電子系統(tǒng)RF與天線PPT電子課件教案-第二章信道機(jī).ppt

第二章 信道機(jī),引言：,信道機(jī)傳統(tǒng)上的定義為“信源”到“信宿”之間的電子設(shè)備，隨著電子技術(shù)尤其是數(shù)字處理技術(shù)的發(fā)展，又進(jìn)一步分為了調(diào)制信道機(jī)和編碼信道機(jī)，它們之間的關(guān)系如下：,信道機(jī)是任何一個(gè)通信系統(tǒng)所必不可少的組成部分，它直接影響到系統(tǒng)的總特性，因此對(duì)信道機(jī)特性的研究是對(duì)通信系統(tǒng)研究的基礎(chǔ)。,引言,到目前為止，由于調(diào)制/解調(diào)器(modem)基本上都可以利用數(shù)字電路完成，因此，本課程將主要討論調(diào)制信道機(jī)。,2.1 信道機(jī)的主要功能,一、微弱信號(hào)的低噪聲放大,因?yàn)槲⑷跣盘?hào)易受噪聲干擾，所以對(duì)微弱信號(hào)進(jìn)行低噪聲放大是信道機(jī)中需要完成的基本重要工作。,調(diào)制器輸出信號(hào)通常較小需要放大,天線接收輸入信號(hào)通常很?。尚〉絭量級(jí)） 更需要放大,變頻器輸出信號(hào)通常較小需要放大,一、微弱信號(hào)的低噪聲放大,對(duì)小信號(hào)進(jìn)行放大的過程中需要特別加以關(guān)注的是如何做到低附加 （新引入 ?。┰肼?，這對(duì)于接收前端而言即意味著接收靈敏度的大小。,如前面我們介紹過的，對(duì)任何電路都有nf0，而我們要做的是如何使nf盡可能的?。ūM可能接近于0）。,二、實(shí)現(xiàn)信號(hào)的頻譜搬移,對(duì)發(fā)信機(jī)而言，調(diào)制器的輸出信號(hào)的頻率一般較低（便于調(diào)制器集成化），可能與實(shí)際通信所用的頻率不同，因此需要將信號(hào)頻譜搬移到實(shí)際信道。,對(duì)收信機(jī)而言，天空中充滿著各種各樣頻率的無線電信號(hào)，而我們需要將有用信號(hào)接收下來，并作相應(yīng)的頻譜搬移以供解調(diào)器（工作頻率通常也較低）解調(diào)出基帶信號(hào)。,二、實(shí)現(xiàn)信號(hào)的頻譜搬移,頻譜搬移既是在通信系統(tǒng)中我們主動(dòng)要做的工作之一,也是實(shí)際電路中不自覺（不需要時(shí)）也會(huì)發(fā)生的現(xiàn)象之一！,而這種不自覺中發(fā)生的現(xiàn)象往往是十分有害的！,二、實(shí)現(xiàn)信號(hào)的頻譜搬移,做方案設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡可能避免后者的影響！,產(chǎn)生上有害現(xiàn)象的原因既有電路特性上我們需要的非線性（如混頻器）,更需小心提防的是-我們不需要的非線性（如放大器發(fā)生飽和現(xiàn)象）,二、實(shí)現(xiàn)信號(hào)的頻譜搬移,例：某測試信號(hào)發(fā)生器要求產(chǎn)生四路（1.2ghz, 3.2ghz, 5.7ghz, 9.1ghz）的1khz窄脈沖調(diào)制（1s脈寬）信號(hào)，要求同一端口輸出，每路功率均大于10dbm，非諧波雜散小于-60dbc 。,設(shè)計(jì)指導(dǎo)思想：分別用四個(gè)鎖相環(huán)產(chǎn)生所需要的四個(gè)頻率點(diǎn)，再經(jīng)放大濾波，功率合成，調(diào)制輸出。盡量用集成電路。,第一次實(shí)現(xiàn)原理方框圖如下：,頻譜搬移例,頻譜搬移例（改進(jìn)方案）,二、實(shí)現(xiàn)信號(hào)的頻譜搬移,上例告訴我們，在作實(shí)際電路設(shè)計(jì)時(shí)，必須注意：線性是相對(duì)的，非線性是絕對(duì)的！,現(xiàn)代通信系統(tǒng)中，無論是收還是發(fā)的頻譜搬移，大都采用固定中頻處理方式。,有采用一個(gè)中頻的，也有采用兩個(gè)中頻的，這往往與實(shí)際的通信頻段有關(guān)（主要取決于相對(duì)覆蓋和系統(tǒng)靈敏度要求）。,二、實(shí)現(xiàn)信號(hào)的頻譜搬移,對(duì)于發(fā)端，因發(fā)射信號(hào)功率較大，在將調(diào)制信號(hào)（頻率）變換至通信頻道的過程中，除了不能在信號(hào)帶寬之內(nèi)產(chǎn)生新的寄生分量之外，也不能產(chǎn)生足以對(duì)其他頻段或信道產(chǎn)生干擾影響的寄生分量。,對(duì)于收端，在將實(shí)際電波頻率搬移到中頻的過程中需要特別注意的是不能在信號(hào)的帶寬內(nèi)產(chǎn)生新的寄生分量。,二、實(shí)現(xiàn)信號(hào)的頻譜搬移,在作頻譜搬移設(shè)計(jì)和作信號(hào)產(chǎn)生電路設(shè)計(jì)時(shí)，我們必須牢記：,對(duì)頻譜起肅凈作用的射頻濾波器也主要應(yīng)用于系統(tǒng)的頻譜搬移部分。,產(chǎn)生所需要的頻率成分相對(duì)容易,這是本門課程的重點(diǎn)內(nèi)容之一。,而抑制不需要的頻率成分很難！,三、輸出足夠大的功率,這個(gè)要求主要難在它有兩方面的要求。,1.對(duì)射頻信號(hào)應(yīng)做足夠的（線性）功率放大。它包含兩層要求：,a、放大量（功率增益）和輸出功率應(yīng)該足夠大，尤其是后者。,b、信號(hào)通帶內(nèi)的放大應(yīng)是線性的（有時(shí)如此）。,三、輸出足夠大的功率,如果說用分立元件完成的電路在現(xiàn)代通信系統(tǒng)中愈來愈少的話，那么這一部分現(xiàn)在基本上都是用分立元件（或管芯）設(shè)計(jì)完成的。,2.功率放大器應(yīng)與天線相匹配，且天線要有足夠大的轉(zhuǎn)換效率以盡量將功率發(fā)射到空間中去。,四、對(duì)載波進(jìn)行各種調(diào)制與解調(diào),這是為了通信的需要而進(jìn)行的，目前這部分的數(shù)字化或集成化程度愈來愈高，但仍有不少方式的調(diào)制/解調(diào)需要用模擬分立元件電路來完成，或者需要模擬電路的配合才能完成。,需要指出的是： 到目前為止，實(shí)際通信系統(tǒng)的調(diào)制/解調(diào)基本上都是在較低的頻率上（基于數(shù)字電路）完成的。,2.2 信道機(jī)的主要電參數(shù),1.工作頻率范圍主要指發(fā)射電波頻率范圍 。,2.信道間隔取決于基帶信號(hào)的帶寬，一般情況應(yīng)大于它。,3.中頻帶寬通信實(shí)際能傳輸?shù)男盘?hào)的信息帶寬往往取決于系統(tǒng)的中頻帶寬，它也決定了系統(tǒng)能傳輸?shù)淖畲笮畔⑷萘浚ㄏ戕r(nóng)公式）。,2.2 信道機(jī)的主要電參數(shù),4.系統(tǒng)增益，g系統(tǒng)對(duì)（微弱）信號(hào)的放大能力因?yàn)閷?shí)際系統(tǒng)通常由多級(jí)子系統(tǒng)級(jí)聯(lián)而成,系統(tǒng)增益的絕對(duì)值對(duì)實(shí)際通信系統(tǒng)來講意義通常不大！,因?yàn)閷?shí)際系統(tǒng)中往往有agc電路，所以我們通常更關(guān)心最前面12級(jí)的增益和最后一級(jí)的輸出功率（或幅度）。,2.2 信道機(jī)的主要電參數(shù),5.噪聲系數(shù)f,nf 在第一章我們已經(jīng)給出了f,nf的定義（單級(jí)電路），在多級(jí)級(jí)聯(lián)的情況下我們還需考慮到每級(jí)電路的增益的影響。 n個(gè)帶噪電路級(jí)聯(lián)后，總的噪聲因數(shù),上式中：f1,f2,fn為各級(jí)的噪聲因數(shù) g1,g2,gn-1為各級(jí)功率增益,例：如下三級(jí)級(jí)聯(lián)電路,我們來計(jì)算總的噪聲系數(shù),先做轉(zhuǎn)換,例：三級(jí)級(jí)聯(lián)電路,由上例可以看到，系統(tǒng)總的噪聲系數(shù)主要取決于級(jí)聯(lián)電路的前級(jí)，當(dāng)前級(jí)的增益愈高，則后級(jí)的影響愈小。因此，低噪聲的關(guān)鍵在于最前面一級(jí)的設(shè)計(jì)。,2.2 信道機(jī)的主要電參數(shù),6.接收靈敏度,靈敏度是表征接收機(jī)檢測出被接收信號(hào)能力的指標(biāo)。靈敏度的定義有許多，主要取決于應(yīng)用場合。,如：虛警率雷達(dá),誤比特率數(shù)據(jù)傳送,檢測概率測量、雷達(dá),輸出信噪比通信 等等,6.接收靈敏度,對(duì)無線通信系統(tǒng)，比較多地采用下定義:,上式中：s -靈敏度 單位dbm (噪底) -174dbm-室溫條件每赫帶寬的熱噪聲功率。 bw1 -中頻帶寬，單位赫茲。 ksn -是檢波信號(hào)要求的(s+n)/n，單位db km-調(diào)制方式對(duì)應(yīng)的修正系數(shù)，單位db,6.接收靈敏度,從上公式可以看到，該定義實(shí)質(zhì)上就是通信系統(tǒng)的噪聲本底，只要信號(hào)大于它，就能接收到。減小nf和中頻帶寬可以提高系統(tǒng)靈敏度。,另一種工程上常用的接收機(jī)靈敏度定義是通過測量接收機(jī)輸入信號(hào)電壓幅值來確定的。這個(gè)幅值定義為產(chǎn)生比接受機(jī)噪聲本底值大要求數(shù)值的解調(diào)輸出所必需的輸入信號(hào)電壓幅值ea(v),6.接收靈敏度,例如 :靈敏度1uv（信噪比為10db）的收音機(jī)。說明天線上收到1uv信號(hào)時(shí)，人們將聽到高出內(nèi)部噪聲10db的輸出信號(hào)。,接收機(jī)噪聲系數(shù)nf與ea的關(guān)系,設(shè)天線和接收機(jī)輸入阻抗匹配，等效阻抗為ra，則接收機(jī)輸入端的信號(hào)功率和噪聲功率分別為:,6.接收靈敏度,上式中：k 波爾茲曼常數(shù),1.38 x 10-23 j/k t 天線有效溫度 常溫=290k bn 接收機(jī)噪聲帶寬，一般可用bw1代替。,于是輸入信噪比為:,設(shè)輸出信噪比要求為d,則系統(tǒng)噪聲因數(shù)為：,6.接收靈敏度,從而,取,若bn的單位為khz,6.接收靈敏度,由上公式我們既可以由接受機(jī)的噪聲系數(shù)nf算出接受機(jī)的靈敏度，也可由靈敏度ea的要求算出對(duì)接受機(jī)噪聲系數(shù)的設(shè)計(jì)要求。,由公式我們還可以看到，接受機(jī)靈敏度ea，輸出信噪比要求d，系統(tǒng)等效帶寬bn，噪聲因素f相互制約。要想提高接收靈敏度必須采取強(qiáng)有力的降低噪聲系數(shù)的措施。例如大量采用低噪器件與電路。,6.接收靈敏度,事實(shí)上，這里的靈敏度分析還僅考慮了接收機(jī)的內(nèi)部噪聲，天空中還存在如天電、工業(yè)干擾等其他電信號(hào)的干擾，靈敏度愈高，上述外部干擾的影響也勢必愈大（愈容易收到干擾信號(hào)）。,另外，靈敏度愈高，增益要求愈高，內(nèi)部噪聲的影響也愈大。,6.接收靈敏度,例 設(shè)內(nèi)部噪聲折算到接收機(jī)輸入端為0.1v，若檢波要求輸出信號(hào)電壓為1v。,輸出信噪比為,當(dāng)系統(tǒng)增益為107時(shí) vimin=0.1 v,輸出信噪比為,當(dāng)系統(tǒng)增益為106時(shí)，最小能檢波的輸入信號(hào)電平為vimin=1 v，此時(shí),2.2 信道機(jī)的主要電參數(shù),例 短波ssb接收機(jī)典型值 nf=710db bw1=3khz ra=50 ea=1.11.6uv,由此可見系統(tǒng)增益并非愈高愈好！,7.發(fā)射機(jī)的輸出（線性）功率,指發(fā)射機(jī)對(duì)射頻信號(hào)放大后所能達(dá)到的最大功率。,對(duì)于非恒包絡(luò)調(diào)制的通信系統(tǒng)，一般指最大線性輸出功率，超過這一功率將產(chǎn)生影響通信的非線性失真。,對(duì)于恒包絡(luò)調(diào)制的通信系統(tǒng)，上述要求有所放松！,8其他,（1）互調(diào)失真 其他頻道電臺(tái)信號(hào)等引起的接收失真。主要取決于接收機(jī)輸入選頻電路以及中頻選取等。,（2）輸出雜散 指發(fā)信機(jī)輸出的除有用信號(hào)之外的固定信號(hào)，它會(huì)干擾其他通信系統(tǒng)的正常工作。這里主要指諧波與非諧波雜散。,8其他,各重通信體制和頻段對(duì)雜散均有具體的要求，可參閱相關(guān)資料。,例如 二級(jí)ssb電臺(tái) 頻偏 3-100khz 100khz -70dbc,2.3 信道機(jī)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu),2.3.1 接收機(jī)的構(gòu)成,對(duì)于信道機(jī)來講，接收和發(fā)送的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)是有所不同的。因此我們下面將分開介紹。,一、構(gòu)成與功能,2.3.1 接收機(jī)的構(gòu)成,接收機(jī)的目標(biāo)是盡可能大的接收有用信號(hào)，抑制干擾信號(hào)，進(jìn)行足以解調(diào)的放大，以及可能要求的基帶信號(hào)放大。,1因此，在天線的輸出端必須緊接一預(yù)選濾波器，傳統(tǒng)的預(yù)選濾波器為采用波段切換開關(guān)的lc濾波器，為了更好的抑制由天線進(jìn)入的帶外干擾和噪聲，后來大都采用電子開關(guān)切換的半倍頻程帶寬的貝塞爾函數(shù)帶通濾波器。,一、構(gòu)成與功能,例如：短波通信頻段（2-30mhz）通常就被分為8個(gè)段。 2-3mhz 3-4mhz 4-6mhz 6-8mhz 8-12mhz 12-16mhz 16-24mhz 24-30mhz,就濾波器的具體實(shí)現(xiàn)，現(xiàn)在已從早期的lrc網(wǎng)絡(luò)發(fā)展到了今天普遍采用的陶瓷濾波器和聲表面濾波器（saw）,一、構(gòu)成與功能,采用陶瓷濾波器或saw時(shí)，短波頻段已實(shí)現(xiàn)只須劃分為2-3段（因?yàn)闉V波器的矩形系數(shù)好！）,900mhz頻段的gsm移動(dòng)通信設(shè)備的預(yù)選濾波器只需一片saw（相對(duì)覆蓋?。?射頻(rf)濾波器的波段劃分的主要依據(jù)就是信號(hào)頻率變化的相對(duì)覆蓋！,一、構(gòu)成與功能,2、前置高放-前置低噪聲射頻(rf)放大器(lna) 這是接收機(jī)中技術(shù)要求最高的放大器。, 足夠的工作帶寬： 短波通信機(jī)要求2-30mhz以上。 900mhz頻段要求1ghz以上。, 足夠大的動(dòng)態(tài)范圍： 短波ssb電臺(tái) 60db,一、構(gòu)成與功能, 盡可能低的噪聲系數(shù)： 一般lna的噪聲系數(shù)要求 nf3db, 增益不能太大： 保證線性，減小互調(diào)失真。 一般 g 10db,因?yàn)閘na增益要求不高，隨著高增益有源混頻（器件）技術(shù)的發(fā)展，lna有被省去的趨勢。,一、構(gòu)成與功能,目前l(fā)na有大量的集成（芯片）電路可供系統(tǒng)設(shè)計(jì)師選擇。,例如：用于900mhz頻段的gsm lna gc87（motorola生產(chǎn)） 用于1.9ghz頻段的max2422等,3混頻器 混頻器的主要功能是作頻譜搬移，它屬于非線性器件。它的特性我們后面再介紹。,一、構(gòu)成與功能,4中頻濾波器 ipf 主要選用矩形系數(shù)較好的濾波器（目標(biāo)是濾除信號(hào)帶寬之外的干擾，提高信噪比），以前多為晶體濾波器，現(xiàn)在較多采用陶瓷濾波器和saw。,5中頻放大器 ifa 主要功能是為接收機(jī)提供足夠的增益。,6解調(diào) 解調(diào)出基帶信號(hào),7低放 主要針對(duì)音頻基帶信號(hào),二改進(jìn)與發(fā)展趨勢,1、自動(dòng)增益控制（agc）電路的應(yīng)用,大動(dòng)態(tài)范圍應(yīng)用所必需！,二改進(jìn)與發(fā)展趨勢,2自動(dòng)頻率控制（afc）電路的應(yīng)用,主要目的是盡可能的減小中頻帶寬。現(xiàn)在更多為瑣相環(huán)(pll)所取代！,二改進(jìn)與發(fā)展趨勢,3集成化 變頻中放+解調(diào),二改進(jìn)與發(fā)展趨勢,4采用二級(jí)中頻 提高接收靈敏度，減少互調(diào)失真,二改進(jìn)與發(fā)展趨勢,5零中頻接收機(jī),二改進(jìn)與發(fā)展趨勢,6寬帶中頻接收機(jī),二改進(jìn)與發(fā)展趨勢,7數(shù)字中頻接收機(jī),是為所謂“軟件無線電”,2.3.2發(fā)信機(jī)的構(gòu)成,一、構(gòu)成與功能 1.傳統(tǒng)結(jié)構(gòu),射頻直接調(diào)制發(fā)射系統(tǒng),難以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜調(diào)制,一、構(gòu)成與功能,2.改進(jìn)型結(jié)構(gòu),間接調(diào)制發(fā)射系統(tǒng),上述系統(tǒng)與收信機(jī)的主要區(qū)別在于功放、天線匹配的網(wǎng)絡(luò),一、構(gòu)成與功能,3.數(shù)字通信發(fā)射系統(tǒng),數(shù)字通信發(fā)射系統(tǒng),二特點(diǎn),從上述系統(tǒng)框圖我們可以看到，就功能而言，發(fā)射系統(tǒng)與接收系統(tǒng)的相比，主要新增功能電路只有射頻功率放大器和匹配網(wǎng)絡(luò)。,1射頻功率放大器,射頻功率放大器是對(duì)輸出功率、激勵(lì)電平、功耗、失真、效率、尺寸和重量等問題作綜合設(shè)計(jì)的電子電路，其核心是功率晶體管。,功率晶體管的主要要求,對(duì)功率晶體管的主要要求有：,工作頻率,擊穿電壓,最大（集電極）電流,最大管耗。,為了輸出大功率，往往由2-4級(jí)的功率放大器組成射頻功率放大器。,二功放特點(diǎn),射頻功率放大器各級(jí)的工作狀態(tài)通常不同：末級(jí)輸出即為系統(tǒng)輸出功率： 末級(jí)之前的一般稱為激勵(lì)級(jí)，負(fù)責(zé)提供足夠高的激勵(lì)電平。,射頻功率放大器的工作狀態(tài)劃分與低頻功率放大器相同，主要依據(jù)導(dǎo)通角以及是否工作于開關(guān)工作狀態(tài)。具體大致可分為5類：,二特點(diǎn),a（甲）類：=1800 為線性放大器，可適用于任何種類的信號(hào)，但功率轉(zhuǎn)換效率最低！,b（乙） 類：=/2（900） 也是線性放大器，通常以推挽對(duì)管方式工作。可適用于任何種類的信號(hào)，功率轉(zhuǎn)換效率比a類稍高。 實(shí)際上為克服交越失真，更多工作于ab類（ /2),二功放特點(diǎn),c（丙）類： /2 因此類功放需后接濾波器進(jìn)行選頻，故僅適用于窄帶信號(hào)（便于濾波），一般應(yīng)為恒包絡(luò)調(diào)制信號(hào)，效率與導(dǎo)通角成反比。,d（?。╊悾?開關(guān)型 雙管工作于開關(guān)工作狀態(tài)，對(duì)信號(hào)電流與電壓實(shí)行錯(cuò)峰以提高效率！恒包絡(luò)調(diào)制信號(hào)，效率較高。,二功放特點(diǎn),e（戊）類： 開關(guān)型，單管開關(guān)放大器 較少投入實(shí)用,綜上所述，實(shí)際系統(tǒng)中可采用何種工作狀態(tài)的射頻功率放大器，與信號(hào)的調(diào)制方式有關(guān)。,如，am信號(hào)，最好用線性（a類）功放 fm信號(hào)，可以用非線性功放 不怕幅度失真。,ssb信號(hào)應(yīng)采用何種功放？,二功放特點(diǎn),另外，當(dāng)一個(gè)功效放大器不能滿足所需功率輸出時(shí)，可利用功率合成技術(shù)將多個(gè)功率放大器的輸出合成在一起以得到滿足要求的功率輸出。,vhf以下頻段的功率合成通常是利用基于傳輸線變壓器的魔t網(wǎng)絡(luò)來實(shí)現(xiàn)的。,微波毫米波頻段的功率合成通常是利用平衡電橋來實(shí)現(xiàn)的。,后面將做進(jìn)一步介紹。,二匹配網(wǎng)絡(luò),2匹配網(wǎng)絡(luò),損耗要小，即匹配網(wǎng)絡(luò)傳輸效率要盡可能高。,主要要求：,實(shí)現(xiàn)將負(fù)載阻抗變換為功效管所要求的匹配負(fù)載阻抗，保證功率輸出。,更濾除不需要的諧波分量，使負(fù)載獲得所需頻率上盡可能大的功率。,二匹配網(wǎng)絡(luò),因此，結(jié)合上述要求， rfpa后接的匹配網(wǎng)絡(luò)通常采用濾波器形式。故除了具有阻抗匹配功能之外，也有一定的選頻作用。,后面將做進(jìn)一步介紹。,2.3.3 信道機(jī)設(shè)計(jì)實(shí)例,進(jìn)入20世紀(jì)90年代以來，無限局域網(wǎng)（wlan）以其便攜性、可移動(dòng)性、建網(wǎng)迅速而得到愈來愈多的重視。,下面介紹一種符合ieee802.11協(xié)議，基于直擴(kuò)技術(shù)的wlan微波射頻信道機(jī)方案。,1997年ieee推出了相應(yīng)的wlan標(biāo)準(zhǔn)，即ieee802.11協(xié)議。后來又推出了ieee 802.15等協(xié)議。,一、總體指標(biāo)要求,1數(shù)據(jù)率： 1mbps dbpsk 差分二進(jìn)相移鍵控 2mbps dqpsk 差分四相（正交）相移鍵控 2射頻范圍：2412-2484mhz 4中頻帶寬：22mhz 5誤碼率：10-5 6處理增益：g10db 7接受靈敏度：-90dbm 8工作方式：半雙工 hdx,二接收指標(biāo),1靈敏度： -93dbm 1mbps -90dbm 2mbps 2三階交調(diào)：-17dbm 3鏡像抑制：65db 4中頻抑制：80db 5鄰道抑制：35db 6輸出信噪比：0db,三發(fā)射指標(biāo),1輸出功率： +10dbm 2增益： 25db （中頻） 3evm： 35% （失真度）,四、信道機(jī)設(shè)計(jì)框圖,2.4ghz wlan信道機(jī)框圖,四、信道機(jī)設(shè)計(jì)框圖,工作過程：,1.接收時(shí)：信號(hào)先經(jīng)過二極點(diǎn)介質(zhì)rfp以濾除帶外噪聲，并提供初步鏡像抑制，然后由lna作20db放大，bfp1進(jìn)一步抑制鏡像與雜波，通過混頻器與本振lo1混頻得到中頻280mhz，saw bfp2濾出中頻信號(hào)。抑制鄰道與雜波干擾，中放為兩級(jí)級(jí)聯(lián)限幅放大器，增益84db，放大器輸出信噪比0db。然后作正交調(diào)解。,四、信道機(jī)設(shè)計(jì)框圖,2.發(fā)射時(shí)：加擴(kuò)i/q信號(hào)以11mhz速率送入，先經(jīng)lfp整形（抑制旁瓣），然后作正交調(diào)制，i/q合成后由saw bfp3、 bfp4濾除雜波，上變頻（與lo2）至2440mhz，bfp3選出射頻信號(hào)并抑制混頻載漏，然后進(jìn)行功率放大（20db），最后經(jīng)天線發(fā)射。,思考題四,有一種較新的收/發(fā)系統(tǒng)方案，以收信機(jī)為例，其方框圖如下圖所示。它可以單本振完成二次變頻，從而在兼具二次變頻系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)又降低了變頻本振的實(shí)現(xiàn)難度。試分析新方案中對(duì)本振、一中頻濾波器要求的變化，以及n的選取原則？,2.4 信道機(jī)噪聲分析,這里所指的噪聲為電噪聲，它定義為落入信號(hào)通帶中的任何不需要的電能。,對(duì)信道機(jī)而言，噪聲的分類方法主要有兩種：,一種是將噪聲分為外部噪聲和內(nèi)部噪聲。 另一種是將噪聲分為相關(guān)噪聲和不（非）相關(guān)噪聲。,2.4 信道機(jī)噪聲分析,而相關(guān)噪聲對(duì)系統(tǒng)的影響則與系統(tǒng)乃至電路的設(shè)計(jì)有很大的關(guān)系。這是我們要注重加以討論的問題。,一般說來，外部噪聲與非相關(guān)噪聲的大小，設(shè)計(jì)者不易控制，大致只能采取躲避（變換頻道）和提高信號(hào)強(qiáng)度兩種方法。,2.4.1 非相關(guān)噪聲,總的來說，非相關(guān)噪聲大致可以認(rèn)為是“加性”噪聲。非相關(guān)噪聲的來源有很多：,1.大氣噪聲 主要為大氣中靜電變化引起，呈現(xiàn)寬頻帶特性，30mhz以上通信可以不考慮之。,2.宇宙噪聲 太陽黑子活動(dòng) 大約11年一次爆發(fā) 外星系影響 不規(guī)則,2.4.1 非相關(guān)噪聲,3.人為噪聲 -人類活動(dòng)引起的干擾。如工業(yè)機(jī)器干擾，其他電臺(tái)干擾。這是在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)要加以注意的噪聲源。,4.器件噪聲（以晶體管為主） 散粒噪聲 渡越（時(shí)間）噪聲 與信號(hào)共振時(shí)會(huì)顯著增大 熱噪聲 布朗運(yùn)動(dòng),2.4.1 非相關(guān)噪聲,一般情況設(shè)計(jì)時(shí)主要考慮熱噪聲的影響,熱噪聲功率（j.b.johnson 證明）： n=ktb,噪聲電壓：考慮最壞情況和最大噪聲功率傳送。,2.4.1 非相關(guān)噪聲,由上可見，ri越大，其熱噪聲輸出電壓也越大！這是rf （端口）阻抗一般要求50匹配的原因之一。,對(duì)電路或部件的噪聲特性更多用下前面介紹過的參數(shù)來描述： 噪聲系數(shù)：f，nf,還有一種描述參數(shù)：等效噪聲溫度te 這是一個(gè)不能直接測量的假設(shè)值。它類似于噪聲系數(shù)。,2.4.1 非相關(guān)噪聲,等效噪聲溫度te主要用于低噪聲、復(fù)雜度很高的vhf、uhf頻段微波與衛(wèi)星接收機(jī)中作為一個(gè)靈敏度指標(biāo)。,定義：te =t（f-1） 由上定義可見te 愈低，表明接收機(jī)質(zhì)量愈好。,nf=1db te =75k （t=290k 室溫）,nf=1.1db te =83.6k （t=290k ）,通信接收機(jī)典型值范圍：20k-1000k,2.4.2 相關(guān)噪聲,定義：與信號(hào)相關(guān)（互相關(guān)）的噪聲。 亦即沒有輸入信號(hào)時(shí)就不會(huì)有的噪聲。,相關(guān)噪聲的主要來源有兩種可能：,一種是因電路非線性而產(chǎn)生的諧波失真和互調(diào)失真,另一種是電磁兼容性設(shè)計(jì)不當(dāng)而導(dǎo)致的電磁干擾（emi）。,一、非線性相關(guān)噪聲,非線性在信道機(jī)設(shè)計(jì)中既有主動(dòng)的，也有被動(dòng)的。兩者在設(shè)計(jì)中都需要加以仔細(xì)的考慮。,1.被動(dòng)情況,通常,這種情況的發(fā)生原因主要就是信號(hào)幅度超過了電路的線性范圍而處于非線性工作狀態(tài)。,要想信噪比大或本級(jí)（本地）噪聲的影響小，就希望信號(hào)越大越好!,一、非線性相關(guān)噪聲,然而信號(hào)太大又可能導(dǎo)致非線性失真! 因此，實(shí)際設(shè)計(jì)中應(yīng)小心謹(jǐn)慎。,在實(shí)際工程系統(tǒng)中,這種情況的一個(gè)行之有效的解決方案就是引入agc電路以控制大動(dòng)態(tài)輸入信號(hào)的幅度。,2.主動(dòng)情況,在信道機(jī)中更多的情況是需要采用非線性器件或作非線性處理。例如:,有些什么處理是非線性？,一、非線性相關(guān)噪聲,混頻器,限幅器,整形器,采樣器,信號(hào)經(jīng)過非線性器件處理后會(huì)產(chǎn)生非常豐富的頻率成分!,因此，在該器件（電路）的前面或后面常需要作濾波處理，而rf濾波器也主要用在這些地方。,一、非線性相關(guān)噪聲,3、諧波失真-這是很常見的失真,定義：信號(hào)經(jīng)非線性放大（混頻）后產(chǎn)生的不需要的信號(hào)諧波，一般用諧波失真比描述：,（總的諧波失真百分比）,其中：v0= 基波有效電壓,各次諧波有效電壓的平方和開方。,一、非線性相關(guān)噪聲,4.鏡像干擾,對(duì)于混頻（器）而言，鏡像信號(hào)干擾是一定存在的。設(shè)：,這里的fim 即稱為輸入信號(hào)frf 的鏡像干擾頻率信號(hào)。,一、非線性相關(guān)噪聲,鏡像干擾信號(hào)經(jīng)混頻器后，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)與中頻頻率相同的干擾信號(hào)。它迭加在有用信號(hào)上，用濾波無法將其濾除，它的危害是很大的。,需要指出的是：無論單路混頻器做的怎么好，其鏡像干擾也是一定存在的！,因此，鏡像干擾的最佳抑制措施就是：阻止鏡像干擾信號(hào)進(jìn)入混頻/變頻，rpf濾波器的主要作用就是抑制鏡像干擾。,一、非線性相關(guān)噪聲,另外，由前式可知，fif越高，鏡像信號(hào)的頻率離欲選的frf越遠(yuǎn)，rpf越能更好的抑制它。因此，僅就鏡像干擾的抑制而言， fif越高越好！,電路對(duì)鏡像干擾的抑制能力一般用鏡像頻率抑制率（ifrr）來表征：,然而， fif越高，高增益、穩(wěn)定的ifa又越難做！,一、非線性相關(guān)噪聲,ifrr（db）=20lgifrr(db),另外，我們還可以推出， frf 越高，阻止鏡像信號(hào)進(jìn)入if越困難（抑制率越低，對(duì)同樣的q）,式中，=（fim /frf）-（frf /fim），q是預(yù)選濾波器品質(zhì)因素。,一、非線性相關(guān)噪聲,5.互調(diào)失真,對(duì)于大信號(hào)（非線性）放大器和混頻器，當(dāng)它的入端有兩個(gè)以上的信號(hào)時(shí)，一定會(huì)產(chǎn)生非常豐富的交叉分量，理論分析表明有：,上式中m、n為大于等于1的正整數(shù)，電路的模擬帶寬愈寬，則m、n可取的正整數(shù)值就愈大。,一、非線性相關(guān)噪聲,理論分析和實(shí)驗(yàn)證明了對(duì)信道機(jī)起主要影響作用的是三階和五階交調(diào)產(chǎn)物（針對(duì)中頻濾波器）。,以二次變頻接收機(jī)為例：,一、非線性相關(guān)噪聲,交調(diào)產(chǎn)物,低本振時(shí),三階交調(diào),一、非線性相關(guān)噪聲,五階交調(diào),高本振時(shí),三階交調(diào),一、非線性相關(guān)噪聲,五階交調(diào),上述交調(diào)產(chǎn)物是最有