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1、課題一 無線電通信系統(tǒng)的基本組成 ◆ 知識點(diǎn) 　無線發(fā)射設(shè)備的基本原理和組成 　無線接收設(shè)備的基本原理和組成 　了解無線接收設(shè)備中的超外差接收技術(shù) 任務(wù)目標(biāo) 通過本課題的學(xué)習(xí)，掌握無線通信系統(tǒng)的基本組成，了解超外差接收基本原理。 課題導(dǎo)入 圖１－１　無線廣播系統(tǒng)的組成 如圖１－１所示，是我們非常熟悉的收音機(jī)收聽廣播電臺節(jié)目的示意圖。在這個(gè)電臺節(jié)目接收過程中，電臺播音員（節(jié)目源）、發(fā)射機(jī)、發(fā)射天線、收音機(jī)缺一不可，分別完成了信號的產(chǎn)生、變換、發(fā)射、傳輸和接收，組成了一個(gè)基本的無線通信系統(tǒng)。當(dāng)接收本地電臺節(jié)目時(shí)聲音效果很好，而當(dāng)接收外地距離較遠(yuǎn)電臺節(jié)目時(shí)聲音效果有時(shí)

2、好，有時(shí)差；有時(shí)我們還會發(fā)現(xiàn)，不同品牌、價(jià)位的收音機(jī)，其接收效果也各不相同，并且調(diào)頻波段接收的音質(zhì)要優(yōu)于調(diào)幅波段，其原因我們會在以后的課題學(xué)習(xí)中逐步揭示。 除了以上無線廣播系統(tǒng)以外，還有很多不同功能，不同使用場合的無線通信設(shè)備，例如我們家庭使用的用于接收處理圖像的電視接收機(jī)，公安部門常使用的對講機(jī)，便于隨身攜帶的移動電話（手機(jī)），教師上課使用的無線教學(xué)擴(kuò)音器等等。雖然其外觀、體積、功率、傳送信息內(nèi)容差異很大，但組成這些通信設(shè)備最基本的電路結(jié)構(gòu)是極為相同或相似的，高頻電子技術(shù)所研究的正是組成這些通信系統(tǒng)設(shè)備的最基本電路。 相關(guān)知識 一、通信系統(tǒng)的基本組成 從發(fā)送者到接收者之間信息的傳遞稱

3、為通信。利用電信號傳輸信息的系統(tǒng)稱通信系統(tǒng)，也稱電信系統(tǒng)。通信系統(tǒng)基本組成可由如圖１－２所示方框圖表示。它由輸入、輸出變換器，發(fā)送、接收設(shè)備和信道等部分組成。其各部分的含義如下： 圖１－２　通信系統(tǒng)的基本組成方框圖 1．信源 信源是指需要傳送的原始信息。如語言、音樂、圖像、文字等，往往是以機(jī)械振動、光強(qiáng)等物理量為載體呈現(xiàn)。 2．輸入變換器 將信源非電物理量轉(zhuǎn)換為電信號的裝置。如麥克風(fēng)將機(jī)械振動轉(zhuǎn)換為音頻電信號；光電管將光圖像信號轉(zhuǎn)換為視頻電信號。這些信號頻率較低，不便于在信道中傳輸，常稱之為基帶信號。根據(jù)信源轉(zhuǎn)換為電信號的方式，可分為模擬通信、數(shù)字通信： （1）模擬信號：變換后

4、信號電壓或電流為隨信源物理量線性連續(xù)變化的信號。 （2）數(shù)字信號：變換后信號電壓或電流隨信源物理量非連續(xù)、離散變化的信號，常采用二進(jìn)制數(shù)字信號。 根據(jù)以上不同的信號類型而組成的發(fā)射、接收處理的通信系統(tǒng)分別稱為模擬通信和數(shù)字通信。本課程主要研究的是模擬通信系統(tǒng)。 3．發(fā)送設(shè)備 發(fā)送設(shè)備用于將輸入的基帶電信號變成適合于信道傳輸?shù)男盘?。發(fā)送設(shè)備在無線通信系統(tǒng)中也稱發(fā)射設(shè)備，發(fā)射信號常稱為射頻信號。圖１－３（ａ）為無線電測向信號源，可發(fā)射摩爾斯電報(bào)碼【１】，屬無線發(fā)射設(shè)備。 4．接收設(shè)備 接收設(shè)備作用是把發(fā)送設(shè)備發(fā)送的有用信號從眾多的信號和噪聲中選取出來。圖１－３（ｂ）為無線電測向機(jī)【２】

5、，屬無線接收設(shè)備。 圖１－３　無線電測向設(shè)備 a 無線測向發(fā)射信號源 b PJ-80無線測向機(jī) 同一系統(tǒng)的發(fā)射與接收設(shè)備配合組成完整的通信系統(tǒng)；不同的通信系統(tǒng)，其發(fā)送和接收設(shè)備一般不能通用。發(fā)送設(shè)備與接收設(shè)備是組成通信系統(tǒng)的核心。 有些通信設(shè)備具有發(fā)射與接收兩種功能，如便攜式短波電臺、對講機(jī)、手機(jī)等，它們都具有信號的收發(fā)功能，常稱之為雙工。 5．信道 信道是信息傳輸?shù)耐ǖ?，也稱傳輸媒介，可分為有線信道和無線信道兩大類，相應(yīng)的稱為有線通信或無線通信。 （1）有線通信：利用各種導(dǎo)線作為信道來傳輸信號的通信方式，如圖1-4所示。有線通信信道多為同種電纜、雙絞線及光纖等，信號不容易受

6、到干擾，應(yīng)用很廣泛。 圖1-4 常見的有線信道 架空明線 同軸電纜 光纜 （2）無線通信：無線電信息傳輸系統(tǒng)是利用無線電波在空間的傳播來完成信息的傳遞。為了保證信息的有效傳輸，常通過相應(yīng)的天線實(shí)現(xiàn)高頻電信號的發(fā)射與接收。不同頻率高頻信號所需天線大小、尺寸、形狀各不相同，小的僅幾厘米，大到幾百米高度。圖1-5是兩種無線通信天線。 圖1-5 無線通信天線 無線電通信系統(tǒng)中，無線信道多為大氣層或外層空間。由于無線電波能方便快捷地在空間傳播，所受限制較少，因此廣泛應(yīng)用于廣播、電視、通信、雷達(dá)和導(dǎo)航等領(lǐng)域。 ６．輸出變換器 用于將接收輸出的電信號恢復(fù)出原始信息。如功率放大器與揚(yáng)聲器

7、將音頻電信號轉(zhuǎn)換為揚(yáng)聲器紙盆的機(jī)械振動。 ７．噪聲與干擾 信號在傳輸過程中，不可避免地會受到各種噪聲的干擾。噪聲按其來源一般可分為外部噪聲和內(nèi)部噪聲兩大類。外部噪聲包括自然界存在的各種電磁波干擾(閃電、宇宙射線、太陽輻射等)，工業(yè)上強(qiáng)力電機(jī)、電力機(jī)車、電焊機(jī)等工作時(shí)產(chǎn)生的電磁輻射和其它無線電設(shè)備發(fā)射的信號等。內(nèi)部噪聲則是指電子設(shè)備本身產(chǎn)生的各種噪聲。因此，噪聲與干擾不僅存在信道，也存在于發(fā)射、接收的整個(gè)電路中，通信系統(tǒng)要盡量避免噪聲的干擾。 二、典型的無線發(fā)射設(shè)備的組成 典型的調(diào)幅發(fā)射機(jī)的組成方框圖如１－６所示，調(diào)頻發(fā)射機(jī)的基本框圖如圖１－7，圖１-8為調(diào)頻無線話筒發(fā)射器實(shí)物。下面以圖

8、１－６調(diào)幅發(fā)射機(jī)原理框圖介紹組成發(fā)射機(jī)的各主要電路的作用。 圖１－６調(diào)幅發(fā)射機(jī)原理框圖 圖１－7 調(diào)頻發(fā)射機(jī)原理框圖 圖１－8 無線話筒實(shí)物 1．音頻（話筒）放大器 音頻（話筒）放大器又稱為調(diào)制信號放大器，用來放大話筒或音樂的電信號，輸出足夠強(qiáng)的音頻調(diào)制信號；通常，低頻放大器是由幾級小信號低頻電壓放大器或集成運(yùn)算放大器組成，圖１－8中是由MC4558集成運(yùn)算放大器及阻容元件組成。音頻電路測試常采用如表１－１中A點(diǎn)正弦波波形輸入測試。 2．振蕩器 振蕩器用來產(chǎn)生頻率穩(wěn)定的高頻振蕩信號，其性能的好壞直接影響到發(fā)射機(jī)的正常工作，振蕩電路常用的有LC振蕩器，石英晶體振蕩電路等

9、。振蕩器輸出等幅的高頻正弦波，如表１－１中B點(diǎn)波形所示。 表１－１　發(fā)射機(jī)原理框圖中各點(diǎn)波形示意圖 A點(diǎn)的波形 B點(diǎn)的波形 C點(diǎn)的波形 石英晶體的頻率穩(wěn)定性極好，高性能發(fā)射設(shè)備多采用石英晶體振蕩器或石英晶體頻率鎖相的壓控振蕩器。 3．倍頻器 各種振蕩電路，尤其是采用石英晶體的振蕩電路，受晶體基頻的限制及分布參量的影響，難以產(chǎn)生太高的振蕩頻率，所以電路上往往采用倍頻器倍頻，使高頻振蕩的頻率倍增到所需的載波頻率上，以滿足較高載頻的要求。 4．調(diào)制器 用調(diào)制信號(如音頻信號)去控制等幅的高頻振蕩某參量的過程，稱為調(diào)制。通俗地講，調(diào)制就是把調(diào)制信號的信息“裝載”到載頻 (

10、載波)上去。經(jīng)過調(diào)制后的高頻振蕩稱為已調(diào)信號或已調(diào)波。由于載波的頻率很高，可用尺寸較小的天線以電磁波的形式將其發(fā)射到空中，傳向遠(yuǎn)方，表１－１中C點(diǎn)波形為經(jīng)調(diào)幅后的波形。調(diào)制電路是組成無線電發(fā)射設(shè)備必不可少的單元。可分為以下三種調(diào)制： l 當(dāng)被控制的是高頻振蕩的幅度時(shí)，這種調(diào)制稱為幅度調(diào)制，簡稱調(diào)幅(AM)。 l 當(dāng)被控制的是高頻振蕩的頻率時(shí)，這種調(diào)制稱為頻率調(diào)制，簡稱調(diào)頻(FM)。 l 當(dāng)被控制的是高頻振蕩的相位時(shí)，這種調(diào)制稱為相位調(diào)制，簡稱調(diào)相(PM)。 5．高頻功率放大器 高頻功率放大器簡稱高頻功放，它的作用是對已調(diào) (制)信號放大到足夠大的功率，最后由天線以電磁波形式輻射出去，

11、滿足發(fā)射功率的要求。同時(shí)，高頻功率放大器往往具有濾波作用，濾除不需要的雜波和諧波分量，保持已調(diào)波有用信號的純凈，降低雜波干擾。 根據(jù)功率要求，高頻功率放大器常采用較大功率的高頻晶體管，而在短距離微功率發(fā)射應(yīng)用上仍可采用小功率高頻晶體管。 6．發(fā)射天線 天線的作用是將已調(diào)高頻載波經(jīng)天線輻射出去，在空間形成交變的電磁波并傳向遠(yuǎn)方。天線的好壞直接影響到發(fā)射距離和性能。不同頻段、不同應(yīng)用的發(fā)射機(jī)配備的天線各不相同，大至拋物面天線、陣列天線、背射天線，小到半波振子天線、開槽天線和微型印制天線，視使用場合、用途、頻段、作用距離等因素而定。 不同用途的發(fā)射設(shè)備，對發(fā)射電路的要求各有不同。一般要求發(fā)射

12、電路的頻率穩(wěn)定度要高，發(fā)射輸出功率足夠，效率高，功耗小。 三、典型的無線接收設(shè)備的組成 收音機(jī)是最典型的無線電調(diào)幅接收設(shè)備，其組成方框圖及各點(diǎn)波形如圖1-9所示，圖1-10為調(diào)幅收音機(jī)實(shí)物圖，其主要單元電路有： 圖1-9　調(diào)幅收音機(jī)原理框圖 圖1-10　集成電路收音機(jī)電路板圖 1． 高頻放大器 用來對天線所接收到的有用高頻信號進(jìn)行初步的選擇和放大，并對其他頻率的無用信號進(jìn)行抑制。 2． 混頻器 是超外差式接收機(jī)的核心，其作用是將高頻放大器輸出的高頻己調(diào)信號（調(diào)幅信號）和本機(jī)振蕩器所提供的高頻等幅信號，在混頻器中實(shí)現(xiàn)變頻。這里本機(jī)振蕩器所提供的振蕩頻率比接收的高頻己調(diào)

13、信號的載頻高一個(gè)中間頻率，在混頻器輸出端就可獲得載頻頻率為二者頻率之差的較低的中頻信號，這是“超外差”式接收機(jī)名稱的由來。 目前大多數(shù)的無線電接收設(shè)備如無線電廣播接收機(jī) (收音機(jī))，電視接收機(jī)、短波通信電臺、雷達(dá)接收機(jī)等，都采用“超外差”接收方式。超外差接收機(jī)具有接收靈敏度高，選擇性好，結(jié)構(gòu)簡單的特點(diǎn)，混頻器是其重要特征。 3． 中頻放大器 用來放大中頻信號，中頻頻率較低且是固定頻率，因此中頻放大器的選擇性和增益都可做的較高，使整機(jī)的接收性能提高。 4． 檢波器 用于從中頻信號中“取出”調(diào)制信號，這個(gè)過程稱為解調(diào)，調(diào)幅波的解調(diào)也稱檢波。這里中頻信號的包絡(luò)線的形狀與高頻己調(diào)信號相同，仍攜有原來調(diào)制信號的信息(參見表１－2 F點(diǎn)的波形)，檢波器從中頻調(diào)幅信號中取出含信息的包絡(luò)信號成份，經(jīng)低頻放大器放大，送到耳機(jī)或揚(yáng)聲器中轉(zhuǎn)變?yōu)槁曇粜盘枴? 圖中可參見波形變換情況，無線接收設(shè)備的工作過程與發(fā)射設(shè)備相反，它的任務(wù)是把通過空間傳來的電磁波接收下來，選出所需的已調(diào)波信號，并把它還原為原來的調(diào)制信號，以推動輸出變換器，獲得所需的信息。