內容簡介
《通信電子綫路/普通高等教育“十一五”國傢級規劃教材》主要介紹通信係統組成原理、係統設備單元電路工作原理及其分析方法。在講述電子綫路基本原理分析方法的基礎上強調瞭係統和整體概念,幷注重實用電路分析,使學生掌握新電路的基本原理、基本分析方法及其在通信設備中的典型應用。
《通信電子綫路/普通高等教育“十一五”國傢級規劃教材》易於理解,重點難點配有例題,每章都有主要知識點小結,結閤實際無綫通信機進行電路和性能指標分析以及參數測量,內容新穎,注意將本課程的基礎知識和相關的新科技發展相融閤,將軟件無綫電中用DSP實現調製解調的思想引入教材。
內頁插圖
目錄
前言
第1章 通信係統導論
1.1 通信係統的組成
1.2 通信係統中信號的頻譜錶示法
1.3 無綫通信係統中的信道
1.4 數字通信係統
1.5 現代通信係統
本章小結
思考題與習題
第2章 通信電子綫路分析基礎
2.1 選頻網絡
2.2 非綫性電路分析基礎
本章小結
思考題與習題
第3章 高頻小信號放大器
3.1 概述
3.2 晶體管高頻小信號等效電路與參數
3.3 晶體管諧振放大器
3.4 諧振放大器的穩定性
3.5 非調諧式放大器與集成電路放大器
本章小結
思考題與習題
第4章 諧振功率放大器
4.1 概述
4.2 諧振功率放大器的工作原理
4.3 晶體管諧振功率放大器的摺綫近似分析法
4.4 諧振功率放大器電路
4.5 諧振功率放大器實例
4.6 晶體管倍頻器
本章小結
思考題與習題
第5章 正弦波振蕩器
5.1 概述
5.2 反饋型振蕩器的基本工作原理
5.3 反饋型LC振蕩器綫路
5.4 振蕩器的頻率穩定問題
5.5 石英晶體振蕩器
5.6 其他形式的振蕩器
5.7 RC正弦振蕩器
本章小結
思考題與習題
第6章 調幅、檢波與混頻——頻譜搬移電路
6.1 頻譜搬移電路的特性
6.2 振幅、調製原理
6.3 振幅、調製方法與電路
6.4 振幅、調製(檢波)原理與電路
6.5 混頻器原理及電路
本章小結
思考題與習題
第7章 角度調製與解調——頻譜非綫性變換電路
7.1 概述
7.2 調角波的性質
7.3 調頻方法及電路
7.4 調角信號解調
7.5 調頻製的抗乾擾
本章小結
思考題與習題
第8章 數字調製係統
8.1 概述
8.2 數字調製
8.3 二進製數字調製
8.4 多進製數字調製
8.5 帶寬效率
8.6 載波恢復
8.7 差分相移鍵控
8.8 時鍾恢復
8.9 錯誤概率和誤比特率
8.10 格狀編碼
本章小結
思考題與習題
第9章 軟件無綫電中的調製與解調算法
9.1 軟件無綫電簡介
8.2 軟件無綫電中信號的調製與解調算法
9.3 應用程序舉列
本章小結
思考題與習題
第10章 反饋控製電路
10.1 概述
10.2 自動電平控製電路
10.3 自動頻率控製電路
10.4 鎖相環路的基本工作原理
10.5 鎖相環路的性能分析
10.6 集成鎖相環
10.7 鎖相環路的應用
本章小結
思考題與習題
第11章 頻率閤成技術
11.1 頻率閤成器的主要技術指標
11.2 頻率直接閤成法
11.3 頻率間接閤成法(鎖相環路法)
11.4 集成頻率閤成器
本章小結
思考題與習題
第12章 通信係統組成與分析
12.1 通信係統中的噪聲與乾擾
12.2 無綫通信發射機分誓
12.3 無綫通信接收機分析
本章小結
思考題與習題
參考文獻
附錄1 放大器穩定係數S錶達式的推導
附錄2 餘弦脈衝分解係數錶
前言/序言
本書是華中科技大學“新世紀教學改革工程”立項教材,其主要內容覆蓋瞭“電子信息科學與電氣信息類基礎課程教學指導分委員會”2004年版關於電子綫路II(高頻電子綫路)基本要求的全部內容。書中介紹瞭通信係統中電路的基本原理、分析方法和典型應用。主要以模擬通信的電子電路為主,按照綫性電路、非綫性電路以及頻率變換電路來組織教材內容,結閤作者多年的教學實踐體會和科研經曆,從通信係統和整機齣發來分析各功能模塊的原理、組成和作用。教材在介紹通信電子綫路分析的基本知識、串並聯諧振迴路及非綫性電路分析方法的基礎上,分彆介紹瞭高頻小信號諧振放大器、諧振功率放大器、正弦波振蕩器及通信係統收發設備中的各種頻率變換電路。綫性頻率變換電路含混頻、振幅調製與解調,非綫性頻率變換電路含角度調製與解調,將數字調製解調另闢一章作瞭較詳細的分析。隨著現代科技迅速發展,為瞭使學生能接觸到與本課程相關的最新知識,教材中還介紹瞭軟件無綫電的基本知識和用DSP實現的調製解調算法。
在反饋控製電路中,首先使學生建立反饋控製係統的整體概念,再分彆介紹AGC、AFC和鎖相環PLL電路。由於電子設備對振蕩信號源的要求不斷提高,因此本書還另闢一章介紹瞭既能滿足較高頻率穩定度,又能方便地轉換頻率的頻率閤成器,著重講述瞭頻率閤成器的特點,指標和各種頻率閤成器的電路分析。
教材在介紹瞭無綫電發送和接收設備組成的基礎上,從實際通信係統齣發,分析瞭通信係統中的噪聲與乾擾,無綫通信發射機和接收機的主要技術指標、測量方法以及實際電路。為使學生更好地掌握相關知識,教材中每章都對主要知識點進行瞭小結,對難於理解的地方采取例題進一步講解分析。
本書由嚴國萍主編。緒論、第l一7、12章及附錄由嚴國萍編寫,第8,10,11章由龍占超編寫,第9章由張瓊編寫,全書由嚴國萍統稿。作者是在前輩張肅文教授的啓濛下開始學習高頻電子綫路課程,並直接受到張先生的諄諄教誨,本書也是作者多年學習和講授張先生的“高頻電子綫路”教材的心得體會,在此謹嚮恩師錶示誠摯的謝意。華中科技大學通信電子綫路課程組在教學中對本書初稿進行瞭試用,孫中葛、遊超、賀峰、鬍東等也參加瞭本書的組編工作,在此一並錶示感謝。由於時間倉促及作者水平有限,書中難免有不妥甚至錯誤之處,懇請廣大讀者批評指正。
本書配有電子課件,可贈送給任課教師,有需要者請與責任編輯聯係。
作者
2005年5月於華中科技大學
通信電子綫路:原理、設計與應用 一、 時代背景與教材定位 本書名為《通信電子綫路/普通高等教育“十一五”國傢級規劃教材》,其定位清晰——作為國傢級規劃教材,麵嚮普通高等教育,服務於“十一五”期間(2006-2010年)高校通信電子綫路課程的教學與科研。在那個時期,中國通信産業正經曆著飛速發展,3G技術逐漸成熟,4G技術蓄勢待發,數字通信、移動通信、光通信等領域取得瞭顯著進步。對掌握通信電子綫路基礎理論與實踐技能的專業人纔需求量巨大。 “十一五”國傢級規劃教材的設立,旨在規範和提升高等教育教學質量,強調教材的科學性、先進性、係統性和實用性。因此,本書在內容選擇、編排結構、理論深度和實驗設計等方麵,都力求達到國傢級規劃教材的標準,旨在為學生打下堅實的理論基礎,培養其解決實際工程問題的能力,並適應通信技術發展的最新趨勢。 二、 內容概述 本書係統地闡述瞭通信電子綫路的核心概念、基本原理、典型電路的設計與分析方法,以及在現代通信係統中的應用。其內容覆蓋瞭從基礎的放大電路、振蕩電路,到復雜的調製解調電路、濾波器電路,再到通信係統中不可或缺的信號處理單元等。本書旨在培養學生理解、分析和設計各類通信電子綫路的能力,為後續更深入的通信工程學習和實踐奠定堅實基礎。 三、 核心章節解析 1. 緒論:通信電子綫路在通信係統中的地位與作用 本章首先迴顧瞭通信技術的發展曆程,強調瞭電子綫路在其中扮演的關鍵角色。 深入剖析瞭通信係統的基本組成(發送端、信道、接收端),並著重闡述瞭電子綫路如何在信號的産生、傳輸、處理和接收等各個環節發揮核心功能。 介紹瞭通信電子綫路所涉及的主要領域,如模擬通信、數字通信、移動通信、光通信、衛星通信等,使讀者對通信電子綫路的應用範圍有一個宏觀的認識。 簡要介紹瞭學習通信電子綫路的重要性,以及本教材的學習目標和預期成果,為後續章節的學習做好鋪墊。 2. 放大電路分析與設計 基本放大電路:詳細分析瞭單級和多級放大電路的基本組成、工作原理,以及放大電路的電壓放大倍數、輸入電阻、輸齣電阻等關鍵參數的計算方法。重點講解瞭各種組態(共射、共集、共基)的特點和適用場閤。 場效應管放大電路:介紹瞭場效應管(JFET、MOSFET)的結構、工作特性,以及基於場效應管的放大電路設計,分析瞭其在高阻輸入等方麵的優勢。 反饋放大電路:深入闡述瞭負反饋和正反饋的概念,分析瞭負反饋對放大電路性能(增益穩定性、帶寬、失真、噪聲)的改善作用。講解瞭四種基本的負反饋組態(電壓並聯、電壓串聯、電流並聯、電流串聯)及其在實際電路中的應用。 頻率響應:分析瞭放大電路在不同頻率下的增益變化,引入瞭低頻、高頻截止頻率的概念,以及通頻帶、品質因數等參數。講解瞭影響頻率響應的因素及改善方法,例如采用旁路電容、退耦電容等。 集成運算放大器(Op-Amp):介紹瞭運算放大器的基本結構、理想運放模型和關鍵參數。詳細講解瞭基於運放的各種基本應用電路,如同相比例、反相比例、加法、減法、積分、微分電路,以及其在信號調理、濾波等方麵的作用。 功率放大電路:分析瞭甲類、乙類、甲乙類、丙類等不同工作狀態的功率放大電路,重點講解瞭乙類和甲乙類推挽放大電路的工作原理、效率計算和失真分析,以及如何實現高效率、低失真的功率放大。 3. 振蕩電路分析與設計 振蕩電路的基本原理:闡述瞭振蕩電路産生持續周期性信號的條件——即正弦振蕩電路的 Barkhausen 判據(幅振和相振)。 RC 正弦波振蕩電路:介紹瞭 Wien 橋振蕩器、相移振蕩器等基於 RC 網絡反饋的振蕩器。分析瞭其頻率選擇特性和穩定性。 LC 正弦波振蕩電路:詳細講解瞭電感(L)和電容(C)組成的諧振迴路,以及基於 LC 振蕩器的各種振蕩器電路,如哈特利振蕩器、科爾皮茲振蕩器、剋拉普振蕩器等,分析瞭它們的頻率範圍和調諧方式。 多諧振蕩器(非正弦波振蕩電路):介紹瞭方波、三角波等非正弦波的産生電路,如多諧振蕩器、單穩態觸發器、施密特觸發器等,及其在數字電路和信號生成中的應用。 晶體振蕩器:闡述瞭石英晶體的壓電效應及其在振蕩電路中的應用,介紹瞭晶體振蕩器的高穩定性和精確頻率特性,及其在精密頻率源中的重要作用。 頻率閤成:簡要介紹瞭頻率閤成的基本原理和常用方法,為實現多頻率輸齣的通信設備奠定基礎。 4. 濾波器電路分析與設計 濾波器的基本概念與分類:定義瞭濾波器的作用(允許特定頻率信號通過,阻止其他頻率信號通過),並根據頻率響應分為低通、高通、帶通、帶阻濾波器。 無源濾波器:分析瞭基於 L、C 元件構成的無源濾波器(RLC 濾波器)的頻率特性,介紹瞭阻帶衰減、通帶紋波等概念。 有源濾波器:重點講解瞭基於運算放大器(Op-Amp)的有源濾波器。分析瞭 Sallen-Key、MFBP(多反饋帶通)等經典有源濾波器結構,以及它們在實現高階濾波、低通、高通、帶通、帶阻等功能時的優勢。 Butterworth、Chebyshev、Bessel 濾波器:詳細介紹瞭這三種經典濾波器類型的設計原理、幅度響應和相位響應特點,以及它們在不同應用場景下的選擇依據。 數字濾波器基礎:簡要介紹瞭數字濾波器的概念、優點(穩定性、精度高、易於實現),以及 FIR 和 IIR 數字濾波器的基本結構和設計思想。 5. 信號的産生與處理 信號的産生:除瞭振蕩器産生的正弦波和非正弦波,本章還會涉及脈衝信號、階躍信號、鋸齒波等在通信中常用信號的産生方法。 信號的整形與波形變換:介紹瞭如何通過各種電路(如比較器、施密特觸發器、二極管限幅電路)對信號進行整形,使其符閤特定要求。 混頻器(Mixer):講解瞭混頻器的原理,即兩個或多個信號的乘積運算,産生新的頻率分量(和頻、差頻)。重點分析瞭各種類型的混頻器電路,如二極管混頻器、平衡混頻器、乘法混頻器,及其在頻率變換、調製解調中的作用。 倍頻器與分頻器:介紹瞭産生原始信號整數倍或分數倍頻率的電路。 開關電路:分析瞭電子開關的工作原理,及其在模擬信號的切換、采樣、調製等方麵的應用。 6. 調製與解調電路 幅度調製(AM):詳細分析瞭各種 AM 調製電路,如平衡調製器、DSB-SC 調製器、SSB 調製器。介紹瞭 AM 信號的産生原理、頻譜特性,以及相應的解調方法,如包絡檢波、同步檢波。 頻率調製(FM):闡述瞭 FM 信號的産生原理(壓控振蕩器 VCO、電容調頻、電感調頻),分析瞭 FM 信號的頻譜特性。重點介紹瞭 FM 解調技術,如斜率檢波、鎖相環(PLL)解調、比值檢波器。 相位調製(PM):介紹瞭 PM 信號的産生方法,以及 PM 與 FM 的關係。 脈衝調製:介紹瞭脈衝幅度調製(PAM)、脈衝寬度調製(PWM)、脈衝位置調製(PPM)等數字調製方式的原理和實現電路。 7. 通信係統中的其他重要電子綫路 鎖相環(PLL)電路:深入講解瞭鎖相環的基本組成(鑒相器、低通濾波器、壓控振蕩器)和工作原理,分析瞭其跟蹤、鎖定和抑製噪聲的能力。介紹瞭 PLL 在頻率閤成、解調、時鍾恢復等方麵的廣泛應用。 采樣與保持電路:闡述瞭數字通信中采樣和保持過程的原理,以及相應的采樣保持電路的設計與性能指標。 A/D 轉換與 D/A 轉換電路基礎:簡要介紹瞭模數轉換(ADC)和數模轉換(DAC)的基本原理和常用電路類型,為理解數字通信中的信號轉換過程奠定基礎。 電源電路與穩壓電路:雖然不是通信核心信號通路,但穩定的電源是所有電子綫路正常工作的保證。本章會介紹通信設備中常用的電源類型、整流、濾波和穩壓電路。 四、 教材特色與教學應用 本書在編寫過程中,充分考慮瞭高等教育的教學需求,力求做到: 理論與實踐相結閤:在講解理論知識的同時,注重結閤實際電路實例,並配有相應的實驗指導,幫助學生鞏固理解,培養動手能力。 內容係統完整:覆蓋瞭通信電子綫路的主要知識點,形成瞭一個邏輯清晰、結構完整的知識體係。 深入淺齣:用清晰易懂的語言解釋復雜的概念,並通過圖示、錶格等輔助說明,降低學習難度。 強調分析方法:不僅給齣電路的實現,更側重於分析電路的工作原理、參數計算和性能評估,培養學生獨立分析和解決問題的能力。 麵嚮工程應用:內容緊密結閤通信工程的實際需求,所介紹的電路和技術都是通信係統中普遍采用的。 五、 學習建議 學習本書,建議讀者: 1. 紮實掌握基礎:電路的分析方法,如節點電壓法、網孔電流法,以及各種基本元器件(電阻、電容、電感、二極管、三極管、MOSFET)的伏安特性是基礎。 2. 注重理解原理:死記硬背公式是無效的,關鍵在於理解電路為何這樣工作,每個元器件的作用是什麼。 3. 勤於動手實踐:通過仿真軟件(如 PSpice, LTspice)或實際電路闆進行電路的搭建和測試,親身體驗理論知識的驗證。 4. 多做練習題:每章後的習題有助於鞏固和深化對知識點的理解,並能提高解題能力。 5. 關注現代通信技術:在學習過程中,可以嘗試將所學知識與現代通信技術(如 Wi-Fi, 4G/5G 移動通信,光通信)中的具體應用聯係起來,增強學習的針對性和興趣。 六、 結語 《通信電子綫路》作為一門核心課程,是通信工程專業學生學習道路上的重要基石。本書旨在為學生提供一個全麵、深入且實用的學習平颱,幫助他們掌握通信電子綫路的理論精髓和實踐技能,為未來在通信行業的職業生涯打下堅實的基礎,迎接通信技術日新月異的挑戰。