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1、第12章 通信系统组成与分析,12.1 通信系统中的噪声与干扰,12.1.1 概述 1. 噪声的分类： 干扰一般指外部干扰，可分为自然的和人为的干扰。 噪声一般指内部噪声，也可分为自然的和人为的噪声。 2.信噪比 它反映了信号功率PS与噪声功率PN比值，通常表示为PS/PN(或S/N)，PS为有用信号的平均功率，PN为噪声的平均功率。,3. 噪声系数 为了表示电子通信系统内部噪声的大小，引入噪声系数的概念，它可用系统输入信噪比与输入的信噪比的比值NF来表示，如式(12-1)所示 用分贝数表示：,在线性系统中，考虑了其功率增益Ap后，噪声系数可用式(12-3)表示 实际上，输出噪声功率 代入(1
2、2-3)式，可得,式中， 为系统内部噪声在输出端呈现的噪声功率； 为输入端噪声经过放大后在输出端呈现的噪声率。 由(12-5)式可见，系统的噪声系数的大小与加至系统的有用信号的强弱无关，它只决定于系统的内部噪声，即只与Pnn有关，即 对于一个理想系统， ，则 对于一个实际系统， ，则 噪声系数的概念仅适用于线性电路，因此可用功率增益来描述。,12.1.2 内部噪声的来源和特点,内部噪声主要由电阻、谐振电路和电子器件内部所具有的带电微粒无规则运动所产生的。这种无规则运动具有起伏噪声的性质，即随机特性，所以起伏噪声又称为随机噪声或白噪声 。,1. 电阻及阻抗的热噪声 电阻的热噪声是由于电阻内部自由
3、电子规则热运动产生的，它与外加电势的大小无关，但与电阻值的大小、环境温度的高低、电子电路频带宽度 f 的宽窄有关。理论和实践都证明电阻R两端产生的热噪声电势为,(1) 电阻的噪声等效电路 如图12-1所示 (2) 阻抗的热噪声 阻抗的热噪声仍以电阻R上产生的热噪声计算之。,2. 晶体管的噪声 晶体管的噪声通常比电阻的热噪声大得多，其来源主要有四个方面 热噪声 散粒（散弹）噪声 分配噪声 1/f噪声 (闪烁噪声),3. 场效应管的噪声 场效应管所产生的噪声主要由下述四部分组成 沟道热噪声 栅极感应噪声 栅极散粒噪声 1/f噪声（闪烁噪声 ）,4. 天线噪声 天线噪声由天线本身产生的热噪声和天线接
4、收到的各种外界环境噪声组成。天线本身的热噪声功率为天线辐射等效电阻。天线的环境噪声是指大气电离层的衰落和天气的变化等因素引起的自然噪声，以及来自太阳、银河系和月球的无线电辐射产生的宇宙噪声。,5. N个噪声网络级联时总的噪声系数 若有n个噪声网络级联时，总的噪声系数可以用(12-15)关系表示 由此可知，线性系统总的噪声系数主要取决于前面一、二级。所以，在多级线性网络中，最关键的是第一级，不仅要求它的噪声系数低，而且要求它的额定功率增益尽可能高。,12.1.3 线性系统低噪声设计的考虑,1. 低噪声放大器的设计考虑 选择低噪声、高增益的前级放大电路 选择低噪声的元器件 正确选择晶体管放大级的直
5、流工作点 选择合适的信号源内阻 降低噪声温度 用窄带滤波器滤除,2. 接收机低噪声设计考虑 减少接收天线的馈线长度 提高天线增益，采用高增益天线，并使天线主波瓣避开强干扰噪声源,12.1.4 噪声系数的测量,直接测量放大器的额定输出噪声功率和额定功率放大倍数都较困难，往往采用间接测量方法功率倍增法。 功率倍增法测量噪声系数的装置方框图如图12-7所示,12.1.5 工业干扰与天电干扰,1. 工业干扰 工业干扰是由各种电气装置中发生的电流(或电压)急剧变化所形成的电磁辐射，并作用在接收机天线上所产生的。 工业干扰的强弱取决于产生干扰的电气设备的多少、性质及分布情况。 工业干扰沿电力线传播比它在相
6、同距离的直接辐射强度大得多。,从工业干扰的性质来看，它们大都属于脉冲干扰。通常，脉冲干扰可看成一个突然上升又按指数规律下降的尖脉冲，如图12-10所示。其时间关系的表示式为,分析表明，干扰振幅与频率的关系，如图12-11所示 为了克服工业干扰，最好在产生干扰的地方进行抑制。,12.2 无线通信发射机分析,12.2.1 发射机指标与测量 1. 发射机的主要指标 功率与效率 发射频率与频率稳定度 发射信号频谱纯度要求，杂散及谐波要求 发射机频带宽度，带内功率波动,2. 发射机参量测量 发射机功率与频率的测量是常规测量，如图12-14所示，借助大功率衰减器(或大功率定向耦合器)及频谱分析仪可进行功率
7、与频率测量。,12.2.2 调幅发射机,1. 各功能模块的主要问题 调幅发射机简图如图12-15所示,载波振荡器 能产生一个频率稳定度高、频谱纯度好、振幅稳定的高频等幅振荡信号 缓冲放大级 主要功能是起隔离作用，也具有功率增益 倍频、放大级 二级管倍频器最为简单，但倍频次数应限于二倍频和三倍频，输入信号的频率约低于75MHz 调幅级 一般在发射机的末级进行调幅，为了获得良好的线性调制特性，通常都采用双重调幅,功放 这是调制信号功率放大器 输出匹配网络 其任务是将发射机末级晶体管 的输出功率有效地发射到天线上去，并滤除不必要的谐波成分。匹配网络常选用多节LC低通 型网络,2. 平衡调幅波发射机
8、平衡调幅波是抑制载频的双边带调制，其方框组成如图12-17所示,3. 调幅发射机实际电路 调幅式无线话筒(简易调幅发射机)电路图如12-18所示,12.2.3 调频发射机,1. 直接调频发射机 直接调频发射机制方框图如图12-19所示。,直接调频有两个问题值得注意： 为了使调频波中心频率(载频)的频率稳定度高，主振级可用石英晶体振荡器，但用晶振后，所得的频率偏移很小，在主振级后需加倍频电路，以提高载波频率及频偏大小 主振级若用LC调谐振荡器，频偏可以增大，但调频波中心频率稳定度不会很高。,2. 间接调频发射机 间接调频不在主振级进行，因此载频振荡器可由晶体振荡器实现，使调频波的中心频率稳定度得
9、以提高 ，如图12-20所示,3. 调频、发射机实例 (1) 调频式无线话筒 图12-21所示为简易调频发射机,(2)140 MHz，1.25 W调频发射机 图12-22所示为工作频率为140 MHz，输出功率为1.25 W调频发射机电路图,12.3 无线通信接收机分析,接收机的主要技术指标包括灵敏度、选择性、输出功率，失真等要求。,12.3.1 接收机的灵敏度,灵敏度表示接收机接收微弱信号的能力。灵敏度越高，接收的微弱信号越小。因此，灵敏度可定义为保持输出为一定功率时，接收机信号的最小值。接收机灵敏度用Psmin来表示，有时也用Esmin来表示,它们之间的变换关系为： Psmin=,灵敏度还
10、与接收机的通频带有关 Psmin=kT0BNfD 这里还要强调，接收机灵敏度与接收机放大量无关。 接收机的噪声系数是系统的噪声系数，包含天线的噪声、馈线的噪声及接收机的噪声。接收机总的等效噪声温度为,12.3.2 通频带及各级通频带,接收机的通频带就是要保证解调后的信息波形在允许的失真范围之内有最小的频带宽度。通信接收机的通频带总存在一个最佳通频带。 各级通频带的选择原则是在确保总的频带宽度前提下，取各级通带相同，也可以不同。但是在确保通带的前提下，还要考虑每一级能否得到最大稳定增益。 可以证明，高频、中频通带相同时所需级数最小，但每级的通带要比总通频带宽。,12.3.3 中频频率的选择,首先
11、应根据基带占据的频率宽度来选择中频(或第二中频)，中频要远远大于基带的最高频率 中频选择较低时(当然需保证第1个原则成立)，要保证前置中放的噪声系数小,12.3.4 总增益的确定及其各级增益分配,接收机应有的总增益Av由接收机的灵敏度Psmin及终端设备要求的电压（Vov）决定。如图12-28所示 显然,各部分的增益分配一般都以检波器分段。 高频、混频、中频、中放的总增益为： 射频低噪声放大器的增益取20 dB30 dB为宜。 中放增益： 视放增益根据检波器的输出Vov的要求而确定,12.3.5 接收机的性能,调谐范围 灵敏度 频带宽度 选择性,12.3.6 锁相接收机,图12-29就是锁相接
12、收要原理方框的主要组成部分,12.3.7 单片调幅/调频收音机,1. 单片调幅收音机（以TA7641BP为例 ） TA7641BP内部组成框图如图12-30所示, TA7641BP的典型应用 用TA7641BP含有成电路可装置成单片调幅收音机，其典型的整机电路如图12-31所示,2. 单片调幅调频（AM/FM）收音机 最典型、应用最广泛的单片AM/FM收音机的集成芯片是美国史普拉格公司的ULN-2204。 ULN-2204单片收音机内部组成框图如图12-32所示, ULN-2204单片AM/FM收音机电路如图12-33所示,12.3.8 接收机整机参数的测量,1. 灵敏度的测量 (1)直接测量法 原理框图如图12-37所示 (2) 间接测量法,2. 通频带测量 通频带测量实际上是测量电子系统的幅频特性，测量原理框图如图12-38所示,
