通信电子电路课件第2章

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NorthChinaElectricPowerUniversityNorthChinaElectricPowerUniversity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NorthChinaElectricPowerUniversity通信电子电路第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：①要求滤波器的品质因数Q值高；②要求有较大的线性动态范围；③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NorthChinaElectricPowerUniversity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455(465)ILSfffkk:0.530SfMMSfLf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NorthChinaElectricPowerUniversity超外差式接收机的核心是混频器部分。混频器的作用：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ILSfffILSfffILSfffILSfffNorthChinaElectricPowerUniversity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）在较低的固定中频上解调或A/D变换也相对容易。NorthChinaElectricPowerUniversity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NorthChinaElectricPowerUniversity2.1.2混频器的干扰通信电子电路第2章无线收发机系统混频器（非线性器件）vi12vv设为射频输入，为本振输入12vvv2cosLLvvt230123iaavavav……1cosSSvvt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。NorthChinaElectricPowerUniversity通信电子电路第2章无线收发机系统01(coscos)SSLLiaavtvt则22(coscos)SSLLavtvt011coscosSSLLaavtavt22222221/2()1/2cos21/2cos2SLSSLLavvavtavt2[cos()cos()]SLLSLSavvtt……33()a……NorthChinaElectricPowerUniversity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：ωLωS•和频与差频：ωL+ωSωL-ωS•输入频率的谐波：2ωL2ωS3ωL3ωS…•组合频率：2ωL+ωS2ωL-ωS•3ωL+ωS3ωL-ωS…….NorthChinaElectricPowerUniversity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）中频干扰（3）镜像干扰NorthChinaElectricPowerUniversity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±pfL±qfs≈fI，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NorthChinaElectricPowerUniversity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=931KHz，则相应的本振频率fL=fs+fI=1396KHz，混频器非线性器件产生的组合频率中，当p=-1，q=2时，得组合频率-fL+2fs=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。NorthChinaElectricPowerUniversity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出。NorthChinaElectricPowerUniversity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。nf形成寄生通道干扰的条件：LnILnIpfqffpfqff式中，p、q为正整数，一般取p、q值较小时的干扰分量NorthChinaElectricPowerUniversity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NorthChinaElectricPowerUniversity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0p1qnIff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ffo=fsfn=fI（a）提高选择性（b）加中频限波器NorthChinaElectricPowerUniversity通信电子电路第2章无线收发机系统2、镜像干扰取、得1p1q2nSIfffIfIfSfLfnff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nfSfLf镜像干扰频率关系NorthChinaElectricPowerUniversity通信电子电路第2章无线收发机系统抑制镜像干扰的措施：提高中频ffo=fsfnfLfIfI抑制镜像干扰的措施NorthChinaElectricPowerUniversity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NorthChinaElectricPowerUniversity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频带选择滤波器低噪声放大器镜像抑制滤波器信道选择滤波器Ⅰ信道选择滤波器ⅡⅡ中频放大器ABCDⅠ混频Ⅱ混频EFGH1L2LⅠ中频放大器INorthChinaElectricPowerUniversity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频率合成器发天线双工器LNA1881MHz926MHzLNA2Ⅰ混频45MHz晶体滤波器Ⅱ混频44.545MHz45kHz陶瓷滤波器陶瓷滤波器450kHz中放限幅载波检测音频/数据NorthChinaElectricPowerUniversity2.2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NorthChinaElectricPowerUniversity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NorthChinaElectricPowerUniversity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：()4ISfkTR()4USfkTRNorthChinaElectricPowerUniversity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：24nUkTRf噪声电压、噪声电流的均方值分别为：2()4nUUSffkTRf2()4nIISffkTfR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。k231.3810/JK()273TKTCffNorthChinaElectricPowerUniversity通信电子电路第2章无线收发机系统电阻热噪声等效电路：RR（理想电阻）2nIR（理想电阻）2nU（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：1R2R1R2R21nU22nU12RR（理想电阻）2212nnUU2R1R21nI1R2R22nI（理想电阻）2212nnII12//RRNorthChinaElectricPowerUniversity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24nAAUkTRf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。ATNorthChinaElectricPowerUniversity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NorthChinaElectricPowerUniversity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NorthChinaElectricPowerUniversity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。iiSNooSNAC线性四端网络，，SRLRSUANPGfoNoSiNiS线性四端网络NorthChinaElectricPowerUniversity噪声因数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ooiiNSNSF//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FdBNFlg10)(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=1NorthChinaElectricPowerUniversity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：PoiGSSiiioooooiPiSNSNNFSNSNGNoPiANGNN的组成：1、经系统放大后得到为2、系统本身产生为oNiNPiGNANNorthChinaElectricPowerUniv