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1、通信电子电路第2章 无线收发机系统 2.1无线接收机系统无线接收机系统2.2噪声系数和灵敏度噪声系数和灵敏度2.3无线发射机系统无线发射机系统2.4现代无线通信机系统现代无线通信机系统 本章小结本章小结North China Electric Power UniversityNorth 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 Chin
2、a Electric Power University 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：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 2.1.1 单次变频超外差接收机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 U
3、niversity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
4、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。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 University2.1.2 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）vi非线性元件的特性曲线非线性元件的特性曲线不是直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 Universi
5、ty 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
6、。典型的干扰：（1）啸叫干扰（2）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=1396KH
7、z，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+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
8、检出。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 China Elect
9、ric 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章无线收发机系统抑制镜像干扰的措施：提高中频抑制镜
10、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，中频的选择涉及到因此，中频的选择涉及到灵敏度灵敏度和和选择性选择性这一这一对矛盾对矛盾North China Electric Power University 通信电子电路 第2章无线收发机系统2.1.3 2.1.3 双重变频超外差接收机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
11、 University 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 University2.2 噪声系数和接收灵敏度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 2.2.1 射频系统的噪声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 Elect
12、ric Power University 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
13、发机系统电阻热噪声等效电路：（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 Universit
14、y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 2.2.2 噪声系数与噪声温度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 Univers
15、ity 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=1North 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 通信电子电路
16、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章无线收发机系统或注意：与 都可以表
17、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 2.2.3 多级系统的噪声系数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章无线收发机系统可得：推广到
18、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 University 通信电子电路 第2章无线收发机
19、系统2.2.4 2.2.4 接收机的灵敏度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高的灵敏度又将使接收机输出信噪比降低Nor
20、th China Electric Power University 通信电子电路 第2章无线收发机系统2.2.5 2.2.5 减小噪声系数的方法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 2.3
21、.1 无线发射机的基本组成无线发射机的基本组成North China Electric Power University 通信电子电路 第2章无线收发机系统缓冲低频功放调制主振射频放大射频功放匹配网络信源基带放大倍频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 2.3.2 发射机的主要技术指标发射机的主要技术指标North China Electric Power Univer
22、sity 通信电子电路 第2章无线收发机系统一、调幅发射机1.低电平发射机2.3.3 2.3.3 集成发射机系统集成发射机系统低电平AM发射机的组成方框图North China Electric Power University 通信电子电路 第2章无线收发机系统2、高电平发射机高电平AM发射机的组成方框图North China Electric Power University 通信电子电路 第2章无线收发机系统一、调频发射机调频广播发射机的组成方框图North China Electric Power University 通信电子电路 第2章无线收发机系统现代无线通信系统结构仍然采用超外
23、差式的方案2.4 2.4 现代无线通信机系统现代无线通信机系统2.4.1 2.4.1 短波单边带收发信机短波单边带收发信机见教材图2-4-1North China Electric Power University 通信电子电路 第2章无线收发机系统2.4.2 2.4.2 移动通信收发系统移动通信收发系统North China Electric Power University 通信电子电路 第2章无线收发机系统本章小结本章小结1，明确超外差的含义2，掌握混频的概念和典型的混频干扰（啸叫干扰、镜像干扰和中频干扰）3，掌握单级噪声系数、多级噪声系数（三级以内）和灵敏度的计算方法以及它们的意义4，掌握发射系统的组成及其技术指标5，会分析收发系统框图North China Electric Power University 通信电子电路 第2章无线收发机系统本章作业本章作业2-7，2-8，2-9，2-16，2-17，2-20，2-21