接收機(jī)與發(fā)射機(jī)結(jié)構(gòu)實用教案

1、目 錄 6.1 接收機(jī) 6.1.1 接收機(jī)電路結(jié)構(gòu) 6.1.2 超外差式接收機(jī)的實現(xiàn) 6.1.3 接收機(jī)實際電路分析 6.2 發(fā)射機(jī) 6.2.1 發(fā)射機(jī)主要技術(shù)指標(biāo) 6.2.2 發(fā)射機(jī)結(jié)構(gòu) 6.2.3 射頻功率放大器 6.2.4 發(fā)射機(jī)的阻抗匹配(z kn p pi)網(wǎng)絡(luò) 6.2.5 發(fā)射機(jī)實際電路分析 6.2.6 自動增益控制與自動頻率控制 6.3 現(xiàn)代數(shù)字通信機(jī) 6.3.1 數(shù)字接收機(jī)結(jié)構(gòu) 6.3.2 數(shù)字發(fā)射機(jī)結(jié)構(gòu) 6.3.3 典型通信機(jī)組成 6.3.4 通信設(shè)備的小型化和通信電路的大規(guī)模集成 6.4 實訓(xùn)觀察通信機(jī)結(jié)構(gòu) 6.5 單元測試第1頁/共28頁第一頁，共29頁。 6.1 接收機(jī)

2、 接收無線電信號的設(shè)備叫做無線電接收機(jī)。 無線電接收機(jī)的任務(wù)就是從許多電臺信號與干擾信號中把需要的信號選出，進(jìn)行放大，解調(diào)變換成低頻信號（即原來的調(diào)制信號）以推動揚(yáng)聲器或其它(qt)終端設(shè)備。 接收機(jī)電性能的質(zhì)量指標(biāo)： 1靈敏度 2選擇性 3失真度 4波段覆蓋 5工作穩(wěn)定性返回第6單元目錄第2頁/共28頁第二頁，共29頁。6.1.1 接收機(jī)電路(dinl)結(jié)構(gòu)接收機(jī)電路結(jié)構(gòu)常用的有直接解調(diào)式、單次超外差式、二次變頻超外差式三種(sn zhn)。1直接解調(diào)式接收機(jī)直接解調(diào)式接收機(jī)結(jié)構(gòu)方框圖如圖6-2如示。2單次超外差式接收機(jī)單次超外差式接收機(jī)的結(jié)構(gòu)框圖如圖6-3所示。3二次變頻超外差式接收機(jī)經(jīng)過

3、兩次變頻的超外差式接收機(jī)叫二次變頻超外差接收機(jī)，其方框圖如圖6-4所示。返回第6單元目錄第3頁/共28頁第三頁，共29頁。6.1.2 超外差式接收機(jī)的實現(xiàn)(shxin)1單次變頻(bin pn)超外差式接收機(jī)的實現(xiàn)圖6-5為一實際的單次變頻(bin pn)超外差式接收機(jī)結(jié)構(gòu)。不論如何去調(diào)諧接收機(jī)，中頻是永遠(yuǎn)不變的。單次變頻(bin pn)超外差式接收機(jī)統(tǒng)調(diào)原理如圖6-6所示。2. 二次變頻(bin pn)超外差式接收機(jī)的實現(xiàn)這種接收機(jī)實現(xiàn)兩次變換頻率，如圖6-7所示。3.調(diào)頻接收機(jī)接收調(diào)頻信號的接收機(jī)叫調(diào)頻接收機(jī)，這種接收機(jī)通常都采用雙超外差式電路，如圖6-8所示。返回第6單元目錄第4頁/共2

4、8頁第四頁，共29頁。6.1.3 6.1.3 接收機(jī)實際(shj)(shj)電路分析 返回第6單元目錄圖6-9所示為一實際的二次變頻超外差式接收機(jī)，其接收頻段范圍2MHz30MHz。該設(shè)備中，一中頻(zhngpn)采用75MHz，第二中頻(zhngpn)工作在9MHz。 在2MHz30MHz之間的任一射頻信號，經(jīng)過天線進(jìn)入第一混頻器，通過第一本振減去信號得到75MHz中頻(zhngpn)。為了使第二本振可以在第二中頻(zhngpn)中進(jìn)行細(xì)調(diào)，第一中頻(zhngpn)最小帶寬應(yīng)為10kHz，從74.995MHz75.005MHz。第5頁/共28頁第五頁，共29頁。在無線通信中，通信發(fā)射機(jī)的作用

5、是產(chǎn)生一個功率足夠大的高頻振蕩送給發(fā)射天線，通過(tnggu)天線轉(zhuǎn)換成空間電磁波傳送到接收端。發(fā)射機(jī)基本模型如圖6-10所示。 6.2 6.2 發(fā)射機(jī)圖6-10 發(fā)射機(jī)基本模型天線載波振蕩器輸出放大器調(diào)制器低頻放大器返回第6單元目錄第6頁/共28頁第六頁，共29頁。6.2.1 6.2.1 發(fā)射機(jī)主要(zhyo)(zhyo)技術(shù)指標(biāo)從發(fā)射機(jī)的用途出發(fā)，對發(fā)射機(jī)有如下技術(shù)要求：（1）頻率穩(wěn)定，振蕩電路不受環(huán)境溫度，濕度的影響。以提高接收效果，并避免產(chǎn)生對鄰近信道信號的干擾。（2）輸出功率(gngl)足夠，信號失真小。（3）頻率占用寬度應(yīng)當(dāng)盡量狹窄，以提高頻帶的利用率。（4）寄生輻射應(yīng)低，以減小干

6、擾。為衡量發(fā)射機(jī)的優(yōu)劣，對發(fā)射機(jī)質(zhì)量提出了如下技術(shù)指標(biāo)：1.輸出功率(gngl)2頻率范圍與頻率間隔3頻率準(zhǔn)確度與頻率穩(wěn)定度4鄰道功率(gngl)5寄生輻射6調(diào)制特性返回第6單元目錄第7頁/共28頁第七頁，共29頁。6.2.2 6.2.2 發(fā)射機(jī)結(jié)構(gòu)(jigu) (jigu) 發(fā)射機(jī)電路結(jié)構(gòu)包括基帶電路（含信源）、調(diào)制電路、功放電路以及天線等部分。1射頻直接調(diào)制發(fā)射機(jī)圖6-11所示為射頻直接調(diào)制發(fā)射機(jī)框圖，這是個經(jīng)典(jngdin)的發(fā)射電路結(jié)構(gòu)，調(diào)制可以在功放管放大電路中實現(xiàn)。 2間接調(diào)制發(fā)射機(jī)圖6-12所示為間接調(diào)制發(fā)射機(jī)框圖。這種發(fā)射系統(tǒng)是隨集成IC技術(shù)的發(fā)展而產(chǎn)生的，目前在中頻放大器I

7、FA之前的所有功能塊已有ASIC產(chǎn)品；而RFLO和上變頻混頻電路也有ASlC產(chǎn)品。 返回第6單元目錄第8頁/共28頁第八頁，共29頁。6.2.3 6.2.3 射頻(sh pn)(sh pn)功率放大器 射頻功率放大器是發(fā)射機(jī)的關(guān)鍵部件之一，也是發(fā)射機(jī)中的易損部件。對功率晶體管的要求，主要是考慮擊穿電壓、最大集電極電流和最大管耗等參數(shù)。目前(mqin)手機(jī)及基站的發(fā)射功率一般在0.5W50W范圍。為提高效率，將放大器的工作狀態(tài)從A類(甲類)設(shè)計成B類(乙類)；又進(jìn)一步從B類設(shè)計為C類(丙類)、D類(丁類)、E類(戌類)。 第9頁/共28頁第九頁，共29頁。1 1A A類射頻功率放大器A A類功率

8、放大器與低頻電路(dinl)(dinl)中的甲類功率放大器相似。A A類射頻功放由于工作頻率高，除對功率管有高頻指標(biāo)要求外，電路(dinl)(dinl)結(jié)構(gòu)與低頻的甲類功放也有所區(qū)別。圖6-136-13為A A類射頻功放的典型電路(dinl)(dinl)。A A類功放的效率不僅與輸入信號的幅度有關(guān)，而且還與輸入信號的波形有關(guān)。對于輸入信號為一個方波情況時，輸出集電極電流必然也是一個方波，如圖6-146-14中所示。第10頁/共28頁第十頁，共29頁。 2B類射頻功率放大器A類功放主要缺點是當(dāng)沒有輸入信號時，電源供給的全部功率都消耗在功率管上，即管耗達(dá)最大，這是人們所不希望的。實踐中要求在沒有信

9、號輸入時，功率管不消耗功率，于是就設(shè)計出了B類和C類功率放大器。B類功率放大器工作點Q偏置在功率管導(dǎo)通范圍的邊緣。因而對正弦信號輸入時，功率管在輸入波形的半個周期內(nèi)導(dǎo)通，而另半個周期則截止，如圖6-15所示。隨著功率MOSFET技術(shù)和IC集成技術(shù)的發(fā)展(fzhn)，目前在射頻功率放大器集成電路中，已采用兩只互補(bǔ)功率MOSFET的B類推挽功率放大器。圖6-16所示為集成功率放大器PA內(nèi)電路的輸出級。第11頁/共28頁第十一頁，共29頁。3C類射頻功率(gngl)放大器（1）C類射頻功率(gngl)放大器特征C類射頻功率(gngl)放大器的電流波形失如圖6-17所示。C類功率(gngl)放大器與

10、的函數(shù)關(guān)系曲線，如圖6-18所示。由于C類功放效率高，因此在大功率(gngl)射頻功放電路中經(jīng)常采用它。（2）C類射頻功率(gngl)放大器的倍頻功能由于C類功放的電流脈沖iC中含有很豐富的諧波分量，因此只要把負(fù)載并聯(lián)LC回路調(diào)諧在某次諧波上，C類功放就是倍頻電路。返回第6單元目錄第12頁/共28頁第十二頁，共29頁。4.D類射頻功率放大器功率放大器的主要問題是如何盡可能提高它的輸出功率和效率。A、B、C類功放是通過(tnggu)不斷減小功率管的導(dǎo)通時間，即減小通角來提高效率的。但是，的減小是有限度的。因為減小時，效率雖然提高了，但基波的振幅卻減小了，從而使輸出功率下降，二者相互制約。截止時，

11、流過功率管的電流為零，功率管不會消耗功率；如果功率管在導(dǎo)通時，進(jìn)入飽和管的壓降uCE為零，消耗功率為零，效率就可以達(dá)到100。這種工作狀態(tài)就是D類射頻功率放大器的設(shè)計思想。D類功放通常采用兩只功率管組成推挽工作結(jié)構(gòu)，如圖6-19中所示。 第13頁/共28頁第十三頁，共29頁。5E類D類功放采用單電源雙管工作時，事實上工作狀態(tài)很難保持D類狀態(tài)。為改善D類功放，又設(shè)計出了采用單管開關(guān)工作的E類功率放大器，電路結(jié)構(gòu)如圖6-20所示。E類射頻功率放大器和D類的區(qū)別除功率管只用一個以外，還在于輸出調(diào)諧回路的設(shè)計能獲得所選定的集電極電壓和電流波形特性。這種特性的波形可以使功率管從導(dǎo)通到截止或截止到導(dǎo)通的開

12、關(guān)期間，功率管的功耗最小。解決的辦法是：(1)功率管截止時，使集電極電壓uCE 的上升沿延遲到集電極電流 iC0以后才開始；(2)功率管導(dǎo)通時，迫使 uCE0 以后，才開始出現(xiàn) iC脈沖。因此，在圖6-20中功率管集電極并聯(lián)一只電容Cl，由Cl來實現(xiàn)功率管的開關(guān)要求。圖中L2、C2 為串聯(lián)諧振回路，Q值應(yīng)足夠(zgu)高。集電極阻流電感 L1 選得足夠(zgu)大，使流經(jīng)過它的電流 ICC 恒定。C。為功率管的輸出電容。 返回第6單元目錄第14頁/共28頁第十四頁，共29頁。6.2.4 6.2.4 發(fā)射機(jī)的阻抗匹配(z kn p pi)(z kn p pi)網(wǎng)絡(luò) 發(fā)射機(jī)的阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)(wngl

13、u)直接影響發(fā)射機(jī)的技術(shù)指標(biāo)，如果嚴(yán)重不匹配，還會增大電路損耗，燒壞高頻元件（如功放、濾波器等），導(dǎo)致手機(jī)等設(shè)備耗電快、發(fā)熱等故障。阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)(wnglu)通常采用濾波器形式，除了阻抗匹配作用，也能起選頻作用。匹配是為了實現(xiàn)級與級之間最有效的能量傳輸。1射頻功率管的輸入、輸出阻抗射頻功率管的輸入阻抗應(yīng)與振蕩源或前級放大器的輸出阻抗匹配。射頻功率管的負(fù)載RL可用如下關(guān)系式來近似估算：RL（VCCVCE（sat）22PO返回第6單元目錄第15頁/共28頁第十五頁，共29頁。2.阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)射頻功率放大器中，阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)介于功率管和負(fù)載之間，如圖6-21所示。 實踐中對阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)提出如下三個主要

14、要求：（1）實現(xiàn)將負(fù)載阻抗變換為功放管所要求的匹配負(fù)載阻抗，以保證射頻功放管能輸出所需的功率；（2）能濾除不需要的各次諧波分量，以保證負(fù)載上能獲得所需頻率的高頻功率；（3）匹配網(wǎng)絡(luò)本身(bnshn)的損耗要小，即網(wǎng)絡(luò)的功率傳輸效率要盡可能高。射頻功率放大器常用的匹配網(wǎng)絡(luò)有L型、型和T型，如圖6-22所示。 3天線天線是通信設(shè)備中重要的部件，它直接影響到接收靈敏度和發(fā)射性能。天線銹蝕、斷裂、接觸不良都會引起靈敏度下降，發(fā)射功率減弱。第16頁/共28頁第十六頁，共29頁。6.2.5 6.2.5 發(fā)射機(jī)實際(shj)(shj)電路分析 無繩電話機(jī)是有線電話網(wǎng)新穎的用戶終端，分成座機(jī)與手持機(jī)兩部分?，F(xiàn)

15、在常見的家用模擬無繩電話機(jī)組成示意圖如圖6-23所示。主機(jī)與手持機(jī)內(nèi)部均裝有發(fā)射電路與接收電路，占用一對頻率，形成雙向通路。下面以HW682P/TS無繩電話機(jī)主機(jī)的發(fā)射電路為例，分析實際(shj)的發(fā)射電路。 主機(jī)無線發(fā)送的主要任務(wù)是將有線接收到的受話聲音信號、振鈴信號用無線方式轉(zhuǎn)發(fā)給副機(jī)。無線發(fā)送的組成框圖如圖6-24所示。返回第6單元目錄第17頁/共28頁第十七頁，共29頁。6.2.6 6.2.6 自動(zdng)(zdng)增益控制與自動(zdng)(zdng)頻率控制 1 1自動增益控制電路 由于種種原因天線上感應(yīng)到的信號強(qiáng)度是有明顯的變化的。 為保證接收通道輸出信號保持(boch)(

16、boch)基本不變，在接收通道中必須附加自動增益控制AGCAGC電路。 實際中，發(fā)送端信息源（如聲音）的強(qiáng)度也是變化的，在發(fā)射機(jī)中同樣也需要AGCAGC電路。 AGCAGC電路控制原理框圖如圖6-256-25所示。 圖6-266-26所示為單次超外差式AMAM接收機(jī)帶有AGCAGC控制電路的框圖。 返回第6單元目錄第18頁/共28頁第十八頁，共29頁。2 2自動頻率控制電路自動頻率控制電路AFCAFC廣泛應(yīng)用在通信發(fā)射機(jī)和接收機(jī)中作為自動頻率微調(diào)電路，用來穩(wěn)定工作頻率，減小中放有效帶寬，提高通信機(jī)的靈敏度和選擇性。圖6-276-27所示為帶有AFCAFC電路的AMAM接收機(jī)組成框圖。為保證工作

17、頻率的穩(wěn)定，在現(xiàn)代通信機(jī)中都設(shè)置(shzh)(shzh)了AFCAFC電路，基站、手機(jī)中有多組AFCAFC電路。返回第6單元目錄第19頁/共28頁第十九頁，共29頁。6.3 6.3 現(xiàn)代(xindi)(xindi)數(shù)字通信機(jī) 傳統(tǒng)的接收機(jī)結(jié)構(gòu)都是超外差式的，也就是將射頻已調(diào)信號通過變頻(bin pn)（一次變頻(bin pn)或二次變頻(bin pn)）變換成易于處理的中頻上。然后對這一中頻已調(diào)信號進(jìn)行放大濾波與解調(diào)等處理，解調(diào)出包含信息的基帶信號。近年來，由于數(shù)字信號處理（DSP）技術(shù)、多層貼片（MCM）技術(shù)和專用集成電路（ASIC）等技術(shù)的高速發(fā)展，使新一代接收機(jī)發(fā)展成數(shù)字中頻式接收機(jī)和直

18、接數(shù)字變頻(bin pn)式接收機(jī)。數(shù)字中頻接收機(jī)其結(jié)構(gòu)仍是超外差型，而僅僅是用模擬變頻(bin pn)方法把射頻已調(diào)信號變換到易于DSP的中頻。直接數(shù)字變頻(bin pn)接收機(jī)已經(jīng)接近軟件無線電接收機(jī)了，如圖6-28中所示。軟件無線電是指由軟件來確定和完成無線電通信機(jī)的功能，使得多頻段、多模式、多信道、多速率、多協(xié)議等的多功能通信成為可能。軟件無線電通信機(jī)結(jié)構(gòu)，如圖6-29所示。 返回第6單元目錄第20頁/共28頁第二十頁，共29頁。6.3.1 數(shù)字(shz)接收機(jī)結(jié)構(gòu)數(shù)字通信接收機(jī)在通道性能和結(jié)構(gòu)上必須(bx)適應(yīng)數(shù)字已調(diào)信號的傳輸和數(shù)字信號處理。1. 單次變頻超外差式數(shù)字接收機(jī)現(xiàn)代無線

19、通信機(jī)結(jié)構(gòu)還不可能完全脫離超外差式的方案，一般常見的是單次超外差式結(jié)構(gòu)，而且變頻采用下變頻方式，如圖6-30所示。 2二次變頻超外差式數(shù)字接收機(jī)二次變頻超外差式數(shù)字接收機(jī)結(jié)構(gòu)如圖6-31所示。 3零中頻式數(shù)字接收機(jī)零中頻接收機(jī)IC外接元件最少，結(jié)構(gòu)簡單，整機(jī)體積也可做到最小，圖6-32為該接收機(jī)的結(jié)構(gòu)。 4實際數(shù)字接收機(jī)舉例以三星T108型手機(jī)為例，其電路原理如圖6-33所示。 第21頁/共28頁第二十一頁，共29頁。6.3.2 6.3.2 數(shù)字(shz)(shz)發(fā)射機(jī)結(jié)構(gòu) 數(shù)字(shz)通信中的發(fā)射機(jī)，由于必須將數(shù)字(shz)基帶IQ信號，先通過調(diào)制合成模擬中頻已調(diào)信號。1典型數(shù)字(shz

20、)通信發(fā)射機(jī)框圖圖6-34所示為目前典型的數(shù)字(shz)通信發(fā)射機(jī)框圖。數(shù)字(shz)發(fā)射機(jī)除了IFA前部分框圖與模擬發(fā)射機(jī)不同以外，其余部分框圖兩者是相同的。 2三星T108型手機(jī)發(fā)射電路三星T108手機(jī)的發(fā)射部分整個過程就是一個由音頻上變頻為射頻的過程。如圖6-35所示。 返回第6單元目錄第22頁/共28頁第二十二頁，共29頁。6.3.3 6.3.3 典型通信(tng xn)(tng xn)機(jī)組成 GSM移動通信系統(tǒng)中手機(jī)（移動臺）的一般組成結(jié)構(gòu)如圖6-36所示。其中，RT方框(fn kun)為收/發(fā)雙工器（天線開關(guān)），完成接收與發(fā)射的隔離。LAN為前端低噪聲放大器， RFOSC是射頻振蕩

21、器，通常為鎖相頻率合成器，IFA為中頻放大器，PA是射頻功率放大器。終端可以是顯示屏、聽筒、耳機(jī)等，信源主要是送話器（MIC）、鍵盤、攝像頭等?？梢钥闯?，接收時采用了超外差下變頻方式，一中頻fIR=fR-fL，本振頻率fL比fR低一個中頻fIR。 發(fā)射時，將信息調(diào)制在射頻振蕩器RFOSC產(chǎn)生的載波上，由PA實現(xiàn)射頻功率放大后，經(jīng)天線開關(guān)、匹配濾波后，由天線發(fā)射出去。接收、發(fā)射共用同一天線。 第23頁/共28頁第二十三頁，共29頁。6.3.4 6.3.4 通信設(shè)備的小型化和通信電路(dinl)(dinl)的大規(guī)模集成 通信技術(shù)發(fā)展(fzhn)到移動通信和個人通信，就必然要求通信電臺和通信設(shè)備的小

22、型化和輕便化，而這種小型化和輕便化是基于通信電路的大規(guī)模集成技術(shù)發(fā)展(fzhn)基礎(chǔ)上的。 小型化的基本技術(shù)如表6-1所示。 各部份電路大規(guī)模集成化的情況表見6-2。返回第6單元目錄第24頁/共28頁第二十四頁，共29頁。6.4 6.4 實訓(xùn)觀察(gunch)(gunch)通信機(jī)結(jié)構(gòu)1 1實訓(xùn)目的進(jìn)一步理解接收機(jī)、發(fā)射機(jī)電路組成，了解通信整機(jī)結(jié)構(gòu)。2 2實訓(xùn)器材（1 1）手機(jī)或無繩電話一臺。（2 2）萬用表及拆卸工具。（3 3）配備相應(yīng)通信機(jī)技術(shù)(jsh)(jsh)資料。3 3實訓(xùn)內(nèi)容（1 1）正確拆卸手機(jī)或無繩電話。（2 2）初次觀察通信機(jī)的接收電路結(jié)構(gòu)、發(fā)射電路結(jié)構(gòu)。（3 3）對照技術(shù)(jsh)(jsh)資料，利用所學(xué)知識，再次觀察通信機(jī)的電路特點，并確認(rèn)通信機(jī)的接收電路結(jié)構(gòu)、發(fā)射電路結(jié)構(gòu)，分別畫出電路框圖。（