监测接收机及其基本知识.ppt
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1、接收机基础,什么是接收机?,“从广义上讲,接收机是用来处理电讯号的有线或无线的设备”.从这个广义的角度,我们将更近地观察那些使我们感兴趣的接收机.测试接收机 频谱仪 监测接收机,监测接收机的典型应用,快速探测未知信号 在频域内搜索活动信号 通信信号的解调 触发更多的功能 集成到民用和军用的特殊系统中去 频带的监测 单频点的监测 监测某一个频率表 传送解调信号便于进一步处理 存储某一活动信号,监测接收机的典型应用,追踪目标它们越来越多地应用在:简单覆盖测量 符合ITU建议的测量,监测接收机的特性,集成了预选器 优化了时间常量的AGC 半导体开关切换-没有继电器 针对监测任务优化操作 实时处理理念
2、 特殊的功能如:静噪,COR 有如下功能:FSCAN,MSCAN 和全景显示(RF,IF)内部受控序列(扫描),音频处理是核心 现代化的接口(LAN)交流电或电池供电,监测接收机的特性,高可靠性,MTBF 使用复杂的自检理念达到短的 MTTR(平均修正时间)易于集成到系统中 为可选设备提供通用接口 低功耗 改善的的温度范围 满足移动要求的高机械强度 满足严格的电磁兼容要求 不太重要的因素:电平精度,脉冲负载能力,限制线,特殊的滤波器,主要模块 预选器,功能:通过电子切换开关,预选器将输入频带分为若干子频带,这些子频带或者被子倍频带通滤波器限制(fupper 2 x flower)或直接被作为跟
3、踪滤波器使用(电切换)。预选器另外还包括:为提高灵敏度的放大器 为增大动态范围的衰减器 过压保护电路 针对内置测试设备测试信号的应用 自我监测的测试点 天线选择器(如果有必要的话),主要模块 预选器,预选器需要被用来减少天线输入端信号负载(信号总负载)它改善了如下参数:本振再辐射 二阶截断点-IP2 镜频抑制 中频抑制 噪声系数-NF,主要模块 预选器,主要的因素:调整了的子频带 高的滤波器的选择性 平坦的频率响应 极短的切换和设置时间 电子切换 尽可能好的线性度(切换器和放大器的截断点)尽可能小的噪声 高的过压保护能力,主要模块 前端(信号部分),功能:在前端,输入的频率被转变为不同的中频(
4、第一中频、第二中频、第三中频),在每个变频器中间,得到的中频 被放大和滤波。以EB200为例:输入频率 10 kHz 到 3000 MHz第一中频:3466.7 MHz第二中频:394.7 MHz第三中频:10.7 MHz,主要模块 前端(信号部分),重要的因素:尽可能好的线性度 尽可能低的噪声 频率响应尽可能平坦 中频滤波器(第一中频、第二中频、第三中频)尽可能窄 宽带输出(第一中频以后)尽可能宽 群时延 最后一级中频由若干输出(中频部分,全景,外部未控制中频),主要模块 合成器(第一本振,LO),功能:当混频器把输入信号变成一个固定的中频信号时,为混频器产生不同的本振信号。(第一中频).例
5、如 EB200:输入信号频率范围 10 kHz to 3000 MHz 第一本振3466.71 MHz to 6466.7 MHz第一中频3466.7 MHz,主要模块 合成器(第一本振,LO),重要的因素(对接收机非常关键):窄的步进带宽,例如:1 Hz 低的相位噪声 相位噪声随载波偏移而减小 短的设置时间 高的杂散抑制 精度(对小数N的舍入误差小)为了使多路信号同步,输出端应能拾取本振信号(如:测向机)设计尽可能简单,主要模块 第二、第三本振,功能:第二、第三本振通常是固定频率的振荡器。它们把第一和第二中频 输出信号转变为中频信号,这些信号将被加载在中频部分或其它模块上以便进行进一步处理,
6、如中频全景。这些未被控制的宽带中频信号应该在后部也能得到。第一和第二中频信号经常被成对输出满足带宽极宽的应用(10 MHz)。监测接收机最后一级中频的典型输出频率:10.7 MHz,21.4 MHz,40 MHz,70 MHz,160 MHz许多选件都调谐到此频率。(通常与测试接收机和频谱仪中频不同)。,主要模块 第二、第三本振,重要的因素:低的相位噪声 相位噪声随载波偏移而减小 高的杂散抑制 高精度(参考)为了使多路信号相位同步,输出端应能拾取本振信号(例如:测向机)。,主要模块中频部分,功能:对从前端输入的信号进行预选和滤波。转换到基带(视频输出)。通过带有不同加权过程的对数放大器获得输入
7、信号的电平信息。调整中频部分产生的信号电平进入固定倍数放大器。(对于调幅信号)为进一步处理解调信号。音频信号处理。提供额外的输出端。,主要模块中频部分,重要的因素:滤波器数量 滤波器较陡峭 低的形状因子(60 dB:3 dB)多种解调方法 从简单到复杂的调制方式 对无线电信号的优化的自动增益控制 使用不同的方法进行信号电平评估 时间常数适应解调要求 实时数据输出 没有暂存延迟 固定和可调的音频输出 其它输出(按照标准排列成一排),主要模块中频部分,模拟或数字中频部分?模拟解决方案通常用于消费产品(能力较低)和专业的宽带领域(8 MHz to 10 MHz)数字解决方案有如下决定性的优点:较多的
8、带宽选择,容易调整 可实现针对不同的波形选用不同的滤波器 不用调整 高精确性 温度稳定性好 多种解调器 适应性好、容易控制 数字输出(中频、音频),主要模块内置测试设备(BITE),功能:内置测试设备(BITE)是用来完整地监测设备的功能,并帮助发现故障的模块。重要的因素:通过多个操作点(电流、射频电平)连续地监测(不中断设备运行)通过接收机自己产生的特殊的测试信号,触发一个或长或短的动态测试,测试从天线到音频输出的情况。,主要模块处理器,接口,功能:通常内置控制器 控制所有的数据和处理。另外有额外的处理器或微控制器和内存支持显示、接口等子功能。重要的因素:标准的操作系统 实时能力 标准化的接
9、口(在测量测试中使用 IEC/IEEE 总线,实时能力=?),接收机参数,最重要的(首要的)接收机参数,接收机参数最重要的首要的因素,频率范围(O-D)*噪声 噪声因子 噪声系数-NF(U-T)灵敏度(O-T)二阶截断点-ICP2-IP2-SOI(U-T)三阶截断点-ICP3-IP3-TOI(U-T)振荡器再辐射(U-T)中频抑制(U-T)镜频抑制(U-T)选择性 形状因子(O-T),接收机参数,振荡器(合成器)相位噪声(U-D)*固有杂散响应*(U-D)寄生响应(U-D)自动增益控制-AGC(O-T)l左:O=操作参数U=不需要的参数 右:D=设计参数 T=测试评估,接收机参数频率范围,有如
10、下不同的概念:多重调谐器的概念 为不同的频带配置对应的调谐器 Pros:低的中频使得第一中频的滤波器变窄成为可能(对噪声系数、截断点、阻塞来说是理想的,)低的本振频率=低的相位噪声 Cons:为不同的频带配置对应的调谐器占用了大量的空间和模块,换句话说:增加了成本。例如:ESMC,接收机参数频率范围,单调谐器的概念 Pros:整个频带仅有一个调谐器,只需较小的空间,价格低。Cons:高中频=宽的中频滤波器带宽 限制了带内的截断点 高频削弱了噪声 相位噪声和线性度 只能用于一个有限的范围 如:HF+VHF/UHF 例如:EB200,ESMB(VHF/UHF),接收机参数噪声,凡是有电流的地方都会
11、产生噪声。电子的不规则运动是产生这种现象的原因。原理:电流越大,产生的噪声越大。因此,接收机中要进行小电流设计,但这与线性度矛盾。低噪声和高的线性度是矛盾的。,接收机参数Noise,噪声被认为是接收机内部的噪声,它降低了输入信号的信噪比。因此,内部噪声成为衡量接收机灵敏度的尺度之一。内部噪声是可靠检测小信号的的关键。内部噪声可以以多种方式表示;噪声因子或噪声系数通常被认为是不依赖带宽的参数。,接收机参数噪声因子 噪声系数,无量纲的噪声因子 F是二端口网络(接收机)输入端和输出端信噪比之比 其中S1/N1输入端信噪比S2/N2 输出端信噪比,接收机参数噪声因子-噪声系数,噪声系数 NF 用如下公
12、式计算 用 dB表示。对于无源二端口网络(衰减缓冲,电缆)其中 F/NF=噪声因子/二端口网络的噪声系数 a=二端口网络的衰减,用dB表示,接收机参数灵敏度,对于接收机的评估和比较来说,噪声系数是一个关键的标准。灵敏度对于接收机来说是同样重要,经常用来替代噪声系数或同噪声系数并列。如果数据表中的数据完整、准确,噪声系数和灵敏度之间可以直接转换。下面的幻灯说明了他们的关系.,接收机参数灵敏度,接收机的灵敏度是这样计算的 也就是说,它依赖于带宽设置当 或以及 灵敏度 Vin,min 就确定了(用 V表示)。反之亦然,当已知灵敏度是可以计算出噪声系数。,接收机参数灵敏度,可是值得注意的是:数据表中通
13、常不能直接反映最大灵敏度(灵敏度范围,噪底),而是针对某一个S/N的灵敏度,例如当 S/N=10 dB 对于 AM,S/N=25 dB 对于 FM。在这种情况下,当确定最大信噪比时,必须考虑10 dB 或25 dB的取值。例如,对一个特定的带宽,当S/N为 10 dB时,灵敏度为 1 V;我们做除法 1 V:3.16(10 dB),得到 0.32 V,这就是最大灵敏度。,接收机参数灵敏度,下面关于灵敏度的定义对我们来说特别重要,因为它们经常被用到:S+N/N(信号+噪声/噪声)几乎所有的接收机都是按照这个流程测试并且记录数据表的。另一个定义是:SINAD(信号+噪声+失真/噪声)它将信号部分的
14、失真考虑进去了。在现代的前端设备中,信号的失真通常较小.,接收机参数灵敏度,所有的三种方法是根据测量如何进行和用什么测量仪器而有所区别,但最终结果差别很小。例如,当S/N=10 dB,测量结果的差别如下:按照 S+N/N大约 1 dB 按照 SINAD 大约 0.5 dB,接收机参数噪声系数 灵敏度,测量:连接开放式天线的接收机的噪底和相应带宽显示在内部的仪表上。运用已知的关系,我们现在可以计算与S/N对应的灵敏度和噪声系数。这些算得的结果对于一个快速评估来说已非常准确了。使用相应的噪声源和V 表,我们可以对接收机和二端口网络直接测量噪声系数。我们不再详细描述这些方法了。,接收机参数互调,IP
15、2,IP3,当两个或更多的信号同时加载在有源器件输入端,有源器件(放大器/混频器)由于其非线性,会在互调产物中产生无用信号。因此这些无用信号电平越低越好。有源器件的线性度随着电流和功率的增长而增长。也就是:为放大器级提供的电流越大,或混频器的本振功率越大,线性度就越高。但是要记住:这同噪声的要求相矛盾。低功耗=有限的线性度 例如:EB200:功耗 17 W typ.,IP3=2 dBm typ.ESMB:功耗 40 W typ.,IP3=18 dBm typ.,接收机参数互调,IP2,IP3,f,LO,频谱(谐波和互调产物),绿色=二阶产物红色=三阶产物,接收机参数互调 IP2/IP3,IP2
16、/IP3测试图需要缓冲放大器,如果:被测件需要高功率(-10 dBm)需要测量高抑制(50 dB),一定要:选择合适的测试测量设备 为谐波抑制提供滤波器 在不加被测件时检查电路(是否能显示期望的结果?)选择合适的测量频率 选择合适的测量电平 观察互调产物的不同的幅度,Signal,generator 1,Signal,generator 2,DUT,Buffer,amplifier,Buffer,amplifier,Combiner,f1,f2,Spectrum,analyzer,接收机参数互调 IP2/IP3,频谱仪或测试接收机 用来直接测量双端口或多端口器件,如:放大器、变频器等,或接收机
17、的中频宽带输出。如果接收机已包含了完整的中频部分,内部电平显示就用来测量该信号。由于显示的电平是加载在接收机输入端的,就不需要转换了。在这种情况下整个接受机就被测量了。但是我们总需要频谱仪或合适的测试接收机检查测量设置的是否恰当。,接收机参数互调 IP2/IP3,IP2例如:f1=200 MHz,f2=410 MHz,f2-f1=210 MHz流程:接收机先调谐至 f1 然后到 f2-f1,确定取值.IP2=Pin+a,fin,f,LO,fIF,f1,f2,f1+f2,f2-f1,预选滤波器,第一中频滤波器带宽,Pin,电平差 a,预选器带宽,接收机参数互调 IP2/IP3,IP3例如:f1=
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