编辑推荐
本书以无线通信系统与单元电路为主线,内容更符合通信类专业的学生培养计划,涵盖量适中,力求内容详实、语言精练。
内容简介
本书以无线通信收发信机的组成框图为基础,系统地介绍了通信电路中各模块的电路原理与设计方法。全书共分12章,包括绪论、选频网络、阻抗变换与阻抗匹配、传输线和Smith图、双端口网络参数和稳定性、放大器、噪声及低噪声放大器、非线性电路及其分析方法、正弦波振荡器、振幅调制与解调、角度调制与解调、反馈控制电路和频率合成、收发信机的整体设计介绍。每一章都有对关键知识的小结,并附有部分习题答案。
本书可作为高等院校通信专业和电子信息工程专业本科生“通信电路”等课程的教材或参考书,也可供相关专业的工程技术人员参考。
作者简介
作者简介
吴嶽 1968年毕业于清华大学无线电电子学系,南开大学通信工程系教授。
孙冬艳 2011年获得南开大学原信息技术科学学院博士学位,现为南开大学电子信息与光学工程学院通信工程系教师。
目录
目录
第1章绪论
1.1无线通信系统的组成
1.1.1通信系统的组成
1.1.2无线通信收发信机的框图
1.2无线电频率划分和电波传播
本章小结
习题与思考题
第2章选频网络、阻抗变换与阻抗匹配
2.1单谐振回路
2.1.1串联谐振回路
2.1.2并联谐振回路
2.1.3信号源内阻和负载电阻对谐振回路的影响
2.2串并联阻抗等效互换与阻抗变换
2.2.1电阻与电抗串并联的等效互换
2.2.2电抗回路和支路抽头时电阻变换关系及电源等效电路
2.3匹配网络设计之一
2.3.1L型匹配网络
2.3.2T型和Π型匹配网络
2.4双耦合谐振回路
2.4.1双耦合谐振回路的电路形式
2.4.2耦合回路的频率特性
2.5其他形式选频器件
2.5.1滤波器主要性能指标
2.5.2LC集中选择性滤波器
2.5.3石英晶体谐振器与晶体滤波器
2.5.4陶瓷滤波器和声表面波滤波器
本章小结
附录2A调幅波通过谐振回路的失真
附录2B电抗曲线和电纳曲线
习题与思考题
第3章传输线和Smith图
3.1均匀传输线上电磁能量传输定理
3.1.1电报方程及其解
3.1.2无损耗均匀传输线
3.2均匀传输线接负载后的电特性
3.2.1反射系数、终接负载传输线上任意一点的视入阻抗
3.2.2驻波、驻波系数及行波系数
3.2.3几种情况讨论
3.2.4电压入射波计算
3.3Smith图
3.3.1Smith阻抗圆图
3.3.2Smith导纳圆图
3.4阻抗匹配网络设计之二
3.4.1用Smith图设计集中参数阻抗匹配
3.4.2用Smith图设计分布参数匹配电路
3.4.3短传输线和集中参数元件间的等效
3.4.4传输线变压器及宽带阻抗匹配
本章小结
习题与思考题
第4章双端口网络参数和稳定性
4.1概述
4.2双端口网络的Y参数
4.2.1双端口网络的短路导纳参数
4.2.2不定导纳矩阵与不同组态Y参数间转换
4.3散射参数
4.3.1单端口网络的S参数
4.3.2多端口网络的S参数及归一化散射矩阵
4.3.3双端口网络的S参数
4.3.4归一化入射和反射分量及S参数的物理意义
4.3.5散射参数的测量
4.4双端口网络的稳定性
4.4.1双端口网络稳定性的概述
4.4.2Y参数绝对稳定条件
4.4.3S参数绝对稳定条件
4.5信号流图
4.5.1信号流图基本概念
4.5.2散射参数信号流图
本章小结
附录4A定向耦合器
附录4B有关公式的推导
附录4B.1式(4��119)和式(4��120)的推导
附录4B.2式(4��124)的推导
附录4B.3|Г2S|>ρ2S和|Г2S|<ρ2S条件推导
习题与思考题
第5章放大器
5.1概述
5.1.1双端口网络的有源性
5.1.2放大器设计时要考虑的主要问题
5.1.3射频放大器的分类及主要指标
5.1.4晶体管和场效应管的高频等效电路
5.2集中参数中频放大器和高频放大器的电路实例
5.2.1集中参数中频放大器
5.2.2集中参数高频小信号放大器
5.3Y参数小信号放大器设计
5.3.1单向化及单向化小信号放大器分析
5.3.2一般小信号放大器分析
5.4S参数小信号放大器设计
5.4.1S参数小信号放大器的一般分析
5.4.2最佳负载反射系数
5.4.3输入、输出同时共轭匹配的情况
5.4.4等功率增益圆
5.4.5潜在不稳定情况下放大器的设计
5.4.6转换器功率增益与输入阻抗匹配
5.4.7资用功率增益和等资用功率增益圆
本章小结
附录5A有关公式的推导
附录5A.1式(5��70)第二项取减号的说明
附录5A.2式(5��76)的推导
附录5A.3从g20求ГLm
附录5A.4式(5��107)的推导
习题与思考题
第6章噪声及低噪声放大器
6.1噪声的统计描述,元器件内部噪声
6.1.1噪声的统计描述
6.1.2热噪声
6.1.3散弹噪声
6.1.4闪烁噪声
6.1.5双极晶体管和场效应管的噪声及噪声模型
6.2噪声电路计算、双端口网络噪声参数
6.2.1电阻串并联的噪声计算
6.2.2噪声通过网络时的计算
6.2.3双端口网络的等效噪声带宽
6.2.4噪声系数
6.2.5等效噪声温度
6.2.6噪声系数的测量
6.3低噪声放大器设计
6.3.1双端口网络的最佳信源阻抗和最小噪声系数
6.3.2低噪声放大器设计
本章小结
附录6A单调谐回路的等效噪声带宽计算
附录6B等噪声系数圆推导
习题与思考题
第7章非线性电路及其分析方法
7.1概述
7.2非线性电路的基本概念与非线性元件
7.2.1非线性电路的基本概念
7.2.2非线性电阻及其性能描述
7.2.3非线性电感和非线性电容
7.2.4非线性电路的分类
7.3非线性电阻电路的幂级数分析法
7.3.1幂级数分析法
7.3.2非线性压缩或扩张、交调和互调
7.3.31dB压缩点和三阶交截点
7.3.4非线性产物的一般规律
7.4折线分析法及其应用
7.4.1二极管包络检波器电路分析
7.4.2谐振功率放大器的折线分析法
7.4.3倍频器
7.5双极型四象限模拟乘法器
7.6混频器和线性时变参量电路
7.6.1双极晶体管混频器
7.6.2二极管混频器
本章小结
附录7A余弦脉冲系数表
习题与思考题
第8章正弦波振荡器
8.1反馈振荡器的基本原理
8.1.1LCR回路的暂态过程
8.1.2反馈振荡器的基本组成
8.1.3振荡平衡条件
8.1.4振荡器的起振条件
8.1.5振荡器的稳定条件
8.2LC正弦波振荡器
8.2.1三端式振荡器
8.2.2互感耦合振荡器
8.3石英晶体振荡器
8.3.1并联型晶体振荡器
8.3.2串联型晶体振荡器
8.3.3用TTL电路构成晶体振荡器
8.4RC正弦波振荡器
8.4.1RC相移振荡器
8.4.2文氏桥振荡器
8.5负阻振荡器
8.5.1负阻的概念
8.5.2负阻振荡的原理
8.5.3潜在不稳定双端口网络构成振荡器
8.6几种特殊的振荡现象
8.6.1寄生振荡
8.6.2间歇振荡
8.6.3频率牵引
8.7振荡器的频率稳定
8.7.1频率稳定度的表示
8.7.2影响振荡器稳定的因素
8.7.3振荡器的稳频措施
8.7.4振荡器的相位噪声
本章小结
习题与思考题
第9章振幅调制与解调
9.1调幅信号分析
9.1.1普通调幅
9.1.2双边带调幅
9.1.3单边带调幅
9.2调幅电路
9.2.1高电平调制
9.2.2二极管调制电路
9.2.3模拟乘法器调制电路
9.2.4单边带调制电路
9.3振幅解调电路
9.3.1振幅解调电路的质量指标
9.3.2二极管包络检波器
9.3.3同步检波
9.4正交平衡调幅
本章小结
习题与思考题
第10章角度调制与解调
10.1角度调制信号的分析
10.1.1调频波和调相波的表示式
10.1.2调频波和调相波的频谱和频带宽度
10.2调频信号的产生
10.2.1调频的性能指标
10.2.2调频信号的产生方法
10.2.3扩大调频器线性频偏的方法
10.2.4直接调频电路
10.3调相信号的产生
10.3.1矢量合成法
10.3.2可变移相法
10.3.3可变延时法
10.4调频信号的解调
10.4.1鉴频方法与鉴频特性
10.4.2斜率鉴频器
10.4.3正交鉴频器
本章小结
习题与思考题
精彩书摘
第5章
CHAPTER 5
放大器
5.1概述
第2章图2��1画出了电子电路的构成,它是由有源器件和匹配网络组成的,放大器也不例外,也由这两部分构成。第2章研究了集中参数匹配网络,第3章研究了分布参数匹配网络,第4章研究的双端口网络实际上是有源器件的线性等效电路,现在可以着手研究射频放大器了。
5.1.1双端口网络的有源性
在讨论放大器之前,首先要知道什么样的器件具有放大作用。这里涉及器件的有源性(Activity)的问题,一般放大器件用双端口网络即可等效,因而这里只讨论双端口网络的有源性。结论很容易推广到多端口网络。
能用来放大信号功率或用作振荡器的电路称有源电路。无源电路不能用来放大功率或实现持续振荡。由线性时不变电阻、电感和电容构成的电路是无源电路(Passive Circuits)。
晶体管或场效应管在小信号工作时,若进入它所有端口的某一频率信号的平均功率为零或大于零,则称它为无源的,平均功率为零时称为无损的,平均功率大于零时称为有损的。若进入所有端口的某一频率信号的总平均功率小于零,则称该晶体管或场效应管在此频率为有源的。由于在某工作频率上小信号工作的晶体管或场效应管可以用参数与工作频率相对应的双端口线性网络等效,因此下面直接来研究双端口网络。
进入双端口网络的两个端口的总平均信号功率为
P=|V1||I1|cos��1+|V2||I2|cos��2
或
P=ReV1I��1+ReV2I��2=ReV��1I1+ReV��2I2
这样有
P=12(V1I��1+V��1I1)+12(V2I��2+V��2I2)(5��1)
重新组合式(5��1):
P=12(V��1I1+V��2I2)+12(V1I��1+V2I��2)(5��2)
用矩阵形式可表示为
P=12[V�常軹[I]+12[I�常軹[V](5��3)
式中上标T表示转置,矢量均为列矢量,在某工作点和具体的工作频率,有
[I]=[Y][V]和[I�常軹=[V�常軹[Y�常軹(5��4)
代入式(5��3)可得
P=12[V�常軹[Y][V]+12[V�常軹[Y�常軹[V]
=[V�常軹12([Y]+[Y�常軹)[V]
=[V�常軹[YH][V](5��5)
式(5��5)中
[YH]=12([Y]+[Y�常軹)(5��6)
矩阵[YH]称作埃尔米特(Hermite)矩阵。式(5��5)的矩阵形式称为功率P的埃尔米特型(Hermite Form)。由式(5��5)可知,对于无源网络,埃尔米特型必须是半正定的。
令双端口网络的Y参数为
前言/序言
前言
通信电路讲述发射机和接收机的射频部分和中频部分,其电路功能有射频放大、中频放大、变频、调制和解调等。当前移动通信飞速发展,通信机的工作频率已超出了2GHz,因而一部分射频电路成为分布参数电路。电路技术的发展早已进入了集成电路设计的时代,分立器件用得越来越少,整机生产技术的无调整化趋势使原来通信机中经常使用的LC调谐电路逐渐被各种体积小、设计精良的滤波器取代,整机设计人员必须准确地选用集成电路并能熟练使用CAD软件。考虑到以上形势,编写本书旨在较全面地介绍通信电路的有关知识,为集成电路和整机设计工作打好基础。
本书的特点是注重培养扎实的专业基础,从通信系统框图着手,系统地介绍通信电路的基础知识和各单元电路的基本原理与实现方法,强调对基本概念的理解与运用,全书的内容与应用的结合比较紧密,理论与实践的结合也比较紧密,并有一定的电路设计实例和仿真分析。
第1章为绪论,通过对通信机框图的介绍,使读者了解通信电路的主要功能以及各种功能电路在整机中所处的位置。
第2章为选频网络、阻抗变换与阻抗匹配,突出了单谐振回路的阻抗变换和阻抗匹配功能。电路分析时应用了电网络的对偶原理,在末尾简单介绍了各种滤波器的工作原理和适用频率。
第3章为传输线和Smith图,这是分析分布参数电路必备的知识,进一步介绍了用Smith图实现阻抗匹配的方法,为后面讲述放大器打基础。传输线变压器是宽带阻抗匹配和功率合成的主要部件,因而一并在本章介绍。
第4章为双端口网络参数和稳定性,主要为下一章放大器设计打基础。在此讲述了Y参数和S参数以及相关的稳定性判据。用信号流图的方法配合S参数进行电路分析可使过程简单,分析结果明了,因而在4.5节简单介绍了信号流图。定向耦合器本属多端口网络,由于它是S参数测量中必须采用的器件,因此在附录4A着重分析了由传输线变压器构成的定向耦合器的原理,用这种定向耦合器可以构成有线电视网络中的分支器。
放大器的分析放在第5、6两章,第5章的分析重点在于最大功率传输和稳定性,第6章的出发点在于减小噪声系数,有关噪声的基础知识也放在第6章介绍。
第7章介绍非线性电阻电路的常用工程分析方法。通过幂级数分析法解释了非线性压缩或扩张、交调、互调等电路现象,用折线分析法分析了二极管包络检波、功率放大和倍频器,在介绍非线性时变电路后分析了各种混频器,模拟四象限乘法器可用于较低频率的混频、同步检波、鉴频及可控增益放大,因而将此内容安排在本章。
第8章为正弦波振荡器,除了LC振荡器、RC振荡器等一般内容外,还加入了用S参数分析潜在不稳定双端口网络产生振荡的条件,并分析了相位噪声的产生机理以及相位噪声的功率谱密度曲线。
第9章为振幅调制与解调,第10章为角度调制与解调,考虑到本课程有可能安排在“通信原理”课程前面,因而在每章前面首先讲述信号。目前调制与解调均用集成电路实现,因而在电路讲述时侧重于方法的介绍,像二极管包络检波器、斜率鉴频器一类电路在实际中已很少用到,将它们留在教材中是考虑到内容的完整性。
第11章为反馈控制电路和频率合成,介绍了AGC、AFC和PLL以及锁相环频率合成器,重点放在PLL和频率合成部分。反馈控制电路均是非线性电路,因而以定性分析为主,配以一定的电路实例和设计实践。
第12章为收发信机整体设计介绍,讲述了收发信机的各种技术指标、发射机和接收机的各种技术方案,最后是设计实例。
本书涉及高频电路、微带电路、电网络分析等内容,教学时可根据实际情况选用。建议教学学时为64学时。
学习本教材须具备电路分析基础、模拟电子技术、概率论与随机过程的基础知识。本书适用于大学本科的教学,也可供相关工程技术人员参考。
本书的前7章为吴老师任教时编写,孙冬艳老师接任教学后完成了后5章,全书的绘图和计算机录入由孙冬艳老师完成。另外,孙老师在最后增加了各章小结并补充增加了前7章的习题。
由于编者业务水平有限,加之编写时间紧迫,因而教材中难免有不足之处,恳请专家和读者批评指正。
教材编写得到了南开大学电子信息与光学工程学院的支持,特此表示感谢。
编者2017年5月
《通信电子线路》—— 现代通信系统基石的深入探索 本书旨在为高等学校电子信息类专业的学生提供一套全面、深入且实用的通信电子线路学习材料。我们深刻理解,在飞速发展的通信技术浪潮中,扎实的理论基础和精湛的实践技能是构建未来信息社会不可或缺的基石。因此,本书的编写不仅力求涵盖通信电子线路领域的核心概念、经典理论和前沿技术,更注重培养学生的分析问题、解决问题以及创新设计的能力。 第一章 绪论:通信电子线路的定位与发展 本章将引领读者进入通信电子线路的广阔天地。我们将首先阐述通信电子线路在整个通信系统中的重要地位,明确其作为信号产生、处理、传输和接收等关键环节的硬件支撑作用。通过梳理通信技术发展的历史脉络,读者可以清晰地认识到电子线路技术如何一步步推动通信能力的飞跃,从早期简单的模拟信号传输到如今高速、多样化的数字通信。我们将介绍不同通信体制(如模拟通信、数字通信、移动通信、光通信等)对电子线路提出的挑战与需求,并展望未来通信电子线路的发展趋势,例如更高集成度、更低功耗、更高频率、更智能化等方向。本章还将概述本书的整体结构和学习方法,帮助读者建立清晰的学习路径。 第二章 信号与系统基础 通信电子线路的设计与分析离不开对信号和系统的深刻理解。本章将系统回顾并拓展读者在信号与系统方面的基础知识。我们将重点讲解各种信号的分类(如模拟信号、数字信号、周期信号、非周期信号、能量信号、功率信号等),并介绍描述信号特性的重要数学工具,包括傅里叶级数、傅里叶变换、拉普拉斯变换和Z变换。同时,我们将深入探讨线性时不变(LTI)系统的基本概念、系统函数的概念、系统的频率响应特性以及各种重要的系统表示方法(如微分方程、差分方程、系统框图)。本章强调将抽象的数学概念与具体的通信信号和电路系统联系起来,为后续章节的学习奠定坚实的理论基础。 第三章 运算放大器的基本原理与应用 运算放大器(Op-Amp)是通信电子线路中最为重要的基本单元之一,其高增益、高输入阻抗和低输出阻抗的特性使其在信号调理、滤波、放大等环节扮演着不可或缺的角色。本章将从理想运算放大器的模型出发,逐步介绍其在实际应用中的非理想效应,如输入失调电压、输入偏置电流、有限的开环增益、有限的带宽等。在此基础上,我们将详细讲解运算放大器在基本电路中的应用,包括反相放大器、同相放大器、电压跟随器、加法器、减法器、积分器和微分器等。更重要的是,本章将深入探讨运算放大器在通信电子线路中的特色应用,例如有源滤波器(低通、高通、带通、带阻)、信号发生器(振荡器)、电压比较器等,并分析这些电路如何满足通信系统中对信号精确处理的要求。 第四章 模拟信号的产生与处理 模拟通信系统是通信电子线路的传统领域,也是理解数字通信基础的重要起点。本章将聚焦于模拟信号的产生与处理。我们将详细讲解各种波形发生器的原理与设计,包括正弦波振荡器(如RC振荡器、LC振荡器、晶体振荡器)、三角波发生器、锯齿波发生器和脉冲发生器。在信号处理方面,本章将重点介绍模拟调制技术,包括幅度调制(AM)、频率调制(FM)和相位调制(PM)的原理、数学模型及其在电子线路中的实现。我们将分析调制和解调电路的设计,例如乘法器、混频器、鉴频器、鉴相器等。此外,本章还将讨论模拟信号的滤波与放大技术,以及如何通过这些技术对模拟信号进行有效的信道传输准备。 第五章 数字信号的产生与处理 数字通信以其抗干扰能力强、信息传输准确等优势,已经成为现代通信的主流。本章将系统介绍数字信号的产生与处理。我们将从数字信号的基本特性出发,讲解数字信号的编码与解码技术,包括二进制编码、格雷码、曼彻斯特编码等。在数字信号的产生方面,本章将重点介绍数字信号源的设计,如脉冲发生器、数字序列发生器等。在数字信号的处理方面,我们将深入探讨数字调制与解调技术,如幅移键控(ASK)、频移键控(FSK)、相移键控(PSK)和正交幅度调制(QAM)的原理、数学模型及其实现。本章还将讨论数字信号的滤波技术,包括FIR滤波器和IIR滤波器的设计原理与实现方法,以及相关的数字信号处理(DSP)基础概念,为理解更复杂的数字通信系统打下基础。 第六章 脉冲信号与时序电路 在数字通信系统中,脉冲信号的产生、整形和时序控制至关重要。本章将聚焦于脉冲信号和时序电路。我们将详细讲解各种脉冲波形的产生方法,如单稳态触发器、多谐振荡器产生的脉冲信号。同时,我们将深入探讨时序电路的基本构成单元,包括各种触发器(RS触发器、JK触发器、T触发器、D触发器)和寄存器。在此基础上,我们将讲解组合逻辑电路和时序逻辑电路的设计方法,并通过实际的通信系统应用案例,如计数器、移位寄存器、数据选择器、编码器、译码器等,展示这些电路在数字通信中的功能。本章还将介绍时序电路的设计与分析工具,帮助读者掌握设计复杂时序系统的能力。 第七章 滤波器设计与实现 滤波器是通信电子线路中用于选择特定频率信号、抑制干扰信号的关键部件。本章将对滤波器进行深入而全面的探讨。我们将从滤波器的基本类型(低通、高通、带通、带阻)和理想滤波器特性出发,介绍多种滤波器的设计方法。对于模拟滤波器,我们将详细讲解其分类,包括无源滤波器(RLC滤波器)和有源滤波器(基于运算放大器的滤波器),并深入研究巴特沃斯、切比雪夫、贝塞尔等经典滤波器逼近函数的特性与设计。对于数字滤波器,我们将详细讲解有限冲激响应(FIR)滤波器和无限冲激响应(IIR)滤波器的设计原理,包括窗函数法、频率采样法、双线性变换法等。本章还将探讨滤波器在通信系统中的具体应用,例如信道滤波、抗混叠滤波、噪声抑制等,并通过实例演示其设计与实现过程。 第八章 功率放大器 功率放大器是通信系统中将信号能量放大到足以进行有效传输的关键环节。本章将深入研究功率放大器的原理、分类与设计。我们将从功率放大器的基本概念出发,介绍其分类(如A类、B类、AB类、C类、D类、E类、F类等)及其各自的优缺点、效率和失真特性。我们将详细分析各种功率放大器电路的结构和工作原理,包括甲类、甲乙类、丙类功率放大器的静态工作点选择、输出特性和效率计算。同时,本章还将讨论高频功率放大器的设计要点,如阻抗匹配、寄生参数的影响、稳定性问题以及散热设计。最后,我们将结合实际的通信应用场景,探讨功率放大器在不同通信体制(如广播电视、移动通信基站、雷达等)中的设计考量。 第九章 混频器与频率合成器 混频器和频率合成器是现代通信系统中实现信号变频和频率灵活控制的核心功能模块。本章将深入探讨它们的原理与设计。我们将首先讲解混频器的基本原理,包括乘法混频、开关混频等。我们将分析不同类型的混频器电路,如二极管混频器、场效应管混频器、环形混频器等,并讨论其性能指标,如变频损耗、镜像抑制、非线性失真等。频率合成器是实现频率精确、稳定、快速切换的关键技术。本章将详细介绍频率合成器的基本构成,包括锁相环(PLL)的原理、组成(鉴相器、压控振荡器、分频器)及其设计。我们将讲解锁相环在频率合成中的应用,以及不同类型的频率合成器,如小数N分频频率合成器等。这些电路对于构建灵活、高性能的无线通信系统至关重要。 第十章 自动增益控制(AGC)与锁相环(PLL) 自动增益控制(AGC)和锁相环(PLL)是通信电子线路中两个极其重要的反馈控制系统,在保证通信信号质量和稳定性方面发挥着关键作用。本章将分别深入探讨它们的原理、设计与应用。 自动增益控制(AGC):我们将从AGC的必要性出发,阐述其在通信接收机中用于补偿输入信号幅度变化、保持中频信号幅度恒定的重要功能。本章将介绍不同类型的AGC电路,包括衰减型AGC和增益型AGC。我们将详细分析RC积分AGC、伺服AGC、对数放大器AGC等典型电路的结构和工作原理。重点将放在AGC电路的动态范围、响应速度、稳定性以及与接收机其他部分的配合设计。通过实际应用案例,读者将理解AGC如何在不同噪声和衰落环境下确保接收信号的稳定。 锁相环(PLL):作为现代电子系统中应用最广泛的反馈控制系统之一,PLL在本章将得到深入的剖析。我们将从PLL的基本闭环结构入手,详细讲解其核心组件:鉴相器(Phase Detector)、低通滤波器(Loop Filter)和压控振荡器(Voltage-Controlled Oscillator, VCO)。本章将深入分析鉴相器的类型(如乘法型、迟滞型、电荷泵型)及其优缺点。我们将重点研究低通滤波器的作用,以及它如何影响PLL的锁定范围、捕获范围、跟踪精度和动态响应。压控振荡器的特性(增益、线性度、噪声)对PLL的整体性能也至关重要。在此基础上,我们将探讨PLL的动态特性,如捕获过程、锁定过程、抖动抑制能力等。最后,本章将汇集PLL在通信电子线路中的广泛应用,包括频率合成、时钟恢复、数据同步、解调等,并通过具体实例展示其设计与优化。 第十一章 高频电路与匹配技术 随着通信频率的不断提升,高频效应变得日益显著,对电路设计提出了新的挑战。本章将聚焦于高频电路的特性分析和设计方法。我们将从集肤效应、邻近效应、导线电感、寄生电容等高频效应入手,分析其对电路性能的影响。本章将重点介绍在高频电路设计中至关重要的阻抗匹配技术。我们将讲解史密斯圆图的使用方法,以及如何利用匹配网络(如L型网络、π型网络、T型网络)实现输入、输出和级间的阻抗匹配,以最大化功率传输并降低信号反射。我们将深入分析传输线理论在连接高频元件中的作用,包括行波、驻波、反射系数和驻波比等概念。此外,本章还将讨论高频放大器的稳定性问题,以及如何通过适当的设计避免高频振荡。最后,本章将介绍一些常见的高频通信电子线路,如高频放大器、高频振荡器和高频开关电路等,并分析其在高频环境下的设计要点。 第十二章 PCB设计与电磁兼容(EMC) 在现代通信电子线路的设计与制造过程中,印刷电路板(PCB)的设计和电磁兼容(EMC)是不可忽视的重要环节。本章将从实际工程应用的角度,系统介绍PCB设计原则和EMC的基本概念。 PCB设计:本章将首先介绍PCB的构成、基本设计流程以及常用的PCB设计软件。我们将重点讲解PCB布局(Placement)和布线(Routing)的原则,包括元件的合理摆放、信号线的短而直、电源和地线的处理、敏感信号的屏蔽等,以减少信号干扰和串扰。针对高频和高速信号,我们将详细介绍差分信号布线、时钟线布线、串扰抑制等设计技巧。此外,本章还将讨论PCB的叠层设计、过孔的使用、接地策略以及电源完整性(Power Integrity)等关键要素。 电磁兼容(EMC):我们将从EMC的基本概念出发,解释电磁干扰(EMI)的产生机理、传播途径和敏感性。本章将详细介绍EMC的设计原则,包括抑制EMI的产生(如选用低噪声器件、优化电路布局、滤波)、阻止EMI的传播(如屏蔽、接地)以及提高电路的抗干扰能力。我们将讨论EMI的几种典型形式,如传导干扰和辐射干扰。本章还将介绍一些实用的EMC设计技巧,例如滤波器的选择与应用、屏蔽盒的设计、接地方式的选择(单点接地、多点接地)等。最后,我们将简要介绍EMC测试标准和方法,以及如何通过PCB设计来满足这些标准,确保通信电子线路的稳定可靠运行。 第十三章 通信电子线路的系统集成与测试 在完成了各个模块的设计与分析之后,将它们有效地集成到完整的通信系统中,并进行严谨的测试是实现最终产品功能的关键步骤。本章将聚焦于通信电子线路的系统集成与测试。 系统集成:本章将探讨如何将前面章节所介绍的各个功能模块(如信号发生器、滤波器、放大器、混频器、PLL、功率放大器等)有机地组织起来,形成一个完整的通信系统。我们将讨论不同系统架构的选择(如超外差接收机、零中频接收机、直变频收发机等),以及各模块之间接口的匹配与协调。本章还将强调电源分配、接地设计和信号完整性在系统集成中的重要性,以避免模块间的相互干扰和性能下降。 测试与调试:本章将详细介绍通信电子线路的测试方法和调试技巧。我们将介绍各种常用的测试仪器,如示波器、频谱分析仪、信号发生器、网络分析仪、逻辑分析仪等,并讲解它们在不同测试场景下的使用方法。我们将从直流参数测试、交流参数测试、动态性能测试、稳定性测试、噪声测试、失真度测试等多个维度,讲解如何对通信电子线路进行全面的性能评估。对于实际产品开发,本章还将介绍如何进行电路故障的定位与排除,以及如何利用仿真工具辅助测试与调试。 第十四章 前沿技术与发展趋势 通信电子线路领域始终处于不断创新和发展的进程中。本章将对当前通信电子线路领域的前沿技术进行梳理,并展望未来的发展趋势。我们将讨论诸如软件定义无线电(SDR)中的硬件实现、认知无线电中的自适应电路设计、微波和毫米波通信电路(包括天线一体化设计)、低功耗高集成度通信芯片的设计、面向物联网(IoT)的传感器接口电路、以及与人工智能(AI)融合的智能通信电路等热点方向。通过对这些前沿技术的介绍,读者将能够对通信电子线路未来的发展方向有一个宏观的认识,并为进一步的深入学习和研究打下基础。 本书的编写始终贯穿了理论与实践相结合的原则,力求通过详实的理论阐述、丰富的电路图示和典型的工程实例,帮助读者不仅掌握通信电子线路的原理,更能理解其在实际工程中的应用,最终培养出具备扎实基础和创新能力的优秀电子信息类专业人才。