射频电路与系统课程设计幻灯片.ppt

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1、射频电路与系统课程设计第1页，共82页，编辑于2022年，星期六第一章第一章绪论绪论1.1无线电通信系统的组成无线电通信系统的组成 通信通信目的与任务目的与任务：完成信息的传递。传输电信号的媒质：完成信息的传递。传输电信号的媒质(或介质或介质)可可以是有线的，也可以是无线的。以是有线的，也可以是无线的。非线性电子线路非线性电子线路基本内容基本内容包括：正弦振荡器包括：正弦振荡器(信号源、载波和本信号源、载波和本振振)、功率放大器、功率放大器(谐振功放谐振功放,低频功放低频功放)、混频、调制、解调。、混频、调制、解调。第2页，共82页，编辑于2022年，星期六1.2频率特性：频率特性：指无线电信

2、号的频率或波长。指无线电信号的频率或波长。对频率或波长进行分段，称为频段或波段。对频率或波长进行分段，称为频段或波段。第3页，共82页，编辑于2022年，星期六第4页，共82页，编辑于2022年，星期六1.3 常用的微波波段代号第5页，共82页，编辑于2022年，星期六第6页，共82页，编辑于2022年，星期六1.4调制特性：调制特性：要通过载波传递信息，就必须使载波信号的某一个（或几个）要通过载波传递信息，就必须使载波信号的某一个（或几个）参数（振幅、频率或相位）随信息改变，这一过程称为调制。参数（振幅、频率或相位）随信息改变，这一过程称为调制。调制的方式调制的方式有：有：当数字信息进行调制

3、时，通常称为键控。当数字信息进行调制时，通常称为键控。键控方式键控方式有：有：第7页，共82页，编辑于2022年，星期六1.5射频与微波射频与微波射频射频300MHz，3GHz微波微波3GH，300GHz所谓的所谓的“射频射频”来说，在实际设计来说，在实际设计/应用中，集总参数的使用应用中，集总参数的使用相对来说还是占主体，分布参数相对来说不是很明显，对于相对来说还是占主体，分布参数相对来说不是很明显，对于“射射频频”，多见的是，多见的是“路路”概念。概念。到了微波范畴，分布参数随着频率越高，到了微波范畴，分布参数随着频率越高，“场场”的概念的概念就变强了。就变强了。推荐论坛：推荐论坛：微波家

4、园，微波射频论坛，火腿论坛，通信人家园，飞信论坛微波家园，微波射频论坛，火腿论坛，通信人家园，飞信论坛第8页，共82页，编辑于2022年，星期六通信通信卫星卫星雷达雷达加热加热射频电路设计、微波电路设计、天线设计射频电路设计、微波电路设计、天线设计航天航天1.61.6微波的应用微波的应用微波的应用微波的应用第9页，共82页，编辑于2022年，星期六无线通信无线通信无线通信无线通信PSTN(PublicSwitchedTelephoneNetwork)公公共交换电话网络共交换电话网络第10页，共82页，编辑于2022年，星期六第11页，共82页，编辑于2022年，星期六890909MHz移动台发

5、移动台发935954MHz移动台收移动台收中国移动中国移动GSM900MHz825835MHz（基台发）（基台发）870880MHz（移动台发）（移动台发）中国联通中国联通CDMA800MHz中国移动通信使用的频段中国移动通信使用的频段909915MHz移动台发移动台发954960MHz移动台收移动台收中国联通中国联通GSM900MHz共共19MHz共共6MHz共共10MHz中国移动中国移动GSM1800MHz17101725MHz移动台发移动台发18051880MHz移动台收移动台收共共15MHz中国联通中国联通GSM1800MHz17451755MHz（基台发）（基台发）18401850M

6、Hz（移动台发）（移动台发）共共10MHz第12页，共82页，编辑于2022年，星期六卫星卫星卫星卫星第13页，共82页，编辑于2022年，星期六卫星技术是为了解决微波视距传输局限而提出的。如果地球是平坦卫星技术是为了解决微波视距传输局限而提出的。如果地球是平坦的这种视距不会成为问题。携带足够能量的任何方向的发射信号都能到的这种视距不会成为问题。携带足够能量的任何方向的发射信号都能到达目的接收机。当电磁信号需长距离传输时，接收机由于地球存在曲率达目的接收机。当电磁信号需长距离传输时，接收机由于地球存在曲率而被遮挡。携带足够能量的电磁信号进行长距离传输时，信号奔向太空。而被遮挡。携带足够能量的电

7、磁信号进行长距离传输时，信号奔向太空。当今全球有四大卫星定位系统，分别是美国的全球卫星导航定当今全球有四大卫星定位系统，分别是美国的全球卫星导航定位系统位系统GPSGPS，俄罗斯的，俄罗斯的GLONASSGLONASS（格洛纳斯）系统，欧洲的伽利略（格洛纳斯）系统，欧洲的伽利略系统，中国的北斗卫星系统。此外，日本、印度等国也在筹备系统，中国的北斗卫星系统。此外，日本、印度等国也在筹备建设自主的卫星导航系统。建设自主的卫星导航系统。第14页，共82页，编辑于2022年，星期六雷达用无线电波来探测物体。能探测到物体是否存在，物体有多远，雷达用无线电波来探测物体。能探测到物体是否存在，物体有多远，它

8、在哪，它的移动速度。它在哪，它的移动速度。发射机发射机接收机接收机转换开关转换开关信号处理信号处理天线天线发射电磁波发射电磁波接收电磁波接收电磁波显示、记录显示、记录R雷达雷达雷达雷达第15页，共82页，编辑于2022年，星期六1938年年，英英国国开开始始用用沃沃森森瓦瓦特特设设计计的的雷雷达达组组建建世世界界上上最最早早的的防防空空雷雷达达网网。1939年年9月月，第第二二次次世世界界大大战战爆爆发发时时，英英国国已已在在东东海海岸岸建建立立起起了了一一个个由由20个个地地面面雷雷达达站站组组成成的的“本本土土链链”雷雷达达网网。在在第第二二年年夏夏天天抗抗击击纳纳粹粹德德国国大大规规模模

9、空空袭袭英英国国的的“不不列列颠颠战战役役”中中，英英国国正正是是靠靠“本本土土链链”为为对对付付德德国国人人的的空空袭袭赢赢得得了了20分分钟钟宝宝贵贵的的预预警警时时间间，以以约约900架战斗机抵挡住了德国架战斗机抵挡住了德国2600余架飞机的疯狂进攻。余架飞机的疯狂进攻。第16页，共82页，编辑于2022年，星期六相控阵雷达预警机相控阵雷达预警机火控雷达火控雷达第17页，共82页，编辑于2022年，星期六射电望远镜（射电望远镜（radiotelescope）是指观测和研究来自天体的射）是指观测和研究来自天体的射电波的基本设备电波的基本设备可以测量天体射电的强度、频谱等量。射电望远镜可以测

10、量天体射电的强度、频谱等量。射电望远镜包括收集射电波的定向天线包括收集射电波的定向天线放大射电信号的高灵敏度接收机放大射电信号的高灵敏度接收机信息记信息记录录 处理和显示系统等。处理和显示系统等。位于位于澳大利亚澳大利亚新南威尔士州新南威尔士州帕克斯天文台的帕克斯天文台的64米口径射电望远镜米口径射电望远镜射电望远镜射电望远镜射电望远镜射电望远镜第18页，共82页，编辑于2022年，星期六very large array(VLA)at the national radio astronomy observatory(NRAO)VLA位于新墨西哥州的位于新墨西哥州的Socorro,用了用了27个

11、天线组成了一个口个天线组成了一个口径达径达1.3km到到13km的阵列来观察非常远的恒星和星系。的阵列来观察非常远的恒星和星系。第19页，共82页，编辑于2022年，星期六软件：软件：HFSS,FEKO，CST，MICROWAVEOFFICE，ADS。射频工程师、微波工程师的要求：射频工程师、微波工程师的要求：测试仪器：测试仪器：网络分析仪，频谱分析仪，示波器等。网络分析仪，频谱分析仪，示波器等。扎实的理论基础；扎实的理论基础；第20页，共82页，编辑于2022年，星期六第二章第二章调制与解调调制与解调本课程传输的信号本课程传输的信号基带信号基带信号欲传输的信息，频谱集中在欲传输的信息，频谱集

12、中在较低频率较低频率（数字、模拟）（数字、模拟）载波载波正弦、正弦、高频高频已调波已调波携带了信息的携带了信息的高频窄带高频窄带信号（或称通带信号）信号（或称通带信号）调制调制基带信号加载到正弦载波的过程基带信号加载到正弦载波的过程调制的结果调制的结果得到已调波得到已调波解调解调从已调波中恢复基带信号的过程从已调波中恢复基带信号的过程2.1 2.1 什么是调制和解调什么是调制和解调第21页，共82页，编辑于2022年，星期六调制的方式调制的方式正弦载波正弦载波调幅调幅调频调频调相调相模拟调制模拟调制基带信号是模拟信号基带信号是模拟信号数字调制数字调制基带信号是数字信号基带信号是数字信号第22页

13、，共82页，编辑于2022年，星期六2.2调幅波的时域表示调幅波的时域表示表达式表达式波形波形AM波形特征波形特征:上包络上包络下包络下包络上、下包络上、下包络均反映调制信号变化均反映调制信号变化当当时时m=0.5m=1调制波形如何调制波形如何第23页，共82页，编辑于2022年，星期六2.3 2.3 调幅波（调幅波（AMAM）的频谱与带宽）的频谱与带宽频谱成分频谱成分带宽带宽频谱频谱调制前调制前调制后调制后调制前调制前调制后调制后第24页，共82页，编辑于2022年，星期六频谱特征频谱特征调制前调制前调制后调制后三条谱线三条谱线频谱频谱线性线性搬移搬移载频载频一对旁频一对旁频幅度幅度载频载频

14、旁频旁频载频幅度最大载频幅度最大载频不携带信息载频不携带信息第25页，共82页，编辑于2022年，星期六 带宽带宽调制前调制前调制后调制后调制前调制前调制后调制后BW=BW=第26页，共82页，编辑于2022年，星期六第27页，共82页，编辑于2022年，星期六多频调幅频谱多频调幅频谱数学表达式数学表达式推导第28页，共82页，编辑于2022年，星期六2.4 2.4 调频波的表达式调频波的表达式定义：定义：最大相移最大相移 为为调频指数调频指数 调频波调频波表达式表达式调频波的调频波的相位变化规律相位变化规律为：为：调制信号调制信号第29页，共82页，编辑于2022年，星期六调频波的波形调频波

15、的波形调频波的带宽调频波的带宽BWBW：BW=2(BW=2(fm+Ffm+F)F F：调制信号的频率。：调制信号的频率。fm：调制信号的最大频偏。调制信号的最大频偏。第30页，共82页，编辑于2022年，星期六通通-断键控断键控(OOK,On-Off Keying)(OOK,On-Off Keying)2ASK 2ASK 2ASK 2ASK 典型波形典型波形典型波形典型波形二进制幅度键控二进制幅度键控二进制幅度键控二进制幅度键控ASKASKASKASK：载波幅度随着调制信号而变化载波幅度随着调制信号而变化载波幅度随着调制信号而变化载波幅度随着调制信号而变化。第31页，共82页，编辑于2022年

16、，星期六FSKFSK的时域波形的时域波形的时域波形的时域波形几种波形图几种波形图几种波形图几种波形图第32页，共82页，编辑于2022年，星期六2PSK时域波形时域波形（2PSK又称为0-调相）第33页，共82页，编辑于2022年，星期六第三章第三章 发送发送接收机结构接收机结构 3.1 3.1 概述概述通信机基本结构通信机基本结构射频级基本结构射频级基本结构发射部分发射部分接收部分接收部分天线公用器天线公用器本章本章主要内容主要内容：介绍发送、接收机的：介绍发送、接收机的结构方案结构方案主要指标主要指标第34页，共82页，编辑于2022年，星期六完成基带信号对载波的完成基带信号对载波的调制调

17、制 通带信号（已调波）通带信号（已调波）将通带信号将通带信号搬移搬移到所需的频段到所需的频段上变频上变频放大放大到足够的功率并发射到足够的功率并发射不干扰相邻信道不干扰相邻信道限制频带限制频带主要指标：主要指标：频谱频谱、功率功率、效率效率射频发射级的射频发射级的基本组成基本组成及及完成功能完成功能：产生正弦载波产生正弦载波第35页，共82页，编辑于2022年，星期六射频接收级的射频接收级的基本组成基本组成及及完成的功能完成的功能从众多的电波中选出有用信号从众多的电波中选出有用信号选频、滤除干扰选频、滤除干扰将微弱信号将微弱信号放大到解调器所要求的电平值放大到解调器所要求的电平值放大放大将通带

18、信号变为基带信号将通带信号变为基带信号 解调解调接收机的主要指标：接收机的主要指标：灵敏度灵敏度、选择性选择性第36页，共82页，编辑于2022年，星期六设计接收机和发射机的射频部分时应解决的设计接收机和发射机的射频部分时应解决的关键问题关键问题 选用合适的选用合适的调制和解调调制和解调方式方式 抗干扰性能好、频带利用率高、功率有效性好抗干扰性能好、频带利用率高、功率有效性好 接收机接收机选出选出有用信道有用信道抑制抑制干扰干扰 难点难点已调信号载频高、信道窄已调信号载频高、信道窄 接收机的接收机的灵敏度和线性动态范围灵敏度和线性动态范围 发射机的发射机的高效率高效率不失真的不失真的功率放大器

19、功率放大器 限制发射信号限制发射信号对相邻信道的干扰对相邻信道的干扰 天线天线收发转换器收发转换器的损耗小，隔离性好的损耗小，隔离性好第37页，共82页，编辑于2022年，星期六超外差式接收机超外差式接收机 变频器变频器功能：将接收到的射频不失真的功能：将接收到的射频不失真的降低降低为一个为一个固定固定的中频的中频关键部件：关键部件：下变频器下变频器变频特点：变频特点：频率降低频率降低 频谱结构不变频谱结构不变3.2接收机方案接收机方案基本结构方案基本结构方案第38页，共82页，编辑于2022年，星期六（1 1）为了解决为了解决选择性选择性结果：射频段结果：射频段选择信道非常困难选择信道非常困

20、难要求滤波器要求滤波器Q值极高值极高上行上行频带频带:890:890915MHz915MHz（移动台发、基站收）（移动台发、基站收）下行下行频带频带:935:935 960MHz 960MHz（移动台收、基站发）（移动台收、基站发）每个每个信道信道:200KHz:200KHz GSM通信系统通信系统特点特点：信道带宽信道带宽远比远比载频小载频小射频段选择频带射频段选择频带降为中频、选择信道降为中频、选择信道措施：措施：降低频率选信道降低频率选信道为什么为什么要将接收到的射频频率要将接收到的射频频率降低？降低？两个概念两个概念频带频带信道信道第39页，共82页，编辑于2022年，星期六射频段与中

21、频段射频段与中频段Q值计算：值计算：RF=950MHz，IF=10.7MHz，BW=30KHz。Q=f/BW,RF:950000/30,IF:10700/30调频广播调频广播：88108MHz，最大频偏，最大频偏 f=75KHz，最高，最高调制频率调制频率F=15KHz，信道间隔为，信道间隔为200KHz，调频接收机，调频接收机中频中频fIF=10.7MHz。在。在RF段选择信道和在中频段选择段选择信道和在中频段选择信道所要求的信道所要求的Q值值（作业）（作业）第40页，共82页，编辑于2022年，星期六（2 2）为使接收机达为使接收机达稳定的高增益稳定的高增益天线输入天线输入电平约为电平约为

22、-100-120dBm（级）级）解调器输入解调器输入一般要求约一般要求约500mV要求要求增益大于增益大于100dB以上以上总增益射频增益总增益射频增益混频增益混频增益中频增益中频增益结果：结果：增益增益分散在各频段分散在各频段，易稳定，易稳定 中频中频频率低且固定频率低且固定，增益易大而稳定，增益易大而稳定（主要增益级主要增益级）（3 3）在较低的固定中频上解调或在较低的固定中频上解调或A/DA/D变换也相对容易变换也相对容易 第41页，共82页，编辑于2022年，星期六超外差接收机各级功能超外差接收机各级功能低噪声放大器低噪声放大器射频放大射频放大变频器变频器频谱搬移频谱搬移中频放大中频放

23、大选信道、主增益级选信道、主增益级第42页，共82页，编辑于2022年，星期六基本实现方法基本实现方法变频功能变频功能频谱搬移频谱搬移超外差接收机的主要缺点超外差接收机的主要缺点变频器引入众多的组合频率干扰变频器引入众多的组合频率干扰产生众多组合频率的原因？产生众多组合频率的原因？滤波器不理想滤波器不理想非线性器件不是非线性器件不是理想平方律特性理想平方律特性产生组合频率产生组合频率非线性非线性器器件件滤波器滤波器第43页，共82页，编辑于2022年，星期六镜像频率干扰镜像频率干扰重要的寄生通道干扰重要的寄生通道干扰什么是镜像频率？什么是镜像频率？后果如何？后果如何？前端滤波器滤除前端滤波器滤

24、除消除镜像频率干扰的方法：不让镜频信号进入变频器消除镜像频率干扰的方法：不让镜频信号进入变频器滤波器实现难点？滤波器实现难点？射频滤波器通带做不窄射频滤波器通带做不窄解决方法解决方法:提高中频提高中频第44页，共82页，编辑于2022年，星期六高中频和低中频的利弊高中频和低中频的利弊高中频高中频镜像频率远离有用信号，滤波容易镜像频率远离有用信号，滤波容易优点：优点：利于抗镜频干扰利于抗镜频干扰低中频低中频相同相同Q值条件下，中频滤波器窄带值条件下，中频滤波器窄带优点：优点：利于选择信道、稳定的高增益利于选择信道、稳定的高增益两者兼顾最佳方案两者兼顾最佳方案超外差式超外差式二次混频二次混频方案方

25、案选择选择中频中频兼顾兼顾两者两者第45页，共82页，编辑于2022年，星期六3.3二次变频方案二次变频方案中频选择原则中频选择原则IIII中频采用中频采用低低中频值，利于提取有用信道中频值，利于提取有用信道 抑制邻道干扰抑制邻道干扰I I 中频采用中频采用高高中频值，以提高镜象频率抗拒比中频值，以提高镜象频率抗拒比三个滤波器的三个滤波器的功能、中心频率与带宽功能、中心频率与带宽射频滤波器射频滤波器I I 中频中频滤波器滤波器II II 中频中频滤波器滤波器总增益总增益低噪放增益低噪放增益I I中频中频增益增益IIII中频中频增益增益（主要增益级）（主要增益级）第46页，共82页，编辑于202

26、2年，星期六二次混频超外差接收机实例二次混频超外差接收机实例第47页，共82页，编辑于2022年，星期六3.4 3.4 直接下变频方案（零中频方案）直接下变频方案（零中频方案）方案特点：方案特点：中频为中频为 方案优点方案优点：不存在镜像频率，无镜频信号干扰不存在镜像频率，无镜频信号干扰 可用低通滤波器选择信道可用低通滤波器选择信道 易解决匹配、线性动态范围等问题易解决匹配、线性动态范围等问题第48页，共82页，编辑于2022年，星期六直接下变频方案存在的问题直接下变频方案存在的问题 1.1.本振泄露本振泄露 关键原因关键原因:本振频率与信号频率相同本振频率与信号频率相同2.2.LNA偶次谐波

27、失真干扰偶次谐波失真干扰 两个频率两个频率相近的干扰相近的干扰非线性的偶次项非线性的偶次项引起的差频引起的差频 漏过、形成干扰漏过、形成干扰第49页，共82页，编辑于2022年，星期六直流偏差直流偏差 由本振泄漏引起的直流偏差由本振泄漏引起的直流偏差 强干扰的自混频引起的直流偏差强干扰的自混频引起的直流偏差4.噪声影响噪声影响第50页，共82页，编辑于2022年，星期六3.5 3.5 镜频抑制接收方案镜频抑制接收方案 特点：利用电路特点：利用电路结构形式结构形式改变改变,抑制抑制镜像频率干扰镜像频率干扰输出抑制了镜像频率输出抑制了镜像频率第51页，共82页，编辑于2022年，星期六3.6 3.

28、6 数字中频方案数字中频方案 特点：特点：将第二次混频和滤波数字化将第二次混频和滤波数字化优点：优点：可避免可避免I/Q两路的不一致两路的不一致 难点：难点：对对A/D变换器要求很高变换器要求很高转换速度高、较高的分辨率和较小的噪声转换速度高、较高的分辨率和较小的噪声 、线性度很高线性度很高 、要求有较大的动态范围。、要求有较大的动态范围。第52页，共82页，编辑于2022年，星期六3.7 3.7 发射机方案发射机方案 直接变换法直接变换法本振本振缺点缺点:发射频率发射频率本振频率，发射的强信号会影响本振源本振频率，发射的强信号会影响本振源调制和上变频合一调制和上变频合一在发射频率上调制在发射

29、频率上调制第53页，共82页，编辑于2022年，星期六两步法两步法优点优点:较低频率处调制容易，正交两支路易一致较低频率处调制容易，正交两支路易一致缺点：对缺点：对上变频滤波器上变频滤波器要求高要求高特点特点:在较低的频率上在较低的频率上调制调制，再，再上变频上变频到发射频率到发射频率第54页，共82页，编辑于2022年，星期六3.8 3.8 发信机技术指标发信机技术指标 （1）平均载频功率平均载频功率（2）发信载频包络发信载频包络（3）射频功率控制射频功率控制（4）射频输出频谱射频输出频谱（5）杂散辐射杂散辐射相对载波功率相对载波功率（dB）允许的最大电平允许的最大电平调制谱性能相对载频的偏

30、移相对载频的偏移（KHZ）瞬态瞬态频谱频谱性能性能相对载频的偏移相对载频的偏移（KHZ）100100200250400600180040060012001800+0.53033545423dBm26dBm32dBm36dBm9KHZ1GHZ112.75GHZ935960MHZ250nW（36dBm）1 W（30dBm）4PW（84dBm）例：移动台例：移动台0.8W（29dBm）第55页，共82页，编辑于2022年，星期六3.9 3.9 接收机指标接收机指标（1）灵敏度灵敏度（2）阻塞和杂散响应抑制阻塞和杂散响应抑制（3）互调响应抑制互调响应抑制（4）邻道干扰抑制邻道干扰抑制（5）杂散辐射杂散

31、辐射灵敏度：灵敏度：静态静态102dBm，（仅列举一个数据）（仅列举一个数据）第56页，共82页，编辑于2022年，星期六第四章第四章 混频器混频器中频信号：中频信号：IF=RF-LOIF=RF-LO 发射机发射机上上混频器混频器将已调制中频信号搬移到射频将已调制中频信号搬移到射频接收机接收机下下混频器混频器将接收到的射频信号搬移到中频将接收到的射频信号搬移到中频本振信号本振信号：射频信号射频信号：相乘得相乘得：基本方法基本方法：乘法器乘法器滤波器滤波器非线性器件非线性器件滤波器滤波器中频滤波器中频滤波器4.1 4.1 混频器概述混频器概述 第57页，共82页，编辑于2022年，星期六4.2

32、4.2 调幅接收机调幅接收机混频器的结构框图混频器的结构框图 混频器结构：三个端口混频器结构：三个端口输入输入信号、信号、本振本振信号、信号、中频中频信号信号非线性器件带通滤波器本地振荡器第58页，共82页，编辑于2022年，星期六数字蜂窝通信数字蜂窝通信：RF=869894MHz，IF=87MHz，信道带宽，信道带宽BW=30KHz，LO=调频广播调频广播：88108MHz，调频接收机中频，调频接收机中频fIF=10.7MHz，接收机的本振频率范围，频率覆盖系数，接收机的本振频率范围，频率覆盖系数(高低端频率高低端频率之比之比)-作业作业第59页，共82页，编辑于2022年，星期六时域时域特

33、性特性输出、输入输出、输入波形波形相同、载频不同相同、载频不同混频本质混频本质线性频谱搬移线性频谱搬移频域频域特性特性输出、输入输出、输入频谱结构、频谱结构、带宽带宽相相同，载频不同同，载频不同混频电路的实现混频电路的实现乘法器乘法器非线性器件非线性器件双极晶体管双极晶体管场效应管场效应管二极管二极管为减少组合频率分量为减少组合频率分量工作于工作于线性时变状态线性时变状态第60页，共82页，编辑于2022年，星期六4.3混频器的主要指标混频器的主要指标 增益增益10dBNF12dBIIP3+5dBm输入阻抗输入阻抗50口间隔离口间隔离1020dB增益增益变频变频增益增益=输出输出中频中频输入输

34、入射频射频第61页，共82页，编辑于2022年，星期六线性范围线性范围问题问题:混频是一种非线性功能，为什么有混频是一种非线性功能，为什么有“线性线性”指标？指标？混频混频射频射频本振本振中频中频混频器的混频器的非线性非线性输出、输入输出、输入频率不同频率不同混频器的混频器的线性线性输出输出中频中频幅度幅度输入输入射频射频幅度幅度成正比成正比线性指标线性指标变频增益变频增益下降下降1-dB1-dB时相应的输入（或输出）功率值时相应的输入（或输出）功率值 1-dB 1-dB 压缩点压缩点第62页，共82页，编辑于2022年，星期六4.4混频器电路结构与工作原理混频器电路结构与工作原理单管混频器电

35、路单管混频器电路1 1、单管混频器、单管混频器单管混频器只采用单管混频器只采用1只混频二极管。只混频二极管。信信号号由由定定向向耦耦合合器器的的第第2口口输输入入，经经匹匹配配电电路路加加到到混混频频管管口口，本本振振fp由由定定向向耦耦合合器器第第1口口输输入入，耦耦合合到到4口口然然后后加加到到混混频频器器。定定向向耦耦合合器器作作用用是是把把本本振振与与信信号号隔隔离离，耦耦合合段段的的长长度度约约为为四四分分之之一一波波长长。第第1口口到到第第4口口的的耦耦合合度度通通常常设设计计为为10dB或或略略小小，第第4口口与与第第2口口本本振振耦合功率之比是定向。耦合功率之比是定向。第63页

36、，共82页，编辑于2022年，星期六第五章第五章低噪声放大器低噪声放大器5.1低噪声放大器的四个特点低噪声放大器的四个特点位于接收机的最前端位于接收机的最前端接收的信号很微弱接收的信号很微弱直接和天线相连直接和天线相连抑制带外和镜象频率干扰抑制带外和镜象频率干扰晶体管的两种描述方法晶体管的两种描述方法：物理等效电路模型物理等效电路模型网络模型网络模型第64页，共82页，编辑于2022年，星期六5.2放大器技术指标放大器技术指标噪声系数与噪声温度噪声系数与噪声温度第65页，共82页，编辑于2022年，星期六5.3放大器技术指标放大器技术指标功率增益功率增益第66页，共82页，编辑于2022年，星

37、期六5.4功率增益与噪声系数功率增益与噪声系数第67页，共82页，编辑于2022年，星期六5.5放大器技术指标放大器技术指标增益平坦度增益平坦度增益平坦度是指工作频带内功率增益的起伏，常用最高增益增益平坦度是指工作频带内功率增益的起伏，常用最高增益与最小增益之差，即与最小增益之差，即G(dB)表示，如下图所示。表示，如下图所示。第68页，共82页，编辑于2022年，星期六5.6放大器技术指标放大器技术指标工作频带工作频带低低噪噪音音放放大大器器的的工工作作频频带带一一般般不大宽，较多为不大宽，较多为20上下。上下。工工作作频频带带不不仅仅是是指指功功率率增增益益满满足足平平坦坦度度要要求求的的

38、频频带带范范围围，而而且且还还要要求求全全频频带带内内噪噪音音要要满满足足要要求求，并并给给出出各各频频点点的的噪音系数。噪音系数。第69页，共82页，编辑于2022年，星期六5.7放大器技术指标放大器技术指标动态范围动态范围第70页，共82页，编辑于2022年，星期六5.8电路设计电路设计基本电路模块基本电路模块输入匹配电路模块输入匹配电路模块低噪声放大器一般不止一级，还有级间匹配电路模块。低噪声放大器一般不止一级，还有级间匹配电路模块。输出匹配电路模块输出匹配电路模块第71页，共82页，编辑于2022年，星期六滤波器是最基本的信号处理器件。滤波器是最基本的信号处理器件。第六章第六章微带滤波

39、器微带滤波器第72页，共82页，编辑于2022年，星期六6.1滤波器用途与分类滤波器用途与分类最最普普通通的的滤滤波波器器具具有有图图5-1所所示示的的低低通通、高高通通、带带通通、带带阻阻衰衰减减特特性。性。图图5-1四个普通滤波器的特性曲线四个普通滤波器的特性曲线可以从不同角度对滤波器进行分类：可以从不同角度对滤波器进行分类：(a)按按功功能能分分，有有低低通通滤滤波波器器，高高通通滤滤波波器器，带带通通滤滤波波器器，带带阻阻滤波器，可调滤波器。滤波器，可调滤波器。(b)按按用用的的元元件件分分，有有集集总总参参数数滤滤波波器器，分分布布参参数数滤滤波波器器，无无源源滤滤波器，有源滤波器，

40、晶体滤波器，声表面波滤波器，等等。波器，有源滤波器，晶体滤波器，声表面波滤波器，等等。第73页，共82页，编辑于2022年，星期六6.2基本滤波器工作原理基本滤波器工作原理集总参数滤波器集总参数滤波器(1)基本基本LC低通滤波器低通滤波器(2)基本基本LC高通滤波器高通滤波器(3)基本串联、并联带通滤波器基本串联、并联带通滤波器CL基本基本LC低通滤波器低通滤波器T-型常数低通滤波器型常数低通滤波器-型常数低通滤波器型常数低通滤波器基本串联带通滤波器基本串联带通滤波器基本并联带通滤波器基本并联带通滤波器第74页，共82页，编辑于2022年，星期六6.3滤波器主要参数滤波器主要参数第75页，共8

41、2页，编辑于2022年，星期六第七章第七章锁相环路锁相环路三个三个基本部件基本部件：鉴相器、环路滤波器和压控振荡器。：鉴相器、环路滤波器和压控振荡器。锁相技术是一种相位负反馈技术，通过比较输入信号和压控振荡锁相技术是一种相位负反馈技术，通过比较输入信号和压控振荡器的输出信号的相位，取出与这两个信号的相位差成正比的电器的输出信号的相位，取出与这两个信号的相位差成正比的电压作为压作为误差电压误差电压来控制振荡器的频率，达到使其与输入信号频率相来控制振荡器的频率，达到使其与输入信号频率相等。等。输输出出压压 控控 振振（VOCz）低通滤波器低通滤波器（LPF）鉴鉴 相相 器器（PD）参参 考考 晶晶

42、 体体振振 荡荡 器器锁相环的锁相环的基本组成基本组成框图框图7.1锁相环的基本组成与原理锁相环的基本组成与原理第76页，共82页，编辑于2022年，星期六锁相环路的工作原理锁相环路的工作原理当压控振荡器的频率当压控振荡器的频率fV由于某种原因而发生变化时，必然相应地产生由于某种原因而发生变化时，必然相应地产生相位变化。这相位变化在鉴相器中与参考晶体振荡器的稳定相位相位变化。这相位变化在鉴相器中与参考晶体振荡器的稳定相位（对应于频率（对应于频率fR）相比较相比较，使鉴相器输出一个与相位误差成比，使鉴相器输出一个与相位误差成比例的例的误差电压误差电压vd（t），经过低通滤波器，取出其中缓慢变动）

43、，经过低通滤波器，取出其中缓慢变动的直流电压分量的直流电压分量vc（t）。）。vc（t）用来控制压控振荡器中的）用来控制压控振荡器中的压控压控元件元件（通常是变容二极管的电容量），而这压控元件又是（通常是变容二极管的电容量），而这压控元件又是VOC振振荡回路的组成部分，结果压控元件电容量的变化将荡回路的组成部分，结果压控元件电容量的变化将VOC的输出频率的输出频率fV又拉回到稳定值上来。这样，又拉回到稳定值上来。这样，VOC的输出频率稳定度即由参考的输出频率稳定度即由参考晶体振荡器所决定。这时我们称环路处于晶体振荡器所决定。这时我们称环路处于锁定状态锁定状态。第77页，共82页，编辑于2022

44、年，星期六锁相环路的重要概念：当两个振荡信号频率相等时，则它们之锁相环路的重要概念：当两个振荡信号频率相等时，则它们之间的间的相位差保持不变相位差保持不变；反之，若两个信号的相位差是个恒定值，则它；反之，若两个信号的相位差是个恒定值，则它们的们的频率必然相等频率必然相等。根据上述概念可知，锁相环路在锁定后，两个信号频率相等，但根据上述概念可知，锁相环路在锁定后，两个信号频率相等，但二者间存在恒定相位差（稳态相位差）。这稳态相位差经过鉴相二者间存在恒定相位差（稳态相位差）。这稳态相位差经过鉴相器转变为直流误差，通过低通滤波器去控制器转变为直流误差，通过低通滤波器去控制VOC，使使 R与与 V同同

45、步步。在闭环条件下，如果由于某种原因使在闭环条件下，如果由于某种原因使VOC的角频率的角频率 V发生发生变化，设变动量为变化，设变动量为，那么，这两个信号之间的相位差不再，那么，这两个信号之间的相位差不再是恒定值，鉴相器的输出电压也就跟着发生相应的变化。这是恒定值，鉴相器的输出电压也就跟着发生相应的变化。这变化的电压变化的电压使使VOC的频率不断改变的频率不断改变，直到直到 R V为止为止。这就是。这就是锁相环路的基本原理锁相环路的基本原理。第78页，共82页，编辑于2022年，星期六7.2锁相环路工作过程的定性分析锁相环路工作过程的定性分析锁定状态锁定状态跟踪过程跟踪过程捕获过程捕获过程第7

46、9页，共82页，编辑于2022年，星期六7.3锁相环路的基本部件锁相环路的基本部件鉴相器鉴相器鉴相器有鉴相器有两个输入信号两个输入信号：频率为：频率为 i的输入信号电压、压控振荡器的输入信号电压、压控振荡器VCO的输出电压。的输出电压。输入信号电压：输入信号电压：压控振荡器压控振荡器VCO的的输出电压输出电压：第80页，共82页，编辑于2022年，星期六环路滤波器环路滤波器三种环路滤波器三种环路滤波器：简单：简单RC滤波器，无源比例积分滤波器，有滤波器，无源比例积分滤波器，有源比例积分滤波器。源比例积分滤波器。简单简单RC滤波器原理图滤波器原理图无源比例积分滤波器原理图无源比例积分滤波器原理图有源比例积分滤波器原理图有源比例积分滤波器原理图第81页，共82页，编辑于2022年，星期六压控振荡器压控振荡器压控振荡器压控振荡器(VCO)是频率受电压控制的振荡器，它的输入为是频率受电压控制的振荡器，它的输入为控制电压。控制电压。在锁相环路中，在锁相环路中，VCO的输出作为鉴相器的输入，但在鉴相器中的输出作为鉴相器的输入，但在鉴相器中起作用的是其瞬时相位，而不是角频率。起作用的是其瞬时相位，而不是角频率。压控振荡器压控振荡器输出频率与压控电压关系输出频率与压控电压关系：压控振荡器的压控振荡器的特性曲线特性曲线：第82页，共82页，编辑于2022年，星期六