第四章 微波收发技术(现代接收技术及其集成)

1、微 波 通 信 技 术第四章 微波收发技术上/变频技术本章主要内容本章主要内容 微波工程常用单位和表示方法 微波收发系统的组成和技术指标 上/下变频技术 系统的非线性和补偿措施 系统的噪声和灵敏度 微波收发系统中的频率源技术 现代接收机设计技术微波工程常用单位和表示方法微波工程常用单位和表示方法 dB dBm、dBW dBc5 miles200 ft (0.7db/100ft)100 ft (0.7db/100ft)TransmitReceive(117dB loss) Antenna gain 2dB each37dBm 0.7dB + 2dB 117dB +2dB 1.4dB = 78.1

2、dBm 微波工程常用单位和表示方法微波工程常用单位和表示方法放大器混频器隔离器频率源滤波器微波收发系统的组成微波收发系统的组成微波收发系统的组成微波收发系统的组成 频分系统 时分系统频分系统的射频框图频分系统的射频框图 PLL#1 REF PLL#3 Micro Controller RSSI 8 V LIN REG DC/DC CONVERTER VGA 50dB Dynamic Range From IDU To IDU PLL#3 To Antenna 发信机的射频主要技术指标发信机的射频主要技术指标 发射频率 发射频率准确度、稳定度 发射功率 发射机带宽 发射机幅频特性 杂散抑制度、谐

3、波抑制度 非线性指标（ 1dB压缩点、三阶交调） 相位噪声发射频率发射频率 无线电委员会的规划 通信容量大小 通信距离、大气吸收、雨衰 设备复杂度、成本频率准确度频率准确度=fx-f0f0频率源的实频率源的实际输出频率际输出频率频率源的频率源的标称值标称值频率准确度：实际频率和标称值的差比标称值。发射功率发射功率链路预算（通信距离、频率、接收机灵敏度，收发天线）链路预算（通信距离、频率、接收机灵敏度，收发天线） 衰落储备衰落储备功放效率和系统功耗要求功放效率和系统功耗要求发射机带宽发射机带宽图示为码速率为10Mbps的QPSK调制频谱频谱发射机幅频特性发射机幅频特性杂散抑制度杂散抑制度谐波抑制

4、度谐波抑制度非线性参数非线性参数-30功率输入（dBm）0-40-30-20-1010203040二阶互调（斜率=2dB/dB）三阶截点20功率输出（dBm）-20-1001030三阶互调（斜率=3dB/dB）1dB压缩饱和输出功率线性增益（斜率=1dB/dB）相位噪声相位噪声来源来源oV (t) = A + E(t) sin 2 f t + (t)oWhereE(t) = random amplitude fluctuations (t) = random phase fluctuations 4 24 V (t) E(t) (t) WhereA = nominal amplitudeof

5、= nominal frequencyo 4 24 V (t) V(t) = A sin 2 f to of0ff0- fmf0+ fm1Hz带宽f0f理想频谱理想频谱实际频谱实际频谱相位噪声和相位抖动的关系相位噪声和相位抖动的关系A BS ()()radHz2degreesS (f)ABPhase Jitter = 3602 radS (f)ABPhase Jitter = = dB Relative to 1 radrms Phase Jitter = Total rms phase deviation within a specified bandwidth相位噪声和寄生调频的关系相位噪

6、声和寄生调频的关系A BS()radHz2Hzf S (f)df2ABResidual FM = = S (f)dfABResidual FM = Total rms frequency deviation within a specified bandwidth相位噪声对通信系统的影响相位噪声对通信系统的影响Phase NoiseAmplitude Noise频率稳定度频率稳定度fx-f0f0频率源的实际输出频率频率源的标称值max频率稳定度：在一定时间范围内 t t 频率准确度变化频率稳定度类型频率稳定度类型 长期频率稳定度长期频率稳定度 t1t1天天 取决于电源元件取决于电源元件和有源器

7、件的老和有源器件的老化特性。化特性。 短期频率稳定度短期频率稳定度 t1t1天天 取决于温度变化、取决于温度变化、电压变化和电路电压变化和电路参数的不稳定。参数的不稳定。 瞬时频率稳定度瞬时频率稳定度 t1St1S由振荡器的内部噪由振荡器的内部噪声导致的频率起伏声导致的频率起伏个测量数据的平均值为次所测的频率稳定度为第为测量次数nffiffnffffniniin0012001阿仑方差阿仑方差 阿仑方差定义为阿仑方差定义为()niiinyfffn121220211)(lim每次测每次测量的取量的取样时间样时间标称标称频率频率第第2 2i i次次测量的测量的频率值频率值第第1 1i i次测次测量的

8、频率量的频率值值测量方法：取样时间，测定时的平均频率f1i，然后无间隙地测量另一个取样时间的平均频率f2i，将(f1i ,f2i)作为第i组数据，共取n组。阿仑稳定度：阿仑稳定度：s(t)=s(t)= y y(t)/(t)/f f0 0发射机主要组成部件发射机主要组成部件 正交调制器 上变频器 本振频率源 功率放大器 滤波器、双工器 微波开关正交调制器正交调制器 /2载波载波I:Q:IQ上变频器上变频器主要技术指标：主要技术指标：RFRF工作频率工作频率LOLO工作频率工作频率IFIF工作频率工作频率变频损耗变频损耗LO/RFLO/RF隔离隔离LO/IFLO/IF隔离隔离 RF/IFRF/IF

9、隔离隔离三阶交调系数三阶交调系数IMIM3 3P P1dB1dB(Input)(Input)IPIP3 3(Input)(Input)常用的上变频器：常用的上变频器： 变容管上变频器变容管上变频器 功率容量大功率容量大 变频损耗小变频损耗小 有一定的功率增益有一定的功率增益 晶体管上变频器晶体管上变频器 变频增益小变频增益小 本振功率小本振功率小 肖特基二极管肖特基二极管 功率容量小功率容量小 变频损耗较大变频损耗较大上变频寄生信号图上变频寄生信号图1.522.531919.52020.5SKA2（2/20GHz）上变频混频杂波分析IF输入频率（GHz）RF输出频率（GHz）本振频率源本振频率

10、源频率源的主要技术指标频率源的主要技术指标 频率稳定度 频率准确度 杂散电平 谐波电平 调制线性 频率牵引系数 推频系数 漂移系数 输出功率稳定度频率源的主要实现方式频率源的主要实现方式 介质稳频振荡器 倍频链式频率源 锁相频率源PLL频率源DDS频率源PLL+DDS频率源滤波器滤波器类型类型LC滤波器陶瓷滤波器微带滤波器 平行耦合线滤波器 交指滤波器SAW滤波器介质滤波器介质滤波器腔体滤波器腔体滤波器 梳妆线滤波器梳妆线滤波器 交指滤波器交指滤波器 同轴腔滤波器同轴腔滤波器E面鳍波导滤波器面鳍波导滤波器滤波器滤波器技术指标技术指标滤波器的形式：低通、高通、带通、带阻滤波器的形式：低通、高通、

11、带通、带阻 响应形式：切比雪夫、巴特沃斯、椭圆函数、高斯函数响应形式：切比雪夫、巴特沃斯、椭圆函数、高斯函数 滤波器的类型滤波器的类型 中心频率、截止频率中心频率、截止频率 插入损耗插入损耗 带内波纹带内波纹带宽带宽阻带抑制阻带抑制 滤波器的阶数滤波器的阶数 功率容量功率容量 功率放大器功率放大器功率放大器的主要技术指标功率放大器的主要技术指标 输出功率 效率 三阶互调失真增益 寄生输出接收机的基本结构接收机的基本结构 AGC 控制 AGC 控制 / 2 / 2 I Q 接收机的主要技术指标接收机的主要技术指标 噪声系数 接收机灵敏度 接收机增益和动态范围 接收机带宽 接收机选择性（幅频特性）

12、 I/Q正交特性（幅度、相位一致性） 相位噪声 杂散和谐波抑制度 频率准确度、稳定度接收机噪声系数接收机噪声系数噪声来源噪声来源 热噪声热噪声 导体内部电子的热运动和电子器件中的载流子的不规则运动所产生的噪声. 各种干扰噪声各种干扰噪声 主要是由电波多径传播、阻抗失配、电源波动及其它信道的干扰所产生的噪声。 波形失真波形失真 传输设备的线性失真与非线性失真所产生的噪声 外部噪声外部噪声 外部设备的电磁干扰、各种雷电和云层放电所辐射的电磁干扰和宇宙间其它星系辐射的电磁干扰所产生的噪声。噪声系数的定义噪声系数的定义anoutainoutoutoutininGBkTNGNNNSNSF0输入端信噪比输

13、入端信噪比输出端信噪比输出端信噪比FdBNFlg10)(级联系统的噪声系数级联系统的噪声系数 F1,G1 F2,G2 F3,G3 其中，F1，F2，F3为各级噪声系数，G1，G2，G3为各级增益 21131121GGFGFFF级联后的噪声系数：级联后的噪声系数： FNflg10接收机噪声系数的设计接收机噪声系数的设计 应合理地分配各级电路的噪声系数和增益应合理地分配各级电路的噪声系数和增益 在一定条件下在一定条件下, ,系统的噪声系数只取决于系统的第系统的噪声系数只取决于系统的第1 1级电路的噪声系数级电路的噪声系数)10(10)58. 1 (211dBGdBF)100(20)10(1012d

14、BGdBF)48. 2(94. 30dBF )100(20)58. 1 (211dBGdBF)100(20)10(1012dBGdBF)67. 1 (04. 20dBF 接收机主要组成部件接收机主要组成部件 低噪声放大器 下变频器 正交解调器 自动增益放大器低噪声放大器低噪声放大器下变频器下变频器主要技术指标：主要技术指标：RFRF工作频率工作频率LOLO工作频率工作频率IFIF工作频率工作频率变频损耗变频损耗LO/RFLO/RF隔离隔离LO/IFLO/IF隔离隔离 RF/IFRF/IF隔离隔离三阶交调截止点三阶交调截止点P P1dB1dB(Input)(Input)IPIP3 3(Input)(Input)正交解调器正交解调器自动增益放大器自动增益放大器 可变 衰减器 可变 衰减器 检波器 可变 衰减器 可变 衰减器 基带 处理器 A/D D/A 模拟模拟AGC放大器放大器数控数控AGC放大器放大器现代接收机设计现代接收机设计 现代接收机类型和特点 接收机数字化技术 HMIC和MMIC在接收机中的应用超外差接收机超外差接收机 AGC 控制 直接变频式接收机直接变频式接收机 900移相 I Q 零中频 射频输入 软件无