通信射频电路案例及习题分析

1、一、一、本章知识点本章知识点 无线通信技术的发展简史，通信的定义、通信系无线通信技术的发展简史，通信的定义、通信系统的组成及通信系统中进行的两种变换和反变换，电统的组成及通信系统中进行的两种变换和反变换，电磁波频段划分标准及典型应用领域，特别是射频、微磁波频段划分标准及典型应用领域，特别是射频、微波、毫米波的频段范围，移动通信接收机和发射机的波、毫米波的频段范围，移动通信接收机和发射机的射频设计及现代蜂窝手机对射频前端设计的要求，无射频设计及现代蜂窝手机对射频前端设计的要求，无线通信射频电路的特点，通信射频电路设计的重要地线通信射频电路的特点，通信射频电路设计的重要地位和无线通信射频电路的发展

2、趋势。位和无线通信射频电路的发展趋势。二、典型例题二、典型例题 例题例题1 通信系统的基本组成结构是什么？通信系统所包通信系统的基本组成结构是什么？通信系统所包含两个变换和反变换是什么？含两个变换和反变换是什么？分析：分析：通信系统是指实现信息传输过程的系统。它应通信系统是指实现信息传输过程的系统。它应该包括信源、信道、信宿、输入输出转换器和收发机该包括信源、信道、信宿、输入输出转换器和收发机等。等。 信息从信源发出，首先应变为电信号信息从信源发出，首先应变为电信号基带信号，基带信号，然后再调制到载波上，通常称为已调信号；在接收端然后再调制到载波上，通常称为已调信号；在接收端先将已调波变为基带

3、信号，再将基带信号变为电信号先将已调波变为基带信号，再将基带信号变为电信号传送到信宿。传送到信宿。解：解：（1）通信系统的基本组成结构为通信系统的基本组成结构为（2）通信系统的两个基本变换与反变换为通信系统的两个基本变换与反变换为 发射端：发射端：第一个变换是接收机从信道中选取接收第一个变换是接收机从信道中选取接收的已调波并将其变换为基带信号，此变换过程称为解的已调波并将其变换为基带信号，此变换过程称为解调。第二个变换是输出变换器将解调后的基带信号变调。第二个变换是输出变换器将解调后的基带信号变换成相应的信息。换成相应的信息。 接收端：接收端：第一个变换是接收机从信道中选取接收的第一个变换是接

4、收机从信道中选取接收的已调波并将其变换为基带信号，此变换过程称为解调。已调波并将其变换为基带信号，此变换过程称为解调。第二个变换是输出变换器将解调后的基带信号变换成第二个变换是输出变换器将解调后的基带信号变换成相应的信息。相应的信息。例题例题2 现代蜂窝手机对通信射频电路设计的要求是什么？现代蜂窝手机对通信射频电路设计的要求是什么？解：解： 良好的选择性。良好的选择性。 低噪声、高动态范围。低噪声、高动态范围。 接收机对于杂散频率有良好的抑制能力。接收机对于杂散频率有良好的抑制能力。 本振信号应该具有很低的相位噪声。本振信号应该具有很低的相位噪声。 发射机必须严格限制带外辐射。发射机必须严格限

5、制带外辐射。 射频电路必须低功耗。射频电路必须低功耗。 发射机功放要求有高的功率增加效率。发射机功放要求有高的功率增加效率。例题例题3 无线通信系统射频前端设计是实现整个通信系统无线通信系统射频前端设计是实现整个通信系统的瓶颈的原因是什么？的瓶颈的原因是什么？解：解： 射频要求设计人员具有较宽的知识面。射频要求设计人员具有较宽的知识面。 与基带级几乎可以全部采用成熟的数字集成电路相与基带级几乎可以全部采用成熟的数字集成电路相比，射频级的集成电路还处于发展阶段，有些器件需比，射频级的集成电路还处于发展阶段，有些器件需要外接。要外接。 对射频电路来说，计算机辅助分析和综合工具还处对射频电路来说，计

6、算机辅助分析和综合工具还处于起步阶段，利用这些工具进行分析和综合结果只能于起步阶段，利用这些工具进行分析和综合结果只能起参考作用。起参考作用。 常用的射频电路的有源和无源器件，无源器件电阻、常用的射频电路的有源和无源器件，无源器件电阻、电容和电感的射频特性及等效电路。电容和电感的射频特性及等效电路。一、一、本章知识点本章知识点 传输线的种类、传输线基础理论、传输线分析方传输线的种类、传输线基础理论、传输线分析方法，电压反射系数的定义及计算方法、驻波及驻波比、法，电压反射系数的定义及计算方法、驻波及驻波比、端接负载传输线的输入阻抗计算方法及特殊情况分析、端接负载传输线的输入阻抗计算方法及特殊情况

7、分析、无耗传输线的功率传输特性、回波损耗和插入损耗的无耗传输线的功率传输特性、回波损耗和插入损耗的定义及其计算。定义及其计算。 阻抗圆图和导纳圆图的表示方法及特点、利用阻抗圆图和导纳圆图的表示方法及特点、利用Smith圆图求解端接负载的传输线输入阻抗的方法。圆图求解端接负载的传输线输入阻抗的方法。 两端口网络的两端口网络的Z参数、参数、Y参数、参数、H参数和参数和ABCD参数参数的表示方法和物理意义，网络的表示方法和物理意义，网络S参数的定义及其物理意参数的定义及其物理意义，电路网络互连及其参数分析，网络义，电路网络互连及其参数分析，网络S参数的测试条参数的测试条件和测试方法。件和测试方法。二

8、、典型例题二、典型例题 例题例题1 在一微带线中（假定微带线无限长且无损耗）电在一微带线中（假定微带线无限长且无损耗）电流表示式为：流表示式为： ，求出（，求出（a）相速，（相速，（b）频率，（）频率，（c）波长。）波长。 9( )0.6cos(9 10500 )Ai ttz分析：分析：这是一个关于波动方程及结论计算的典型例题。这是一个关于波动方程及结论计算的典型例题。根据电流的表达式可以算出电磁波的三个重要参数：根据电流的表达式可以算出电磁波的三个重要参数：相速、频率、波长。相速、频率、波长。解：解：电流表达式为：电流表达式为：9( )0.6cos(9 10500 )Ai ttz频率：频率：

9、999 101.433 10 Hz2f相速：相速：9729 101.8 10 m/s500Pf波长：波长：2221.256 10 m500例题例题2 负载负载 ，传输线的特性阻抗为，传输线的特性阻抗为 且工作频率为且工作频率为 。求端接负载阻抗传输线的。求端接负载阻抗传输线的输入阻抗和输入反射系数。输入阻抗和输入反射系数。 20LZ 050Z 1GHz解：解：由端接负载阻抗传输线输入阻抗的计算公式得由端接负载阻抗传输线输入阻抗的计算公式得000cossin( )cossinLinLZdjZdZdZZdjZd2220 cos50 sin44502250 cos20 sin44jj50501252

10、0负载反射系数：负载反射系数：0002050320507LLZZZZ 输入反射系数：输入反射系数：22240333( )777jj djindeee 例题例题3 用短路短截线实现用短路短截线实现2nH的电感，工作频率为的电感，工作频率为1GHz，特征阻抗为，特征阻抗为 ，求传输线的最短长度。，求传输线的最短长度。 50分析：分析：用理想的短路或开路短截线可以实现电容或电用理想的短路或开路短截线可以实现电容或电感功能，根据端接阻抗传输线输入阻抗的计算公式可感功能，根据端接阻抗传输线输入阻抗的计算公式可以求出特定阻抗值所对应的传输线的长度。以求出特定阻抗值所对应的传输线的长度。解：解：短路短截线的

11、输入阻抗为：短路短截线的输入阻抗为：9tan21020nHinOZjZlj Lj则传输线的最短长度：则传输线的最短长度：921020nHarctan/arctan/50oLlZ0.2860.1232 / 其中，其中， 为波长。为波长。 例题例题4 对于下图所示系统，假如传输线是无耗的，计算对于下图所示系统，假如传输线是无耗的，计算输入功率、传送到负载的功率、回波损耗和插入损耗。输入功率、传送到负载的功率、回波损耗和插入损耗。分析：分析：首先求出负载通过传输线变换后的输入阻抗，然首先求出负载通过传输线变换后的输入阻抗，然后根据输入功率的计算公式，可求出输入功率，由于传后根据输入功率的计算公式，可

12、求出输入功率，由于传输线是无耗的，故传送到负载的功率等于输入功率。回输线是无耗的，故传送到负载的功率等于输入功率。回波损耗和插入损耗与输入反射系数有关。波损耗和插入损耗与输入反射系数有关。解：解：由于传输线的长度为由于传输线的长度为 ，输入阻抗为：，输入阻抗为： 1/42050 5010025inLZZZ则则 ，0s 00100501100503inininZZZZ根据输入功率的计算公式，得到输入功率根据输入功率的计算公式，得到输入功率2222110011(1)111009W88191GsininsinVP 由于传输线是无耗的，故传送到负载的功率等于由于传输线是无耗的，故传送到负载的功率等于输

13、入功率输入功率100W9LinPP回波损耗回波损耗 110lg(/)20lg()20lg=9.5dB3rininRLPP 插入损耗插入损耗10lg(/)10lg()/)20lg(1)tininrininILP PPPP 220lg=3.5dB3 例题例题5 传输线的特征阻抗为传输线的特征阻抗为 ，负载阻抗为，负载阻抗为 ，工作频率，工作频率 ，相速，相速 ，当当 时，求输入阻抗时，求输入阻抗 。050Z (3060)LZj2GHzf 0.5PvC0.64cmd inZ分析：分析：应用应用Smith圆图法计算其阻抗，可按下面步骤：圆图法计算其阻抗，可按下面步骤：1）用特征阻抗用特征阻抗 归一化负

14、载阻抗归一化负载阻抗 ，求出，求出 。0ZLZLz2）在在Smith圆图内找出圆图内找出 的位置。的位置。 Lz3）在在Smith圆图内确定负载阻抗所对应的负载反射系圆图内确定负载阻抗所对应的负载反射系数数 ，用幅度和相位表示。，用幅度和相位表示。 04）用用2倍电长度倍电长度 顺时针旋转顺时针旋转 ，获得，获得 。d0( )ind5）记录在特定位置记录在特定位置 处的归一化输入阻抗处的归一化输入阻抗 。 dinz6）将将 转换到实际的阻抗转换到实际的阻抗 。 inzinZ096d解：解： 归一化负载阻抗归一化负载阻抗 ，/0.61.2LLozZZj096d归一化输入阻抗归一化输入阻抗(0.6

15、4)0.30.53inzcmj输入阻抗输入阻抗(0.64)1526.5inZcmj例题例题6 级联网络级联网络1的的ABCD矩阵为矩阵为1324，级联网络，级联网络2ABCD矩阵为矩阵为7856，求整个级联网络的，求整个级联网络的ABCD矩阵，并说明矩阵，并说明ABCD矩阵的应用场。矩阵的应用场。分析：分析：级联网络的级联网络的ABCD参数等于所有组成级联网络的参数等于所有组成级联网络的网络网络ABCD矩阵的乘积。矩阵的乘积。解：解：级联网络的整体级联网络的整体ABCD矩阵等于所有子网络矩阵等于所有子网络ABCD矩阵的乘积。矩阵的乘积。因此，整个级联网络的因此，整个级联网络的ABCD矩阵为矩阵

16、为112211221378222624563440ABABABCDCDCD三、三、本章作业本章作业 1-1 从驻波比（从驻波比（SWR）的基本定义出发：）的基本定义出发：maxmaxminminVISWRVI证明其能也能表示为：证明其能也能表示为：0011SWR 证明：证明：电压驻波比定义为最大电压与最小电压的比值，即电压驻波比定义为最大电压与最小电压的比值，即maxminVSWRV0(1)VV而而则则max0(1)VV min0(1)VV 故故00maxmin00(1)1(1)1VVSWRVV 即得证即得证1-2 证明在无耗传输线条件下，输入功率和负载功率证明在无耗传输线条件下，输入功率和负

17、载功率相同，且为相同，且为22221(1)181GsininLsinVPP 证明：证明：源阻抗和输入阻抗用反射系数表示为源阻抗和输入阻抗用反射系数表示为11ssoGsZZZ11ininoinZZ输入电压和电流可以表示为输入电压和电流可以表示为(1)()ininininGinGZVVVZZ(1)/inininoIVZ则输入功率可表示为则输入功率可表示为22*0Re()/2(1)/2inininininPV IVZ 22221(1)181GsinsinV 由于传输线是无耗的，故输入功率和负载功率相等，即由于传输线是无耗的，故输入功率和负载功率相等，即22221(1)181GsininLsinVPP

18、 1-3 证明阻抗圆和导纳圆的方程为证明阻抗圆和导纳圆的方程为2221( )( )()11rirzzrr22211( ) 1)( )( )rizzxx 证明：证明：输入阻抗可以表示为输入阻抗可以表示为( )inzzrjx而输入反射系数为而输入反射系数为( )( )( )inrizzjz 输入阻抗和反射系数的关系为输入阻抗和反射系数的关系为1( )1( )( )( )1( )1( )( )inriininrizzjzzzrjxzzjz 2222221( )( )21( )( )1( )( )1( )( )ririririzzjzzzzzz22221( )( )(1( )( )ririzzrzz2

19、22 1( )( )1( )( )ririzzxzz整理得整理得阻抗圆方程阻抗圆方程2221( )( )()11rirzzrr导纳圆方程导纳圆方程 22211( ) 1)( )( )rizzxx 1-4 负载阻抗为负载阻抗为 ，与特征阻抗为，与特征阻抗为 的传输线相连，求负载处的驻波比。的传输线相连，求负载处的驻波比。 3060LZj50解：解：负载处的反射系数为负载处的反射系数为108.5000(3060)5020600.63(3060)508060jLLZZjjeZZjj 则负载处的驻波比为则负载处的驻波比为00110.634.411 0.63SWR 1-5 一终端短路传输线段，工作在一终

20、端短路传输线段，工作在1GHz，相速度是光速，相速度是光速的的75%，用分析法确定为获得（，用分析法确定为获得（a）5.6pF电容和（电容和（b）4.7nH电感所需的最短线长。电感所需的最短线长。解：解：9-1822 3.14 1028m3 100.75Pfv短路时容性阻抗：短路时容性阻抗：011tan()inZjZdj C1min011arctandCZ91211arctan0.093m282 3.14 105.6 1050短路时感性容抗：短路时感性容抗：02tan()inj LZjZd2min01arctanLdZ9912 3.14 104.9 10arctan0.019m28501-6

21、已知放大器输入、输出端口驻波系数分别为已知放大器输入、输出端口驻波系数分别为2inSWR 3outSWR输出端口反射系数的模。若采用输出端口反射系数的模。若采用 、 11S22S表示结果，其物理含义是什么？表示结果，其物理含义是什么？解：解：由驻波比定义得由驻波比定义得11SWR 由由121inininSWR 得得 12in由由131outoutoutSWR 得得 13out如果用如果用 、 表示，则表示，则 11S22S11inS输入端口反射系数的模等于该端口输入端口反射系数的模等于该端口 的模。的模。11S22outS输出端口反射系数的模等于该端口输出端口反射系数的模等于该端口 的模。的模

22、。22S1-7 如图所示，负载阻抗为如图所示，负载阻抗为 ，传输线的特征，传输线的特征阻抗为阻抗为 ，且长度为，且长度为 。求负载反射系数。求负载反射系数 ，输入反射系数输入反射系数 ，线上的驻波比，线上的驻波比 ，回波损耗，回波损耗 ，输入阻抗，输入阻抗 。 13090j500.3LinSWRRLinZ解：解：负载反射系数负载反射系数 o0013090500.598 21.81309050LLLjZZZZj 电长度电长度 o20.3108l输入反射系数输入反射系数o21082oo0.598 21.80.598 165.8jj linLee 驻波比驻波比110.5983.9811 0.598S

23、WR 回波损耗为回波损耗为20lg20lg 0.5984.47dBRL 输入阻抗为输入阻抗为o00o01309050tan 108tan50tan5013090 tan 108LinLjjZjZlZZZjZljj12.755.8j一、一、本章知识点本章知识点 选频回路的基本概念，选频回路的性能指标，利选频回路的基本概念，选频回路的性能指标，利用用LC串并联谐振回路进行选频的基本原理，掌握串并联谐振回路进行选频的基本原理，掌握LC串串/并联谐振回路有关谐振、谐振频率、谐振阻抗、并联谐振回路有关谐振、谐振频率、谐振阻抗、谐振时的电流（电压）以及品质因数的定义和计算，谐振时的电流（电压）以及品质因数

24、的定义和计算，品质因数对谐振回路选频特性的影响，串并联谐振回品质因数对谐振回路选频特性的影响，串并联谐振回路的选频特性及主要性能指标。路的选频特性及主要性能指标。 阻抗匹配的基本概念，进行阻抗匹配的必要性，阻抗匹配的基本概念，进行阻抗匹配的必要性，实现阻抗匹配的条件及基本方法，实现阻抗匹配的条件及基本方法，L型匹配网络的设型匹配网络的设计方法，以及相关电容、电感值的计算，计方法，以及相关电容、电感值的计算， 和和T型匹型匹配网络的结构和特点，利用配网络的结构和特点，利用Smith圆图进行阻抗匹配圆图进行阻抗匹配的基本方法及步骤。的基本方法及步骤。 二、二、典型例题典型例题 例题例题1 并联谐振

25、回路均无损耗并联谐振回路均无损耗 ， 负载电阻负载电阻 ，如下图所示，如下图所示,10HL 300pFC 5kLR 求：求：(1)(1)回路谐振频率回路谐振频率(2)(2)回路回路3dB带宽带宽(3)(3)矩形系数矩形系数03dBBW0.1K分析：分析：上图所示的并联谐振回路的谐振频率和品质因上图所示的并联谐振回路的谐振频率和品质因素均可由公式求得，求出品质因素之后，可得回路素均可由公式求得，求出品质因素之后，可得回路3dB带宽带宽 ，由于该谐振回路属于单调谐振回路，由于该谐振回路属于单调谐振回路，故其矩形系数等于故其矩形系数等于9.96。 3dBBW解：解：(1)(1)谐振频率谐振频率606

26、121118.25 10 rad/s10 10300 10LC002.9MHz2f(2)(2)回路空载回路空载 ，有载为，有载为 0Q 36605 1027.418.25 1010 10LeRQL回路通频段回路通频段6032.9 10105.8KHz27.4dBefBWQ(3)(3)由于是单调谐振回路，所以矩形系数为由于是单调谐振回路，所以矩形系数为 。0.19.96K例题例题2 设计一个无耗的阻抗变换网络，采用设计一个无耗的阻抗变换网络，采用L型匹配型匹配网络结构，将天线等效阻抗网络结构，将天线等效阻抗 变换为纯变换为纯电阻电阻 ，其工作频率为，其工作频率为 ，求匹配，求匹配网络的电感和电容

27、值。网络的电感和电容值。 5030AZj160inR 100MHzf 解：解：设计设计L型匹配网络如下：型匹配网络如下：根据变换电阻的大小得品质因数根据变换电阻的大小得品质因数160-1=-1=1.4850RQR大小 L网络的串联支路由网络的串联支路由 、 、 组成，根据支路组成，根据支路Q的定义有的定义有 ArCX1CX 174SSCCCCAAXQXXXr Qr11181174304436pF210442CCXCf X同理，由并联支路的同理，由并联支路的Q可得可得81601081080.172H1.482210PPPLinLPLXRQXLXf 例题例题3 并联谐振回路如下图所示，已知并联谐振

28、回路如下图所示，已知 , ，回路空载，回路空载 。信号源内阻。信号源内阻 负载电阻负载电阻 。求该回路的谐振频率、谐振电。求该回路的谐振频率、谐振电阻、通频带。阻、通频带。 390pFC 390HL 0Q100100SRk200LRk解：解：由于回路为高由于回路为高Q，所以回路谐振频率，所以回路谐振频率012611465.5kHz22300 10390 10fLC回路的损耗电阻回路的损耗电阻36002465.5 10390 1011.4100LrQ回路的谐振阻抗回路的谐振阻抗20(1)114KPRrQ考虑信号源内阻及负载后回路的总谐振阻抗为考虑信号源内阻及负载后回路的总谐振阻抗为|42KSPL

29、RRRR回路的有载回路的有载Q值为值为3042 10372eRQf L03dB465.512.56kHz37efBWQ通频带通频带三、三、本章习题本章习题 2-1 选频网络的主要性能指标是什么？选频网络的主要性能指标是什么？答：答： 中心频率，即为传输系数最大的频率点。中心频率，即为传输系数最大的频率点。 通频带通频带 ，传输系数下降为中心频率，传输系数下降为中心频率 对应值对应值的的 时对应的上下限的频率之差。时对应的上下限的频率之差。3dBBW0f1/2 带内波动带内波动 ，通频带内传输系数的最大波动值。，通频带内传输系数的最大波动值。 选择性（带外衰减）与矩形系数。选择性（带外衰减）与矩

30、形系数。 插入损耗插入损耗 输入输出阻抗输入输出阻抗2-2 给定并联谐振回路的中心频率给定并联谐振回路的中心频率 ，要求，要求在偏离谐振频率在偏离谐振频率 处衰减处衰减 ，求回路，求回路Q值，通频带值，通频带 。 0640kHzf 100kHz16dBS 3dBBW解：解：20116dB0.15821SQ 20Q 则则 得得将将 及及 代入代入0100kHzff0640kHzf 03dB64032kHz200fBWQ010MHzf 56pFC 3150kHzdBBW600kHzf 2-3 并联谐振回路的中心频率并联谐振回路的中心频率，通频带通频带，求回路电感，求回路电感L L、Q Q值及对值及

31、对处的信号选择性处的信号选择性S S。，电感电感 对对解：解：272120114.53 H(210 )56 10LC处的信号选择性处的信号选择性600kHzf 22000110.12418.13dB0.6 22()166.67110SffQf 003dB1066.670.15fQBW品质因数品质因数2-4 画出如下图所示四个无损耗回路的电抗画出如下图所示四个无损耗回路的电抗-频率特频率特性，并算出关键点的频率值。性，并算出关键点的频率值。解：解： (b)(a)012fLC012fLC11212()fC LL1212fLC(d) (c) 2112fCL2121212fC CLCC10025.1Z

32、j502-5 见下图，设计一个无损耗匹配网络将负载阻抗见下图，设计一个无损耗匹配网络将负载阻抗连接到内阻为连接到内阻为的信号源上。的信号源上。变换网络的变换网络的Q Q为：为： 1001150Q 解：解：由于负载电阻由于负载电阻R=100R=100大于输入阻抗大于输入阻抗5050 ，因此匹，因此匹配网络如图示，其中配网络如图示，其中的容抗的容抗，用于，用于125.1CXj 1C抵消负载中的感抗。抵消负载中的感抗。因此因此100LRXQ25050CXQ050Z 500.50.8Lzj1.60.8Lzj2-6 设计两个无损耗设计两个无损耗L L网络，完成下列归一化阻抗（网络，完成下列归一化阻抗（）

33、变换为）变换为（1 1）（2 2）。 ：；（1 1）已知已知及参考电阻及参考电阻设计匹配网络如图示，则设计匹配网络如图示，则 解：解：0.50.8Lzj050Z 50 (0.5.8)2540LLLCZjjrjX501125Q ()LLCLXXrQ1 254065LX SCRxQ50501Cx （2 2）1.60.850 (1.60.8)8040LLZjZjj 用电容用电容抵消负载感抗抵消负载感抗，见图示，见图示，1C1LX1140CLXX8010.77450LSrQR 80103.30.774LCrXQ50 0.77438.7LSXRQ，这是电阻与电感并联，这是电阻与电感并联，-3(2.5-

34、2.3) 10 ( )iYjS502-7 已知某集成共射已知某集成共射共基放大器的输入导纳为共基放大器的输入导纳为。设计输入匹配网络，将。设计输入匹配网络，将变换为与放大器共轭匹配。变换为与放大器共轭匹配。源电阻源电阻解：解： 已知已知-3(2.5- 2.3) 10iYj其中其中3114002.5 10iiRg314342.3 10iX设计匹配网络如图示，用容抗设计匹配网络如图示，用容抗抵消放大器的输入抵消放大器的输入匹配网络匹配网络Q值为值为1CX则则1434CiXX感抗。感抗。40012.6450Q 4001512.64iLRXQ250132CXQ一、一、本章知识点本章知识点 电路与系统噪

35、声来源、种类及效应，起伏噪声的电路与系统噪声来源、种类及效应，起伏噪声的基本概念及其特点，电阻热噪声、双极晶体管和场效基本概念及其特点，电阻热噪声、双极晶体管和场效应晶体管主要噪声来源、大小及等效电路，电抗元件应晶体管主要噪声来源、大小及等效电路，电抗元件的噪声、两端口网络的等效输入噪声源，噪声系数、的噪声、两端口网络的等效输入噪声源，噪声系数、等效噪声温度的基本概念及相关计算，噪声系数与等等效噪声温度的基本概念及相关计算，噪声系数与等效输入噪声源的关系，多级线性网络级联的噪声系数效输入噪声源的关系，多级线性网络级联的噪声系数的计算方法。的计算方法。 非线性器件的描述方法、灵敏度和动态范围的定

36、非线性器件的描述方法、灵敏度和动态范围的定义及计算方法，器件非线性的影响：谐波、增益压缩、义及计算方法，器件非线性的影响：谐波、增益压缩、堵塞、交叉调制等，堵塞、交叉调制等，1dB压缩点与三阶交调截点的定压缩点与三阶交调截点的定义、计算及其关系，非线性器件在频谱搬移中的应用。义、计算及其关系，非线性器件在频谱搬移中的应用。二、二、典型例题典型例题 510K250K290KT 510 HzB 例题例题1 试计算试计算噪声噪声电流。若并联电流。若并联电阻后，总均方值噪声电压电阻后，总均方值噪声电压，噪声带宽，噪声带宽） 电阻的均方值噪声电压，均方值电阻的均方值噪声电压，均方值又为多少？（设又为多少

37、？（设解：解：2-233514kTR B4 1.38 10290 510 1010nV2-212114kTB3.14 10(A )RnI 12510 250|167.7k510250RR21024kTRB2.68 10(V )nV 则则1028.16 10(V )例题例题2 如图所示放大器及输入信号，设放大器的带宽如图所示放大器及输入信号，设放大器的带宽200KHzB ，试求：，试求：inSNoutSoutNoutSN 输入信噪比输入信噪比 输出信号功率输出信号功率 输出噪声功率输出噪声功率 输出信噪比输出信噪比 100( 115)15dBinSN 1002080dBmoutinSSG N内3

38、2NFdBFFeT000(1)(2 1)eTFTTT0ekT BkT B200KHzB 0174 10lg121dBmekT BkT BB 解：解： 输入信噪比输入信噪比 输出信号功率输出信号功率 设放大器内部噪声为设放大器内部噪声为，因为，因为根据噪声系数根据噪声系数与等效噪声温度与等效噪声温度的关系，可以的关系，可以所以放大器的内部噪声等效到输入端为所以放大器的内部噪声等效到输入端为放大器的带宽放大器的带宽则则，算出该放大器的等效噪声温度为算出该放大器的等效噪声温度为，0()outiiNG NNGNGkT B内-101152095dBm=3.16 10mWiGN -10121 20101d

39、Bm=0.79 10mWGN 内-10()3.96 10mW=-94dBmoutiNG NN内80( 94)14dBmoutSN 由于由于故输出噪声功率为故输出噪声功率为 输出信噪比输出信噪比 30KHzB 250KAT 50,min()20dBoSNR,mininP例题例题3 某接收机前端两级的增益，噪声系数如下图所示，某接收机前端两级的增益，噪声系数如下图所示，。其天线等效噪声温度。其天线等效噪声温度间相匹配，且输入、输出阻抗均为间相匹配，且输入、输出阻抗均为。为获得输出。为获得输出，求接收机的最小输入电平，求接收机的最小输入电平为多少？为多少？ 带宽为带宽为，各级，各级信噪比信噪比111

40、0dB10PPGG112dB1.58NFF214dB2.51NFF解：解：将增益、噪声系数的将增益、噪声系数的dBdB值换成线性值为值换成线性值为，12112.51 11.581.7312.38dB10PFFFNFG0(1)211.9KeTFT10lg () 10lgtAeFk TTB2310lg1.38 10(250211.9) 10lg303023028 14.730157.1dBW=-127.1dBm 11,min,min()127.1 20107.1dBm1.9 10mWintoPFSNR 接收机的噪声系数为接收机的噪声系数为等效噪声温度等效噪声温度接收机最低输入电平接收机最低输入电平

41、基底噪声为基底噪声为三、三、本章习题本章习题 和和1R2R12LRRRnP3-1 如下图所示，计算温度为如下图所示，计算温度为T T的两有噪电阻的两有噪电阻输出到负载输出到负载上的噪声功率上的噪声功率。 解：由于匹配，所以输出为额定噪声功率nPkTB 解：解：由于匹配，所以输出为额定噪声功率由于匹配，所以输出为额定噪声功率1531.62GdB22NFdB2220800800kF113.76290eeTTT 10(1)(2 1)290290keTFT2113.76 122.08731.62FFFG 3-2 放大器的增益为放大器的增益为15dB15dB，带宽为，带宽为200MHz200MHz，噪声

42、系，噪声系数为数为3dB3dB，连接到等效噪声温度为，连接到等效噪声温度为800K800K的解调器前端。的解调器前端。求整个系统的噪声系数与等效噪声温度。求整个系统的噪声系数与等效噪声温度。系统的等效噪声温度为系统的等效噪声温度为系统的噪声系数为系统的噪声系数为解：解：先把先把dB数化为自然数数化为自然数21800290315.3k31.62eeeTTTG放大器的等效噪声温度为放大器的等效噪声温度为3-3 某接收机的结构框图如下图所示，若从接收天线进某接收机的结构框图如下图所示，若从接收天线进来的噪声输入功率为来的噪声输入功率为iaNkT B15aTK，其中，其中温度为温度为290K290K，

43、中频带宽为，中频带宽为10MHz10MHz。求接收机总的噪声系。求接收机总的噪声系数、总的等效噪声温度和输出噪声功率。数、总的等效噪声温度和输出噪声功率。 ，环境，环境11010GdB2110.79GLdB 3230.5GLdB 121.58FdB2111.26FLdB342.51FdB321112111.26 12.51 11.581.82.551010 0.79FFFFdBGGG 用多级噪声系数的计算公式得接收机总的噪声系数用多级噪声系数的计算公式得接收机总的噪声系数解：解：将将dB转换为线性值转换为线性值0(1)(1.8 1) 290232eTFTK2361.38 101523210 1

44、03.95oaeNk TTBG151.35 1098.7WdBm 则总的等效噪声温度为则总的等效噪声温度为输出噪声功率为输出噪声功率为290aTK3NFdBtF10dBm,min()20oSNRdB3-4 设天线等效噪声温度设天线等效噪声温度，放大器的噪声，放大器的噪声，求基底噪声，求基底噪声。若。若1dB1dB，此接收机的线性，此接收机的线性）？）？ 带宽为带宽为100kHz，压缩点的输入功率为压缩点的输入功率为范围是多少（若要求输出信噪比范围是多少（若要求输出信噪比动态动态174/() 10logtFdBm HzNF dBB 51743 10log10121dBm 解：解：噪声底数为噪声底

45、数为 放大器的线性动态范围也可以定义为它的放大器的线性动态范围也可以定义为它的1dB1dB压压缩点的输入功率与灵敏度之比，则线性动态范围为缩点的输入功率与灵敏度之比，则线性动态范围为 10(121)111dBlDR ,min()20oSNRdB,min,min()101intoPFSNRdBm 10(101)91dBlDR 放大器的线性动态范围可以定义为它的放大器的线性动态范围可以定义为它的1dB1dB压缩点压缩点的输入功率与噪声底数之比，即的输入功率与噪声底数之比，即若若则灵敏度则灵敏度3-5 接收机噪声系数是接收机噪声系数是7dB7dB，增益为，增益为40dB40dB，对应增益，对应增益1

46、dB1dB压缩点的输出功率是压缩点的输出功率是25dBm25dBm，对应三阶截点的输出，对应三阶截点的输出功率是功率是35dBm35dBm，接收机采用等效噪声温度，接收机采用等效噪声温度150ATK的天线。设接收机带宽为的天线。设接收机带宽为100MHz100MHz，若要求输出信噪比，若要求输出信噪比为为10dB10dB，求：接收机的线性动态范围和无杂散动态范，求：接收机的线性动态范围和无杂散动态范围。围。 0150290aTKTK()itaeNFk TT B解：解：由于此题接收机的天线噪声温度为由于此题接收机的天线噪声温度为 因此计算接收机的噪声底数（即等效输入噪声功因此计算接收机的噪声底数

47、（即等效输入噪声功率）时应为：率）时应为：075.01(1)(5.01 1) 2901162.9eNFdBTFTK-238-121.38 10(1501162.9) 101.8 10-87.4itNFdBm,1,12540 114i dBO dBPPGdBm tF-14-(-87.4)73.4lDRdB其中其中为接收机的等效噪声温度为接收机的等效噪声温度增益增益1dB1dB压缩点对应的输入功率是：压缩点对应的输入功率是：则线性动态范围定义为（以则线性动态范围定义为（以为下限）为下限）: :eT,min()77.4intoPFSNRdBm 1,min( 14)( 77.4)63.4indBlin

48、PDRdBP 3335405dBmIIPOIPG 3012 () 3fttDRIIPFFSNR1(2 ( 5)87.4)( 87.4 10)44.9dB3 若以灵敏度为下限，则线性动态范围是：若以灵敏度为下限，则线性动态范围是：将三阶互调输出功率转换为输入功率：将三阶互调输出功率转换为输入功率：无杂散动态范围为无杂散动态范围为3-6 已知放大器和混频器连接如下图所示，低噪放的已知放大器和混频器连接如下图所示，低噪放的增益是增益是20PGdB322OIPdBm6PGdB 313IIPdBm3OIP，对应三阶截点的输出功率是，对应三阶截点的输出功率是，混频器的变频损耗是，混频器的变频损耗是三阶截点

49、的输入功率是三阶截点的输入功率是，求系统的三阶，求系统的三阶。 ，对应，对应截点截点3OIP3322202dBm1.58mWIIPOIPG313dBm19.95mWIIP 20100GdB33 1321111005.644()()1.5819.95GIIPIIPIIP解：解：将放大器的三阶截点输出功率将放大器的三阶截点输出功率变为变为混频器的混频器的放大器功率增益放大器功率增益则整个系统的三阶截点输入功率为则整个系统的三阶截点输入功率为 输入功率，即输入功率，即33 1321111005.644()()1.5819.95GIIPIIPIIP310.177mw-7.516dBm5.644IIP

50、33127.5162066.48dBmOIPIIPGG 则整个系统的三阶截点输入功率为则整个系统的三阶截点输入功率为则则若以输出功率为参考，则若以输出功率为参考，则一、一、本章知识点本章知识点 射频发射级、接收级的基本组成及完成的主要功射频发射级、接收级的基本组成及完成的主要功能，设计收发机的射频部分时应解决的关键问题，无能，设计收发机的射频部分时应解决的关键问题，无线通信接收机、发射机的基本结构和方案，镜像频率线通信接收机、发射机的基本结构和方案，镜像频率干扰、组合频率干扰和变频器引起的寄生通道干扰的干扰、组合频率干扰和变频器引起的寄生通道干扰的产生机理，高中频和低中频的利弊。产生机理，高中

51、频和低中频的利弊。 单次变频超外差式接收机的基本结构、各组成部单次变频超外差式接收机的基本结构、各组成部分的功能及其特点，二次变频超外差式接收机的组成分的功能及其特点，二次变频超外差式接收机的组成结构和特点，零中频结构和特点，零中频(直接下变频直接下变频)接收机、镜频抑制接收机、镜频抑制接收机和数字中频的基本结构和特点，接收机射频前接收机和数字中频的基本结构和特点，接收机射频前端设计考虑，直接调制与间接调制发射机的结构与特端设计考虑，直接调制与间接调制发射机的结构与特点，发射机射频前端设计考虑，无线发射接收机的性点，发射机射频前端设计考虑，无线发射接收机的性能指标及系统指标分配与计算。能指标及

52、系统指标分配与计算。 二、二、典型例题典型例题 例题例题1 画出射频发射级的基本组成结构及其完成的主要画出射频发射级的基本组成结构及其完成的主要功能。功能。解：解： 射频发射级的基本组成结构射频发射级的基本组成结构 完成的主要功能：完成的主要功能：产生正弦载波产生正弦载波完成基带信号对载波的调制完成基带信号对载波的调制将通带信号搬移到所需的频段将通带信号搬移到所需的频段放大到足够的功率并发射放大到足够的功率并发射不干扰相邻信道不干扰相邻信道例题例题2 画出零中频接收机的结构方框图，并写出其优画出零中频接收机的结构方框图，并写出其优缺点。缺点。 解：解： 零中频接收机的结构方框图：零中频接收机的

53、结构方框图： 直接变频到基带信号，不存在镜像干扰；直接变频到基带信号，不存在镜像干扰； 结构结构简单。简单。LORF1/ f 优点：由于优点：由于 存在低噪声放大器偶次谐波失真干扰存在低噪声放大器偶次谐波失真干扰 ，从而将调制的，从而将调制的RF信号信号缺点：缺点： 信道间隔离度差（频率窜透）信道间隔离度差（频率窜透）噪声效应严重噪声效应严重例题例题3 某超外差式接收机射频部分各模块间均互相匹某超外差式接收机射频部分各模块间均互相匹配，它们的增益、噪声系数如图所示，求：配，它们的增益、噪声系数如图所示，求： 系统总的增益系统总的增益 系统总的噪声系数系统总的噪声系数解：解： L表示无源有耗网络

54、的损耗，它与增益表示无源有耗网络的损耗，它与增益G互为互为倒数，用倒数，用dB表示时绝对值相同，符号相反。表示时绝对值相同，符号相反。 。总的噪声系数可按多级线性系统。总的噪声系数可按多级线性系统级连公式计算，由于各级间匹配，所以级连公式计算，由于各级间匹配，所以5 1025220465064GdB ()()NF dBL dB32111211FFFFGGG总1.58 11.58 13.16 13.160.3160.316 100.316 10 0.633.16 1.8350.18350.1835 1.0850.9222.5250.2270.03020.59910.56710.239dB故总增益

55、为故总增益为 无源有耗网络的噪声系数等于其损耗值无源有耗网络的噪声系数等于其损耗值L L，即，即要求的最低输入电压为要求的最低输入电压为，天线等效噪声温度为，天线等效噪声温度为。求接收机的最低输入。求接收机的最低输入50iR 3dBNF 200KHzB 150KaT min10dBSN0.5V,mininP例题例题4 已知某二次混频超外差接收机的输入电阻为已知某二次混频超外差接收机的输入电阻为，射频部分的噪声系数，射频部分的噪声系数，带宽为，带宽为解调器前端的最低输入信噪比解调器前端的最低输入信噪比为多少？为多少？ ，要求，要求，解调器，解调器功率功率32NFdBF000(1)(2 1)290

56、KeTFTTT解：由于解：由于，则接收机的等效噪声温度，则接收机的等效噪声温度为为,min0min()(1)(/) 10lginaSPdBmk TFTdBm HzBN230(1)1.38 10(150290)ak TFT23607.2 10(/)172.2/W HzdBm Hz 5,min172.2 10lg(2 10 ) 10109.2inPdBm 故接收机的最低输入功率故接收机的最低输入功率则则 三、三、本章作业本章作业 答：答： 射频发射级的基本组成结构射频发射级的基本组成结构4-1 画出射频接收级的基本组成结构及其完成的主要画出射频接收级的基本组成结构及其完成的主要功能。功能。 完成的

57、主要功能：完成的主要功能：从众多的电波中选出有用信号从众多的电波中选出有用信号将微弱信号放大到解调器所要求的电平值将微弱信号放大到解调器所要求的电平值将通带信号变为基带信号将通带信号变为基带信号4-2 设计收发机的射频部分时应解决的关键问题是什么？设计收发机的射频部分时应解决的关键问题是什么？答：答：设计收发机的射频部分时应解决的关键问题：设计收发机的射频部分时应解决的关键问题： 选用合适的调制和解调方式。选用合适的调制和解调方式。 接收机选出有用信道抑制干扰。接收机选出有用信道抑制干扰。 接收机的灵敏度和线性动态范围。接收机的灵敏度和线性动态范围。 发射机的高效率不失真的功率放大器。发射机的

58、高效率不失真的功率放大器。 限制发射信号对相邻信道的干扰。限制发射信号对相邻信道的干扰。 天线收发转换器的损耗小，隔离性好。天线收发转换器的损耗小，隔离性好。4-3 说明单次变频超外差式接收机的优点和缺点说明单次变频超外差式接收机的优点和缺点。 答：答： 优点：优点： 带通滤波器带通滤波器BPF1作频带选择作频带选择, 而而BPF2作信道选择作信道选择,实现了频带选择和信道的分离。实现了频带选择和信道的分离。 合理分配系统增益，放大器稳定性好。合理分配系统增益，放大器稳定性好。 适用于信号载频远高于中频频率的情况。适用于信号载频远高于中频频率的情况。 在较低固定中频上放大，在较低固定中频上放大

59、，ADC和解调较为容易。和解调较为容易。 缺点：缺点： 在变频器内可能产生众多的寄生频率，对有用信号在变频器内可能产生众多的寄生频率，对有用信号形成干扰，降低信噪比。最主要的干扰有以下三种：形成干扰，降低信噪比。最主要的干扰有以下三种： 镜像频率干扰镜像频率干扰 中频干扰中频干扰 互调干扰互调干扰4-4 为什么要用二次变频方案，对为什么要用二次变频方案，对中频和中频和中频的选中频的选择有何要求？择有何要求？答：答：为了解决中频选择中碰到的为了解决中频选择中碰到的“灵敏度灵敏度”和和“选择选择性性”的矛盾，可以采用二次变频方案。的矛盾，可以采用二次变频方案。 高第一中频有利于镜频抑制，有好的频带

60、选择性。高第一中频有利于镜频抑制，有好的频带选择性。 低第二中频有利于低第二中频有利于IFA的稳定性和降低对解调器的的稳定性和降低对解调器的要求。要求。4-5 如图所示放大器及输入信号，设放大器的带宽如图所示放大器及输入信号，设放大器的带宽200KHzB ，试求：，试求： inSNoutSoutNoutSN 输入信噪比输入信噪比 输出信号功率输出信号功率 输出噪声功率输出噪声功率 输出信噪比输出信噪比 算出该放大器的等效噪声温度为算出该放大器的等效噪声温度为根据噪声系数根据噪声系数与等效噪声温度与等效噪声温度 设放大器内部噪声为设放大器内部噪声为80( 110)30dBinSN 802060d