高频电子线路无线收发信系统设计简介.ppt

第8章 无线收发信系统设计简介,8.1发射系统设计 8.2接收系统设计 本章小结,无线收发信系统的设计包括发射机系统设计和接收机系统设计； 系统的实现方案、组成结构、性能指标和各部分及其指标间的相互关系必须清楚； 在实现时还必须全面了解各部分的元器件与单元电路，并选择合适的器件与封装8.1 发射系统设计,发射机结构 发射机的主要功能是实现基带信号的调制和高频与射频信号的功率放大 根据基带信号和调制的方法不同，发射机可以分为连续波发射机、调频发射机、调幅发射机、调相发射机和单边带发射机等 无论哪种发射机，一般都可以分为两种：一种是直接调制法，另一种是二次变频法直接调制法，它是直接在高频或射频工作频率上实现调制变换，省略了上变频器，构成框图如图所示：,二次变频法，基本原理是先在较低的频率上实现调制，然后将调制后的信号通过混频器上变频到工作的载频上，其构成框图如所示上述两种方案各有优缺点： 1、直接调制法结构简单，器件少，实现容易，但是如果调制器和本振隔离不好，载波信号将直接从调制器输出，并通过天线辐射出去，对系统本身和邻近信道造成干扰 2、二次变频法结构相对复杂些，但可以解决直接调制法中的问题，同时由于在较低的频率上完成调制，调制的性能较高，也较容易实现，但是二次变频法必须采用带通滤波器来滤除另一个边带，在某些场合这个滤波器的指标要求可能很高，难于实现。

一般情况下，当载波频率较高时，为了抑制互调干扰，同时由于载频高，本振输出滤波器的相对带宽较窄，使得群时延变化很大，这将导致输出信号严重失真，故通常采用二次变频法发射机的性能指标 发射机设计的主要目标是得到高效的输出功率、纯净的输出频谱、低的发射机噪声和最大化线性特性等，所以发射机的有关系统设计参数和性能指标主要有： 1、发射机的功率 包括峰值功率和平均功率峰值功率是指发射机的最大瞬时功率，平均功率是指发射机在发射有用信息时的功率的平均值 2、增益 发射机每一级电路都存在固有的增益或损耗，故对输入和输出功率都有相应的要求，整个系统的增益由各级电路决定，所以各级电路的增益分配将十分重要 3、载波频率的稳定度 频率的稳定度定义为在规定的时间内和一定条件下（如温度、湿度和电源电压变化范围），载波频率的相对变化值，其值一般为10－6影响频率稳定度的因素主要是温度、电源电压和负载阻抗的变化，采用晶振或温补晶振可以获得很高的频率稳定度4、频率的准确度 频率的准确度定义为发射信号的频率与规定的标称频率之间的差差值越小，准确度越高 5、射频的频谱纯度 发射信号的频谱纯度对通信的质量、相邻信道和其它无线系统的影响很大，在设计时，发射信号的频谱纯度必须满足有关规定。

一个符合要求的、性能良好的发射机，其输出的信号中所有的谐波、虚假信号和噪声等都在规定的范围内 6、载波泄漏 发射机本振泄漏不仅影响发射信号的频谱，且对接收机性能产生严重影响，所以发射机载波泄漏与收发隔离也是一个关键指标7、杂散辐射 杂散辐射是指除载波和正常调制以外的辐射发射机的带外杂散主要是本振的泄漏和发射频谱的镜频，对它们的抑制主要依靠通道滤波器和双工器实现；对于本振的杂散，如果经过混频器则杂散落入射频通带内，只有通过抑制本振的杂散来消除 8、调制特性 对于调幅系统，随调制信号幅度变化的最大载波功率必须在非线性允许的范围内；对于调频系统，随调制信号变化的载波频率与标准频率的差在要求的范围内；对于调相系统，随调制信号变化的载波相位与标准相位的差在规定的范围内 9、输出驻波比 输出驻波比（VSWR）是一个反映输出端反射情况的参数，VSWR会随着终端负载变化而变化如天线在不同的使用环境和条件下其阻抗会发生变化，使得VSWR增大，这将导致发射机的功放被烧毁所以在设计时，输出VSWR必须限制在功放能够承受的VSWR最大值之内8.2 接收系统设计,接收机结构 有两种基本结构，一种是超外差（Superhetrodyne）结构，另一种是直接转换结构。

所谓超外差接收机，就是将接收到的射频信号与某一频率的本振信号进行混频或下变频之后输出一个频率较低的中频调制信号，该中频信号的频率就是本振信号和被接收的信号的频率之间的固定频差最终信号的解调是将中频信号滤波、放大后在中频上由解调器完成 超外差接收机的构成图中，有三种不同的滤波器，它们所起的作用各不相同，都不可或缺，分别为带通滤波器、镜频滤波器和中频滤波器超外差接收机具有如下优缺点： (1) 天线接收的信号电平一般为－120～－100dB，后续的解调器或AD变换器要正常工作通常需要100dB以上的放大，如此高的增益如果在一个放大器中进行，容易使得放大器不稳定而形成自激振荡，而超外差接收机可以将总的增益分散到高频、中频和基带三个频段上来实现系统高增益要求，同时在较低频率上实现高增益要更容易和稳定 (2) 由于超外差结构将射频信号变成较低的中频信号，所以相应的解调和AD变换就较为容易实现 (3)超外差接收机的显著缺点是存在众多的组合干扰频率通常可以通过选择一个合适的中频频率来降低这种干扰另外，由于超外差结构中的镜频滤波器和中频滤波器的Q值都较高，普通的LC滤波器很难满足需要，一般都是外接高性能的集中选频组件，这样对接收机的功耗和性能都存在不利影响。

直接转换接收机的基本原理同于外差接收机，不同之处在于参与混频的本振频率不是任意给定的，而是等于载波频率，这样中频频率就为0，所以再不存在镜像频率与镜频干扰，这种方案通常称为零中频方案该方案的射频部分省去了镜频滤波器，而中频滤波器变成了低通滤波器，简化了系统的构成，降低了设计和实现的难度，节约了成本但是直接转换接收机存在明显的缺点，如由于本振的频率和载波频率相同，故容易造成本振的泄漏；存在直流偏差，对随后的电路造成严重影响；只能用于调幅信号的解调，不能解调调频和调相信号；对本振的稳定性要求高，所以多数只在低频段使用数字零中频方案：,接收机的性能指标 1、灵敏度 接收机灵敏度指接收机在满足给定的误码性能时所能接收的信号最小电平值灵敏度主要受到内在和外在噪声，特别是接收机内部噪声的限制，所以灵敏度也可以通过接收机输出端的信噪比来表示 2、噪声系数(NF) 噪声系数（Noise Figure）反映了部件或系统本身的噪声大小，信号通过电路时由于电路中存在多种噪声，使得信号受到污染，从而输出端的信噪比相对于输入端的信噪比必将降低，通常将输入端的信噪比和输出端的信噪比之比定义为噪声系数每级电路都存在一个噪声系数，由多级电路构成的接收系统的噪声系数的计算公式为： 式中F为各级电路的噪声系数，G为相应各级的增益。

3. 动态范围(DR) 接收机的动态范围（Dynamic Range）是指接收机能够正确接收的最小输入信号电平与最大输入信号电平之间的范围，通常用这两个电平的dB之差来表示输入的最小信号电平可用灵敏度对应的电平值来代替，输入的最大信号电平可采用1dB压缩点对应的电平为参考；接收机的动态范围值一般在80dB左右 4、互调干扰抑制 互调干扰抑制是指接收机在接收的频带范围内存在两个或多个干扰信号时，接收机正确接收满足性能指标的有用信号的能力互调干扰抑制主要由接收机射频部分的线性度决定 5、邻道干扰抑制 邻道干扰抑制是指相邻信道上若存在信号时，接收机在本身所在的信道上正确接收而不受干扰的能力它主要取决于信道选择与隔离滤波器的选择性本章小结,发射机可以分为连续波发射机、调频发射机、调幅发射机、调相发射机和单边带发射机等无论哪种发射机，一般都可以分为两种：一种是直接调制法，它是直接在高频或射频工作频率上实现调制变换，省略了上变频器；另一种是二次变频法，基本原理是先在较低的频率上实现调制，然后将调制后的信号通过混频器上变频到工作的载频上 发射机设计的主要目标是得到高效的输出功率、纯净的输出频谱、低的发射机噪声和最大化线性特性等，其主要性能指标有：发射机的功率、增益、载波频率的稳定度、频率的准确度、射频的频谱纯度、载波泄漏、杂散辐射、调制特性和输出驻波比。

接收机有两种基本构成结构，一种是超外差结构，另一种是直接转换结构而正交形式的直接转换接收机结构和数字零中频接收机结构是两种实用的结构 接收机的主要性能指标包括有：灵敏度、噪声系数(NF)、动态范围(DR)、互调干扰抑制和邻道干扰抑制,。