西北工业大学高频电子线路讲义.doc

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1、.绪论0.1引言“高频电子线路”亦称“非线性电子线路”，是“低频电子线路”（线性电子线路）的后续课程。非线性电子线路广泛应用于各类通信系统和各种电子设备中，成为不可或缺的重要组成部分。电子线路的产生和发展源自于通信的需要。概括地说，一切将信息从发送者传送到接收者的过程都可称为通信。实现这种信息传送过程的系统称为通信系统。可以通过不同的媒介传送信息，例如，通过导线传送信息构成有线通信系统；通过电磁波传送信息构成无线通信系统；通过光波传送信息构成光通信系统等。通信系统的重要任务之一，就是如何有效地利用有限的媒介资源传

2、送更多的信息。例如有线电话通信系统，从电话局端到本地用户电话端，是通过导线直接传送的，每个用户通过各自的导线与电话局端相连，相互之间不会产生干扰。即便如此，在当今的网络时代，利用本地电话线连接互联网，就必须解决语音和网络信息同时传输而互不干扰的问题，如ADSL接入系统；而对于城市之间的远程通信，采用一对导线传送一路话音的方式无疑将耗费大量的线材，如何利用尽量少的导线传送尽可能多的话音，产生了载波通信系统。无线通信系统遇到的问题更为复杂。除了上述有线通信系统需要解决的问题，还要考虑电磁波在自由空间的传播方式、电磁波

3、有效发射和接收的问题。无线传播对于航空、航天以及地面移动设备的通信等几乎是无可替代的方式，具有十分重要的地位。根据电磁波的波长或频率范围的不同，电磁波在自由空间的传播方式也不同。波长在200m以上，即频率在1.5MHz以下的中、长波段的电磁波主要沿着地球表面传播（传输路径随地球表面可以弯曲），称为地波传播，如图0-1-1(a)所示。更高频率的电磁波由于将被大地表面吸收产生损耗，因而不适于沿地面传播。波长为10m～200m，即频率为1.5MHz～30MHz的短波波段，电磁波主要依靠电离层的反射和折射传播，称为天波传

4、播，如图0-1-1(b)所示。电离层处在大气上层，由于太阳和星际空间的辐射引起大气电离而形成。但当频率超过一定值后，电磁波就会穿过电离层，不再返回地面。因此，频率更高的电磁波不能依靠电离层进行地面通信传播。对应波长在10m以下，即频率在30MHz..以上的超短波段，电磁波主要沿空间直线传播，称为直线传播，如图0-1-1(c)所示。由于地球表面的弯曲，这种传播的距离只能限制在视线范围内。三种传播方式中，依靠天波方式的传播距离最长，直线传播距离最短，而地波传播距离介于二者之间。常见的中波调幅广播利用地波传播，短波广播

5、利用电离层传播，而电视广播主要是直线传播。当然卫星通信和导航等都是直线传播。表0-1给出了不同波段的传播方式和应用场合。可见，利用电磁波进行无线通信，必须根据不同的应用需要选择合适的电波波段，即工作频率。图0-1-1无线电波的传播方式表0-1无线电波的波段划分表波段名称波长范围频率范围波段名称传播方式应用场合长波波段(LW)100～10000m30～300KHz低频(LF)地波远距离通信中波波段(MW)100～1000m300～3000KHz中频(MF)地波，天波广播，通信，导航短波波段(SW)10～100m3～

6、30MHz高频(HF)地波，天波广播，中距离通信超短波段(VSW)1～10m30～300MHz甚高频(YHF)直线传播对流层散射移动通信，电视广播，调频广播，雷达，导航等分米波波段(USW)10～1000cm300～3000MHz超高频(UHF)直线传播散射传播通信，中继通信，卫星通信，电视广播，雷达..厘米波波段(SSW)1～10cm3～30GHz特高频(SHF)直线传播中继通信，雷达，卫星通信毫米波波段(ESW)1～10mm30～300GHz极高频(EHF)直线传播微波通信，雷达电磁波需要通过天线进行发射和接

7、收。并且，只有当馈送到天线上的电信号波长与天线的尺寸相比拟时，即信号波长与天线尺寸满足一定的匹配要求时，天线才能有效地辐射和接收电磁波。因此，不同频率的电磁波要求的天线尺寸是不相同的。一般来说，所要传送的信息频谱集中分布在低频区，如语音信息的频谱范围约为300～3KHz，对应波长约为100Km～1000Km，若直接转换成电磁波辐射和接收，需要上百公里长度的天线，实际上是不可能实现的。因此，要通过电磁波媒介无线传播，就必须采用实际可能实现的较小尺寸的天线，则相对应的辐射频率将远高于语音的频率。这就产生了相对立的结果

8、：低频率的语音不能直接通过电磁波有效辐射和接收，而能够有效辐射和接收的信号频率又远高于需要传送的语音频率。要利用电磁波进行无线通信，就必须解决如何通过更高的频率信号传送较低频率语音的问题。上述问题都与频率相关，即涉及到频谱资源的利用问题。综合起来可归纳为以下三个方面：1、语音频谱的宽度有限，如何利用更宽的频谱传送更多的信息？2、语音频谱分布在低频区，如何利用更高的频率传送