高频电路原理与分析(精)
高频电路原理和分析课件第7章_频率调制和解调
第7章 角度调制与解调
7.1 角度调制信号分析 7.2 调频器与调频方法 7.3 调频电路 7.4 鉴频器与鉴频方法 7.5 鉴频电路 7.6 调频收发信机及附属电路 7.7 调频多重广播
第7章 角度调制与解调
概述
在无线通信中，频率调制和相位调制是又一类重要的 调制方式。
1、频率调制又称调频(FM)——模拟信号调制，它是使 高频振荡信号的频率按调制信号的规律变化(瞬时频率变化 的大小与调制信号成线性关系)，而振幅保持恒定的一种调 制方式。调频信号的解调称为鉴频或频率检波。
些边频对称地分布在载频两边，其幅度取决于调制指数mf ；
(2) 由于mf=Δ ωm/Ω=Δ fm/F，且Δ ωm=kfUΩ，因此调制指 数mf既取决于最大频偏，又取决于调制信号频率F。 (3) 由于相邻两根谱线的间隔为调制信号频率，因此调制信 号频率越大，谱线间隔越大，在相同的调制指数mf时，最 大频偏也越大。
（7-3）
第7章 角度调制与解调
式中， m
m f 为调频指数。FM波的表示式为
u F M ( t ) U C c o s (c t m fs i n t ) R e [ U C e j e t e j m fs i n t ]
(7-4)
图7-1画出了频率调制过程中调制信号、调频信号及 相应的瞬时频率和瞬时相位波形。
J
2 n
(mf
)
1
n
PFM
1 2RL
Uc2
Pc
（7-14） （7-15）
第7章 角度调制与解调
(7-15)式说明，调频波的平均功率与未调载波的平均 功率相等。当调制指数mf由零增加时，已调制的载波功 率下降，而分散给其他边频分量。这就是说，调频的过 程就是进行功率的重新分配，而总功率不变，即调频器 可以看作是一个功率分配器。
高频电路原理与分析
高频电路原理与分析期末复习资料陈皓编10级通信工程2012年12月1.单调谐放大电路中，以LC 并联谐振回路为负载，若谐振频率f 0=10.7MH Z，C Σ= 50pF ，BW 0.7=150kH Z ，求回路的电感L 和Q e 。
如将通频带展宽为300kH Z ，应在回路两端并接一个多大的电阻？解：（1）求L 和Q e（H ）= 4.43μH（2）电阻并联前回路的总电导为47.1（μS）电阻并联后的总电导为94.2（μS）因故并接的电阻为2.图示为波段内调谐用的并联振荡回路，可变电容 C 的变化范围为 12～260pF ，Ct 为微调电容，要求此回路的调谐范围为 535～1605 kHz ，求回路电感L 和C t 的值，并要求C 的最大和最小值与波段的最低和最高频率对应。
题2图12min 12max ,22(1210)22(26010)33根据已知条件，可以得出：回路总电容为因此可以得到以下方程组16051053510t t t C C C LC L C LC L C ππππ∑--=+⎧⨯==⎪⨯+⎪⎨⎪⨯==⎪⨯+⎩3.在三级相同的单调谐放大器中，中心频率为465kH Z，每个回路的Q e=40，试问总的通频带等于多少？如果要使总的通频带为10kH Z ，则允许最大的Q e 为多少？ 解：（1）总的通频带为4650.51 5.928()40e z e Q kH =≈⨯= （2）每个回路允许最大的Q e 为4650.5123.710e e Q =≈⨯=4.图示为一电容抽头的并联振荡回路。
谐振频率f 0=1MHz ，C 1=400 pf ，C 2=100pF121212121232260109121082601091210260108101981253510260190.3175-1261605535（）（）10103149423435ttt t C C C C pF L mH π-----⨯+==⨯+=⨯-⨯⨯-=⨯==⨯⨯+⨯=≈求回路电感L。
高频电路原理与分析总复习
8
第2章 高频电路基础
（2）并联谐振回路
并联阻抗： Z
(a)谐振频率
P
L
C
1 r j (L ) C
0
1 LC
f0
1 2 LC
(b)特性阻抗
1 L 0 L 0C C
9
第2章 高频电路基础
并联谐振回路的等效电路
等效电路
并联阻抗： P
Z
L
C
谐振阻抗：
1．电流、 电压波形
基极回路电压：
ic I co I c1 cost I cn cosnt
0 时：谐振阻抗R 最大 L
输出电压：
uo uc I c1RL cost Uc cost
集电极电压：
uce Ec uo Ec Uc cost
CH2 高频电路基础
CH2
重点内容如下：
第2章 高频电路基础
2.2 高频电路中的基本电路
高频电路中的基本电路主要有：
高频振荡(谐振)回路
高频变压器 谐振器与各种滤波器
完成功能：
信号的传输、频率选择及阻抗变换等功能。
4
第2章 高频电路基础
2.2 高频电路中的基本电路
一、高频振荡回路
是高频电路中应用最广的无源网络，它是构成高频
C
U BZ E B 0.6 (0.5) 0.44 U bm 2.5
得C 63.90 ,查表得：
（C ） 0.232，1 C ） 0.410， （ 0
34
I c 0 ICM（C） 1.8 0.232 0.417( A) 0
I c1m ICM（C） 1.8 0.410 0.738( A) 1
高频电路原理与分析曾兴雯
1010 可见光
X射线 宇宙射线
1020Βιβλιοθήκη 1025f/Hz/m
3×103
3×10－2
3×10－7
(3 .8 ～ 7 .8 )×1 0－7
3×10－12 3×10－17
图 1 — 4 电磁波波谱
第1章 绪论
第1章 绪论
式中: c为光速, f 和λ分别为无线电波的频率和波长, 因此, 无线电波也可以认为是一种频率相对较低的电磁 波。 对频率或波长进行分段, 分别称为频段或波段。 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, 因而它们的分析方法和应用范围也 不同。
由上面的例子可以总结出无线通信系统的基本组成, 从中也可看出高频电路的基本内容应该包括:
（1）高频振荡器 （2）放大器 （3）混频或变频 （4）调制与解调
第1章 绪论
1.1.2 无线通信系统的类型 按照无线通信系统中关键部分的不同特性, 有以下 一些类型: （1） 按照工作频段或传输手段分类, 有中波通信、 短波通信、 超短波通信、 微波通信和卫星通信等。 所 谓工作频率, 主要指发射与接收的射频（RF）频率。 射频实际上就是“高频”的广义语, 它是指适合无线电 发射和传播的频率。 无线通信的一个发展方向就是开 辟更高的频段。 （2） 按照通信方式来分类, 主要有（全）双工、 半 双工和单工方式。 （3） 按照调制方式的不同来划分, 有调幅、 调频、 调相以及混合调制等。
任何信号都具有一定的频率或波长。 我们这里所
讲的频率特性就是无线电信号的频率或波长。 电磁波
辐射的波谱很宽, 如图 1 — 4 所示。
无线电波只是一种波长比较长的电磁波, 占据的频 率范围很广。 在自由空间中, 波长与频率存在以下关系:
高频电路原理与分析(全套课件865P)
– 掌握通信电子线路的基本组成和分析、计算方法；
– 培养通信电子线路的识图、作图和简单设计能力； – 培养分析和解决通信电子线路中实际问题的能力,培养创 新实践精神； – 了解通信电子线路的最新发展动态，为后续电子课程及 电子专业打下基础。
《高频电路原理与分析》
第1章绪论
要求：
1）了解通信电子线路的特点，通信电子信息产生、发射、接收的原理与 方法； 2）熟悉基本通信电子器件的功能特点和用途； 3）掌握基本通信电子线路的电路结构、分析方法和基本设计方法； 4）掌握基本通信电子线路实验技能和安装调试方法。 通过本课程的学习，应达到下列基本要求： (一)掌握以下定义、基本概念和基本原理：串联谐振、关联谐振、接入系 数、频率特性、通频带、选择性、品质因数、松耦合双调谐、参差调谐、 Y参数、截止频率、特征频率、谐振放大倍数、自给偏压、过压状态、欠 压状态、临界状态、阻抗区配、槽路效率、正弦波振荡器、压电效应、晶 体振荡、调幅、检波、抑制载波调幅、同步检波、调频、鉴频、限幅、频 谱图、变容二极管、电抗管、锁相、捕获、锁定、跟踪、变频、混频、干 扰、噪声、输出功率和效率。
第1章绪论
课程名称： 通信电子线路
英文名称：Communication electronic circuit
教材名称及作者：西安电子科技大学出版社 曾兴雯主编《高频电路原理与分析》（第四版） 21世纪高等学校通信类规划教材
《高频电路原理与分析》
第1章绪论
本课程的特点
课程的目的、要求 目的： – 了解通信电子信息产生、发射、接收的原理与方法； – 分析通信电子器件和通信电路的工作原理；
§1-1无线通信系统概述
一、概念 通信：不失真地将信息(消息)从一方传送到另一方。
高频电源的工作原理
高频电源的工作原理
高频电源是一种将低频交流电转换成高频交流电的装置，其工作原理主要基于以下几个关键步骤:
1.输入电路: 高频电源的输入端通常接受低频交流电（例如
50Hz或60Hz），经过整流和滤波电路，将交流电转换为直流电。
2.振荡电路: 振荡电路是高频电源的核心组成部分。
它使用电
容和电感元件构成一个谐振回路，并通过反馈机制来产生稳定的高频振荡信号。
3.驱动电路: 驱动电路控制振荡电路的开关，通过控制开关的
导通和断开，将低频直流电转换成高频的脉冲信号。
常用的驱动电路包括开关管（例如晶体管或MOSFET）和驱动电路
（如驱动IC）。
4.变压器: 高频脉冲信号通过变压器进行电子转换。
变压器由
一个或多个线圈组成，高频脉冲信号经过线圈的电感作用，产生电磁场并诱导电压，从而改变输入电压的电平。
5.输出电路: 输出电路通过滤波电路和稳压电路将变压器的高
频输出信号进行整形和稳定，使其符合所需的输出要求。
滤波电路通常使用电容和电感器，以去除高频信号中的杂波和纹波。
稳压电路则用于确保输出电压的稳定性，常常采用反馈控制技术。
总的来说，高频电源利用振荡电路产生高频振荡信号，通过驱动电路控制开关，经过变压器转换和输出电路处理，最终实现将低频电能转变为高频电能的目的。
这种高频电能可以用于各种设备和应用中，如电子设备、通信设备、电焊机等。
高频电路原理与分析(曾兴雯)课后习题答案
高频电路原理与分析第五版课后习题答案曾兴雯刘乃安陈健付卫红编[日期]NEUQ西安电子科技大学出版社第一章 绪论1－1 画出无线通信收发信机的原理框图，并说出各部分的功用。
答：上图是一个语音无线电广播通信系统的基本组成框图，它由发射部分、接收部分以及无线信道三大部分组成。
发射部分由话筒、音频放大器、调制器、变频器（不一定必须）、功率放大器和发射天线组成。
低频音频信号经放大后，首先进行调制后变成一个高频已调波，然后可通过变频，达到所需的发射频率，经高频功率放大后，由天线发射出去。
接收设备由接收天线、高频小信号放大器、混频器、中频放大器、解调器、音频放大器、扬声器等组成。
由天线接收来的信号，经放大后，再经过混频器，变成一中频已调波，然后检波，恢复出原来的信息，经低频功放放大后，驱动扬声器。
1－2 无线通信为什么要用高频信号？“高频”信号指的是什么？ 答：高频信号指的是适合天线发射、传播和接收的射频信号。
采用高频信号的原因主要是： （1）频率越高，可利用的频带宽度就越宽，信道容量就越大，而且可以减小或避免频道间的干扰；（2）高频信号更适合电线辐射和接收，因为只有天线尺寸大小可以与信号波长相比拟时，才有较高的辐射效率和接收效率，这样，可以采用较小的信号功率，传播较远的距离，也可获得较高的接收灵敏度。
1－3 无线通信为什么要进行凋制？如何进行调制？ 答：因为基带调制信号都是频率比较低的信号，为了达到较高的发射效率和接收效率，减小天线的尺寸，可以通过调制，把调制信号的频谱搬移到高频载波附近；另外，由于调制后的音频放大器调制器激励放大输出功率放大载波振荡器天线开关高频放大混频器中频放大与滤波解调器音频放大器话筒本地振荡器扬声器变频器信号是高频信号，所以也提高了信道利用率，实现了信道复用。
调制方式有模拟调调制和数字调制。
在模拟调制中，用调制信号去控制高频载波的某个参数。
在调幅方式中，AM 普通调幅、抑制载波的双边带调幅（DSB ）、单边带调幅（SSB ）、残留单边带调幅（VSSB ）；在调频方式中，有调频（FM ）和调相（PM ）。
高频电路原理与分析
高频电路原理与分析
高频电路原理与分析是研究电路在高频信号下的特性和行为的学科领域。
在高频电路中，频率通常在百万至数十亿赫兹之间，因此电路的特性与低频电路有所不同。
在高频电路中，传输线上的传输特性变得非常重要。
传输线起源于电源，传输信号通过线路中的传导和辐射效应来传输。
传输线的阻抗、电容和电感等参数会对信号的传输和反射产生影响，因此需要详细进行分析和计算。
另一个重要的高频电路元件是电容。
在高频下，电容的等效电阻通常比较小，电容分布及与其他元件的耦合效应需要被考虑。
电感元件在高频电路中也起到重要的作用，它们可以提供滤波和频率选择的功能。
在高频电路分析中，频率响应是一个重要的指标。
频率响应可以通过幅频特性和相频特性来表示，用于分析电路对不同频率的响应情况。
幅频特性描述了信号在不同频率下的衰减和放大情况，相频特性描述了信号在通过电路时相位变化的情况。
由于高频电路中信号的频率很高，信号的传输和响应速度也很快。
因此，电路中的传输延迟、功率损耗和噪声等问题需要进行仔细分析和设计。
总之，高频电路原理与分析是一门深入研究电路在高频信号下行为的学科，涉及到传输线、电容、电感等元件的特性分析，
频率响应的计算与分析等内容。
这些知识对于设计和优化高频电路都具有重要意义。
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图6―5 延迟AGC特性曲线
2．延迟AGC
在延迟AGC电路里有一个起控门限 ,即比较器参考 电压Ur,它对应的输入信号振幅Uimin,如图6―5所示。
VCC VD － 至信号 ＋ 检波 延迟 电压 C1 R1 R AGC电压 C
图6―6 延迟AGC电路
3．前置AGC、后置AGC与基带AGC
前置AGC是指AGC处于解调以前,由高频（或中频） 信号中提取检测信号 , 通过检波和直流放大 , 控制高频 （或中频）放大器的增益。 后 置 AGC 是 从解调后提取检测信号来控制高频 （或中频）放大器的增益。 基带 AGC 是整个 AGC 电路均在解调后的基带进行 处理。
ur(t) 参考 信号
PD
ud(t)
LF
uc(t)
VCO
uo(t) 输出 信号
图6―10 锁相环的基本构成
设参考信号为
ur (t ) Ur sin[rt r (t )]
输出信号为
(6―10)
若参考信号是未调载波时,则θr(t)=θr=常数。设
uo (t ) Uo cos[ot o (t )]
－4 5 －9 0 (b )
图 6―15 RC 积分滤波器的组成与频率特性 (a)组成;(b)频率特性
2)
无源比例积分滤波器如图 8―16(a) 所示。与 RC 积 分滤波器相比 ,它附加了一个与电容 C串联的电阻 R2,这 样就增加了一个可调参数。它的传递函数为
U c ( s ) 1 s 2 F ( s) U d ( s ) 1 s 1
ui Up 电压比较器 Kp ue 控制信号 发生器K1 uc 可控增益 放大器AK Uo
直流放大器 K2
低 通 滤波器
电平检测器 K2
图6―3 自动增益控制电路框图
6.1.2
根据输入信号的类型、特点以及对控制的要 求,AGC电路主要有以下几种类型。 1．简单AGC 在简单AGC电路里,参考电平Ur＝0。这样,只要输
t
0
v (t ) dt 0t kd uc ( )d
0
t
（6―27）
将此式与式(8―18)比较,可知以ω0t为参考的输出 瞬时相位为 t
2 (t ) kd uc ( )d
0
（6―28）
2 0 lg| F(j )/dB
R2 R1 ud － ＋
C
2 2 0 lg 2 1 2 0 lg 2 1
(6―23)
2 0 lg| F(j)/dB 0 －3 R1 ud R2 C (a ) 2 0 lg 2 1
1 2
1
uc
()
0
/°
1 / 1 /
( 对数刻度)
－45 －90 (b )
图6―16 (a)组成; (b)频率特性
3)
有源比例积分滤波器由运算放大器组成 , 电路如图 8-17(a)所示。当运算放大器开环电压增益A为有限值时, 它的传递函数为
两信号之间的瞬时相差为
(6―11)
c (t ) (rt r ) (0t 0 (t)) (r 0 )t r 0 (t) （6―12）
由频率和相位之间的关系可得两信号之间的瞬时频差为
d e ( t ) d 0 ( t ) r 0 dt dt
c (t ) 1 (t ) 2 (t )
Kd 2 (t ) U d sin e (t ) F ( p) p
(6―31) (6―32)
(6―15)
d d c (t ) (0t c (t ) 0 r dt dt
(6―16)
6.3.2 1.
鉴相器（PD）又称为相位比较器,它是用来比较两 个输入信号之间的相位差θe(t)。鉴相器输出的误差信号 ud(t)是相差θe(t)的函数,
u i (t)
LPF u o (t)
反馈 网络
图6―1 反馈控制系统的组成
高频 放大器
混频器
中频 放大器
至解调器
直流 放大器
AGC 检波器
ur
图6―2 具有AGC电路的接收机组成框图
6.1.1
设输入信号振幅为Ui,输出信号振幅为 Uo,可控增益 放大器增益为Kv(uc),它是控制电压uc的函数,则有
Uo Kv (uc )Ui
(6―1)
(6―13)
锁定后两信号之间的相位差表现为一固定的稳态
值。即
d e ( t ) （6―14 lim 0 t dt 此时,输出信号的频率已偏离了原来的自由振荡频
率ω0(控制电压uc(t)=0时的频率),其偏移量由式(6―13) 和(6―14)得到为 d 0 (t ) r 0 dt 这时输出信号的工作频率已变为
第6章 反馈控制电路
6.1 自动增益控制电路 6.2 自动频率控制电路
6.3 锁相环的基本原理
6.4 频率合成器
6.1
输入信号 u i (t) 误差信号 u e(t) 控制信号 发生器 控制信号 u c(t) 可控 器件 输出信号 u o (t)
参考信号 u r(t) 比较器 反馈 信号 u f(t)
图6―13 正弦鉴相器的鉴相特性
ud(t)
F(p) (a)
uc(t)
ud (s)
F(s) (b)
uc(s)
图6―14 (a)时域模型;(b)频域模型
2.
环路滤波器 (LF) 是一个线性低通滤波器 , 用来滤除 误差电压 ud(t) 中的高频分量和噪声 , 更重要的是它对环 路参数调整起到决定性的作用。 1) RC
由此可得到输出信号角频率的拉氏变换
y ( s)
(6―6)
kb k c H ( s ) y ( s) r ( s) 1 kb k c H ( s )
(6―7)
2．
由图8―7可求得AFC电路的误差传递函数T（s）, 它是误差角频率 Ωe （s ）与参考角频率 Ωr（ s ）之比 , 其 表达式为
θ1(t)=(ωr-ω0)t+θr(t)=Δω0t+θr(t)
uo(t)与ur(t)相乘,滤除2ω0分量,可得 ud(t)=Udsin［θ1(t)-θ2(t)］=Udsinθe(t)
(6―20)
(6―21)
将
Ud (t )
－ －2 －3 2 － 2 0 2 3 2 2 e(t )
(6―25)
3.
压控振荡器 (VCO) 是一个电压 - 频率变换器 , 在环路 中作为被控振荡器,它的振荡频率应随输入控制电压uc(t) 线性地变化,即
v (t ) 0 kd uc (t )
（6―26）
式中， ωv(t) 是 VCO 的瞬时角频率 ,Kd 是线性特性斜 率 ,表示单位控制电压 ,可使 VCO角频率变化的数值。因 此 又 称 为 VCO 的 控 制 灵 敏 度 或 增 益 系 数 , 单 位 为 ［ rad/V·s ］。在锁相环路中 ,VCO 的输出对鉴相器起作 用的不是瞬时角频率而是它的瞬时相位,即
6.2.3
1．自动频率微调电路（简称AFC电路） 图 6―8 是一个调频通信机的 AFC 系统的方框图。 这里是以固定中频fI作为鉴频器的中心频率,亦作为AFC 系统的标准频率。
fI＝| fs －f0 | fs 混频 f0 本振 (压控振) 低通 滤波器 中放 fI
中心频 率fI 鉴频 低放
图6―8 调频通信机的AFC系统方框图
(6―3)
mi Ui max / Ui m i x Uo max / Ui m i x Kv max nv mo Uo max / Uo m i x Uo max / Uo m a x Kv m i x
(6―4)
Uo
0
Ui
图6―4 简单AGC特性曲线
Uo
Uo max Uo min 0 Uimin Uimax Ui
可控频率器件通常是压控振荡器（VCO）,其输出
振荡角频率可写成
y y 0 kcuc
(6―5)
6.2.2
对于 AFC 电路 , 其主要的性能指标是暂态和稳态响 应以及跟踪特性。 1． 由图8―7可得AFC电路的闭环传递函数
kb k c H ( s ) T ( s) r ( s ) 1 kb k c H ( s )
U c ( s) 1 s 2 F ( s) A U d ( s) 1 s 1
式中，τ′1=(R1+AR1+R2)C;τ2=R2C。若A很高,则
(6―24)
1 sR2C 1 sR2C F ( s) A A 1 s( AR1 R1 R2 )C 1 sAR1C 1 sR2C 1 s 2 sR1C s 1
图6―11 正弦鉴相器模型
u d (t)
1(t)
＋ －
e(t)
Udsin (· )
Ud sine(t)
2 (t)
图6―12 线性鉴相器的频域数学模型
若以压控振荡器的载波相位 ω0t作为参考,将输出信
号uo(t)与参考信号ur uo(t)=Uocos［ω0t+θ2(t)］ 式中，θ2(t)=θ0(t), (6―18) ur(t)=Ursin［ωrt+θr(t)］=Ursin［ω0t+θ1(t)］(6―19)
入信号振幅 Ui 增加 ,AGC 的作用就会使增益 Kv 减小 , 从
而使输出信号振幅Uo减小。图8―4为简单AGC的特性 曲线。
U o max mo Uo m i x
(6―2)
mi 为 AGC 电路限定的输入信号振幅最大值与最小
值之比（输入动态范围）,即
则有
Ui max mi Ui m i x
这是最简单的低通滤波器 , 电路如图 8―15(a) 所示 , 其传递函数为