射频基础知识.ppt

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1、射频基础知识,无线电波频率划分,一 波段：P L S C X Kl K Q V,无线电波频率划分,表,天线,一、线天线构成线式天线的最基本单元是电基本振子或赫兹偶极子。对称半波振子的辐射电阻为73.09欧姆。二、缝隙天线 缝隙天线具有尺寸小、重量轻的特点。缝隙天线的缝隙可以开在不同形状和尺寸的金属面上形状和尺寸可以是各种各样的。三、微带天 剖面低，天线可以做得很薄。介质基片的厚度在0.51.2mm之间。尺寸小，重量轻。1.低剖面；2.由于介质的存在，尺寸比自由空间时约小 3.馈电网络、滤波网络集成在天线基片上，省去了波导或同轴元件。,天线,易安装，特别适用于终端天线系统。成本低，易加工，制造和

2、生产方使。天线的结构和性能多样化，（线极化、园极化）四、方向性天线 1.具有较高增益。2.减少射频辐射形成的“电磁活染”。4.1八木天线 振子数的选择 振子间距的选择 无源振子尺寸的选择 有源振子尺寸的选择 4.2对数周期天线 4.3角反射天线 4.4抛物面天线,天线,天线增益 天线阻抗 天线的寄生耦合 前后比 F/B 5060dB 边对边耦合 7080dB 背对背耦合 8090dB 极化去耦 3035dB,微波发信设备,一、发信设备的组成 直接中继 外差中继 基带中继 典型微波发信设备,微波发信设备,发信设备的主要性能指标,一、工作频段 工作频段愈高，愈容易获得较宽的通频带和较大的 通信容量

3、；天线设备也具有尖锐的方性，体积重量减小；频率高时，雾、雨或雪的吸收显著、传播损耗、衰落和接收设备噪声也愈高；二、输出功率 通信话路、频带宽度、通信质量、站址环境、多径衰落、分集接收等诸因素有关。一般情况下，数字通信比模拟通信有更好的抗干扰能力，相比需要较小的发送功率。,发信设备的主要性能指标,三、频率稳定度频率稳定度的要求决定于所采用的通信制式以及对通信质量的要求发信杌频率漂移将使解调过程产生相位误差，致使有效信号幅度下降，误码率增加。四、干扰与噪声发信设备中的噪声可包括相位噪声、交调干扰噪声；相位噪声：产生于本机振荡源，交调干扰噪声：产生于本机振荡源、上变频器、末级功率放大器，此外各部件之

4、间的回波反射产生干扰噪声。五、发送频谱框架六、交调失真 发信设备是大信号工作状态，处于具有一定非线性的区域，如功率放大器和上变频器等。,微波固态振荡源,微波固态源是微波通信设备关键部件之一，一个高可靠、低成本、性能优良的固态源是人们一直努力要达到的目标。一、分类1.倍频链式固态；2.锁相式固态源；取样锁相式固态源，分频锁相式固态源，取样混频/锁相式固态源，3.介质稳频振荡源；二、主要技术指标 频率稳定度，相位噪声，谐波抑制度，输出电平,上变频器,上变频器是把中频信号上变换到微波发射频率的器件。当中频信号与本振信号同时加于变频器上时，由于器件的非线性作用，其输出端将产生多次谐波分量，用滤波器将其

5、中的和频或差频分量取出，就实现了变频作用。取出和频的变频器是上边带上变频器，取出差频的变频器是下边带上变频器。1.上变频器的非线性器件常用有变容二极管、阶跃恢复二极管、肖特基势垒二极管、微波双栅场效应晶体管。2.主要技术指标 变频损耗（输出功率）；幅频特性；本振输入端、信号输出驻波比；本振与中频信号之间的隔离度；,发信边带滤波器,发信边带滤波器的作用：从发信混频输出中选取有用边带作为传输信号，同时抑制第二边带无用信号，以防上对其它信道信号干扰。带通滤波器的主要技术指标：工作频率范围；通带内衰减；通带内驻波比；阻带衰减；输入输出阻抗；,微波功率放大器,微波功率放大器的作用：将微波信号的功率放大到

6、发信机额定输出。早期微波功率放大器采用行波管放大，六十年代中期，出现了微波双极晶体管功率放大器；七十年代中期出现了微波金属半导体场效应晶体管（MESFET）；后来放大器电路采用结构简单、体积小、集成化、微带电路、大功率、线性化发展。微波功率放大器主要技术指标 工作频段 输出功率 增益压缩 增益 G=P0/Pi P0 输出功率 Pi 输入功率在电路损耗功率不变的情况下，如果要增加输入功率Pi，则必须加大直流供电功率，才能保持增益G不变，即输出射频功率才能随输入射频功率的加大而加大，然而，直流供电功率是不能无限加大的，它要受到管子的限制，即在输入功率加大到一定程度，,微波功率放大器,必然出现G减小

7、，功率放大器的这种现象就称为增益压缩。P1dB G1dB当输入功率较小时，输出功率与输入功率的比值是恒定的，是一段直线，若继续加大输入功率，则输出功率与输入功率的比值将减小，即功率放大器的增益逐渐低于小信号线性增益，当低于1dB时，此时的增益称为1dB增益压缩点增益，而对应于该点的输出功率称为1dB增益压缩点输出功率。,微波功率放大器,微波功率放大器,p 功率放大器的功率效率是功率放大器的射频输出功率与给晶体管的直流功率之比。信号失真 1.线性失真；由线性网络引起的失真称为“线性失真”。功率放大器的线性失真可以用时延、增益起伏、增益斜率表示。2.非线性失真；信号通过非线性失真网络产生信号失真，

8、引起交调噪声和相位噪声，这种失真称为非线，用增益压缩、三阶交调失真和调幅-调相转换表示。交调失真 三阶交调系数为保证三阶交调系数满足要求，往往要采取较为复杂的线性化技术，或对输出功率指标做一定牺牲。,微波功率放大器,改善功放非线性的几种方法；1.功率倒退法；功率放大器输入功率减小1dB时，三阶交调改善2dB，用减小输出功率的方法改善线性。2.负反馈法：；利用放大器输出的非线性失真信号抵消放大器自身的一部分非线性。3.负前馈法；输入信号同时输入到功放PA和非线性发生器NG，两路非线性失信号在输出端恰抵消。难点是要求NG和PA的非线性失真信号在较宽频带内能互相抵消。4.预失真法；非线性发生器NG产

9、生一个非线性失真信号，并输入功放PA，抵消功放产生的非线性失真。,微波功率放大器,微波功率放大器,自动电平控制（ALC）由于温度变化、器件衰老和功放电路的不稳定，功率放大器线性增益会产生较大波动。当温度从40上升到50时，功率放大器线性增益将下降好几个分贝。功率放大器线性增益的波动会使输出信号有较大起伏。通常，可以采用自动电平控制电路（ALC），使功率放大器的输出信号保持稳定。ALC电路是由幅度可变电路、定向耦合器、检波器和直流放大器组成，,环行器,环行器是一种微波铁氧体无源器件。三端环行器各端匹配时，微波信号在环行器中呈环流传输。环行器的用途很多，与微波滤波器适当组合可构成分并波道的分路系统

10、；将环行器的任一端终接匹配负载，可作为单向器使用。主要技术指标：工作频率范围；正向传输衰减；反向隔离衰减；承受功率；阻抗、驻波比；,定向耦合器,发信通道输出常接有定向耦合器，它的作用是微波发信功率中耦合出一小部分，经检波作为监测、指示、告警等用。定向耦合器是一种带状平行耦合结构，由于这种耦合器具有定向输出的特点，因此称为定向耦合器。主要技术指标：频率；通带衰减；输入、输出阻抗、驻波比；定向耦合度；,微波收信设备,微波收信设备包括射频系统、中频系统和群频系统（解调器等）。一、微波收信设备的组成与性能指标 1.收信设备的组成数字微波收信设备都采用外差变频接收方式，框图中包括了空间分集接收的组成部件

11、。来自天馈线1的信号经带通滤波器选出需要的工作频道信号并抑制其它波道的干扰，然后把有用信号送至低噪声放大器。低噪声放大器是宽频带的，它可以复盖整个通信频段的全部波道，所以在低噪声放大器后面要加抑制镜频滤波器以消除镜频噪声。,微波收信设备,抑制镜频滤波器可以采用带通式，也可用带阻式，只要对镜频噪声抑制1315dB即可，但不得影响信号通道频率响应特性的平坦度。抑制镜频滤波器反射回去的镜频噪声，将由低噪声放大器输出隔离器吸收。多径传播衰落是数字微波通信中必须解决的重要问题，常采用空间分集和中频自适应均衡等技术。框图中来自两个天馈线的直达信号和多径干扰信号，经两路相同的滤波、低噪声放大、混频、前中放、

12、在相加器中合并。其中第2路的本机振荡源用移胡器控制其相位，使前中放的输出信号具有合适的相位，以获得最佳的抗多径衰落效果。空间分集相加器之后是中频自适应均衡器。仅靠空间分集往往不能达到完善的抗衰落，常把空间分集与中频自适应均衡器配合使用，这样才能最大限度地减低通信中断时间。最后，信号经中频滤波器和主中放输出。主中放提供较大增益和50dB左在的自动增益控制范围。主中放是宽频带的，其幅频响应的主要形状将由单独的中频滤波器来保证。,微波收信设备,微波收信设备,一、收信设备的主要性能指标 1.工作频段；2.噪声系数；噪声系数是收信设备的重要指标。由多级微波部件组成的收信系统噪声系数主要取决于前面一两级。

13、3.本振频率稳定度；4.通频带；为了有效地抑制噪声干扰，和获得最佳信号传输，应该选择合适的通频带和通带形状。接收机的通频带特性主要由中频滤波器决定。5.选择性；选择性是指接收机在通频带以外，对各种干扰的抑制能力，抑制邻近波道干扰、镜频干扰和本机收发之间干扰等。根据总体设计时，干扰防护要求制定，由微波滤波器、中频滤波器、抑制镜频滤波器来保证。,微波收信设备,6.最大增益与自动增益控制范围；接收机的最大增益取决于输入端门限电平和解调器的正常工作电平。自动增益控制电路是收信机不可缺少的一部分，如果没有这部分电路，当发生传输衰落时，解调器就无法工作。以正常传输电平为基准，低于这个电平的传输状态称为下衰

14、落，高于这个电平的传输状态称为上衰落，在数字微波中继通信中一般：上衰落6dB、下衰落-44dB，共有50dB的动态范围。当输入信在此范围内变化时，要求自动增益控制电路能任特解调器的中频输入电平在一个很小范围内变动。,微波收信设备,二、微波晶体管低噪声放大器低噪声放大的技术指标；1.噪声系数；2.放大器功率增益；3.工作频带内增益起伏；4.输入、输出驻波比VSWR；三、混频器混频器主要技术指标；1变频损耗，混频器输入微波信号功率与输出中频功率之比。2.噪声系数，近年来的微波收信机都采用低噪声放大器，混频器噪声对整机的影响大为降低，已不再是主要指标。3.三阶交调，4.动态范围，输入微波信号过强时会

15、使输出中频功率压缩，动态范围的上限通常指1dB压缩点的微波输入信号功率，下限是指信号与噪声电平相比拟时的功率,微波收信设备,5.隔离度，隔离度是混频器各端口相互影响程度的度量。混频器有三个外端口，（信号口、本振口、中频口）信号口对本振口隔离度不好时，将造成有用信号的损失，但由于信号电平总是小于本振电平，所以从避免干扰的要求来看，较多地考虑本振口对中频口以及本振口对信号口之间的隔离度。隔离度主要微波电桥决定，一般在2025dB左石。6.镜频抑制度，在混频器前若有低噪声放大器，则应该考虑采取必要措施来增加镜频抑制度，这样可以提高接收机灵敏度。四、中频放大器 主中放一般接在中频滤波器后面，其作用是在

16、不同衰落电平条件下提供合适的增益，使其输出端的中频电压基本上保持在一个固定电平上。,微波收信设备,主中放是由多级宽频带放大器级联组成，其通频带要比中频滤波器的带宽宽得多。目前采用的中频放大器电路有分立元件组成的宽频带放大器和集成电路宽频带放大器。主中放的主要技术指标；1.信号增益，2.工作频带内幅度不均匀度，3.工作频带内的相对群时延，4.输入、输出阻抗匹配性能，5.线性放大动态范围，6.自动增益控制AGC范围，中频放大器自动增益控制系统，包括自动衰耗器（或可变增益放大器）和检测系统。,微波收信设备,五、中频滤波器收信设备中，中频系统的频率特性如中心频率、通频带、带内起伏、群时延、带外衰减等主要决定于集中设置的中频滤波器。因此，中频滤波器的性能将对中频数字信号的解调产生显著的影响。中频滤波器的主要技术指标；1.中心频率，2.3dB带宽，3.通带特性（幅频波动和群时延波动），4.阻带特性，5.输入、输出阻抗，6.回波损耗，,微波收信设备,中频放大器自动增益控制可用两种方法实现。1）在主中放的信号通路中接入由变阻元件组成的可变衰耗器；2）主中放使用可变增益的放大器。,