l波段接收机的设计毕业设计(论文)(编辑修改稿)

l波段接收机的设计毕业设计(论文)(编辑修改稿)内容摘要：

或者多次变频，在多个中频频率上逐步滤波和放大。 外差式接收机方案基于以下三方面考虑：首先，中频频率比信号载频低的多，在中频段实现对有用信道的选择要比在载频段上进行选择对滤波器 Q 值的要求低。 第二，微弱的接收信号要转换为 A / D 变换器可工作的电平需要很大的总增益。 采用外差高的增益。 第三，中频高增益放大器比载波频段上的高增益放大器要容易和稳定。 外差式接收机的最大缺点是组合干扰频率点多，尤其是镜像干扰现象尤为严重。 解决的方法是在 变频前加滤波器来滤除镜像干扰频率。 高的中频使得镜像频率远离有用信号的频率，利于抑制镜像频率的干扰，利于提高输出中频的信噪比。 也就是有利于提高接收机灵敏度。 但是高的中频使得具有相同 Q 值的中频滤波器带宽变大，必然就降低了它对相邻信道的抑制能力 [6]。 第 2 章 接受机原理及性能指标分析 7 由前面讨论我们也知道，接收机选择信道和抑制领进干扰信道主要是靠中频滤波器，高的中频降低了接收机的选择性。 所以说“灵敏度”和“选择性”是一对矛盾，而中频频率的选择成为平衡这对矛盾的关键。 (2)零中频接收机 它是最简单的实现方法，这种结构不存在镜像频率，所以不 需要镜频抑制滤波器，只需要低通滤波器进行信道选择。 结构见图 22。 I LNA Q 图 22 零中频接收机 除了不需要抑制镜像频率以外，直接下变频方案还有下列优点：接收机射频部分只包括低噪声放大器和混频器，增益不高，易于满足线性动态的要求；由于没有抑制镜像频率的滤波器，所以也不需要考虑放大器和它的匹配；由于下变频后是基带信号，因此不必采用中频滤波器来选择信道，而只需要用低通滤波器来选择基带信号。 但是和外差式接收机相比较， 0Hz 附近很不安全，所以零中频方案也 存在不少难以解决的问题：包括本振泄漏、 LNA 谐波失真干扰、直流偏置和低频噪声。 (3)低中频接收机 它具有和零中频相似的优点，可以有效抑制 DC 附近的问题，它要求很高的镜像抑制比，需要结合使用抑制镜频的变频结构和额外的镜频抑制措施。 (4)镜像抑制接收机 外差式接收机靠变频前加滤波器来滤除镜像干扰频率。 而镜像抑制接收方案是采用改变电路结构来抑制镜像干扰频率。 一般电路采用正交混频结构，例如 Hartley 结构可以完全抑制中频的镜频信号，电路结构见图 23。 Weaver 结构可以有效抑制镜频信号， 使得有用信号顺利通过。 结构见图 24。 这种方案要真正做到抑制镜像干扰的关键有两点。 一是两条支路必须 LFP LFP 限幅检测 限幅检测 L0 900 燕山大学本科生毕业设计 (论文 ) 8 完全一致，其中包括本振信号的幅度、混频器的增益、低通滤波器的特性 Sinw1t 射频输入 Cosw1t 中频输出 图 23 Hartley 结构抑制镜像频率 Sinw1t 中频输出 射频输入 Cosw1t 图 24 Weaver 结构抑制镜像频率 都必须一致。 二是正交必须精确，即本振的两路信号要精确的相差 90，否则镜像频率不可能被完全抑制。 这几种结构都有着各自的优缺点，选择哪一种结构要看系统的工作环境和指标要求。 接收机噪声特性分析－－接收机噪声系数 噪声和干扰是任何电子系统底大敌。 接收机中的噪声会掩盖微弱信号，限制接收机对微弱信号的检测能力，即限制接收机的极限灵敏度。 噪声可以是接收机自身产生的，也可以是从外部噪声源进来的 [7]。 要检 测出信号，待测信号必须比系统的噪声强的多。 因此，有必要对接收机的噪声性能进行详细的分析。 低通滤波器 低通滤波器 900 低通滤波器 低通滤波器 第 2 章 接受机原理及性能指标分析 9 噪声的来源 热电子和固态电子设备中的噪声可以分为三种主要类型： 热噪声 又称 Johnson 噪声，或奈奎斯特噪声，是由束缚电荷热运动的随机起伏产生的。 通常用在工作带宽 B 的电阻上噪声电压 Vn 的均方值来表征： kTBRVn 42  (21)式中： k＝玻尔兹曼常数， 1023 J K ； T＝电阻绝对温度，单位 K； B＝工作带宽，单位 Hz； R＝电阻值，单位 Ω。 上式说明噪声能量存在于给定带宽内与中心频率无关，单位带宽内的噪声分布称为白噪声。 因此，热噪声的功率为： AP KTBRKTBR 44 (22) 两边取对数： AP (dBm) = 10LogkTB = 10LogkT +10LogB (23) 由上式可以计算出常温下 (T＝ 290K)， 1 赫兹单位带 宽上的热噪声功率为 174dBm/ Hz ，定义为噪声基底，或写成 204dBW / Hz、 144dBm/kHz 或 114dBm/ MHz。 散粒噪声 这种噪声是由从源发射出的电子数量的起伏形成的，一般存在于固态器件或晶体管中。 闪烁噪声 又称 1/f 噪声或低频噪声，是由大量的物理因素如系统的机械运动起伏、电磁辐射和量子噪声等产生的，特点是能量与频率成反比(1/f)， 1/f 噪声在 1Hz 到 1MHz 之间的影响很大，超过 1MHz 热噪声的影响更为显。 噪声系数 对于一个线性二端口网络 ，其输出波形与输入波形会有所不同，即产生失真，因为输入信号所有的频率成份不能以相同的增益 (衰减 )和延时传输，会造成失真，但是通过对二端口网络仔细的设计或对输入波形的带宽加以限制，这样的失真是完全可以避免的。 然而在二端口网络内部产生的噪声仍然会改变着输出信号的波形。 在二端口线性无源网络中，噪声仅仅由二端口中的损耗引起，从热力学的角度考虑，说明这种损耗导致的随机变化正是我们所称的噪声。 当二端口网络包含有源器件，诸如晶体管，就燕山大学本科生毕业设计 (论文 ) 10 会存在其它的噪声机制。 系统设计中需要着重考虑的方面之一是：加到传输信号上噪声的数量。 通常 以输出的信号功率与噪声功率之比来判 (S/N)。 一般来说信号附加噪声的功率与噪声功率之比 (S+N)/N 相对容易测得。 而在大信号的情况下则用 S/N。 对二端口网络的研究中，确切地知道通过网络信号上的噪声量是相当重要的。 表征这种特性的重要参数是噪声系数。 噪声系数是定量描述一个元件或系统所产生噪声程度的指数，系统的噪声系数受许多因素影响，如电路损耗、偏压、放大倍数等。 二两端口网络的噪声系数定义为： F= 输入端信噪比 /输出端信噪比＝ 100NSNS ii (24) 对于图 25 所示的二端口网络，其增益为 G，附加噪声功率为 Na，有： iGSS 0 (25) NaGNN i 0 (26) Si S0 Ni=KTB N0 图 25 具有增益Ｇ和附加噪声功率Ｎ二端口网络 将式 (26)代入 (25)得： F = 0NGSNSiiiiGNN0 (27) iFGNN 0 (28) 两边取对数，且通常用分贝值来定义噪声系数，即 NF =10LogF， 则上式为： )()()(0 dBNdBGNdBN iF  (29) 上式 (29)表明，以分贝值计算，通过二端口网络后，输 出噪声功率是输入噪声功率加上噪声系数和增益。 因为元件或系统的噪声系数 NF 与输F G Na 第 2 章 接受机原理及性能指标分析 11 入噪声无关，是其本身固有的特性，故噪声系数 NF 的定义是基于在室温下，带宽为 B 的标准输入噪声源 Ni 而言的。 Ni 由下式给出： KTBNi  (210) 即带宽为 B 的热噪声功率。 则： G K T BFG K T BNNa )1(0  (211) GKTBNF 0 (212) 级联电路的噪声系数 在典型的微波系统中，输入信号通过许多级联的元件行进，每一个元件会以某种程度降低信噪比。 若知道各个级的噪声系数 (或噪声温度 )，就可以确定许多级联在一起的噪声系数或噪声温度。 当信号发生器和天线传来的信号能量经过二端网络，由输入端到输出端时被放大或衰减，且噪声伴随着输入信号。 通常一个系统包含着许多级联的二端口网络，由此构成整个二端网络将信号放大到足够的功率水平 (按电路设计的要求 )。 下图 26 为两个二端口网络级联，增益分别为 G1 和 G2，噪声系数分别为 F1 和 F2，级联后的噪声系数与增益分别为 F12 和 G12， Si S0 Ni=KT N1 N0 图 26 两个网络级联 由式 (210)得： KTBGFN 12120  (213) 这里， G12＝ G1G2，但是 F12≠ F1F2，由上一节分析，根据式 (26)、 (210)及 (212)可以得出： NaK T BGNaGNK T BGFN i  11111 (214) 由 (214)式，第二级网络在输出端产生的噪声功率为： KTBGFNa 22 )1(  (215) 则输出端总的噪声功率为： K T BGFK T BGGFNaGNN 22211210 )1(  (216) 由式 (216)得出 ，两级级联网络的噪声系数为： F1 G1 Na1 F2 G2 Na2 燕山大学本科生毕业设计 (论文 ) 12 121210120xx)1()()( GFFK T BGGNK T BGNF  (217) 可以推广到如下图 27 所示的 N 个网络的级联，由此可得总的噪声系数为： Si S0 Ni=KTB N1 … . N0 图 27 Ｎ个网络级联 ...... 1...11 121213121   nn GGG FGGFGFFF (218) 上式是用来计算多级级联网络噪声系数的，从式中定义看出，要使系统总的噪声系数降低，第一级的增益和噪声系数是至关重要的，若系统第一级具有高的增益，上式可以验证系统总的噪声系数基本上等于第一级噪声系数，因此，降低接收机的总噪声系数，系统第一级不但要具有低噪声系数，而且要具有高增益。 注意，在使用式 (218)时，所有的 F 和 G 都是倍数而不是 dB。 需要特别说明的是，对于滤波器、混频器等损耗性电路，在计算中其损耗就是噪声系数，且增益是损耗的倒数，即：若一个损耗为L 的网络，其增 益为 1/L，噪声系数为 L。 接收机灵敏度 噪声系数与灵敏度都是衡量接收机接收和检测微弱信号能力的指标。 接收机灵敏度是用来描述一个接收机在多微弱的信号功率 (或电平 )量级下就能工作 (指能检测并解调还原信号 )的一项技术指标。 灵敏度是一个最小的信号电平，当接收到的信号刚刚达到这样的强度时，接收机就能正常工作，并且产生预期的输出。 接收机灵敏度并非是基本量，而是在给定噪声功率的前提下，衡量接收机检测信号能力的参数，一般要依赖一些其他的参数才能确定，如：所接收信号的调制类型、中频带宽 (或视频带宽 )、信纳比 (即检波 所需的识别数 )、以及接收机的噪声系数 [8]。 下式为接收机灵敏度与这些参数之间的简单近似关系式： KKBNFS Sn  lo g10174 (219) F1 G1 Na1 F2 G2 Na2 Fn1 Gn1 Nan1 Fn Gn Na. 第 2 章 接受机原理及性能指标分析 13 其中： S＝接收机灵敏度，单位 dBm； NF＝接收机噪声系数，单位 dB；B＝检波前的中。