高频电子线路学习笔记


2021.7.5发布，持续更新到2022年初

目录

  • 第一章 绪论
  • 1.1 无线通信系统概述
  • 无线通信系统的组成
  • 无线通信系统的类型
  • 1.2 无线电信号的调制
  • 高频信号
  • 无线电信号的传输特性


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第一章 绪论

1.1 无线通信系统概述

无线通信系统的组成

先通过一个框图来大致了解一下无线通信系统的组成：

无线通信网络架构 无线通信系统结构框图_系统概述

上图中显示的各个组件可以被分成几个部分：

  • 信源（系统的信号输入端）——话筒
    信宿（系统的信号输出端）——扬声器
  • 放大器
    在组成框图中出现了非常多级放大器，其基本作用是放大有用信号并对无用信号进行滤波。
  • 调制解调部分——调制器与解调器
    无线通信中，高频通信具有许多优点，最大的优点就是避免了低频资源有限的弊端，展宽了信号的可用频带宽度，减小了不同频段信号干扰的可能。并且由于信号频率越高，信号的发射与接收天线长度就可以造得越短，所以高频信号也更适合天线辐射和接收。为了充分利用高频信号在无线传输中的优点，我们需要在接收到一个低频的输入信号时，将其从低频搬运到高频，这正是调制要达到的目的。进行调制的零部件称为调制器。输入调制器的信号称为调制信号，经调制器调制后输出的信号称为已调信号。
    我们知道，如果在一个固定的高频信号叠加不同的低频波，那么原高频信号就会随着低频波输入的不同而发生变化。利用这一原理，我们为调制器选定一个固定的高频信号（如高频正弦波），当低频的调制信号输入时，将其与高频信号做某种固定规则的运算，使已调信号的输出特征（如幅值、频率特性等）发生变化，这样就相当于将调制信号的一部分信息通过某种方式叠加到了高频信号上。在这里，高频波就是信息的载体，改变了的输出特征就是信息。我们把上述这种固定的高频信号称为载波信号，把这种叠加过程叫做调制。
    上述介绍的是对模拟输入信号的调制原理。当然，也可以对数字信号进行类似的调制。根据调制信号和调制方式的不同，可以将调制分类为模拟/数字调制或线性/非线性调制。
    解调就是调制的逆过程，将接收到的高频信号通过解调产生本地使用的低频信号。
  • 混频（待补充）

无线通信系统的类型

  • 按照工作频段（传输手段）分类
    中波通信、短波通信、超短波通信、微波通信、卫星通信等
  • 按照通信方式分类
    全双工通信、半双工通信、单工通信
  • 按照调制方式分类
    调幅、调频、调相、混合调制等
  • 按照传送消息的种类分类
    模拟/数字通信 话音通信、图像通信、数据通信、多媒体通信等

1.2 无线电信号的调制

高频信号

首先需要强调的是，前面一节讲的高频信号是一个相对的概念。广义的高频指的是射频，其频率范围非常宽，如要细分也可以分为若干波段。以下给出一张无线电波的频（波）段划分表：

波段名称

波长范围

频率范围

频段名称

主要传播方式和用途

长波 (LW)

103~104 m

30~300 kHz

低频 (LF)

地波

远距离通信

中波 (MW)

102~103 m

300 kHz~3 MHz

中频 (MF)

地波、天波

广播、通信、导航

短波 (SW)

10~100 m

3~30 MHz

高频 (HF)

地波、天波

广播、通信、导航

超短波 (VSW)

1~10 m

30~300 MHz

甚高频 (VHF)

直线传播、对流层散射

通信、电视广播、调频广播、雷达

分米波 (USW)

10~100 cm

300 MHz~3 GHz

特高频 (UHF)

直线传播、散射传播

通信、中继与卫星通信、雷达、电视广播

厘米波 (SSW)

1~10 cm

3~30 GHz

超高频 (SHF)

直线传播

中继与卫星通信、雷达

毫米波 (ESW)

1~10mm

30~300 GHz

极高频 (EHF)

直线传播

微波通信、雷达

其中，分米波、厘米波和毫米波属于微波范畴。由于微波频率很高，且波长与电路尺寸相当，所以不再能使用集总参数分析实现，而需要应用分布参数的方法和“场”的概念分析实现。“高频电路”研究的是处理不处在微波范畴的高频信号电路的工作特性。

在高频电路中，我们主要处理三种无线电信号：

  • 消息（基带）信号
    基带信号即调制信号，即指没有进行过调制的原始信号。
  • 高频载波信号
    高频载波信号主要指用于调制的高频振荡信号和用于解调的本地振荡信号，即1.1中所述的载波信号。载波信号一般为单一频率的正弦信号或脉冲信号。
  • 已调信号
    已调信号指调制信号对载波信号进行调制后得到的输出信号。
    其中，基带信号一般为低频信号，载波信号和已调信号通常属于高频信号范畴。

无线电信号的传输特性

无线电信号有多方面的特性，主要有时间特性、频谱特性、调制特性、传播特性等。

  • 时间特性
    时间特性最容易理解，就是任意一个信号都可以看成某一模拟量（电压、电流等）随时间的变化函数。
  • 频谱特性
    对于较为复杂的信号，可以通过时域到频域的转化，研究其频域特性。周期信号的频谱为离散谱，非周期信号的频谱为连续谱。
    频谱特性又可以分为幅频特性和相频特性两部分，分别反映了信号中各个频率分量的振幅和相位分布情况。
  • 传播特性
    传播特性主要指无线电信号的传播方式、传播距离、传播特点。

上图中展示的分别是无线电信号直射传播、地波传播、天波传播和散射传播四种方式。决定无线电信号传播方式和传播特点的关键是无线电信号的频率。

  • 调制特性
    在无线通信中，基本的调制方法是使高频载波信号的一个或几个参数（振幅、频率或相位）按照基带调制信号的规律而变化。
    根据载波受调参数的不同，调制分为三种基本方式，它们是振幅调制（调幅）、频率调制（调频）、相位调制（调相），分别用AM、FM、PM表示。当调制信号为数字信号时，通常称为键控，三种基本的键控方式为振幅键控（ASK）、频率键控（FSK）和相位键控（PSK）。




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