电子系统射频与天线思考题参考解答.ppt
思考题参考解答,思考题一,依据前面讨论的叠加性,两路频率和频谱相同的信号进行加混频,则输出信号频率增加一倍,相位噪声恶化(变差)3dB；再依据比例性，由其中的任一路信号做二倍频，则此时输出信号的频率同样是增加一倍，但相位噪声却恶化了dB。这中间出了什么问题吗？为什么结果不一样？试分析之！,两路信号不相参时原结论正确！,混频时,不相关时，交叉项积分为零,总的相位噪声恶化(变差)3dB！,两路信号相参时原结论不正确！,混频时,结 论,1、倍频或分频时，相噪的变化至少按比例性,2、混频时，则需要考虑参与混频信号之间的相关性。,若不相关，则依从迭加性；若相关，则结果比迭加性差。,思考题二,设一个信噪比为15dB，电平为100mV的信号通过一个电路单元(不妨设为一个放大器)后，信噪比恶化为10dB，即，该电路的噪声系数为5dB。若该电路输入信号的信噪比保持不变（还是15dB），但电平变为00mV，此时的输出信噪比是多少？该电路的噪声系数又变为多少？本思考题说明了什么？,参考解答：,信号通过系统的过程如下图所示：,图中，Si为输入信号功率，Ni为输入噪声功率，G为系统增益，NF为噪声系数，N为系统本地噪声（折算到输出端），So为输出信号功率，No为输出噪声功率。则有：,系统的噪声系数为：,对于确定的电路系统，其本地噪声N一定（不考虑相关噪声）。于是，由上公式可知：该电路的实际噪声系数不仅仅取决于本地噪声N的大小，还与系统增益和输入信号携带的噪声有关！,由于两次输入信噪比相等,由 NF1=10dB,有：,因此，看一个电路噪声特性的好坏？不能仅看其噪声系数的大小，还需注意该噪声系数对应的输入信号大小！,实际应用时还应注意：,1、工作环境温度的变化？,2、信号与系统通带的关系？,3、是否有相关噪声产生？,结论：在电路系统的输入SNRi一定时，系统本地噪声的影响还与信号（或其携带的噪声）大小有关！,另外，考虑到实际模拟电路的每一级单元都有NF0；信号每通过一级电路，信噪比都会被恶化，亦即呈现出噪声的“累积”效应。,因此，在满足系统要求的前提下，尽量减少或简化电路，是模拟电路的一个重要设计指导思想。,而在数字通信系统中，由于数字信号的“0”、“1”判决门限相对较高，因此，每次判决（识别）都相当于信号的“重生”，故没有噪声的累积效应，这也是长距离（接力）通信愈来愈多采用数字系统的一个重要原因。,思考题三,根据对无线通信的基本要求（信息容量、距离）应如何选择通信方式与系统？,参考解答：,无线通信首先要考虑的是建立通信迅速，机动性好，设备尽可能简单。,其次，根据香农定理，信息容量决定了通信信号的基本带宽要求；对无线通信而言，信息容量事实上也在某种程度影响了通信的最低频率要求，因为：,大容量短距离以微波中继通信为最佳；大容量近距离以UWB为最佳。,小容量长距离以短波通信为最佳；特殊情况以VLF频段（导航、定位）。,大容量长距离以卫星中继（微波）通信为最佳。,小容量短距离（视距）以超短波通信为最佳；有障碍物时，以中、短波（地波）通信为最佳；水下以VLF为主。,在有了上述基本选择之后，我们在做系统选择（设计）时还应注意：,（1）工作频率范围与变频方案,（2）电路（单元）的低噪声设计,（3）调制/解调与差错控制方式,（4）发送功率与天线选型,（5）成本、体积、功耗等,通信质量与可通率,军用通信是一个较为特殊、也较为前沿的通信领域。它首要考虑的是可靠性、保密性和抗干扰性，而对其它，如通信质量、系统成本等，则要求比民用为低！,思考题四,有一种较新的收/发系统方案，以收信机为例，其方框图如下图所示。它可以单本振完成二次变频，从而在兼具二次变频系统优点的同时又降低了变频本振的实现难度。试分析新方案中对本振、一中频滤波器要求的变化，以及N的选取原则？,陈兴华，蔡竟业，任威，杨远望.单本振二次变频方案浅析.电讯技术,Vol.47 No.1 Feb.2007,请参阅下参考文献:,思考题五,作信道机系统设计时，应主要针对哪一类噪声，主要措施有哪些？,参考解答：,信道机系统的噪声分为两类：1.内部噪声和外部噪声2.相关噪声和非相关噪声。,对于外部噪声和非相关噪声的控制主要是根据外部频率点和强弱来改变频道或增强功率。故作信道机系统设计时，应主要针对相关噪声！,相关噪声主要来源有：因电路非线性而产生的谐波失真和互调失真，另一种是电磁兼容性设计不当而导致的电磁干扰。,针对非线性相关噪声情况采取措施,1.对于系统内部噪声，根据级联噪声系数公式，应注重前级的低噪声设计,2.被动情况：引入AGC电路以控制大动态范围输入信号的幅度,3.主动情况：在非线性器件的前面或后面作滤波处理,4.镜像干扰：阻止镜像干扰信号进入混/变频，用RPF作滤波器,5.交调失真：采用二次变频或采用新的变频结构,如宽带中频双正交变频结构,电磁兼容性解决措施：,有条件时：独立功能电路最好加以屏蔽，即放止受其他部分的干扰，也防止干扰其它部分。,若没有条件独立屏蔽则电路设计应注意尽可能采用低阻抗匹配连接。,思考题六,做VCO设计应主要考虑哪些因素及措施？,作VCO设计应主要考虑以下因素：（1）相位噪声（2）频率的相对覆盖（3）压控频率特性曲线的非线性（4）输出幅度的平坦度（5）抑制寄生振荡,参考解答：,（1）相位噪声,尽量提高谐振回路的有载品质因素,减小支撑电路引入的损耗.,（2）频率的相对覆盖,可变电抗元件的接入方式,电抗元件的变化指数,（4）输出幅度的平坦度,（5）抑制寄生振荡,尽量减小输出负载对谐振影响,防止偏置电抗元件电抗特性的变化,（3）压控频率特性曲线的非线性,设计步骤：a.决定支持电路形式b.决定振荡回路参数c.决定扼流圈电抗值，并要求其自然谐振频率远高于VCO最高工作频率d.根据Kn要求选择Cj并确保其正常工作（反偏）,主要措施有：频率在200MHz以下的VCO使用磁环绕线电感；200MHz以上的VCO以基极上的走线等效电感，使用改进的VCO控制电路；对宽覆盖的VCO,KAOR影响大，用扼流圈取代之。,采用VCXO,采用LC VCO,改变变容管接入方式，可改变相对覆盖和非线性系数。全接入相对覆盖最大，串联接入非线性最好。,对于集成VCO，通常系统级集成芯片上的VCO相位噪声很差，而专门的集成VCO略好些。,思考题七,试根据本节给出的传递函数，推导出不用电流泵与Z网络，而采用理想积分（运放）滤波器时的环路参数的计算公式。,参考解答：,取理想积分滤波器如侧图所示,其中,环路等效模型,开环传递函数,前向传递函数,误差传递函数,代入滤波器传递函数有:,有C2时，只要满足C2C1，则仍然可采用课堂上讲过的方式处理,思考题八,试确定根据对频综的要求而选择相应合成技术的基本原则。,参考解答：,频率合成技术是将一个或多个高稳定、高精确度的标准频率经过一定变换，产生同样高稳定度和精确度的大量离散频率的技术。目前频率合成主要有4种技术：直接频率合成技术、间接（锁相）频率合成技术、直接数字式频率合成技术和混合式频率合成技术，它们各有特点。,1、直接模拟式频率合成（DS）,它是由一个高稳定、高纯度的晶体参考频率源，通过倍频器、分频器、混频器，对频率进行加、减、乘、除运算，得到各种所需频率。,特点：近端相噪指标好，频率转换时间最短。但远端相噪不好（杂散较多），频率步进不易做小，且需大量的滤波器、切换开关等，电路较复杂，体积较大，成本高。现在在细频率步进要求下的场合一般很少应用。,2、锁相式频率合成技术（也叫间接频率合成，IFS）,锁相式频率合成是采用锁相环(PLL)进行频率合成的一种频率合成技术。它是目前频率合成器的主流，可分为整数频率合成器和分数频率合成器。由于单环整数PLL频率合成器难于同时满足合成器在频带宽度、频率分辨率和频率转换时间等多方面的性能要求，因此，一般采用多环PLL频率合成器或分数分频锁相环。,特点：近端相噪较难控制，频率转换时间长（最慢）；但信号相位锁定，频率分辨率高于DS方式，电路相对简单，成本低，较易实现。,3、直接数字频率合成技术,直接数字频率合成(DDS)技术是20世纪80年代末，随着数字集成电路和微电子 技术的发展出现的一种新的数字频率合成技术，它从相位量化的概念出发、利用ROM+DAC转换器得到所需信号，进行频率合成。,特点：因为功能相当于分频器，故其输出频率低（范围小），相位噪声低但频谱不纯（杂散较多），频率转换时间短，频率间隔细（步进最小），易于调整及控制灵活。,随着IC电路技术的进步现在DDS的输出频率愈来愈高，应用前景看好。,4、混合式频率合成技术,前面三种技术的混合应用，力图取得各自的优点，而克服缺点。,结合以上各类频率合成技术特点的分析，实际应用时应根据频综的指标要求，折衷选择相应的频率合成技术。一般来讲：,大频率范围,锁相式频率合成技术,小频率步进,DDS,频谱纯度,综合考虑,快频率跳变,DS或DDS,
