信號(如計算機輸齣的二進製信號、傳感器輸齣的電流或電壓信號等)時,在能夠滿足發送設備要求的條件下,輸入變換器可省略而直接進入發送設備.
2.發送設備
發送設備用來將基帶信號進行某種處理並以足夠的功率送入信道,以實現信號有效傳輸,
因此發送設備主要有兩個任務:一是調製,二是放大.
所謂調製(modulAtion)就是用基帶信號控製高頻振蕩信號的某一參數,使該參數隨基帶信號而綫性變化的過程,以便將基帶信號變換成適閤信道傳輸的頻帶信號.通常將基帶信號稱為調製信號(modulAtingsignAl);等幅高頻振蕩信號稱為載波(cAr
ier)信號,它就像人們齣遠門要乘坐的飛機和火車一樣,是裝載調製信號的工具;攜有調製信號的載波稱為已調信號 (modulAtedsignAl).
所謂放大是指對調製信號及已調信號的電壓和功率進行放大、濾波等處理,以保證已調信
號有足夠的功率送入信道.
為什麼信號在發送設備中要進行調製呢?
我們知道,人耳能聽到的聲音頻率在20Hz~20kHz範圍內,通常把這一範圍的頻率稱為
音頻.聲波在空氣中傳播的速率(約340m/s)比光速慢得多,而且衰減相當快.一個人無論怎樣盡力高聲呼喊,他的聲音也不會傳得很遠.為瞭把聲音傳到遠方,常用的方法是將它變為電信號,再設法把電信號傳送齣去.傳送圖像也是一樣.
1)信號傳送存在的問題
(1)由天綫理論可知 ,隻有天綫實際長度與電信號的波長相近時 ,電信號纔能通過天綫以電磁波形式有效進行輻射 .例如 ,聲音信號的各頻率分量分布在0.02~20kHz,由λ＝c/f(其中c＝3×108m/s)可知其對應的波長為15×103~15×106m,顯然利用天綫輻射是不
現實的 .
(2)即使這樣超長的天綫能夠製造齣來 ,當基帶信號由天綫直接發射時 ,由於各發射颱發射的均為同一頻段的低頻信號 ,它們也會在信道中混在一起 ,互相乾擾 ,接收設備也無法選齣需要電颱的信號 .就像許多人都在說唱,相互乾擾 ,人們無法聽到想要聽到的聲音一樣 .
此外,還存在信道利用率低和抗乾擾性能差等問題.
2)調製的作用及方式
(1)調製的作用 .為瞭易於製作天綫 ,區分不同的電颱信號 ,同時實現信道的復用 ,需采用調製技術 .
理論和實踐都證明 ,隻有高頻 (射頻 )信號適於天綫輻射和無綫傳播 .若將低頻調製信號裝載到不同的指定的高頻載波上 ,則不僅使天綫長度大大縮短 ,而且接收機可以選擇不同電颱的載波頻率 ,實現瞭頻分多路通信 .另外改變瞭相對帶寬 ,提高瞭係統性能 .
(2)調製方式 .根據調製信號和載波的不同 ,調製可分為模擬調製 (AnAlogmodulAtion)和數字調製 (digitAlmodulAtion).若用模擬調製信號控製高頻正弦載波的三個參數 (振幅、頻率和相位 )中的某一個 ,則將有調幅 (Amplitude ModulAtion,AM)、調頻 (Frequency ModulAtion, FM)和調相 (PhAseModulAtion,PM)三種調製方式 .例如 ,電視信號中 ,圖像是調幅 ,伴音是調頻 ,廣播電颱信號中常用的方法是調幅與調頻 .若調製信號是數字信號 ,則還可以有數字鍵控方式的調製 ,如幅度鍵控 (ASK)、頻移鍵控 (FSK)、相移鍵控 (PSK)以及差分相移鍵控 (DPSK)等,近年來還齣現瞭很多窄帶調製方式 ,如 MSK、16QAM等.
為瞭便於讀者理解 ,在此以普通調幅波為例 ,直觀地認識一下調製方式 .(假設調製信號 uΩ(＝UΩmcst,載波信號
t)oΩuct)＝Ucmcosωct,並且載波信號的角頻率 ω遠大於調製信號的角頻率 Ω,其波形如圖1.2.2(Ac)和圖1.2.2 (b)所示 .按照調製的概念可知 ,對於普通調幅可理解為載波的振幅 U隨調製信號 ut)大圖1．2．2　單頻調製普通調幅信號

Ω(小的變化而變化 ,由此可得到相應的普通調幅波波形 ,如圖1.2.2 (c).
cm
3.信道與噪聲源
信道是連接發、收兩端信號的通道 ,又稱為傳輸媒介 .通信係統中應用的信道可分為無綫信道 (如自由空間、海水等 )和有綫信道 (如電綫、電纜、光纜等 ).不同信道有不同的傳輸特性 ,相同信道對不同頻率的信號傳輸特性也是不同的 .下麵著重介紹自由空間的無綫信道電磁波的傳播情況 .
為瞭討論問題的方便 ,對不同頻率的電磁波人為地劃分為若乾個區域 ,稱為頻段 ,也稱為
波段 .從30kHz開始 ,頻率每增加10倍作為一個波段 ,其實波段的劃分是很粗略的 ,沒有明
顯的分界綫 .各波段的劃分及其主要的傳播方式如錶1.2.1所示 .
電磁波從發射天綫輻射齣去後 ,其傳播方式與波長有關 ,主要有沿地麵傳播的地波、靠電離層摺射和反射傳播的天波以及沿空間直綫傳播的空間波 .另外還有當大氣層或電離層齣現不均勻團塊時 ,無綫電波有可能被這些不均勻媒質嚮四麵八方反射 ,使一部分能量到達接收點,這就是散射波 .
頻率在1.5MHz以下的電磁波主要沿地錶傳播 ,稱為地波 ,如圖1.2.3 (A)所示 .由於大地不是理想導體 ,當電磁波沿其傳播時 ,有一部分能量被損耗 ,頻率越高趨膚效應越嚴重 ,能量損耗也就越大 ,所以頻率較高的電磁波不宜沿地錶傳播 .

圖1．2．3　無綫電波傳播方式示意圖
頻率在1.5 ~30MHz的電磁波 ,由於頻率較高 ,地麵吸收較強 ,用地波傳播時衰減很快 .它主要靠大氣層上部電離層的反射與摺射傳播 ,稱為天波 ,如圖1.2.3 (b)所示 .電離層是由太陽和星際空間的輻射引起大氣上層電離形成的 .電磁波到達電離層後 ,一部分能量被吸收 ,一部分能量被反射與摺射到地麵 ,其中 ,頻率較低的電磁波被反射到地麵 ,頻率較高的電磁波穿過電離層後不再反射到地麵 .因此頻率更高的電磁波不宜用天波傳播 .
頻率在30MHz以上的電磁波 ,它會穿過電離層而不再返迴地麵 ,因此頻率在30MHz以上的超短波通信係統隻能選擇直射傳播方式 ,即空間波 ,如圖1.2.3 (c)所示 .地錶的彎麯使空間波傳播距離受限於視距範圍 ,所以高架發射天綫可以增大其傳輸距離 .
綜上所述 ,長波信號以地波繞射為主 ;中波和短波信號可以地波和天波兩種方式傳播 ,但是前者以地波傳播為主 ,後者以天波 (反射與摺射 )為主 ;超短波以上頻段的信號大多以空間波傳播 ,也可采用對流層散射的方式傳播 .
圖1.2.1中的噪聲源集中錶示瞭信道以及分散在通信係統中其他各處的噪聲和乾擾 .它們的存在 ,使接收端信號與發射端信號之間存在一定的誤差 .
4.接收設備
接收設備的任務是選頻、放大和解調 (demodulAtion).即將信道傳送過來的已調信號進
行處理 ,恢復齣與發送端相一緻的基帶信號 ,這一過程稱為解調 ,顯然解調是調製的逆過程 .信道的衰減特性 《高頻電子綫路》（第2版） 下載 mobi epub pdf txt 電子書

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