通信電子電路課件第2章

通信電子電路

第2章無線收發(fā)機系統(tǒng)

2.1無線接收機系統(tǒng)2.2噪聲系數(shù)和靈敏度2.3無線發(fā)射機系統(tǒng)2.4現(xiàn)代無線通信機系統(tǒng)

本章小結(jié)NorthChinaElectricPowerUniversityNorthChinaElectricPowerUniversity

通信電子電路第2章無線收發(fā)機系統(tǒng)2.1無線接收機系統(tǒng)接收機的功能：從眾多被接收的電信號中選出有用信號，經(jīng)處理還原成為基帶信號。接收系統(tǒng)的重要指標(biāo)：

靈敏度：接收微弱信號的能力

選擇性：選出有用信號而抑制干擾的能力NorthChinaElectricPowerUniversity

通信電子電路第2章無線收發(fā)機系統(tǒng)接收機系統(tǒng)方案需要解決的關(guān)鍵問題：①要求濾波器的品質(zhì)因數(shù)Q值高；②要求有較大的線性動態(tài)范圍；③要求天線轉(zhuǎn)換器的損耗小，隔離度高。典型的接收機系統(tǒng)：單次變頻超外差接收機雙重變頻超外差接收機NorthChinaElectricPowerUniversity

通信電子電路第2章無線收發(fā)機系統(tǒng)2.1.1單次變頻超外差接收機超外差的含義：本振頻率始終高出接收頻率一個中頻，且中頻固定圖2-1-1單次變頻超外差式接收機方框圖NorthChinaElectricPowerUniversity超外差式接收機的核心是混頻器部分。混頻器的作用：將接收到的不同載波頻率轉(zhuǎn)變?yōu)楣潭ǖ闹蓄l。無論如何去調(diào)諧接收機，中頻是永遠(yuǎn)不變的。混頻輸出信號的頻率：或。工程中將稱為上混頻，而將稱為下混頻。注意：混頻器只改變已調(diào)信號的載波頻率，而不改變已調(diào)信號振幅的變化規(guī)律，因此中頻已調(diào)信號仍然攜帶著基帶信號的信息。

通信電子電路第2章無線收發(fā)機系統(tǒng)NorthChinaElectricPowerUniversity

通信電子電路第2章無線收發(fā)機系統(tǒng)采用超外差的原因：（1）中頻比信號載頻低很多，在中頻段實現(xiàn)對有用信道的選擇要比在載頻段選擇對濾波器Q值的要求低很多。（2）接收機從天線上接收到的信號電平一般非常微弱。（3）在較低的固定中頻上解調(diào)或A/D變換也相對容易。NorthChinaElectricPowerUniversity

通信電子電路第2章無線收發(fā)機系統(tǒng)超外差接收機的缺點：

組合干擾頻率點多，產(chǎn)生非線性失真NorthChinaElectricPowerUniversity2.1.2

混頻器的干擾

通信電子電路第2章無線收發(fā)機系統(tǒng)混頻器（非線性器件）vi非線性元件的特性曲線不是直線混頻的實現(xiàn)方法：即通過非線性器件實現(xiàn)兩個信號的相乘，進(jìn)而實現(xiàn)頻率相加減。NorthChinaElectricPowerUniversity

通信電子電路第2章無線收發(fā)機系統(tǒng)NorthChinaElectricPowerUniversity

通信電子電路第2章無線收發(fā)機系統(tǒng)電流中所含的頻率成分

輸入頻率：ωL

ωS

和頻與差頻：ωL+ωS

ωL-ωS

輸入頻率的諧波：2ωL

2ωS3ωL

3ωS

…組合頻率：2ωL

+ωS

2ωL

-ωS

3ωL

+ωS

3ωL

-ωS

…….NorthChinaElectricPowerUniversity

通信電子電路第2章無線收發(fā)機系統(tǒng)組合頻率分量可以用一個通用關(guān)系式表示：

fp、q=∣pfL+qfs∣，其中p、q為任意整數(shù)當(dāng)p=1，q=-1時，得到中頻fI；當(dāng)p、q為其它值時，這些組合頻率分量構(gòu)成了混頻器特有的干擾。典型的干擾：（1）嘯叫干擾（2）中頻干擾（3）鏡像干擾NorthChinaElectricPowerUniversity

通信電子電路第2章無線收發(fā)機系統(tǒng)一、嘯叫干擾（干擾哨聲）原因：由接近中頻的組合頻率產(chǎn)生，當(dāng)某些組合頻率分量滿足表達(dá)式±pfL±qfs≈fI，則混頻器輸出端的選頻電路就無法剔除這些頻率分量的信號現(xiàn)象：收聽到正常信號的同時，伴隨有嘯叫聲NorthChinaElectricPowerUniversity

通信電子電路第2章無線收發(fā)機系統(tǒng)例：超外差收音機的中頻頻率fI=465KHz，接收電臺信號頻率fs=931KHz，則相應(yīng)的本振頻率fL=fs+fI=1396KHz，混頻器非線性器件產(chǎn)生的組合頻率中，當(dāng)p=-1，q=2時，得組合頻率-fL+2fs=466KHz=fn，與fI相差1KHz，中頻濾波器難以濾除在檢波器中形成差拍檢波，聽到1KHz的嘯叫聲。NorthChinaElectricPowerUniversity

通信電子電路第2章無線收發(fā)機系統(tǒng)差拍檢波實質(zhì)：二個頻率不同但相差不大的正弦波疊加后，在它們相位相同的瞬間合成電壓的振幅值最大，而后相位差越來越大，經(jīng)過若干周期后，二個正弦波的相位相反，合成電壓振幅最小，然后周而復(fù)始地重復(fù)下去，得到的合成信號就是幅度在變化的載波。此合成信號的幅度變化頻率為二個相近頻率的差頻，在檢波器中可將此差頻檢出。NorthChinaElectricPowerUniversity

通信電子電路第2章無線收發(fā)機系統(tǒng)二、寄生通道干擾：產(chǎn)生的原因：干擾信號頻率

進(jìn)入混頻器，與有用信號的本振頻率fL在混頻器中產(chǎn)生組合頻率也等于中頻，即∣pfL+qfn∣=fI時，則干擾信號fn將寄生在fs通道上輸出，從而在接收機輸出端聽到干擾電臺的聲音。形成寄生通道干擾的條件：式中，p、q為正整數(shù)，一般取p、q值較小時的干擾分量NorthChinaElectricPowerUniversity

通信電子電路第2章無線收發(fā)機系統(tǒng)典型的寄生通道干擾：（1）中頻干擾（2）鏡像干擾NorthChinaElectricPowerUniversity

通信電子電路第2章無線收發(fā)機系統(tǒng)1、中頻干擾、得此時，干擾信號被直通放大，并不經(jīng)過混頻過程？？

抑制中頻干擾的方法：（1）提高前端電路的選擇性（2）加中頻陷波器電路（a）提高選擇性（b）加中頻限波器NorthChinaElectricPowerUniversity

通信電子電路第2章無線收發(fā)機系統(tǒng)2、鏡像干擾取

、

得干擾信號頻率

與有用信號頻率

相對于本振頻率

恰好形成鏡像對稱關(guān)系鏡像干擾頻率關(guān)系NorthChinaElectricPowerUniversity

通信電子電路第2章無線收發(fā)機系統(tǒng)抑制鏡像干擾的措施：提高中頻抑制鏡像干擾的措施NorthChinaElectricPowerUniversity

通信電子電路第2章無線收發(fā)機系統(tǒng)高中頻的優(yōu)缺點

優(yōu)點：有利于抑制鏡像干擾；有利于提高接收機靈敏度

缺點：中頻濾波器選擇性不易滿足

因此，中頻的選擇涉及到靈敏度和選擇性這一對矛盾NorthChinaElectricPowerUniversity

通信電子電路第2章無線收發(fā)機系統(tǒng)2.1.3雙重變頻超外差接收機圖中一混為高中頻，二混為低中頻465kHz，二本振頻率為固定值圖2-1-4雙重變頻超外差式接收機方框圖NorthChinaElectricPowerUniversity

通信電子電路第2章無線收發(fā)機系統(tǒng)實例電路框圖圖2-1-5IS-19蜂窩移動電話接收機射頻部分電路結(jié)構(gòu)NorthChinaElectricPowerUniversity2.2噪聲系數(shù)和接收靈敏度

通信電子電路第2章無線收發(fā)機系統(tǒng)2.2.1射頻系統(tǒng)的噪聲干擾：人為干擾

自然干擾噪聲：人為噪聲

自然噪聲NorthChinaElectricPowerUniversity一、電阻熱噪聲

電阻熱噪聲是由電阻內(nèi)部自由電子的熱運動而產(chǎn)生的

通信電子電路第2章無線收發(fā)機系統(tǒng)起伏噪聲電壓波形示意圖NorthChinaElectricPowerUniversity

在整個無線電頻段內(nèi)具有均勻頻譜的起伏噪聲稱為白噪聲

通信電子電路第2章無線收發(fā)機系統(tǒng)噪聲電流功率譜密度和噪聲電壓功率譜密度分別為：NorthChinaElectricPowerUniversity

通信電子電路第2章無線收發(fā)機系統(tǒng)起伏噪聲電壓的有效值為：噪聲電壓、噪聲電流的均方值分別為：為波爾茨曼常數(shù)，其值為；T為電阻的絕對溫度，；表示能夠通過接收機（或網(wǎng)絡(luò)）的噪聲頻譜寬度，也叫作等效噪聲帶寬，單位為Hz。R為頻帶內(nèi)的電阻值，單位為。NorthChinaElectricPowerUniversity

通信電子電路第2章無線收發(fā)機系統(tǒng)電阻熱噪聲等效電路：（a）實際電阻

（b）噪聲電流源

（c）噪聲電壓源有噪電阻串、并聯(lián)時的熱噪聲等效電路見教材圖2-2-3NorthChinaElectricPowerUniversity

通信電子電路第2章無線收發(fā)機系統(tǒng)有噪電阻串、并聯(lián)時的熱噪聲等效電路串聯(lián)NorthChinaElectricPowerUniversity

通信電子電路第2章無線收發(fā)機系統(tǒng)有噪電阻串、并聯(lián)時的熱噪聲等效電路并聯(lián)NorthChinaElectricPowerUniversity二、天線熱噪聲

天線周圍的介質(zhì)微粒處于熱運動狀態(tài)，這種熱運動產(chǎn)生擾動的電磁波輻射（噪聲功率），而這種擾動輻射被天線接收，然后又由天線輻射出去。當(dāng)接收與輻射的噪聲功率相等時，天線和周圍介質(zhì)處于熱平衡狀態(tài)。

熱平衡狀態(tài)下，天線中熱噪聲電壓為：

通信電子電路第2章無線收發(fā)機系統(tǒng)天線的等效噪聲溫度

與天線周圍介質(zhì)的密度和溫度分布以及天線的方向性有關(guān)。NorthChinaElectricPowerUniversity三、晶體管的噪聲

（1）熱噪聲

（2）散粒噪聲

（3）分配噪聲

（4）閃爍噪聲

通信電子電路第2章無線收發(fā)機系統(tǒng)NorthChinaElectricPowerUniversity四、場效應(yīng)管的噪聲

（1）溝道熱噪聲

（2）柵極漏電流產(chǎn)生的散粒噪聲

通信電子電路第2章無線收發(fā)機系統(tǒng)NorthChinaElectricPowerUniversity

通信電子電路第2章無線收發(fā)機系統(tǒng)2.2.2噪聲系數(shù)與噪聲溫度一、噪聲系數(shù)噪聲系數(shù)定義為系統(tǒng)輸入信噪比（

）與輸出信噪比（

）的比值。線性四端網(wǎng)絡(luò)NorthChinaElectricPowerUniversity

噪聲因數(shù)F定義為輸入端信噪比與輸出端信噪比之比，F(xiàn)是一個無量綱的值

通信電子電路第2章無線收發(fā)機系統(tǒng)在工程上，常把噪聲系數(shù)F取對數(shù)后用NF表示，稱為噪聲系數(shù)，單位是dB，即如果放大系統(tǒng)內(nèi)部不產(chǎn)生噪聲，當(dāng)輸入信號與噪聲通過系統(tǒng)時，信號和噪聲功率都將得到同樣的放大，則放大系統(tǒng)的輸出信噪比與輸入信噪比相等，此時F=1（2-1-12）NorthChinaElectricPowerUniversity

通信電子電路第2章無線收發(fā)機系統(tǒng)式中則線性放大器的功率增益：

的組成：1、

經(jīng)系統(tǒng)放大后得到為2、系統(tǒng)本身產(chǎn)生為（2-1-13）（2-1-14）NorthChinaElectricPowerUniversity

通信電子電路第2章無線收發(fā)機系統(tǒng)F與加到網(wǎng)絡(luò)的信號無關(guān)，而與網(wǎng)絡(luò)的功率增益及內(nèi)部噪聲在輸出端產(chǎn)生的功率

有關(guān)F數(shù)值越大，說明網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部噪聲越大，其噪聲性能越差因此，為正分貝數(shù)代入得：（2-1-15）NorthChinaElectricPowerUniversity

通信電子電路第2章無線收發(fā)機系統(tǒng)二、噪聲溫度適用于低噪聲系統(tǒng)定義：設(shè)線性系統(tǒng)內(nèi)部附加噪聲在輸出端產(chǎn)生的噪聲功率為

，將

折算到系統(tǒng)輸入端為

，把

想象成由信號源內(nèi)阻

在溫度從

升高

而產(chǎn)生的。則將上式代入式（2-2-13）得NorthChinaElectricPowerUniversity

通信電子電路第2章無線收發(fā)機系統(tǒng)或注意：與都可以表征放大器內(nèi)部噪聲的大小，兩種表示沒有本質(zhì)的區(qū)別NorthChinaElectricPowerUniversity

通信電子電路第2章無線收發(fā)機系統(tǒng)2.2.3多級系統(tǒng)的噪聲系數(shù)兩級放大器噪聲系數(shù)的等效電路圖中，和分別為第一級放大器和第二級放大器的內(nèi)部噪聲功率兩級系統(tǒng)的噪聲系數(shù)推導(dǎo)：NorthChinaElectricPowerUniversity

通信電子電路第2章無線收發(fā)機系統(tǒng)

由三部分組成由式（2-2-15）得：設(shè)電路匹配，則：（2-1-20）（2-1-21）（2-1-19）NorthChinaElectricPowerUniversity

通信電子電路第2章無線收發(fā)機系統(tǒng)將式（2-1-20），（2-2-21）代入式（2-2-19），并結(jié)合（2-1-13）得：推廣到n級系統(tǒng)：結(jié)論：多級放大器中，總噪聲系數(shù)主要取決于前一、二級NorthChinaElectricPowerUniversity

通信電子電路第2章無線收發(fā)機系統(tǒng)【例2-2-1】某接收機由高放、混頻、中放三級電路級聯(lián)組成。已知混頻器的功率增益，噪聲系數(shù)，中放噪聲系數(shù)，高放噪聲系數(shù)。如果要求加入高放后使整個接收機總噪聲系數(shù)降低為加入前的，則高放的功率增益應(yīng)為多少？NorthChinaElectricPowerUniversity

通信電子電路第2章無線收發(fā)機系統(tǒng)2.2.4接收機的靈敏度靈敏度常用接收輸入信號最低電壓幅值表示當(dāng)天線和接收機輸入端阻抗匹配時，設(shè)

為天線等效阻抗（單位Ω），則接收機輸入端的額定信號功率和額定噪聲功率分別為NorthChinaElectricPowerUniversity

通信電子電路第2章無線收發(fā)機系統(tǒng)接收機輸入信噪比為：若設(shè)輸出端信噪比為D，即

，則噪聲因數(shù)為則：NorthChinaElectricPowerUniversity

通信電子電路第2章無線收發(fā)機系統(tǒng)取：當(dāng)

，，已知時，F(xiàn)越大，靈敏度越差采用低噪聲器件和電路可提高靈敏度高的靈敏度又將使接收機輸出信噪比降低現(xiàn)代SSB接收機噪聲系數(shù)的典型值為7～10dB。若假設(shè)接收機的通帶為3kHz，天線阻抗為50，輸出信噪比為20dB，則由上式得到的接收機的靈敏度為1.6～1.1。噪聲因數(shù)F噪聲系數(shù)（dB）100.840.170.1361.51.751.030.2060.17231.190.2380.195461.680.3360.27567.762.060.4110.33310102.650.530.432表2-2-1接收機在不同的及時最高靈敏度NorthChinaElectricPowerUniversity

通信電子電路第2章無線收發(fā)機系統(tǒng)2.2.5減小噪聲系數(shù)的方法（1）合理選擇晶體管及其電路（2）合理確定設(shè)備的通頻帶（3）合理選擇信號源內(nèi)阻（4）降低放大器的工作溫度（5）適當(dāng)減小接收天線的饋線長度NorthChinaElectricPowerUniversity

通信電子電路第2章無線收發(fā)機系統(tǒng)2.3無線發(fā)射機系統(tǒng)發(fā)射機的功能：調(diào)制、上變頻、功率放大和濾波。發(fā)射系統(tǒng)的組成部分：

基帶信號處理電路、載波發(fā)生器、調(diào)制器、射頻功率放大器和發(fā)射天線等五部分。2.3.1無線發(fā)射機的基本組成NorthChinaElectricPowerUniversity

通信電子電路第2章無線收發(fā)機系統(tǒng)緩沖低頻功放調(diào)制主振射頻放大射頻功放匹配網(wǎng)絡(luò)信源基帶放大倍頻無線電發(fā)射機的基本組成框圖NorthChinaElectricPowerUniversity

通信電子電路第2章無線收發(fā)機系統(tǒng)（1）輸出功率（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）效率（5）鄰道功率（6）寄生輻射（7）調(diào)制特性2.3.2發(fā)射機的主要技術(shù)指標(biāo)NorthChinaElectricPowerUniversity

通信電子電路第2章無線收發(fā)機系統(tǒng)一、調(diào)幅發(fā)射機1.低電平發(fā)射機2.3.3集成發(fā)射機系統(tǒng)低電平AM發(fā)射機的組成方框圖NorthChinaElectricPowerUniversity

通信電子電路第2章無線收發(fā)機系統(tǒng)2、高電平發(fā)射機高電平AM發(fā)射機的組成方框圖NorthChinaElectricPowerUniversity

通信電子電路第2章無線收發(fā)機系統(tǒng)一、調(diào)頻發(fā)射機調(diào)頻廣播發(fā)射機的組成方框圖NorthChinaElectricPowerUniversity

通信電子電路第2章無線收發(fā)機系統(tǒng)現(xiàn)代無線通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)仍然采用超外差式的方案2.4現(xiàn)代無線通信機系統(tǒng)2.4.1短波單邊帶收發(fā)信機見教材圖2-4-1NorthChinaElectricPowerUniversity

通信電子電路第2章無線收發(fā)機系統(tǒng)2.4.2移動通信收發(fā)系統(tǒng)NorthChinaElectricPowerUniversity

通信電子電路第2章無線收發(fā)機系統(tǒng)本章小結(jié)1，明確超外差的含義2，掌握混頻的概念和典型的混頻干擾（嘯叫干擾、鏡像干擾和中頻干擾）3，掌握單級噪聲系數(shù)、多級噪聲系數(shù)（三級以內(nèi)）和靈敏度的計算方法以及它們的意義4，掌握發(fā)射系統(tǒng)的組成及其技術(shù)指標(biāo)5，會分析收發(fā)系統(tǒng)框圖NorthChinaElectricPowerUniversity

通信電子電路第2章無線收發(fā)機系統(tǒng)第一、二章作業(yè)1-3畫出無線通信收發(fā)信機的原理框圖,并說出各部分的功用。1-4無線通信為什么要用高頻信號？“高頻”信號指的是什么？1-5無線通信為什么要進(jìn)行調(diào)制？常用的模擬調(diào)制方式有哪些？NorthChinaElectricPowerUniversity

通信電子電路第2章無線收發(fā)機系統(tǒng)2-7有A、B、C三個匹配放大器，它們的特性如下：放大器功率增益（dB）噪聲系數(shù)A61.7B