06第6单元__接收机与发射机结构

1、应知应会要求：应知应会要求：1了解接收机、发射机主要技术指标。2掌握接收机常用的电路结构。3掌握发射机电路结构。4熟悉射频功率放大器的特征，理解各种功放工作原理。5了解发射机的阻抗匹配网络。6理解自动增益控制与自动频率控制的基本原理和实际应用。7了解现代数字通信机的特点。8掌握现代数字接收机结构。9掌握现代数字发射机结构。10了解通信设备小型化的主要技术。返回目录页6.1 接收机 6.1.1 接收机电路结构 6.1.2 超外差式接收机的实现 6.1.3 接收机实际电路分析6.2 发射机 6.2.1 发射机主要技术指标 6.2.2 发射机结构 6.2.3 射频功率放大器 6.2.4 发射机的阻抗

2、匹配网络 6.2.5 发射机实际电路分析 6.2.6 自动增益控制与自动频率控制6.3 现代数字通信机 6.3.1 数字接收机结构 6.3.2 数字发射机结构 6.3.3 典型通信机组成 6.3.4 通信设备的小型化和通信电路的大规模集成 6.4 实训观察通信机结构6.5 单元测试 接收无线电信号的设备叫做无线电接收机。 无线电接收机的任务就是从许多电台信号与干扰信号中把需要的信号选出，进行放大，解调变换成低频信号（即原来的调制信号）以推动扬声器或其它终端设备。 接收机电性能的质量指标： 1灵敏度灵敏度 2选择性选择性 3失真度失真度 4波段覆盖波段覆盖 5工作稳定性工作稳定性返回第6单元目录

3、接收机电路结构常用的有直接解调式、单次超外差式、二次变频超外差式三种。1直接解调式接收机直接解调式接收机直接解调式接收机结构方框图如图6-2如示。2单次超外差式接收机单次超外差式接收机单次超外差式接收机的结构框图如图6-3所示。3二次变频超外差式接收机二次变频超外差式接收机经过两次变频的超外差式接收机叫二次变频超外差接收机，其方框图如图6-4所示。返回第6单元目录1 1单次变频超外差式接收机的实现单次变频超外差式接收机的实现图6-5为一实际的单次变频超外差式接收机结构。不论如何去调谐接收机，中频是永远不变的。单次变频超外差式接收机统调原理如图6-6所示。2. 2. 二次变频超外差式接收机的实现

4、二次变频超外差式接收机的实现这种接收机实现两次变换频率，如图6-7所示。3.3.调频接收机调频接收机接收调频信号的接收机叫调频接收机，这种接收机通常都采用双超外差式电路，如图6-8所示。返回第6单元目录返回第6单元目录图6-9所示为一实际的二次变频超外差式接收机，其接收频段范围2MHz30MHz。该设备中，一中频采用75MHz，第二中频工作在9MHz。 在2MHz30MHz之间的任一射频信号，经过天线进入第一混频器，通过第一本振减去信号得到75MHz中频。为了使第二本振可以在第二中频中进行细调，第一中频最小带宽应为10kHz，从74.995MHz75.005MHz。在无线通信中，通信发射机的作

5、用是产生一个功率足够大的高频振荡送给发射天线，通过天线转换成空间电磁波传送到接收端。发射机基本模型如图6-10所示。 图6-10 发射机基本模型天线载波振荡器输出放大器调制器低频放大器返回第6单元目录从发射机的用途出发，对发射机有如下技术要求：（1）频率稳定，振荡电路不受环境温度，湿度的影响。以提高接收效果，并避免产生对邻近信道信号的干扰。（2）输出功率足够，信号失真小。（3）频率占用宽度应当尽量狭窄，以提高频带的利用率。（4）寄生辐射应低，以减小干扰。为衡量发射机的优劣，对发射机质量提出了如下技术指标：1.输出功率2频率范围与频率间隔3频率准确度与频率稳定度4邻道功率5寄生辐射6调制特性返回

6、第6单元目录发射机电路结构包括基带电路（含信源）、调制电路、功放电路以及天线等部分。1射频直接调制发射机射频直接调制发射机图6-11所示为射频直接调制发射机框图，这是个经典的发射电路结构，调制可以在功放管放大电路中实现。 2间接调制发射机间接调制发射机图6-12所示为间接调制发射机框图。这种发射系统是随集成IC技术的发展而产生的，目前在中频放大器IFA之前的所有功能块已有ASIC产品；而RFLO和上变频混频电路也有ASlC产品。 返回第6单元目录射频功率放大器是发射机的关键部件之一，也是发射机中的易损部件。对功率晶体管的要求，主要是考虑击穿电压、最大集电极电流和最大管耗等参数。目前手机及基站的

7、发射功率一般在0.5W50W范围。为提高效率，将放大器的工作状态从A类(甲类)设计成B类(乙类)；又进一步从B类设计为C类(丙类)、D类(丁类)、E类(戌类)。 1 1A A类射频功率放大器类射频功率放大器A类功率放大器与低频电路中的甲类功率放大器相似。A类射频功放由于工作频率高，除对功率管有高频指标要求外，电路结构与低频的甲类功放也有所区别。图6-13为A类射频功放的典型电路。A类功放的效率不仅与输入信号的幅度有关，而且还与输入信号的波形有关。对于输入信号为一个方波情况时，输出集电极电流必然也是一个方波，如图6-14中所示。 2 2B B类射频功率放大器类射频功率放大器A类功放主要缺点是当没

8、有输入信号时，电源供给的全部功率都消耗在功率管上，即管耗达最大，这是人们所不希望的。实践中要求在没有信号输入时，功率管不消耗功率，于是就设计出了B类和C类功率放大器。B类功率放大器工作点Q偏置在功率管导通范围的边缘。因而对正弦信号输入时，功率管在输入波形的半个周期内导通，而另半个周期则截止，如图6-15所示。随着功率MOSFET技术和IC集成技术的发展，目前在射频功率放大器集成电路中，已采用两只互补功率MOSFET的B类推挽功率放大器。图6-16所示为集成功率放大器PA内电路的输出级。 3C类射频功率放大器类射频功率放大器（1）C类射频功率放大器特征C类射频功率放大器的电流波形失如图6-17所

9、示。C类功率放大器与 的函数关系曲线，如图6-18所示。由于C类功放效率高，因此在大功率射频功放电路中经常采用它。（2）C类射频功率放大器的倍频功能由于C类功放的电流脉冲iC中含有很丰富的谐波分量，因此只要把负载并联LC回路调谐在某次谐波上，C类功放就是倍频电路。返回第6单元目录4.D类射频功率放大器类射频功率放大器功率放大器的主要问题是如何尽可能提高它的输出功率和效率。A、B、C类功放是通过不断减小功率管的导通时间，即减小通角来提高效率的。但是，的减小是有限度的。因为减小时，效率虽然提高了，但基波的振幅却减小了，从而使输出功率下降，二者相互制约。截止时，流过功率管的电流为零，功率管不会消耗功

10、率；如果功率管在导通时，进入饱和管的压降uCE为零，消耗功率为零，效率就可以达到100。这种工作状态就是D类射频功率放大器的设计思想。D类功放通常采用两只功率管组成推挽工作结构，如图6-19中所示。 5E类类D类功放采用单电源双管工作时，事实上工作状态很难保持D类状态。为改善D类功放，又设计出了采用单管开关工作的E类功率放大器，电路结构如图6-20所示。E类射频功率放大器和D类的区别除功率管只用一个以外，还在于输出调谐回路的设计能获得所选定的集电极电压和电流波形特性。这种特性的波形可以使功率管从导通到截止或截止到导通的开关期间，功率管的功耗最小。解决的办法是：(1)功率管截止时，使集电极电压u

11、CE 的上升沿延迟到集电极电流 iC0以后才开始；(2)功率管导通时，迫使 uCE0 以后，才开始出现 iC脉冲。因此，在图6-20中功率管集电极并联一只电容Cl，由Cl来实现功率管的开关要求。图中L2、C2 为串联谐振回路，Q值应足够高。集电极阻流电感 L1 选得足够大，使流经过它的电流 ICC 恒定。C。为功率管的输出电容。 返回第6单元目录发射机的阻抗匹配网络直接影响发射机的技术指标，如果严重不匹配，还会增大电路损耗，烧坏高频元件（如功放、滤波器等），导致手机等设备耗电快、发热等故障。阻抗匹配网络通常采用滤波器形式，除了阻抗匹配作用，也能起选频作用。匹配是为了实现级与级之间最有效的能量传

12、输。1射频功率管的输入、输出阻抗射频功率管的输入、输出阻抗射频功率管的输入阻抗应与振荡源或前级放大器的输出阻抗匹配。射频功率管的负载RL可用如下关系式来近似估算：RL（VCCVCE（sat）22PO返回第6单元目录2.阻抗匹配网络阻抗匹配网络射频功率放大器中，阻抗匹配网络介于功率管和负载之间，如图6-21所示。 实践中对阻抗匹配网络提出如下三个主要要求：（1）实现将负载阻抗变换为功放管所要求的匹配负载阻抗，以保证射频功放管能输出所需的功率；（2）能滤除不需要的各次谐波分量，以保证负载上能获得所需频率的高频功率；（3）匹配网络本身的损耗要小，即网络的功率传输效率要尽可能高。射频功率放大器常用的匹

13、配网络有L型、型和T型，如图6-22所示。3 3天线天线天线是通信设备中重要的部件，它直接影响到接收灵敏度和发射性能。天线锈蚀、断裂、接触不良都会引起灵敏度下降，发射功率减弱。无绳电话机是有线电话网新颖的用户终端，分成座机与手持机两部分。现在常见的家用模拟无绳电话机组成示意图如图6-23所示。主机与手持机内部均装有发射电路与接收电路，占用一对频率，形成双向通路。下面以HW682P/TS无绳电话机主机的发射电路为例，分析实际的发射电路。 主机无线发送的主要任务是将有线接收到的受话声音信号、振铃信号用无线方式转发给副机。无线发送的组成框图如图6-24所示。返回第6单元目录1 1自动增益控制电路自动

14、增益控制电路由于种种原因天线上感应到的信号强度是有明显的变化的。为保证接收通道输出信号保持基本不变，在接收通道中必须附加自动增益控制AGC电路。实际中，发送端信息源（如声音）的强度也是变化的，在发射机中同样也需要AGC电路。AGC电路控制原理框图如图6-25所示。图6-26所示为单次超外差式AM接收机带有AGC控制电路的框图。 返回第6单元目录2 2自动频率控制电路自动频率控制电路自动频率控制电路AFC广泛应用在通信发射机和接收机中作为自动频率微调电路，用来稳定工作频率，减小中放有效带宽，提高通信机的灵敏度和选择性。 图6-27所示为带有AFC电路的AM接收机组成框图。 为保证工作频率的稳定，

15、在现代通信机中都设置了AFC电路，基站、手机中有多组AFC电路。 返回第6单元目录传统的接收机结构都是超外差式的，也就是将射频已调信号通过变频（一次变频或二次变频）变换成易于处理的中频上。然后对这一中频已调信号进行放大滤波与解调等处理，解调出包含信息的基带信号。近年来，由于数字信号处理（DSP）技术、多层贴片（MCM）技术和专用集成电路（ASIC）等技术的高速发展，使新一代接收机发展成数字中频式接收机和直接数字变频式接收机。数字中频接收机其结构仍是超外差型，而仅仅是用模拟变频方法把射频已调信号变换到易于DSP的中频。直接数字变频接收机已经接近软件无线电接收机了，如图6-28中所示。 软件无线电

16、是指由软件来确定和完成无线电通信机的功能，使得多频段、多模式、多信道、多速率、多协议等的多功能通信成为可能。软件无线电通信机结构，如图6-29所示。 返回第6单元目录数字通信接收机在通道性能和结构上必须适应数字已调信号的传输和数字信号处理。1. 单次变频超外差式数字接收机单次变频超外差式数字接收机现代无线通信机结构还不可能完全脱离超外差式的方案，一般常见的是单次超外差式结构，而且变频采用下变频方式，如图6-30所示。 2二次变频超外差式数字接收机二次变频超外差式数字接收机二次变频超外差式数字接收机结构如图6-31所示。 3零中频式数字接收机零中频式数字接收机零中频接收机IC外接元件最少，结构简

17、单，整机体积也可做到最小，图6-32为该接收机的结构。 4实际数字接收机举例实际数字接收机举例以三星T108型手机为例，其电路原理如图6-33所示。 数字通信中的发射机，由于必须将数字基带IQ信号，先通过调制合成模拟中频已调信号。1典型数字通信发射机框图典型数字通信发射机框图图6-34所示为目前典型的数字通信发射机框图。数字发射机除了IFA前部分框图与模拟发射机不同以外，其余部分框图两者是相同的。 2 2三星三星T108T108型手机发射电路型手机发射电路三星T108手机的发射部分整个过程就是一个由音频上变频为射频的过程。如图6-35所示。 返回第6单元目录GSM移动通信系统中手机（移动台）的

18、一般组成结构如图6-36所示。其中，RT方框为收/发双工器（天线开关），完成接收与发射的隔离。LAN为前端低噪声放大器， RFOSC是射频振荡器，通常为锁相频率合成器，IFA为中频放大器，PA是射频功率放大器。终端可以是显示屏、听筒、耳机等，信源主要是送话器（MIC）、键盘、摄像头等。可以看出，接收时采用了超外差下变频方式，一中频fIR=fR-fL，本振频率fL比fR低一个中频fIR。 发射时，将信息调制在射频振荡器RFOSC产生的载波上，由PA实现射频功率放大后，经天线开关、匹配滤波后，由天线发射出去。接收、发射共用同一天线。 通信技术发展到移动通信和个人通信，就必然要求通信电台和通信设备的小型化和轻便化，而这种小型化和轻便化是基于通信电路的大规模集成技术发展基础上的。小型化的基本技术如表6-1所示。各部