通信电子电路课件第2章

1、通信电子电路第2章 无线收发机系统,2.1无线接收机系统 2.2噪声系数和灵敏度 2.3无线发射机系统 2.4现代无线通信机系统 本章小结,North China Electric Power University,North China Electric Power University,通信电子电路 第2章无线收发机系统,2.1 无线接收机系统,接收机的功能：从众多被接收的电信号中选出有用信号，经处理还原成为基带信号。,接收系统的重要指标： 灵敏度：接收微弱信号的能力 选择性：选出有用信号而抑制干扰的能力,North China Electric Power University,通信电子

2、电路 第2章无线收发机系统,接收机系统方案需要解决的关键问题： 要求滤波器的品质因数Q值高； 要求有较大的线性动态范围； 要求天线转换器的损耗小，隔离度高。,典型的接收机系统： 单次变频超外差接收机 双重变频超外差接收机,North China Electric Power University,通信电子电路 第2章无线收发机系统,2.1.1 单次变频超外差接收机,超外差的含义： 本振频率始终高出接收频率一个中频，且中频固定,图2-1-1 单次变频超外差式接收机方框图,North China Electric Power University,超外差式接收机的核心是混频器部分。 混频器的作用：

3、 将接收到的不同载波频率转变为固定的中频。无论如何去调谐接收机，中频是不变的。 混频输出信号的频率： 或 。工程中将 称为上混频，而将 称为下混频。 注意：混频器只改变已调信号的载波频率，而不改变已调信号振幅的变化规律，因此中频已调信号仍然携带着基带信号的信息。,通信电子电路 第2章无线收发机系统,North China Electric Power University,通信电子电路 第2章无线收发机系统,采用超外差的原因： （1）中频比信号载频低很多，在中频段实现对有用信道的选择要比在载频段选择对滤波器Q值的要求低很多。 （2）接收机从天线上接收到的信号电平一般非常微弱。 （3）在较低的固

4、定中频上解调或A/D变换也相对容易。,North China Electric Power University,通信电子电路 第2章无线收发机系统,超外差接收机的缺点： 组合干扰频率点多，产生非线性失真,North China Electric Power University,2.1.2 混频器的干扰,通信电子电路 第2章无线收发机系统,非线性元件的特性曲线不是直线,混频的实现方法：即通过非线性器件实现两个信号的相乘，进而实现频率相加减。,North China Electric Power University,通信电子电路 第2章无线收发机系统,North China Electric

5、 Power University,通信电子电路 第2章无线收发机系统,电流中所含的频率成分,输入频率：L S 和频与差频：L + S L - S 输入频率的谐波：2L 2S 3L 3 S 组合频率：2L + S 2L - S 3L + S 3L - S .,North China Electric Power University,通信电子电路 第2章无线收发机系统,组合频率分量可以用一个通用关系式表示： fp、q =pfL+qfs，其中p、q为任意整数 当p=1，q =-1时，得到中频fI； 当p、q为其它值时，这些组合频率分量构成了混频器特有的干扰。 典型的干扰： （1）啸叫干扰 （2）

6、中频干扰 （3）镜像干扰,North China Electric Power University,通信电子电路 第2章无线收发机系统,一、啸叫干扰（干扰哨声） 原因：由接近中频的组合频率产生，当某些组合频率分量满足表达式pfLqfsfI，则混频器输出端的选频电路就无法剔除这些频率分量的信号 现象：收听到正常信号的同时，伴随有啸叫声,North China Electric Power University,通信电子电路 第2章无线收发机系统,例： 超外差收音机的中频频率fI=465KHz，接收电台信号频率fs=931 KHz， 则相应的本振频率fL=fs+fI=1396KHz， 混频器非线

7、性器件产生的组合频率中，当 p= -1，q=2时，得组合频率-fL+2 fs =466KHz=fn，与fI相差1KHz，中频滤波器难以滤除 在检波器中形成差拍检波，听到1KHz的啸叫声。,North China Electric Power University,通信电子电路 第2章无线收发机系统,差拍检波实质： 二个频率不同但相差不大的正弦波叠加后，在它们相位相同的瞬间合成电压的振幅值最大，而后相位差越来越大，经过若干周期后，二个正弦波的相位相反，合成电压振幅最小，然后周而复始地重复下去，得到的合成信号就是幅度在变化的载波。此合成信号的幅度变化频率为二个相近频率的差频，在检波器中可将此差频检

8、出。,North China Electric Power University,通信电子电路 第2章无线收发机系统,二、寄生通道干扰： 产生的原因：干扰信号频率 进入混频器，与有用信号的本振频率fL在混频器中产生组合频率也等于中频，即pfL+qfn=fI时，则干扰信号fn将寄生在fs通道上输出，从而在接收机输出端听到干扰电台的声音。,形成寄生通道干扰的条件：,式中，p、q为正整数， 一般取p、q值较小时的干扰分量,North China Electric Power University,通信电子电路 第2章无线收发机系统,典型的寄生通道干扰： （1）中频干扰 （2）镜像干扰,North C

9、hina Electric Power University,通信电子电路 第2章无线收发机系统,1、中频干扰 、 得 此时，干扰信号被直通放大，并不经过混频过程,抑制中频干扰的方法： （1）提高前端电路的选择性 （2）加中频陷波器电路,（a）提高选择性 （b）加中频限波器,North China Electric Power University,通信电子电路 第2章无线收发机系统,2、镜像干扰 取 、 得,干扰信号频率 与有用信号频率 相对于本振频率 恰好形成镜像对称关系,镜像干扰频率关系,North China Electric Power University,通信电子电路 第2章无线

10、收发机系统,抑制镜像干扰的措施： 提高中频,抑制镜像干扰的措施,North China Electric Power University,通信电子电路 第2章无线收发机系统,高中频的优缺点,优点：有利于抑制镜像干扰； 有利于提高接收机灵敏度 缺点：中频滤波器选择性不易满足 因此，中频的选择涉及到灵敏度和选择性这一对矛盾,North China Electric Power University,通信电子电路 第2章无线收发机系统,2.1.3 双重变频超外差接收机,图中一混为高中频，二混为低中频465kHz，二本振频率为固定值,North China Electric Power Univer

11、sity,通信电子电路 第2章无线收发机系统,实例电路框图,IS-19蜂窝移动电话接收机射频部分电路结构,North China Electric Power University,2.2 噪声系数和接收灵敏度,通信电子电路 第2章无线收发机系统,2.2.1 射频系统的噪声,干扰：人为干扰 自然干扰 噪声：人为噪声 自然噪声,North China Electric Power University,一、电阻热噪声电阻热噪声是由电阻内部自由电子的热运动而产生的,通信电子电路 第2章无线收发机系统,起伏噪声电压波形示意图,North China Electric Power University

12、,在整个无线电频段内具有均匀频谱的起伏噪声称为白噪声,通信电子电路 第2章无线收发机系统,噪声电流功率谱密度和噪声电压功率谱密度分别为：,North China Electric Power University,通信电子电路 第2章无线收发机系统,起伏噪声电压的有效值为：,噪声电压、噪声电流的均方值分别为：,为波尔茨曼常数，其值为 ； T为电阻的绝对温度， ； 表示能够通过接收机（或网络）的噪声频谱宽度，也叫作等效噪声带宽，单位为Hz。 R为频带 内的电阻值，单位为 。,North China Electric Power University,通信电子电路 第2章无线收发机系统,电阻热噪声

13、等效电路：,（a）实际电阻 （b）噪声电流源 （c）噪声电压源,有噪电阻串、并联时的热噪声等效电路：,North China Electric Power University,二、天线热噪声天线周围的介质微粒处于热运动状态，这种热运动产生扰动的电磁波辐射（噪声功率），而这种扰动辐射被天线接收，然后又由天线辐射出去。当接收与辐射的噪声功率相等时，天线和周围介质处于热平衡状态。热平衡状态下，天线中热噪声电压为：,通信电子电路 第2章无线收发机系统,天线的等效噪声温度 与天线周围介质的密度和温度分布以及天线的方向性有关。,North China Electric Power University,

14、三、晶体管的噪声（1）热噪声（2）散粒噪声（3）分配噪声（4）闪烁噪声,通信电子电路 第2章无线收发机系统,North China Electric Power University,四、场效应管的噪声（1）沟道热噪声（2）栅极漏电流产生的散粒噪声,通信电子电路 第2章无线收发机系统,North China Electric Power University,通信电子电路 第2章无线收发机系统,2.2.2 噪声系数与噪声温度,一、噪声系数,噪声系数定义为系统输入信噪比（ ）与输出信噪比（ ）的比值。,线性四端网络,North China Electric Power University,噪声

15、因数F定义为输入端信噪比与输出端信噪比之比，F是一个无量纲的值,通信电子电路 第2章无线收发机系统,在工程上，常把噪声系数F取对数后用NF表示，称为噪声系数，单位是dB，即,如果放大系统内部不产生噪声，当输入信号与噪声通过系统时，信号和噪声功率都将得到同样的放大，则放大系统的输出信噪比与输入信噪比相等，此时F=1,North China Electric Power University,通信电子电路 第2章无线收发机系统,式中,则,线性放大器的功率增益：,的组成：1、 经系统放大后得到为 2、系统本身产生为,North China Electric Power University,通信电子

16、电路 第2章无线收发机系统,F与加到网络的信号无关，而与网络的功率增益及内部噪声在输出端产生的功率 有关 F数值越大，说明网络内部噪声越大，其噪声性能越差,因此 ， 为正分贝数,代入得：,North China Electric Power University,通信电子电路 第2章无线收发机系统,二、噪声温度,适用于低噪声系统 定义：设线性系统内部附加噪声在输出端产生的噪声功率为 ，将 折算到系统输入端为 ，把 想象成由信号源内阻 在温度从 升高到 而产生的。,则,将上式代入式噪声因数F式得,North China Electric Power University,通信电子电路 第2章无线

17、收发机系统,或,注意： 与 都可以表征放大器内部噪声的大小，两种表示没有本质的区别,North China Electric Power University,通信电子电路 第2章无线收发机系统,2.2.3 多级系统的噪声系数,两级放大器噪声系数的等效电路,图中， 和 分别为第一级放大器和第二级放大器的内部噪声功率,两级系统的噪声系数推导：,North China Electric Power University,通信电子电路 第2章无线收发机系统,由三部分组成,由F表达式得：,设电路匹配，则：,North China Electric Power University,通信电子电路 第2章

18、无线收发机系统,可得：,推广到n级系统：,结论：多级放大器中，总噪声系数主要取决于前一、二级,North China Electric Power University,通信电子电路 第2章无线收发机系统,【课堂练习】某接收机由高放、混频、中放三级电路级联组成。已知混频器的功率增益Gp2=0.2，噪声系数NF2=10dB，中放噪声系数NF3=6dB ，高放噪声系数NF1=3dB 。如果要求加入高放后使整个接收机总噪声系数降低为加入前的1/10，则高放的功率增益GP1应为多少？ 结论：第一级采用低噪声高增益电路是极其重要的。,North China Electric Power Universi

19、ty,通信电子电路 第2章无线收发机系统,2.2.4 接收机的灵敏度,灵敏度常用接收输入信号最低电压幅值 表示,当天线和接收机输入端阻抗匹配时，设 为天线等效阻抗（单位 ），则接收机输入端的额定信号功率和额定噪声功率分别为,North China Electric Power University,通信电子电路 第2章无线收发机系统,接收机输入信噪比为：,若设输出端信噪比为D，即 ，则噪声因数为,则：,North China Electric Power University,通信电子电路 第2章无线收发机系统,取 ：,当 ， ， 已知时，F越大，灵敏度越差 采用低噪声器件和电路可提高灵敏度

20、高的灵敏度又将使接收机输出信噪比降低,North China Electric Power University,通信电子电路 第2章无线收发机系统,2.2.5 减小噪声系数的方法,（1）合理选择晶体管及其电路 （2）合理确定设备的通频带 （3）合理选择信号源内阻 （4）降低放大器的工作温度 （5）适当减小接收天线的馈线长度,North China Electric Power University,通信电子电路 第2章无线收发机系统,2.3 无线发射机系统,发射机的功能：调制、上变频、功率放大和滤波。,发射系统的组成部分： 基带信号处理电路、载波发生器、调制器、射频功率放大器和发射天线等五部分。,2.3.1 无线发射机的基本组成,North China Electric Power University,通信电子电路 第2章无线收发机系统,无线电发射机的基本组成框图,North China Electric Power University,通信电子电路 第2章无线收发机系统,（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）效率 （5）邻道功率 （6）寄生辐射 （7）调制特性,2.3.2 发射机的主要技术指标,North China Electric Powe