中职无线电基础教案.doc
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中职无线电基础教案.doc
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教学授课计划
授课班级
授课日期
授课题目:
模块一无线通信系统组成与信号传输
课题一无线通信系统组成及无线电波
目的要求:
1、熟悉无线通信系统的组成
2、掌握无线电波的传播特性及其传播方式
3、了解无线电波的波段划分
4、掌握无线电波的测试指标
重点难点:
无线通信系统的组成、无线电波的传播特性及其传播方式
无线电波的测试
组织教学:
清点人数、复习导入、讲授新课、课后总结
总结复习导入新课:
以日常生活中天天使用的手机为例,通过两位学生互打电话,其他学生相互讨论手机拨打和接听电话的过程,引入无线通信系统的发送和接受过程,激发学生学习热情,调动学生学习积极性。
除了手机以外,日常生活中的无线通信系统还有那些呢?
广播、电视、对讲机等等。
无线通信是利用电磁波来传递声音和图像信号的,那么它是怎么做到的呢?
教学方法:
讲授
一、无线通信系统的组成
无线电波——无线通信技术中使用的电磁波。
无线电通信系统的发送、接收图
二、无线电波
1.无线电波的特性
波速——波传播的速度,为波长与频率的乘积。
v(m/s)=λ(m)×f(Hz)
电磁波——由高频电流产生、并且由电场和磁场交替变化形成的波。
人耳能听到的声音的频率一般在20Hz~20kHz的范围内。
而声音在空气中的传播速度很慢,约为340m/s,且衰减速度很快,所以声音在空气中不能传得很远。
有线广播或有线电话能把声音通过话筒变成音频信号,由电线传到很远的地方。
此类传输电信号方式需要电线。
如果把音频电信号搭载到无线电波上,利用无线电波的运载就可以在瞬间把需传送的信号传得很远,它的传播速度3×108m/s。
接收机接收到无线电波以后将音频电信号从无线电波中取出来,再通过扬声器还原成声音。
2.无线电波的波段划分
波段名
频率范围
频段名
波的传播方式
主要用途
近距离
远距离
超长波
3~30kHz
超低频
(VLF)
地波
地波
长距离通信
长波
30~300kHz
低频
(LF)
地波
地波
长距离通信/导航
中波
300K~3MHz
中频
(MF)
地波
天波
广播、导航、通信
短波
3~30MHz
高频
(HF)
地波
天波
广播、中长距离通信
超短波
30~300MHz
甚高频
(VHF)
空间直线波
对流层
短距离通信、电视、
雷达、宇航研究
微
波
分
300~3000MHz
特高频
(UHF)
空间直线波
对流层
电视、通信、雷达、
卫星、气象、宇航
厘
3~30GHz
超高频
(SHF)
空间直线波
对流层
电视、中继通信、
雷达、卫星、
毫
30~300GHz
极高频
(EHF)
空间直线波
对流层
雷达、通信、
宇宙研究
3.无线电波的传播方式
(1)地面波传播
(2)天波传播(3)空间波传播(4)外球层传播
无线电波的传播方式
传播方式
特点
地面波传
无线电波沿地球表面传播;绕射传播。
电磁波不断被地面吸收,迅速衰减;波长越长,衰减越小。
中长波比短波和超短波衰减小,距离远。
地面波一般为几十到几百千米,信号较稳定。
天波传播
无线电波向天空辐射,进入大气电离层后会被电离层反射回地面的传播方式。
短波能传得很远,几乎不传播长波。
天波传播往往会受到气候、季节、昼夜等因素的影响。
空间波传
通过空间直接到达接收天线的传播方式。
主要传播超短波特别是微波。
发射天线架得越高,空间波的传播距离越远。
外球层传
在距离地面1000km以外的宇宙空间进行的无线电通信。
工作频率一般在几百兆赫以上,如卫星通信和卫星直播电视。
三、无线电信号测试仪器
无线电信号的两个重要参数:
信号的幅度(强弱)和频率。
频谱——按不同的频率来排列正弦波幅度的图形。
信号的时域和频域图
测试无线电信号的仪器
场强仪
频谱仪
综测仪
场强——电场强度的简称,它是单位长度导体在空中某点处感应的电场(电压),反映了接收到空中某点无线电信号的强弱,单位是微伏/米(μV/m)。
1.场强仪的组成及分类
场强仪由电平表和天线组成。
通信场强仪(德力DS1813)
电视场强仪
干扰场强仪
信号场强仪
场强电平指标
(信号的强弱)
接收信号
频率指示
2.场强仪的操作面板
实践操作:
利用场强仪测试无线电信号
总结巩固新课:
以广播或手机为例,说明无线通信系统的组成及无线电的传播方式,使学生在一开始就明确无线电波的传输是以电磁波的形式进行的。
无线电波虽然看不见摸不着,但通过场强仪可以测出无线电波的强弱。
布置作业:
完成练习册本节内容
参考资料:
教材,教参
教学后记:
无线电在日常生活中无处不在,特别是无线通信给我们带来了极大的便利。
无线电磁波作为传递信号的载体,我们在本节课学习了它的
传播特性、传播方式及如何测试,必须强调认真学习,打好基础。
教学授课计划
授课班级
授课日期
授课题目:
模块一无线通信系统组成与信号传输
课题二认识天线和传输线
目的要求:
1、掌握天线的种类、特性及工作原理。
2、熟悉传输线的特性,以及天线和传输线的匹配
3、会选择天线的长短、基本类型及天线安装地点
重点难点:
天线的种类、特性及工作原理
天线的安装要求
组织教学:
清点人数、复习导入、讲授新课、课后总结
总结复习导入新课:
信息传播是人们生活中的重要内容之一。
随着科学技术的不断发展,无线电技术已渗透并应用于无线电广播、电视、导航、遥控和雷达等各个领域。
特别是手机的普及,成为了不可缺少的现代化通讯工具。
那么,空中的无线电信号是如何接收和发送的呢?
教学方法:
讲授
一、天线的种类与特性
1.天线的种类
超长波
长波
中波
短波
超短波
微波天线
全向天线
定向天线
无源天线:
不带放大器的天线
有源天线:
带放大器的天线
有无放大器
工作频率
方向
2.天线的形状和大小
影响天线形状和大小的3个主要因素:
(1)频率,即天线需要处理的频率。
天线处理的频率越低,天线的规模越大。
(2)无线电波传播的方向。
如果要在各方向同等接收或者是发送无线电波信号就需要用全向天线;如果只在一个方向发送无线电波信号,就需要选用定向天线。
(3)天线发送或接收的功率。
一般说来,功率越大,天线的规模越大。
3.天线的参数
(1)信号强度和方向
天线的方向性——天线对空间不同的方向具有不同的
l全向天线
l定向天线
辐射或接收能力。
离天线越远,从天线辐射出来的信号强度越小。
无障碍物有障碍物
天线的方向
(2)带宽
振子(即天线上提供交变电流通路的金属棒等)所用管、线越粗,带宽越宽;天线增益越高,带宽越窄。
(3)增益
增益——指在输入功率相等的条件下,实际天线与理想的辐射模块在空间同一点处所产生的信号的功率密度之比。
(4)阻抗
保证信号的良好传输→阻抗匹配→馈线的阻抗和天线一样。
二、天线的工作原理
发信天线可以用作收信天线,收信天线可以用作发信天线,并且表现在天线用作发信天线时的参数,与用作收信天线时的参数保持不变,这就是天线的互易原理。
频率越高,波长越短;反之,频率越低,波长越长。
三、传输线
传输线(或馈线)——连接天线和发射机输出端或接收机输入端的电缆。
传输线必须屏蔽。
当传输线的物理长度等于或大于所传送信号的波长时,传输线又叫做长线。
1.传输线的种类
超短波段的传输线
微波波段的传输线
平行双线传输线(损耗大,不能用于UHF频段)
同轴电缆传输线(损耗小,抗干扰差)
同轴电缆传输线
波导
微带
2.传输线的特性阻抗
传输线的特性阻抗——无限长传输线上各处的电压与
电流的比值,用Zo表示。
D——同轴电缆外导体铜网内径
d——同轴电缆芯线外径
εr——导体间绝缘介质的相对介电常数
3.馈线的衰减系数
衰减系数(β)——单位长度产生的损耗的大小。
单位为dB/m(分贝/米),常用dB/100m(分贝/百米)。
输入到馈线的功率为P1,长度为L(m)的馈线输出的功率为P2,传输损耗TL可表示为:
TL=10×Lg(P1/P2)(dB),衰减系数为:
β=TL/L(dB/m)。
例如,NOKIA7/8in低耗电缆,900MHz时衰减系数为β=m,也可写成β=3dB/73m。
SYV-9-50-1,900MHz时衰减系数为β=,也可写成β=3dB/15m。
四、天线的选择
需要接收哪个频率的信号,就希望天线谐振在那个频率上。
天线的基本公式:
波长(m)=速度/频率=300/频率(MHz)。
绝大多数天线是以半波长的导体为基础的,故1/2波长(m)=150/频率(MHz)。
传输线和天线的特点:
1/4波长的短路线呈电感性。
1/4波长的开路线呈电容性。
3.如果一条任意长度的导线的终端电阻等于它的特性阻抗,那么它就是一个纯电阻性的负载,因而不会把能量反馈回信号源。
1/4波长倍数的天线呈电容性。
1/4波长倍数的天线呈电感性。
6.电感性负载可用加入电容的方法来匹配,电容性负载可用加入电感的方法来匹配。
五、天线和传输线的匹配
当馈线终端所接负载阻抗ZL与馈线特性阻抗Z0相等时就表示馈线终端是匹配连接的。
传输线天线匹配图
天线的反射损耗示意图
天线
50Ω
超前10W
返回
辐射
天线75Ω
六、天线的安装要求
1.天线尽可能架设到高处,以使无线电波传播距离增加。
2.架设天线要避开周围障碍物,力求做到在通信方向上无阻挡。
3.高频电缆的外层较柔软,以防破损,以免屏蔽线外露。
4.天线与高频电缆通常是用连接器连接的,必须旋接紧密,防止水渗入。
5.在多雷电地区,要装置避雷针。
教学授课计划
授课班级
授课日期
授课题目:
模块二调谐放大器及滤波器
课题一正弦波震荡器
目的要求:
1、了解振荡的基本概念。
2、熟悉正弦波振荡电路的振荡条件及基本组成。
3、熟悉电容三点式和电感三点式LC振荡电路的组成及优缺点
重点难点:
正弦波振荡电路的振荡条件及基本组成
电容三点式和电感三点式LC振荡电路
组织教学:
清点人数、复习导入、讲授新课、课后总结
总结复习导入新课:
我们都听过收音机,那么在调台时为什么在一个频段范围内收听到的各个电台都能获得一致的收听效果呢?
教学方法:
讲授
课题一正弦波振荡器
一、正弦波振荡器的作用
正弦波振荡器产生各种不同频率的正弦波信号。
RC振荡器:
产生低频正弦波信号
LC振荡器:
产生高频正弦波信号
高频放大式调幅收音机的原理框图
电路非常简单,但由于高频放大器的带宽较窄,在整个中波频段535~1605kHz都获得一致放大较困难。
因此,很难获得一致的收听效果,现已很少采用。
超外差式调幅收音机的原理框图
特点:
把接收到的电台信号与本机振荡信号同时送入混频器进行混频,并保持本机振荡频率比电台信号频率高465kHz,通过选频回路,取出两个信号的“差频”,即中频信号(465kHz),并进行中频放大。
二、正弦波振荡电路的振荡条件及组成
1.产生振荡的条件
正弦波振荡电路的原理框图
自激振荡的条件为:
(1)振幅平衡条件AF=1
(2)相位平衡条件
振荡电路是如何起振的呢?
只要振荡电路连接正确,接通电源后即可自行起振,并不需要
加激励信号。
起振是增幅过程,即满足AF>1。
振荡器起振后,振荡幅度不会无限增长下去,在某一点处重新
回到平衡状态,即AF=1,达到稳幅振荡。
振荡的振幅稳定是靠放
大器的非线性实现的。
2.正弦波振荡电路的组成
正弦波振荡电路的原理框图
(1)放大电路:
放大电路实质上是一个换能器,它起补偿能量损耗的作用。
(2)正反馈网络:
将放大电路输出量的一部分或全部返送到输入端,完成
自激课题,起能量控制作用。
(3)选频网络:
使电路产生单一频率的正弦波信号。
(4)稳幅电路:
用于稳定振荡信号的振幅。
三、LC正弦波振荡电路
采用LC并联回路作为选频网络,产生高频正弦波信号,振荡频率1MHz以上。
1.电容三点式LC振荡电路
电容三点式LC振荡电路又称为考毕兹(Colpitts)电路。
原理电路交流等效电路
电路振荡频率为:
反馈系数的数值为:
优点:
对高次谐波的阻抗小,输出波形较好;输出频率较高。
缺点:
振荡频率调节不方便,容易导致停振。
2.电感三点式LC振荡电路
原理电路交流等效电路
电路振荡频率为:
反馈系数的数值为:
优点:
容易起振,方便地调节振荡频率。
缺点:
输出波形较差。
四、石英晶体振荡电路
1.正弦波振荡电路的频率稳定度问题
频率稳定度——指在规定的时间内,在规定的温度、
湿度、电源电压变化范围内,振荡频率的相对变化量。
式中,Sf为振荡频率稳定度,fo为振荡器标称频率,
f为实际振荡频率。
2.石英晶体的基本特性与等效电路
(1)石英晶体的压电效应
压电效应——当交变电压加于石英晶片时,晶片将随交变电压的频率产生周期性的机械振动;同时,机械振动在晶片产生电荷而形成交变电流。
当外加信号源的频率与晶体的固有频率相等时,晶体便发生共振,此时晶体外电路的交变电流也最大,这种现象称为石英晶体的压电谐振。
(2)石英晶体的符号和等效电路
Lq:
等效动态电感值,其数值很大,为几十毫亨至几亨
Cq:
动态电容,它的数值很小,为10-3pF数量级
rq:
等效动态电阻,其值为几欧姆至几十欧姆
Co:
封装电容,其值为几皮法至几十皮法
(3)石英晶体的阻抗特性
1)当串联支路Lq、Cq发生串联谐振时,
则晶体的谐振频率为:
2)当频率高于fs时,Lq、Cq串联支路呈
感性,并且与C0发生并联谐振,此时晶体的
并联谐振频率为:
石英晶体谐振器的阻抗-频率特性
3.石英晶体振荡电路
(1)并联型晶体振荡电路
石英晶体相当于一个电感,该电路满足电容三点式LC振荡
电路的组成原则,通常称为皮尔斯(Pierce)振荡器。
原理电路交流等效电路
(2)串联型晶体振荡电路
串联型晶体振荡电路的振荡频率受石英晶体串联谐振
频率fs控制,具有很高的频率稳定度。
教学授课计划
授课班级
授课日期
授课题目:
课题二小信号调谐放大器
目的要求:
1.了解串、并联谐振电路的结构及特点。
2.了解调谐放大器的特点及分类。
3.学会分析调谐放大器的典型应用电路。
重点难点:
串、并联谐振电路的结构及特点
调谐放大器的特点及分类
组织教学:
清点人数、复习导入、讲授新课、课后总结
总结复习导入新课:
中频放大电路是超外差式收音机的重要组成部分,整机的灵敏度和选择性主要由它决定。
而中频放大器一般为调谐放大器,那么什么是调谐放大器呢?
教学方法:
讲授
课题二小信号调谐放大器
一、谐振电路
1.串联谐振电路
串联谐振电路
电流与交流信号源频率的关系
串联谐振——电路中的电感和电容对电流不起阻碍作用,这时电路阻抗最小,电流达到最大值,并且电流和电压是同相位状态。
串联谐振的特点:
(1)交流信号源并联在电感与电容串联的谐振电路两端。
(2)感抗和容抗的作用完全抵消,电路的总阻抗最小。
(3)电路中的电流最大,电感两端和电容两端的电压最大。
2.并联谐振电路
并联谐振电路
电压与交流信号源频率的关系
并联谐振——交流信号源电压不变,但电路的总电流极小,
故整个谐振电路相当于一个很大的纯电阻,并且电源两端的电压
与总电流同相位。
并联谐振的特点:
(1)电感与电容并联后再与交流信号源并联。
(2)电路的总阻抗最大,电路的总电流最小。
(3)通过电容支路或电感支路的电流比电路总电流大很多倍。
串、并联谐振的共同点:
第一,感抗等于容抗时,电路发生谐振。
第二,谐振时,谐振频率。
第三,电路的阻抗为一纯电阻,交流信号源电压与总电流同相位。
3.谐振电路的选择性、品质因数及通频带
品质因数Q——衡量选择性的重要指标。
通频带B——指被选择的信号幅度相对谐振频率f0处的信号幅度下降至1/时所对应的频率范围,也称回路带宽。
二、调谐放大器
具有选频放大性能的放大器称为选频放大器。
因为是
利用LC并联谐振回路的谐振特性来选频,所以又称这种放
大器为调谐放大器。
1.调谐放大器的主要特点
(1)集电极负载是LC并联谐振回路。
(2)具有良好的选择性和带通滤波作用。
(3)通常采用变压器耦合方式,具有良好的阻抗匹配条件,
有较高的增益。
(4)有较高的稳定性。
放大信号的大小
调谐回路
单调谐放大器
双调谐放大器
参差调谐放大器
小信号放大器
高频功率放大器
2.调谐放大器的种类
(1)单调谐放大器
当不考虑晶体管的极间电容、交流输出电阻以及相位关系时,该放大器的增益为:
式中,Z为负载总阻抗。
当β、rBE一定时,增益与阻抗Z成正比
(2)双调谐放大器
典型的电感耦合双调谐放大电路
M为互感量;L1、L2为一次回路和二次回路的电感量。
(3)多级调谐放大器
放大器要有高增益,单级放大不能满足。
多级单调谐放大器连接时,总的增益为各级增益的乘积。
级数越多,总通频带越窄。
克服选择性变好但通频带变窄的缺点,除了采用双调谐放
大器外,还常采用参差调谐放大器。
教学授课计划
授课班级
授课日期
授课题目:
课题三滤波器
目的要求:
1.了解滤波器的作用及分类。
2.熟悉几个常用滤波器的结构及特点。
重点难点:
常用滤波器的结构及特点
陶瓷滤波器、石英晶体滤波器的典型应用电路。
组织教学:
清点人数、复习导入、讲授新课、课后总结
总结复习导入新课:
我们的身边有各种各样的无线电波,当我们接收某个无线信号时,其他的无线信号会造成干扰吗?
如何滤除那些我们不需要的信号呢?
教学方法:
讲授
课题三滤波器
凡是可以使信号中特定的频率成分通过,而极大地衰减或抑制其他频率成分的装置或系统都称之为滤波器,相当于频率“筛子”。
一、滤波器的类型
调通频带的范围
元件的构成
处理信号类型
选择物理量
低通滤波器
高通滤波器
带通滤波器
带阻滤波器
LC滤波器
晶体滤波器(或压电陶瓷滤波器)
机械滤波器
有源滤波器
模拟滤波器
离散滤波器
频率选择
幅度选择
时间选择
信息选择
有源滤波器
无源滤波器
异类滤波器
数字滤波器
取样模拟滤波器
混合滤波器
滤波器的常用术语及理想的滤波器性能
(1)通带——让信号中的有用成分顺利通过的频带。
(2)阻带——阻止信号中的无用成分及干扰传输的频带。
(3)截止频率——位于通带和阻带交界处的频率,用fc表示。
(1)让有用信号顺利通过而无任何损耗和失真。
(2)将无用信号和干扰完全滤除。
二、陶瓷滤波器
陶瓷滤波器——用具有压电性能的陶瓷片制成的新型压电器件。
1.陶瓷滤波器的种类
陶瓷滤波器的结构有两端和三端两大类,在电路中用字母Z
或ZC表示。
(1)两端陶瓷滤波器
电路符号等效电路
(2)三端陶瓷滤波器
2.陶瓷滤波器的典型应用电路(略)
三、声表面波滤波器
声表面波滤波器——利用某些晶体的压电效应和表面波传播的
物理特性制成的一种新型换能式无源带通滤波器,简称SAWF或SAW。
声表面波滤波器的特点:
(1)性能稳定,可靠性高,一致性好,抗干扰能力强,不易老化。
(2)选择性好,一般达到—140dB左右,能够确保图像的清晰度。
(3)频带宽,动态范围大,中心频率不受信号强度的影响,能确保图像、彩色和伴音载波的正常传输,不互相干扰。
(4)使用方便,不需要任何调整。
四、石英晶体滤波器
石英晶体滤波器——以石英晶体谐振器为基本元件的电气滤波器。
1.石英晶体滤波器的特点
(1)阻带衰减高
(2)矩形系数好
(3)频率温度稳定性好
(4)体积小
(5)插损小
调通频带的范围
结构
集成式石英晶体滤波器
分立式石英晶体滤波器
低通滤波器
高通滤波器
带通滤波器
带阻滤波器
2.石英晶体滤波器的分类
教学授课计划
授课班级
授课日期
授课题目:
课题四高频功率放大器
目的要求:
1.了解高频功率放大器的作用及基本工作原理。
2.熟悉常用高频功率放大芯片及其典型应用。
重点难点:
高频功率放大器的作用及基本工作原理
组织教学:
清点人数、复习导入、讲授新课、课后总结
总结复习导入新课:
低频功率放大器一般放在低频电路的最后一级,那么高频功率放大
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