内容简介
《通信电子线路/普通高等教育“十一五”国家级规划教材》主要介绍通信系统组成原理、系统设备单元电路工作原理及其分析方法。在讲述电子线路基本原理分析方法的基础上强调了系统和整体概念,幷注重实用电路分析,使学生掌握新电路的基本原理、基本分析方法及其在通信设备中的典型应用。
《通信电子线路/普通高等教育“十一五”国家级规划教材》易于理解,重点难点配有例题,每章都有主要知识点小结,结合实际无线通信机进行电路和性能指标分析以及参数测量,内容新颖,注意将本课程的基础知识和相关的新科技发展相融合,将软件无线电中用DSP实现调制解调的思想引入教材。
内页插图
目录
前言
第1章 通信系统导论
1.1 通信系统的组成
1.2 通信系统中信号的频谱表示法
1.3 无线通信系统中的信道
1.4 数字通信系统
1.5 现代通信系统
本章小结
思考题与习题
第2章 通信电子线路分析基础
2.1 选频网络
2.2 非线性电路分析基础
本章小结
思考题与习题
第3章 高频小信号放大器
3.1 概述
3.2 晶体管高频小信号等效电路与参数
3.3 晶体管谐振放大器
3.4 谐振放大器的稳定性
3.5 非调谐式放大器与集成电路放大器
本章小结
思考题与习题
第4章 谐振功率放大器
4.1 概述
4.2 谐振功率放大器的工作原理
4.3 晶体管谐振功率放大器的折线近似分析法
4.4 谐振功率放大器电路
4.5 谐振功率放大器实例
4.6 晶体管倍频器
本章小结
思考题与习题
第5章 正弦波振荡器
5.1 概述
5.2 反馈型振荡器的基本工作原理
5.3 反馈型LC振荡器线路
5.4 振荡器的频率稳定问题
5.5 石英晶体振荡器
5.6 其他形式的振荡器
5.7 RC正弦振荡器
本章小结
思考题与习题
第6章 调幅、检波与混频——频谱搬移电路
6.1 频谱搬移电路的特性
6.2 振幅、调制原理
6.3 振幅、调制方法与电路
6.4 振幅、调制(检波)原理与电路
6.5 混频器原理及电路
本章小结
思考题与习题
第7章 角度调制与解调——频谱非线性变换电路
7.1 概述
7.2 调角波的性质
7.3 调频方法及电路
7.4 调角信号解调
7.5 调频制的抗干扰
本章小结
思考题与习题
第8章 数字调制系统
8.1 概述
8.2 数字调制
8.3 二进制数字调制
8.4 多进制数字调制
8.5 带宽效率
8.6 载波恢复
8.7 差分相移键控
8.8 时钟恢复
8.9 错误概率和误比特率
8.10 格状编码
本章小结
思考题与习题
第9章 软件无线电中的调制与解调算法
9.1 软件无线电简介
8.2 软件无线电中信号的调制与解调算法
9.3 应用程序举列
本章小结
思考题与习题
第10章 反馈控制电路
10.1 概述
10.2 自动电平控制电路
10.3 自动频率控制电路
10.4 锁相环路的基本工作原理
10.5 锁相环路的性能分析
10.6 集成锁相环
10.7 锁相环路的应用
本章小结
思考题与习题
第11章 频率合成技术
11.1 频率合成器的主要技术指标
11.2 频率直接合成法
11.3 频率间接合成法(锁相环路法)
11.4 集成频率合成器
本章小结
思考题与习题
第12章 通信系统组成与分析
12.1 通信系统中的噪声与干扰
12.2 无线通信发射机分誓
12.3 无线通信接收机分析
本章小结
思考题与习题
参考文献
附录1 放大器稳定系数S表达式的推导
附录2 余弦脉冲分解系数表
前言/序言
本书是华中科技大学“新世纪教学改革工程”立项教材,其主要内容覆盖了“电子信息科学与电气信息类基础课程教学指导分委员会”2004年版关于电子线路II(高频电子线路)基本要求的全部内容。书中介绍了通信系统中电路的基本原理、分析方法和典型应用。主要以模拟通信的电子电路为主,按照线性电路、非线性电路以及频率变换电路来组织教材内容,结合作者多年的教学实践体会和科研经历,从通信系统和整机出发来分析各功能模块的原理、组成和作用。教材在介绍通信电子线路分析的基本知识、串并联谐振回路及非线性电路分析方法的基础上,分别介绍了高频小信号谐振放大器、谐振功率放大器、正弦波振荡器及通信系统收发设备中的各种频率变换电路。线性频率变换电路含混频、振幅调制与解调,非线性频率变换电路含角度调制与解调,将数字调制解调另辟一章作了较详细的分析。随着现代科技迅速发展,为了使学生能接触到与本课程相关的最新知识,教材中还介绍了软件无线电的基本知识和用DSP实现的调制解调算法。
在反馈控制电路中,首先使学生建立反馈控制系统的整体概念,再分别介绍AGC、AFC和锁相环PLL电路。由于电子设备对振荡信号源的要求不断提高,因此本书还另辟一章介绍了既能满足较高频率稳定度,又能方便地转换频率的频率合成器,着重讲述了频率合成器的特点,指标和各种频率合成器的电路分析。
教材在介绍了无线电发送和接收设备组成的基础上,从实际通信系统出发,分析了通信系统中的噪声与干扰,无线通信发射机和接收机的主要技术指标、测量方法以及实际电路。为使学生更好地掌握相关知识,教材中每章都对主要知识点进行了小结,对难于理解的地方采取例题进一步讲解分析。
本书由严国萍主编。绪论、第l一7、12章及附录由严国萍编写,第8,10,11章由龙占超编写,第9章由张琼编写,全书由严国萍统稿。作者是在前辈张肃文教授的启蒙下开始学习高频电子线路课程,并直接受到张先生的谆谆教诲,本书也是作者多年学习和讲授张先生的“高频电子线路”教材的心得体会,在此谨向恩师表示诚挚的谢意。华中科技大学通信电子线路课程组在教学中对本书初稿进行了试用,孙中葛、游超、贺峰、胡东等也参加了本书的组编工作,在此一并表示感谢。由于时间仓促及作者水平有限,书中难免有不妥甚至错误之处,恳请广大读者批评指正。
本书配有电子课件,可赠送给任课教师,有需要者请与责任编辑联系。
作者
2005年5月于华中科技大学
通信电子线路:原理、设计与应用 一、 时代背景与教材定位 本书名为《通信电子线路/普通高等教育“十一五”国家级规划教材》,其定位清晰——作为国家级规划教材,面向普通高等教育,服务于“十一五”期间(2006-2010年)高校通信电子线路课程的教学与科研。在那个时期,中国通信产业正经历着飞速发展,3G技术逐渐成熟,4G技术蓄势待发,数字通信、移动通信、光通信等领域取得了显著进步。对掌握通信电子线路基础理论与实践技能的专业人才需求量巨大。 “十一五”国家级规划教材的设立,旨在规范和提升高等教育教学质量,强调教材的科学性、先进性、系统性和实用性。因此,本书在内容选择、编排结构、理论深度和实验设计等方面,都力求达到国家级规划教材的标准,旨在为学生打下坚实的理论基础,培养其解决实际工程问题的能力,并适应通信技术发展的最新趋势。 二、 内容概述 本书系统地阐述了通信电子线路的核心概念、基本原理、典型电路的设计与分析方法,以及在现代通信系统中的应用。其内容覆盖了从基础的放大电路、振荡电路,到复杂的调制解调电路、滤波器电路,再到通信系统中不可或缺的信号处理单元等。本书旨在培养学生理解、分析和设计各类通信电子线路的能力,为后续更深入的通信工程学习和实践奠定坚实基础。 三、 核心章节解析 1. 绪论:通信电子线路在通信系统中的地位与作用 本章首先回顾了通信技术的发展历程,强调了电子线路在其中扮演的关键角色。 深入剖析了通信系统的基本组成(发送端、信道、接收端),并着重阐述了电子线路如何在信号的产生、传输、处理和接收等各个环节发挥核心功能。 介绍了通信电子线路所涉及的主要领域,如模拟通信、数字通信、移动通信、光通信、卫星通信等,使读者对通信电子线路的应用范围有一个宏观的认识。 简要介绍了学习通信电子线路的重要性,以及本教材的学习目标和预期成果,为后续章节的学习做好铺垫。 2. 放大电路分析与设计 基本放大电路:详细分析了单级和多级放大电路的基本组成、工作原理,以及放大电路的电压放大倍数、输入电阻、输出电阻等关键参数的计算方法。重点讲解了各种组态(共射、共集、共基)的特点和适用场合。 场效应管放大电路:介绍了场效应管(JFET、MOSFET)的结构、工作特性,以及基于场效应管的放大电路设计,分析了其在高阻输入等方面的优势。 反馈放大电路:深入阐述了负反馈和正反馈的概念,分析了负反馈对放大电路性能(增益稳定性、带宽、失真、噪声)的改善作用。讲解了四种基本的负反馈组态(电压并联、电压串联、电流并联、电流串联)及其在实际电路中的应用。 频率响应:分析了放大电路在不同频率下的增益变化,引入了低频、高频截止频率的概念,以及通频带、品质因数等参数。讲解了影响频率响应的因素及改善方法,例如采用旁路电容、退耦电容等。 集成运算放大器(Op-Amp):介绍了运算放大器的基本结构、理想运放模型和关键参数。详细讲解了基于运放的各种基本应用电路,如同相比例、反相比例、加法、减法、积分、微分电路,以及其在信号调理、滤波等方面的作用。 功率放大电路:分析了甲类、乙类、甲乙类、丙类等不同工作状态的功率放大电路,重点讲解了乙类和甲乙类推挽放大电路的工作原理、效率计算和失真分析,以及如何实现高效率、低失真的功率放大。 3. 振荡电路分析与设计 振荡电路的基本原理:阐述了振荡电路产生持续周期性信号的条件——即正弦振荡电路的 Barkhausen 判据(幅振和相振)。 RC 正弦波振荡电路:介绍了 Wien 桥振荡器、相移振荡器等基于 RC 网络反馈的振荡器。分析了其频率选择特性和稳定性。 LC 正弦波振荡电路:详细讲解了电感(L)和电容(C)组成的谐振回路,以及基于 LC 振荡器的各种振荡器电路,如哈特利振荡器、科尔皮兹振荡器、克拉普振荡器等,分析了它们的频率范围和调谐方式。 多谐振荡器(非正弦波振荡电路):介绍了方波、三角波等非正弦波的产生电路,如多谐振荡器、单稳态触发器、施密特触发器等,及其在数字电路和信号生成中的应用。 晶体振荡器:阐述了石英晶体的压电效应及其在振荡电路中的应用,介绍了晶体振荡器的高稳定性和精确频率特性,及其在精密频率源中的重要作用。 频率合成:简要介绍了频率合成的基本原理和常用方法,为实现多频率输出的通信设备奠定基础。 4. 滤波器电路分析与设计 滤波器的基本概念与分类:定义了滤波器的作用(允许特定频率信号通过,阻止其他频率信号通过),并根据频率响应分为低通、高通、带通、带阻滤波器。 无源滤波器:分析了基于 L、C 元件构成的无源滤波器(RLC 滤波器)的频率特性,介绍了阻带衰减、通带纹波等概念。 有源滤波器:重点讲解了基于运算放大器(Op-Amp)的有源滤波器。分析了 Sallen-Key、MFBP(多反馈带通)等经典有源滤波器结构,以及它们在实现高阶滤波、低通、高通、带通、带阻等功能时的优势。 Butterworth、Chebyshev、Bessel 滤波器:详细介绍了这三种经典滤波器类型的设计原理、幅度响应和相位响应特点,以及它们在不同应用场景下的选择依据。 数字滤波器基础:简要介绍了数字滤波器的概念、优点(稳定性、精度高、易于实现),以及 FIR 和 IIR 数字滤波器的基本结构和设计思想。 5. 信号的产生与处理 信号的产生:除了振荡器产生的正弦波和非正弦波,本章还会涉及脉冲信号、阶跃信号、锯齿波等在通信中常用信号的产生方法。 信号的整形与波形变换:介绍了如何通过各种电路(如比较器、施密特触发器、二极管限幅电路)对信号进行整形,使其符合特定要求。 混频器(Mixer):讲解了混频器的原理,即两个或多个信号的乘积运算,产生新的频率分量(和频、差频)。重点分析了各种类型的混频器电路,如二极管混频器、平衡混频器、乘法混频器,及其在频率变换、调制解调中的作用。 倍频器与分频器:介绍了产生原始信号整数倍或分数倍频率的电路。 开关电路:分析了电子开关的工作原理,及其在模拟信号的切换、采样、调制等方面的应用。 6. 调制与解调电路 幅度调制(AM):详细分析了各种 AM 调制电路,如平衡调制器、DSB-SC 调制器、SSB 调制器。介绍了 AM 信号的产生原理、频谱特性,以及相应的解调方法,如包络检波、同步检波。 频率调制(FM):阐述了 FM 信号的产生原理(压控振荡器 VCO、电容调频、电感调频),分析了 FM 信号的频谱特性。重点介绍了 FM 解调技术,如斜率检波、锁相环(PLL)解调、比值检波器。 相位调制(PM):介绍了 PM 信号的产生方法,以及 PM 与 FM 的关系。 脉冲调制:介绍了脉冲幅度调制(PAM)、脉冲宽度调制(PWM)、脉冲位置调制(PPM)等数字调制方式的原理和实现电路。 7. 通信系统中的其他重要电子线路 锁相环(PLL)电路:深入讲解了锁相环的基本组成(鉴相器、低通滤波器、压控振荡器)和工作原理,分析了其跟踪、锁定和抑制噪声的能力。介绍了 PLL 在频率合成、解调、时钟恢复等方面的广泛应用。 采样与保持电路:阐述了数字通信中采样和保持过程的原理,以及相应的采样保持电路的设计与性能指标。 A/D 转换与 D/A 转换电路基础:简要介绍了模数转换(ADC)和数模转换(DAC)的基本原理和常用电路类型,为理解数字通信中的信号转换过程奠定基础。 电源电路与稳压电路:虽然不是通信核心信号通路,但稳定的电源是所有电子线路正常工作的保证。本章会介绍通信设备中常用的电源类型、整流、滤波和稳压电路。 四、 教材特色与教学应用 本书在编写过程中,充分考虑了高等教育的教学需求,力求做到: 理论与实践相结合:在讲解理论知识的同时,注重结合实际电路实例,并配有相应的实验指导,帮助学生巩固理解,培养动手能力。 内容系统完整:覆盖了通信电子线路的主要知识点,形成了一个逻辑清晰、结构完整的知识体系。 深入浅出:用清晰易懂的语言解释复杂的概念,并通过图示、表格等辅助说明,降低学习难度。 强调分析方法:不仅给出电路的实现,更侧重于分析电路的工作原理、参数计算和性能评估,培养学生独立分析和解决问题的能力。 面向工程应用:内容紧密结合通信工程的实际需求,所介绍的电路和技术都是通信系统中普遍采用的。 五、 学习建议 学习本书,建议读者: 1. 扎实掌握基础:电路的分析方法,如节点电压法、网孔电流法,以及各种基本元器件(电阻、电容、电感、二极管、三极管、MOSFET)的伏安特性是基础。 2. 注重理解原理:死记硬背公式是无效的,关键在于理解电路为何这样工作,每个元器件的作用是什么。 3. 勤于动手实践:通过仿真软件(如 PSpice, LTspice)或实际电路板进行电路的搭建和测试,亲身体验理论知识的验证。 4. 多做练习题:每章后的习题有助于巩固和深化对知识点的理解,并能提高解题能力。 5. 关注现代通信技术:在学习过程中,可以尝试将所学知识与现代通信技术(如 Wi-Fi, 4G/5G 移动通信,光通信)中的具体应用联系起来,增强学习的针对性和兴趣。 六、 结语 《通信电子线路》作为一门核心课程,是通信工程专业学生学习道路上的重要基石。本书旨在为学生提供一个全面、深入且实用的学习平台,帮助他们掌握通信电子线路的理论精髓和实践技能,为未来在通信行业的职业生涯打下坚实的基础,迎接通信技术日新月异的挑战。