Министерство образования Республики Беларусь Учреждение образования

«Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники»

Кафедра радиотехнических устройств

А.Н. Надольский

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ РАДИОТЕХНИКИ

Учебное пособие

для студентов специальностей «Радиотехника», «Радиоинформатика» и «Радиотехнические системы» всех форм обучения

Минск 2005

УДК 621.396 (075.8) ББК 32.84 я 73

Н 17

Р е ц е н з е н т:

доцент кафедры антенн и устройств СВЧ БГУИР канд. техн. наук, доц. Д.В. Гололобов

Надольский А.Н.

Н 17 Теоретические основы радиотехники: Учеб. пособие для студ. спец. «Радиотехника», «Радиоинформатика» и «Радиотехнические системы» всех форм обуч./ А.Н. Надольский. – Мн.: БГУИР, 2005. – 232 с.: ил.

ISBN 985-444-749-9

Учебное пособие представляет собой часть базового курса по теоретическим основам радиотехники в системе подготовки инженеров по специальностям, связанным с радиотехникой. Изложены основы теории детерминированных сигналов, методы анализа линейных и нелинейных цепей, принципы построения и функционирования различных устройств, используемых в составе радиотехнических систем. Широко представлены функциональные схемы: усилителей, детекторов, модуляторов, преобразователей частоты и других типовых устройств.

УДК 621.396 (075.8) ББК 32.84 я 73

ISBN 985-444-749-9	© Надольский А.Н.,
	2005
	© БГУИР, 2005

СОДЕРЖАНИЕ

Введение ……………………………………………………..……………….

1.Радиотехнические сигналы и устройства …………………………..…

1.1.Радиотехника и информатика …………………………………..……

1.2.Радиотехнические сигналы ………………………………….……….

1.3.Радиотехнические цепи …………………………………..……….….

1.4.Радиотехнические системы ……………………………………….….

1.5.Классификация радиотехнических систем ………………….………

1.6.Структурная схема системы передачи информации ……………….

1.7.Проблемы обеспечения эффективности радиотехнических систем

2.Свойства детерминированных сигналов ……………………………...

2.1.Математические модели сигналов …………………………………..

2.2.Классификация сигналов ………………………………......…………

2.2.1.Управляющие (модулирующие) сигналы ……………………

2.2.2.Высокочастотные немодулированные сигналы ……………..

2.2.3.Модулированные сигналы (радиосигналы) ………………….

2.2.4.Примеры некоторых сигналов, используемых в радиотехнике ………………………………………………………………….

2.3.Характеристики сигналов ……………………………..……………...

2.4.Геометрические методы в теории сигналов ………………………...

3.Спектральный и корреляционный анализ сигналов ………………..

3.1.Обобщенный ряд Фурье ………………………………………………

3.1.1.Система ортогональных функций и ряд Фурье ……………...

3.1.2.Свойства обобщенного ряда Фурье …………………………..

3.2.Гармонический спектральный анализ периодических сигналов …..

3.2.1.Тригонометрическая форма ряда Фурье ……………………..

3.2.2.Спектры четных и нечетных сигналов ……………………….

3.2.3.Комплексная форма ряда Фурье ……………………………...

3.2.4.Графическое представление спектра периодического сигнала ………………………………………………………………………...

3.3.Гармонический спектральный анализ непериодических сигналов ..

3.3.1.Спектральная характеристика непериодических сигналов ...

3.3.2.Амплитудный и фазовый спектры непериодического сигнала ………………………………………………………………………...

3.3.3.Спектральная плотность четного и нечетного сигналов ……

3.3.4.Отличия спектра периодического сигнала от спектра непериодического сигнала …………………………………………………..

3.3.5.Свойства преобразования Фурье ……………………………..

3.4.Определение спектров некоторых сигналов ………………………...

3.4.1.Спектр колоколообразного (гауссова) импульса ……………

3.4.2.Спектральная плотность - функции ………………………..

3.4.3.Спектр функции единичного скачка .………………………...

3.4.4.Спектр постоянного во времени сигнала …………………….

3.4.5.Спектр комплексной экспоненты …………………………….

3.4.6.Спектр гармонического сигнала ……………………………...

3.4.7.Спектральная плотность прямоугольного видеоимпульса …

3.4.8.Спектральная плотность произвольного периодического сигнала ………………………………………………………………………...

3.4.9.Спектральная плотность сигнала вида sin xx ………………

3.5.Корреляционный анализ сигналов …………………………………..

3.5.1.Общие положения ……………………………………………..

3.5.2.Свойства автокорреляционной функции …………………….

3.5.3.Автокорреляционная функция периодического сигнала …...

3.5.4.Автокорреляционная функция сигналов с дискретной структурой …………………………………………………….........................

3.5.5.Взаимокорреляционная функция сигналов ………………….

3.5.6.Представление периодического сигнала ……………………..

3.5.7.Энергетический спектр и автокорреляционная функция сигнала ………………………………………………………………………..

3.6.Дискретизация и восстановление сигналов по теореме отсчетов

(теореме Котельникова) ……………………………………………...............

3.6.1.Теорема Котельникова ………………………………………...

3.6.2.Доказательство теоремы Котельникова ……………………...

3.6.3.Дискретизация сигнала с конечной длительностью ………...

3.6.4.Спектр дискретизированного сигнала ……………………….

4.Радиосигналы ……………………………………………………………..

4.1.Общие сведения о радиосигналах ……………………………………

4.2.Радиосигналы с амплитудной модуляцией ………………………….

4.2.1.Амплитудно-модулированные сигналы ……………………...

4.2.2.Спектральный анализ АМ-сигналов ………………………….

4.2.3.Векторное представление сигнала с амплитудной модуляцией ………………………………………………………………..…..

4.2.4.Энергетика АМ-сигнала ………………………………………

4.2.5.Балансная амплитудная модуляция …………………………..

4.2.6.Однополосная модуляция …………………………………….

4.3.Радиосигналы с угловой модуляцией ………………………………..

4.3.1.Общие сведения об угловой модуляции……………………...

4.3.2.Фазовая модуляция …………………………………………….

4.3.3.Частотная модуляция ………………………………………….

4.3.4.Спектральный анализ сигналов с угловой модуляцией …….

4.3.5.Угловая модуляция полигармоническим сигналом …………

4.3.6.Сравнение амплитудной, фазовой и частотной модуляций ...

4.4.Импульсная модуляция ……………………………………………….

4.4.1.Виды импульсной модуляции ………………………………...

4.4.2.Спектр колебаний при АИМ ………………………………….

4.4.3.Импульсно-кодовая (цифровая) модуляция …………………

4.5.Узкополосные сигналы ……………………………………………….

4.5.1.Общие сведения об узкополосных сигналах ………………...

4.5.2.Аналитический сигнал ………………………………………...

4.5.3.Свойства аналитического сигнала ……………………………

5.Линейные радиотехнические цепи и их характеристики …………..

5.1.Общие сведения о линейных цепях ………………………………….

5.2.Основные характеристики линейных цепей ………………………...

5.2.1.Характеристики в частотной области ………………………..

5.2.2.Временные характеристики …………………………………..

5.3.Дифференцирующая и интегрирующая цепи ……………………….

5.3.1.Дифференцирующая цепь …………………………………….

5.3.2.Интегрирующая цепь ………………………………………….

5.4.Фильтр нижних частот ………………………………………………..

5.5.Параллельный колебательный контур ………………………………

5.6.Усилители ……………………………………………………………...

5.6.1.Широкополосный усилитель ………………………………….

5.6.2.Резонансный усилитель ……………………………………….

5.7.Линейные радиотехнические цепи с обратной связью ……………..

5.7.1.Частотная характеристика цепи с обратной связью ………...

5.7.2.Стабилизация коэффициента усиления ……………………...

5.7.3.Коррекция амплитудно-частотной характеристики ………...

5.7.4.Подавление нелинейных искажений …………………………

5.7.5.Устойчивость цепей с обратной связью ……………………...

6.Методы анализа линейных цепей ……………………………………...

6.1.Постановка задачи …………………………………………………….

6.2.Точные методы анализа линейных цепей …………………………...

6.2.1.Классический метод …………………………………………...

6.2.2.Спектральный метод …………………………………………..

6.2.3.Временной метод ………………………………………………

6.3.Приближенные методы анализа линейных цепей …………….…….

6.3.1.Приближенный спектральный метод ………………………...

6.3.2.Метод комплексной огибающей ……………………………...

6.3.3.Метод мгновенной частоты …………………………………...

6.4.Прохождение амплитудно-модулированного сигнала через избирательную цепь …………………………………………………...……..

7. Нелинейные радиотехнические цепи и методы их анализа ………...

7.1.Свойства и характеристики нелинейных цепей …………………….

7.2.Способы аппроксимации характеристик нелинейных элементов …

7.2.1.Аппроксимация степенным полиномом ….………………….

7.2.2.Кусочно-линейная аппроксимация …………………………...

7.3.Методы анализа нелинейных цепей …………………………………

7.4.Общее решение задачи анализа нелинейной цепи ………………….

7.5.Определение спектра тока в нелинейной цепи при степенной аппроксимации характеристики …………………………………………….

7.5.1.Гармонический сигнал на входе ……………………………...

7.5.2.Бигармонический сигнал на входе …………………………...

7.6.Определение спектра тока в нелинейной цепи при кусочно-линейной аппроксимации характеристики ………………..

8.Нелинейные преобразования сигналов ……………………………….

8.1.Нелинейное резонансное усиление сигналов ……………………….

8.1.1.Усиление в линейном режиме ………………………………...

8.1.2.Усиление в нелинейном режиме ……………………………...

8.2.Умножение частоты …………………………………………………..

8.3.Амплитудная модуляция ……………………………………………..

8.3.1.Общие сведения об амплитудной модуляции ……………….

8.3.2.Схема и режимы работы амплитудного модулятора ………..

8.3.3.Характеристики амплитудного модулятора …………………

8.3.4.Балансный амплитудный модулятор …………………………

8.4.Амплитудное детектирование ………………………………………..

8.4.1.Общие сведения о детектировании …………………………..

8.4.2.Амплитудный детектор ………………………………………..

8.5.Выпрямление колебаний ……………………………………………..

8.5.1.Общие сведения о выпрямителях …………………………….

8.5.2.Схемы выпрямителей ………………………………………….

8.6.Угловая модуляция ……………………………………………………

8.6.1.Общие принципы получения сигналов с угловой модуляцией ……………………………………………………………………

8.6.2.Фазовые модуляторы ………………………………………….

8.6.3.Частотные модуляторы………………………………………...

8.7.Детектирование сигналов с угловой модуляцией …………………..

8.7.1.Общие принципы детектирования сигналов с угловой модуляцией ……………………………………………………………………

8.7.2.Фазовые детекторы ……………………………………………

8.7.3.Частотные детекторы ………………………………………….

8.8.Преобразование частоты ……………………………………………...

8.8.1.Принципы преобразования частоты ……………..…………...

8.8.2.Схемы преобразователей частоты ……………………………

Заключение…………………………………………………………………..

Литература……………………………………………………………………