PowerPoint 演示文稿 与非网要点

1典型的GSM移动通信系统无线通信是近年射频与微波电路发展的最大推动力2无线通信系统发射机、接收机离不开射频与微波电路任何无线通信系统都包括发射机和接收机两个基本部分。发射机的功能是将信号调制到载波上，并由天线辐射出去。接收机的功能则相反，将天线接收到的加载在载波上的信号恢复出来。发射机和接收机由调制器、功率放大器、频率合成器、低噪声放大器、解调器、天线以及相关的滤波器、耦合器等有源、无源基本射频与微波电路单元构成。正确理解接收机、发射机电气特性的有关参数，对射频与微波电路设计十分重要。它是我们对各类有源、无源射频与微波电路提出要求的依据。3外差接收机(二次混频接收系统)滤波器1限制输入信号的通带以减少互调干扰以及本振通过天线的辐射。低噪声放大器放大的信号与第一本振输出的信号同时加到混频器1，其输出的高中频信号经高中频滤波器1滤波后被高中频放大器1放大。被放大的高中频信号与第二本振输出的信号经混频器2再次混频后，得到的低中频信号通过低中频滤波器2滤波后，最后送到检波器恢复出基带信号。4对接收系统的要求是1．灵敏度（Sensitivity）：接收机灵敏度衡量接收机检测微弱信号的能力，对于模拟接收机用信噪比（SNR）量度，对数字接收机则用误码率（BER）表示。2．选择性（Selectivity）：接收机的选择性衡量接收机抗拒接收相邻信道信号的能力。要实现70-90dB选择性是很困难的。3．Spuriousresponserejection:theabilityofrejectundesirablechannelresponsesisimportantinreducinginterference.ThiscanbeaccomplishedbyproperlychoosingtheIFandusingvariousfilters.Rejectionof70-80dBispossible.4．Intermodulationrejection:thereceiverhasthetendencytogenerateitsownon-channelinterferencefromoneormoreRFsignals.Thoseinterferencesignalsarecalledintermodulation(IM)products.Greaterthan70dBrejectionisnormallydesirable.5．频率稳定性（frequencystability）：本振的频率稳定性对于降低频率调制，相位噪声十分重要。常用的频率稳定技术有介质谐振器、锁相环、频率综合器等。6．辐射（radiationemission）：本振信号经过混频器泄漏到天线并经天线辐射到自由空间引起的干扰务必低于FCC规定的电平。5接收机动态范围（DR）接收机动态范围是指接收机可检测的最小信号与在失真允许情况下能接收的最大信号的范围。最小可检测信号受限于接收机噪声在失真允许情况下最大接收信号取决于接收机的饱和输出特性。如果输入功率低于动态范围的下限，噪声将占主导地位。如果输入功率超过动态范围的上限，输出开始饱和。接收机动态范围是设计射频与微波电路的重要依据之一。实际系统（混频器、放大器）1dB压缩点6接收机噪声源接收机噪声来自两个方面，一是天线接收到的噪声，二是接收机自身产生的噪声。天线接收到的噪声包括天空噪声（skynoise），大气噪声（atmosphericnoise），地球噪声（earthnoise）、银河噪声（galacticnoise）和人工噪声（man-madenoise）。天空噪声的噪声功率可表示为式中B是带宽，k=1.3810–23J/K，是波尔兹曼常数。TA是天线噪声温度。大气噪声源于闪电等因素，在10KHz附近最强，频率超过20MHz一般可忽略。银河噪声来自遥远的天体，其最大值在20MHz附近，到500MHz可忽略。人工噪声源多种多样。任何电路断开与合上时，在电路上产生的瞬时脉冲都是人工噪声源，从通信、广播、电视、雷达、系统以至输电线的电磁辐射被天线接收后都可看作对有用信号的干扰。接收机自身产生的噪声包括放大器、滤波器、混频器、检波器各级产生的噪声。接收机内部噪声限制了接收机检测的最小信号。信号强度必须大于噪声一定强度才能被检测到。BkTNA7接收机内部噪声可分为三类1．热噪声（Thermal,Johnson,orNyquistnoise）：电阻热噪声源于束缚电荷的随机起伏。在通带B范围内热电阻噪声电压的均方值为式中k为波尔兹曼常数；T是电阻器的绝对温度，单位K；B是带宽，单位为Hz；R是电阻，单位为。热噪声分布与频率无关，也叫做白噪声。2．闪粒噪声（shotnoise）：闪粒噪声源于真空电子管、固态器件发射电子的起伏。3．1/f噪声（Flickeror1/f噪声）：顾名思义，1/f噪声与频率成反比，从1Hz到100MHz范围内1/f噪声才是重要的。超过100MHz热噪声起主要作用。kTBRVn428信噪比接收机输出信号的质量可用信噪比（Signal-to-noiseratio,SNR）表示（1.1）信号可检测，要求信噪比大于3dB。对于移动电话，S/N要求大于15dB。对于固定电话要30dB，电视要40dB，而对于高保真音乐则要60dB。对于雷达系统，高的信噪比就相当于高的检测概率低的虚警概率。如果信噪比达到16dB，检测概率可达到99.99%而虚警概率低于10–6。无用的噪声功率电平有用信号功率电平NS9噪声大小怎么表示─接收机噪声系数接收机可用一个二端口网络表示。对于任何一个二端口网络，噪声系数F的定义是噪声系数常用分贝表示，记为NF。对于增益为G的二端口网络输出噪声No应为N0=GNi+网络产生的噪声Nn。网络产生的噪声Nn为（W）故所以（W）故以分贝表示的输出噪声等于输入噪声No(dB)加上噪声系数F(dB)和增益G(dB)。Ni=kTBFGNnNoSoSiooiiNSNSF//输出端信噪功率比输入端信噪功率比ioGSSionGNNNiooiiiGNNNGSNSF//ioFGNN10噪声大小怎么表示─接收机噪声系数噪声系数要只反映器件本身噪声性能，而与输入噪声无关，故噪声系数的定义应基于标准噪声源Ni。（W）式中k是波尔兹曼常数，T=290K（室温），B是带宽。因此噪声系数F成为Ni=kTBFGNnNoSoSikTBNiGkTBNFo11噪声大小怎么表示─接收机噪声系数对于N个二端口网络级连组成的系统，其总的噪声系数为N个网络的级连由此可见，第一级的增益、噪声系数对总链路的噪声系数起决定作用。注意式中G、F是功率比。对损耗为L（以功率比表示）的无源器件，G=1/L，F=L。121213121111nnGGGFGGFGFFFF1G1F2G2F3G3Fn–1Gn–1FnGn…12噪声大小怎么表示─接收机噪声系数例题：计算如图1-5所示两级放大器的总噪声系数。级连放大器解：F1=3dB=2，F2=5dB=3.162，G1=20dB=100，G2=20dB=100，dB注意FF1，因为第一级放大器有较高增益。(需要换算为dB)!F1=3dBG1=20dBF2=5dBG2=20dB06.31001162.321121GFFF13噪声大小怎么表示─接收机噪声温度等效噪声温度定义为式中To=290K，F以功率比表示，所以因此级连放大器的等效噪声温度可表示成Ten是n级以K表示的等效噪声温度。oeTFT1oeTTF1121213121neneeeeGGGTGGTGTTT14动态范围，1dB压缩点，最小可检测信号混频器、放大器以至整个接收机通常工作于线性区域，即输出功率与输入功率呈线性关系，其比例系数就是转换损耗或转换增益。线性工作时，输入功率的变化范围，称为动态范围（dynamicrange,DR）。如果输入功率超过动态范围的上限，输出开始饱和；如果输入功率低于动态范围的下限，噪声将占主导地位。实际系统（混频器、放大器）1dB压缩点动态范围定义为1dB压缩点（1dBcompressionpoint）和最小可检测信号（MinimumDetectableSignal,MDS）之间的区域。既可用输入功率表示，也可用输出功率表示。15最小可检测信号匹配电阻负载的噪声电平为如果假定T为室温（290K），带宽为1MHz，则最小可检测信号（MDS）定义为比噪声功率高3dB的电平，故MDS=–114dBm+3dB=–111dBm所以在室温及1MHz带宽条件下最小可检测信号（MDS）为–111dBm(9.7410–12mw)kTBNidBmmwkTBNi114104log10log1012实际系统（混频器、放大器）1dB压缩点161dB压缩点对于转换损耗为Lc的混频器注意式中PD、Pout都以dBm表示，而G、Lc以dB表示。Pout是1dB压缩点输出功率，PD则是1dB压缩点对应的输入功率。dBGPPoutD1dBLPPcoutD1当中频输出功率与线性时相比减小1dB，或转换损耗增加1dB的点就叫做1dB压缩点。此1dB压缩点就定义为动态范围的上限。对于增益为G的放大器或接收机在1dB压缩点，以dBm计的输入信号功率或驱动功率（PD）由图可见为：实际系统（混频器、放大器）1dB压缩点17接收机动态范围式中IP3为二个信号输入时三阶交截点（Third-ordertwo-toneintercept），将在下节讨论。MDSPDRDMDSGIPDRsf332实际系统（混频器、放大器）1dB压缩点根据前面定义的1dB压缩点以及增益、带宽、噪声系数，动态范围DR就是1dB压缩点输入信号功率电平与最小可检测输入信号电平之差，即注意，PD和MDS用dBm表示，DR则是dB。当不止一个信号加到输入端时，动态范围定义为“spurious-freeregion”，如果输入信号电平相等，“spurious-free”动态范围DRsf18三阶交截点和交调分量当两个频率为f1、f2的信号源或更多频率的信号源加到一个非线性器件时，原则上将会产生多个交调分量（Intermodulation(IM)products），并可分为二阶交调分量，三阶交调分量，以及更高阶交调分量。两信号输入时产生的新的频率分量fIF1和fIF2是需要的中频输出信号，fIM1和fIM2是三阶交调信号。两信号输入时三阶交调分量特别受到关注，因为它有可能落在中频带通范围内。MixerorreceiverfLOfIF1fIF2fIM1fIM2f1,f2,2,1,0,21nmnfmf21ff12212,2ffff19三阶交截点和交调分量产生三阶交调的过程是，输入信号f1和f2混频，再跟本振差拍，得到（1.4）注意频率间隔为这些三阶交调信号幅度相对较大，且又很难用滤波器从中频输出信号（fIF1,fIF1）中滤除，要特别予以重视。1212IMLffffo2122IMLffffo11IFLfffo22IFLfffo22211121IMIFIFIFIFIMfffffffffIM2fIM1fIF2fIF1fLOf2f1FrequencyIFbandwidthRFbandwidth20三阶交截点和交调分量混频器或接收机对三阶交调信号的抑制程度可用三阶交截点度量。三阶交截点反映了所研究系统线性特性。在线性工作区，如果输入信号功率增加1dB，中频输出信号功率也增加1dB，而IM3增加3dB，即三阶交调线斜率与所要求输出信号线斜率之比为3:1。当多级电路级连时，系统总的三阶交截点计算步骤如下：1．把所有交截点转换到系统输入端，转换规则是减去以dB计的增益，加上以dB计的损耗。2．交截点功率用dBm表示。3．假定所有交截点彼此独立互不相关，则总的IP3input为mw(1.5)4．将以mw表示的IP3input用dBm表示