绪论
0.1 引言
“高频电子线路”亦称“非线性电子线路”，是“低频电子线路”（线性电子线路）的后续课程。非线性电子线路广泛应用于各类通信系统和各种电子设备中，成为不可或缺的重要组成部分。
电子线路的产生和发展源自于通信的需要。概括地说，一切将信息从发送者传送到接收者的过程都可称为通信。实现这种信息传送过程的系统称为通信系统。可以通过不同的媒介传送信息，例如，通过导线传送信息构成有线通信系统；通过电磁波传送信息构成无线通信系统；通过光波传送信息构成光通信系统等。
通信系统的重要任务之一，就是如何有效地利用有限的媒介资源传送更多的信息。例如有线电话通信系统，从电话局端到本地用户电话端，是通过导线直接传送的，每个用户通过各自的导线与电话局端相连，相互之间不会产生干扰。即便如此，在当今的网络时代，利用本地电话线连接互联网，就必须解决语音和网络信息同时传输而互不干扰的问题，如ADSL接入系统；而对于城市之间的远程通信，采用一对导线传送一路话音的方式无疑将耗费大量的线材，如何利用尽量少的导线传送尽可能多的话音，产生了载波通信系统。无线通信系统遇到的问题更为复杂。除了上述有线通信系统需要解决的问题，还要考虑电磁波在自由空间的传播方式、电磁波有效发射和接收的问题。无线传播对于航空、航天以及地面移动设备的通信等几乎是无可替代的方式，具有十分重要的地位。
根据电磁波的波长或频率范围的不同，电磁波在自由空间的传播方式也不同。波长在200m以上，即频率在1.5MHz以下的中、长波段的电磁波主要沿着
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地球表面传播（传输路径随地球表面可以弯曲），称为地波传播，如图0-1-1 (a)所示。更高频率的电磁波由于将被大地表面吸收产生损耗，因而不适于沿地面传播。波长为10m～200m，即频率为1.5MHz～30MHz的短波波段，电磁波主要依靠电离层的反射和折射传播，称为天波传播，如图0-1-1 (b)所示。电离层处在大气上层，由于太阳和星际空间的辐射引起大气电离而形成。但当频率超过一定值后，电磁波就会穿过电离层，不再返回地面。因此，频率更高的电磁波不能依靠电离层进行地面通信传播。对应波长在10m以下，即频率在30MHz以上的超短波段，电磁波主要沿空间直线传播，称为直线传播，如图0-1-1(c)所示。由于地球表面的弯曲，这种传播的距离只能限制在视线范围内。三种传播方式中，依靠天波方式的传播距离最长，直线传播距离最短，而地波传播距离介于二者之间。常见的中波调幅广播利用地波传播，短波广播利用电离层传播，而电视广播主要是直线传播。当然卫星通信和导航等都是直线传播。表0-1给出了不同波段的传播方式和应用场合。可见，利用电磁波进行无线通信，必须根据不同的应用需要选择合适的电波波段，即工作频率。
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图0-1-1 无线电波的传播方式
表0-1 无线电波的波段划分表
波段名称 长波波段 (LW) 中波波段 (MW) 波长范围 频率范围 波段名称 低频 (LF) 中频 (MF) 广播，通信， 地波，天波 导航 广播， 地波，天波 中距离通信 移动通信，电视广播，超短波段(VSW) 1～10m 30～300MHz 甚高频 (YHF) 直线传播 调频广播，雷达，导对流层散射 航等 通信，中继通信，分米波波段(USW) 10～1000cm 300～3000MHz 超高频 (UHF) 直线传播 卫星通信，电视广播，散射传播 雷达 中继通信，雷达，直线传播 卫星通信 传播方式 应用场合 100～10000m 30～300KHz 地波 远距离通信 100～1000m 300～3000KHz 短波波段 (SW) 10～100m 3～30MHz 高频 (HF) 厘米波波段(SSW) 毫米波波段(ESW) 1～10cm 3～30GHz 特高频 (SHF) 极高频 (EHF) 1～10mm 30～300GHz 直线传播 微波通信，雷达
电磁波需要通过天线进行发射和接收。并且，只有当馈送到天线上的电信号波长与天线的尺寸相比拟时，即信号波长与天线尺寸满足一定的匹配要求时，天
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线才能有效地辐射和接收电磁波。因此，不同频率的电磁波要求的天线尺寸是不相同的。一般来说，所要传送的信息频谱集中分布在低频区，如语音信息的频谱范围约为300～3KHz，对应波长约为100Km～1000Km，若直接转换成电磁波辐射和接收，需要上百公里长度的天线，实际上是不可能实现的。因此，要通过电磁波媒介无线传播，就必须采用实际可能实现的较小尺寸的天线，则相对应的辐射频率将远高于语音的频率。这就产生了相对立的结果：低频率的语音不能直接通过电磁波有效辐射和接收，而能够有效辐射和接收的信号频率又远高于需要传送的语音频率。要利用电磁波进行无线通信，就必须解决如何通过更高的频率信号传送较低频率语音的问题。
上述问题都与频率相关，即涉及到频谱资源的利用问题。综合起来可归纳为以下三个方面：
1、语音频谱的宽度有限，如何利用更宽的频谱传送更多的信息？ 2、语音频谱分布在低频区，如何利用更高的频率传送低频信息？ 3、语音信号自然产生，如何产生更高频率的电信号？
第一个方面的问题可如图0-1-2 (a)所示来说明。语音信号的频谱集中分布在低频区并且是有限的。利用更宽的频谱传送更多的信号，就是在更宽的频谱范围划分出多个语音宽度的区域，每个区域传送一路语音信号。正如多个人都要通过一路语音通道通话，只能按时间先后排队。而扩展到更宽的频谱范围，则可以通过多个语音通道同时通话，对于有线通信系统，就可以用单对导线同时传送更多的通话。然而，扩展频谱范围语音通道的语音频谱信息结构没有改变，但是所有频率分量的频率发生了改变。
第二个方面的问题可如图0-1-2 (b)所示来说明。根据不同的应用场合电磁波
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传播方式的要求，语音信号需要通过相应的更高频率传送；而传播过程中可能又需要采用不同的传播方式，例如地波传播转为天波传播，因而更高频率之间也需要转换。在这种频率转换过程中，语音信号的信息加载到了高频信号fc1或fc2上，语音信号的频谱信息结构不变，但所有频率分量的频率也发生了改变。
第三个方面是高频信号的产生问题。语音信号可以通过微音器（俗称话筒）将人发出的声波信号转换成电信号，但更高频率的电信号不能如语音信号那样自然产生，必须由电路自身产生。
前两个方面问题都关系到已有信号频率的改变，而后一个方面问题是新频率信号的产生。显然，不论是信号频率的改变还是频率信号的产生，其本质上都是有新的频率分量产生。联想到线性失真和非线性失真的定义，产生新的频率分量正是电路非线性特性作用的结果。
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(a) 语音通道的频率扩展
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