第1章 通信电子线路-绪论

管、场效应管、运算放大器等，它们的输出响应 与器件工作点的选取和输入信号的大小有关。这 一点，可以用图1.1说明。图1.1示出了晶体三极管 的转移特性。图1.1(a)中，静态工作点取在放大区， 当输入信号很小时，可近似认为是线性工作。集 电极电流的变化∆iC与输入信号ui近似为线性关系。 随着输入信号幅度的增大，由于器件的非线性， 集电极电流开始出现失真，以至变为余弦脉冲形 状。图1.1(b)示出当静态偏置电压小于零，晶体管 静态处于截止状态时，随着输入信号的增加，集 电极电流开始为零，以后变为余弦脉冲的形状。
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1.3.3 传播特性 传播特性指的是无线电信号的传播方式、 传播距离、 传播特点等。 无线电信号的传播特性主要根据其所处的频段 或波段来区分。 电磁波从发射天线辐射出去后, 不仅电波的能量会扩 散, 接收机只能收到其中极小的一部分, 而且在传播过程中, 电波的能量会被地面、 建筑物或高空的电离层吸收或反射, 或者在大气层中产生折射或散射等现象, 从而造成到达接收 机时的强度大大衰减。 根据无线电波在传播过程所发生的现 象, 电波的传播方式主要有直射（视距）传播、 绕射（地波） 传播、 折射和反射（天波）传播及散射传播等, 如图 1 — 5 所 示。 决定传播方式和传播特点的关键因素是无线电信号的频 率。
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射线
(a) 电离层
(b)
对流层
(c)
(d)
图1— 5 无线电波的主要传播方式 （a） 直射传播; （b） 地波传播; （c） 天波传播; （d） 散射传播
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1.地波：其传播情况取决于地面条件。 1）地面对电磁波有吸收现象。 2）电磁波频率越低，损耗越小。 3）电磁波具有绕射的特性。 地波传播适用于长波、中波（即中、低频）多用于远距离 通信与导航。 2.天波：是经过距地面60—600Km的电离层反射后，传播到接 收点的电磁波。主要优点是用较小的功率进行远距离通信。 天波传播适用于短波波段。 3.散射传播：主要发生在10—12Km范围内的对流层。散射特 性是具有很强的方向性和随机性，还有一定的散射损耗。传播 距离100—500km，适用频率在400—600MHz。 4.视距传播：频率较高的超短波及其更高频率的无线电波，主 要沿空间直线传播。
g0 = I CQ U BEQ
(1.2―1)
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交流跨导是在静态工作点处的电流增量与电压增 量之比。如图1.2(b)所示，交流跨导
∆iC gm = ∆uBE
Q
(1.2―2)
当输入信号ui=Uimcosωt，晶体管的集电极电流 为余弦脉冲时(见图1.1(b))，利用傅立叶级数展开
iC = I 0 + I1m cos ω t + I 2 m cos 2ω t +L
y = ax 2 a a x = sin ω1t ⇒ y = − cos 2ω1t 2 2
x = sin ω1t + sin ω2t a a y = a − cos 2ω1t − cos 2ω2t 2 2 + a cos(ω1 + ω2 )t + a cos(ω1 − ω2 )t
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3. 处于非线性状态工作的有源器件，如晶体三极
0
u BE u i＝Uimcos ω t
ωt
(b)
图1.1 非线性工作的晶体三极管集电极电流与静态工作点 和输入信号大小的关系 (a)静态工作点处于放大区； (b)静态工作点处于截止区
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4. 描述非线性器件特性的参量有三种：一是静态参 量，也称为直流参量；二是动态参量，也称为交流 参量；三是折合参量，也称为平均参量。用这三种 参量综合起来描述一个非线性器件的工作状态。如 晶体三极管在非线性状态下工作，它的跨导要用直 流跨导、交流跨导和平均跨导三个参量来表述。所 谓直流跨导就是静态工作点的电流与静态工作点的 电压之比。如图1.2(a)所示，直流跨导
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iC iC
Q 0 0 u BE u BE u i＝Uimcos ω t 0
∆i C
ωt
ωt
UBEQ
(a)
图1.1 非线性工作的晶体三极管集电极电流与静态工作点 和输入信号大小的关系 (a)静态工作点处于放大区； (b)静态工作点处于截止区
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iC iC
Q 0 u BE 0
ωt
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1.3 非线性电子线路的应用
非线性电子线路是通信系统, 特别是无线通信系统的 基础, 是无线通信设备的重要组成部分。 1.3.1 无线通信系统的组成 无线通信(或称无线电通信)的类型很多, 可以 ( ) , 根据传输方法、 频率范围、 用途等分类。不同的无 线通信系统, 其设备组成和复杂度虽然有较大差异, 但它们的基本组成不变, 图1.4是无线通信系统基本 组成的方框图。
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第1章 绪论 章
1.1 电子线路的分类 1.2 线性与非线性电子线路 1.3 非线性电子线路的应用 1.4 本课程的要求
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1.1 电子线路的分类
电子线路的定义：包含有源器件的网络的统称。 按工作频率分 低频电子线路：工作频率低于300kHz。 300kHz 高频电子线路：工作频率在300kHz----300MHz。 广播、电视、短波通信、移动通信等。 微波电子线路：频率高于300MHz。卫星电视、微波中继 通信、雷达、导航等。
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iC iC Q
β
tan α＝g 0 ICQ
tan β＝g m
∆i C
ICQ
Q
α
0 UBEQ (a) u BE 0 UBEQ (b)
∆u BE u BE
图1.2 直流跨导与交流跨导 (a)直流跨导示意图；(b)交流跨导示意图
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其中包含有直流、基波和各次谐波分量。取 其中一个谐波分量的幅值Inm与输入电压幅值Uim相 比，得到的比值gcn就是第n次谐波的平均跨导。如 二次谐波的平均跨导为
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按元件性质分 线性电子线路：由线性元件组成的电子线路。 线性电路是用线性代数方程、线性微分方程或线性差分方 程来描述。 非线性电子线路：由非线性元件组成的电子线路。 非线性电子线路是用非线性代数方程、非线性微分方程或 非线性差分方程来描述。 恒定参数电子线路：由恒定参数元件组成的电子线路。 参变电子线路或时变电路：包含有时变参数元件的电子线路。
混 频 宽 带R F 放 器 大 大 IF放 解 调 A C D DP S D C A
本 （ 字 率 成 控 荡 ） 振 数 频 合 可 振 源
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软件无线电
进入90年代后 通信界开始了一场新的无线电革命， 进入90年代后，通信界开始了一场新的无线电革命， 90年代后， 即 从 数 字 化 走 向 了 软 件 化 ， 软 件 无 线 电 技 术 （ software Radio） 应运而生 。 支持这场革命的是多种技术的综合 ， 包 ） 应运而生。支持这场革命的是多种技术的综合， 括多频段天线和 RF变换宽带A/D/A转换，完成IF、基带、比 RF变换宽带A/D/A转换，完成IF、基带、 变换宽带A/D/A转换 IF 特流处理功能的通用可编程处理器等 特流处理功能的通用可编程处理器等。软件无线电最初目的 是满足军用通信中不同频段， 是满足军用通信中不同频段，不同信道调制方式和数据方式 的各类电台之间的联网需要， 的各类电台之间的联网需要，因为它可以很容易地解决各种 接口标准之间的兼容问题， 接口标准之间的兼容问题，使得它的优越性很快得到商用通 信的青睐，并且在个人移动通信领域发展迅速。软件无线电 信的青睐， 并且在个人移动通信领域发展迅速。 是特指具有用软件实现各种功能特点的无线电台（ 是特指具有用软件实现各种功能特点的无线电台（如移动通 信中的移动电话机、基站电台、军用电台等） 信中的移动电话机、基站电台、军用电台等），它主要由低 成本、高性能的DSP芯片组成。 DSP芯片组成 成本 、 高性能的 DSP 芯片组成 。 规范的软件无线电典型结构 如下图所示。 如下图所示。
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发端 用用
发发 设设
信信
接接 设设
接端 用用
图1.3 通信系统的框图
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主振荡器f0倍频nf0＝fp放大
fp
调调器
功放
声音 拾音器
音频 放大
F
(a)
图1.4 无线广播发送设备与接收设备框图 (a)发送设备
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输输 回回
fs fs
高频 放大器
fs
混频
fi＝fl－fs
中频 放大器
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1.3.2 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。
I 2m gc 2 = U im
(1.2―3)
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5.非线性电子线路的数学描述是非线性方程。非线 性微分方程的精确求解是一个难题，时至今日，二 阶以上的非线性微分方程还没有实用的求解方法。 在工程上一直沿用的是近似解法，本书也将采用这 种方法。随着计算技术的发展，二阶以下的非线性 微分方程可以采用计算机数值解法，这种方法将会 逐步走向实用。
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按信号形式分 模拟电子线路：所有完成模拟信号产生、放大、变换、 处理和传输的电子线路。 数字电子线路：所有完成数字信号产生、放大、变换、 处理和传输的电子线路。 按集成度分 分立电路 集成电路 集成电路与分立电路相比，集成电路具有体积小、性能稳 定、可靠性高、维修使用方便等优点。但是，由于频率响 应和功率容量的限制，目前高频、大功率电子线路还是以 分立为主。