西南科大 高頻電子線路課件第一章

1、高頻電子線路課程又稱：通信電子線路、非課程又稱：通信電子線路、非線性電子線路線性電子線路主要內(nèi)容：無(wú)線電通信設(shè)備中主要內(nèi)容：無(wú)線電通信設(shè)備中基本功能電路的原理與分析基本功能電路的原理與分析先修課程：電路分析、模擬電先修課程：電路分析、模擬電子技術(shù)、信號(hào)與系統(tǒng)子技術(shù)、信號(hào)與系統(tǒng)課程基本信息v課程性質(zhì)：必修課，是電子信息工程、通信工程、物聯(lián)網(wǎng)、信息對(duì)抗及相近專業(yè)的主干技術(shù)基礎(chǔ)課程v學(xué)分：3v學(xué)時(shí)：理論課48、實(shí)驗(yàn)16考核方式 v本課程為考試課。采取結(jié)構(gòu)評(píng)分方式，總成績(jī)平時(shí)成績(jī) + 期末考試成績(jī)。v期末考試成績(jī)：70v平時(shí)成績(jī)：30 包括作業(yè)完成情況和到課率v每?jī)烧陆灰淮巫鳂I(yè)教師與答疑時(shí)間v主講教師

2、：鄒傳云 教授v電話：6088689 Email:v答疑地點(diǎn)：綜合實(shí)驗(yàn)樓3-7v答疑時(shí)間：周3第五講v課件和參考習(xí)題答案下載郵箱：(密碼：666666)v教教 材：材：鄒傳云等鄒傳云等高頻電子線路高頻電子線路清華清華大學(xué)出版社大學(xué)出版社v主要參考書：主要參考書：沈偉慈通信電路西安電子科技大學(xué)出版社沈偉慈通信電路西安電子科技大學(xué)出版社杜武林高頻電子線路高等教育出版杜武林高頻電子線路高等教育出版謝家奎電子線路謝家奎電子線路-非線性部分高等教育出版非線性部分高等教育出版社社曾興雯等曾興雯等高頻電子線路輔導(dǎo)高頻電子線路輔導(dǎo)西安電子科技大西安電子科技大學(xué)出版社學(xué)出版社v參考軟件

3、：參考軟件：Electeonics Workbench EDA 5.0；課程特點(diǎn)高頻電子線路課程是電子信息類專業(yè)重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，是培養(yǎng)工程師開發(fā)無(wú)線電頻譜資源能力的入門基本課程，是十分強(qiáng)調(diào)應(yīng)用實(shí)踐的工程性質(zhì)的課程。與其它專業(yè)基礎(chǔ)課的不同：與電路分析、信號(hào)與系統(tǒng)重理想模型偏理論相比，高頻電子線路重實(shí)際模型偏工程應(yīng)用。與模擬（低頻）電子線路分析模型的靜態(tài)不變性比較，高頻電子線路分析模型是變化的（隨信號(hào)強(qiáng)度和工作頻率而變）。學(xué)習(xí)本課程的方法學(xué)習(xí)本課程的方法 大處著眼大處著眼始終把握每講內(nèi)容在整體課程的地位。始終把握每講內(nèi)容在整體課程的地位。始終把握各種功能電路在無(wú)線通信系統(tǒng)的地位始終把握各種功能電

4、路在無(wú)線通信系統(tǒng)的地位從原理上掌握各單元電路的功能、作用和分析方法從原理上掌握各單元電路的功能、作用和分析方法 小處著手小處著手熟練掌握電路模型的等效轉(zhuǎn)換、近似、數(shù)學(xué)推導(dǎo)、計(jì)算熟練掌握電路模型的等效轉(zhuǎn)換、近似、數(shù)學(xué)推導(dǎo)、計(jì)算熟悉各功能電路的設(shè)計(jì)過(guò)程，完成典型電路的設(shè)計(jì)熟悉各功能電路的設(shè)計(jì)過(guò)程，完成典型電路的設(shè)計(jì)重視實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，堅(jiān)持理論聯(lián)系實(shí)際，在實(shí)踐中重視實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，堅(jiān)持理論聯(lián)系實(shí)際，在實(shí)踐中 積累豐富積累豐富的經(jīng)驗(yàn)。的經(jīng)驗(yàn)。學(xué)習(xí)要求學(xué)習(xí)要求預(yù)習(xí)教材預(yù)習(xí)教材聽課聽課復(fù)習(xí)、總結(jié)課程復(fù)習(xí)、總結(jié)課程認(rèn)真完成習(xí)題和實(shí)驗(yàn)認(rèn)真完成習(xí)題和實(shí)驗(yàn)v本課程主要分析高頻電波信號(hào)的產(chǎn)生、放大和接收的電路，因此稱為“高頻電

5、子線路”。v廣義的“高頻”指的是射頻(Radio Frequency，RF)，它是指適合無(wú)線電發(fā)射和傳播的頻率，其頻率范圍非常寬。v只要電路尺寸比工作波長(zhǎng)小得多，可用集總參數(shù)來(lái)分析實(shí)現(xiàn)。v當(dāng)電路尺寸大于工作波長(zhǎng)或相當(dāng)時(shí)，應(yīng)采用分布參數(shù)的方法來(lái)分析實(shí)現(xiàn)。v本課程的第17章討論可用集中參數(shù)描述的高頻電路，而分布參數(shù)分析法在第8章介紹。本課程學(xué)習(xí)哪些內(nèi)容？本課程學(xué)習(xí)哪些內(nèi)容？v第1章 系統(tǒng)基礎(chǔ)知識(shí)v第2章 小信號(hào)選頻放大電路v第3章 高頻功率放大電路v第4章 正弦波振蕩電路v第5章 振幅調(diào)制、解調(diào)與混頻電路v第6章 角度調(diào)制與解調(diào)電路v第7章 反饋控制電路v第8章 高頻電路的分布參數(shù)分析v第9章 高

6、頻電路的集成與EDA技術(shù)簡(jiǎn)介v無(wú)線電報(bào)的發(fā)明開始了無(wú)線電通信的時(shí)代，并逐步涉及陸地、海洋、航空、航天等固定和移動(dòng)無(wú)線通信領(lǐng)域，從1920年的無(wú)線電廣播、1930年的電視傳輸，直到1980年的移動(dòng)電話和1990年的全球定位系統(tǒng)及當(dāng)今的移動(dòng)通信和無(wú)線局域網(wǎng)，無(wú)線通信市場(chǎng)還在飛速發(fā)展，移動(dòng)通信手機(jī)、有線電視調(diào)制解調(diào)器以及射頻標(biāo)簽的電信產(chǎn)品迅速地滲入我們的生活，變成大眾不可缺少的工具。v高頻電子線路的發(fā)展推動(dòng)了無(wú)線通信技術(shù)的發(fā)展，是當(dāng)代無(wú)線通信的基礎(chǔ)，是無(wú)線通信設(shè)備的重要組成部分。學(xué)習(xí)本課程有何意義？學(xué)習(xí)本課程有何意義？第1章 系統(tǒng)基礎(chǔ)知識(shí)v無(wú)線電頻段是如何劃分的？無(wú)線通信為何要用高頻電磁波？v高頻電

7、子線路有什么特點(diǎn)？v無(wú)線通信系統(tǒng)究竟包括哪些電路？它們都有什么功用？v表征高頻電路(系統(tǒng))性能的參數(shù)有哪些？1.1 無(wú)線通信系統(tǒng)概述v為了便于分析和應(yīng)用，人們對(duì)電磁波按頻率或波長(zhǎng)進(jìn)行分段，分別稱為頻段或波段。各種頻率的電磁波都是不可再生的重要資源，國(guó)際社會(huì)和任何國(guó)家都必須對(duì)它進(jìn)行科學(xué)規(guī)劃、嚴(yán)格管理。v無(wú)線通信系統(tǒng)電路的基本組成，由工作頻率的高低可分為射頻級(jí)、中頻級(jí)和基帶級(jí)三級(jí)電路，射頻級(jí)和中頻級(jí)屬于本書高頻電路的研究范疇，它們的基本功能電路應(yīng)該包括：濾波器、放大器、高頻振蕩器、混頻或變頻器、調(diào)制與解調(diào)器。1.1.1 電磁波頻段的劃分與應(yīng)用 極低頻（ELF) 軍事潛艇通信 甚低頻（VLF) 導(dǎo)航

8、、聲納、航空 低頻（LF) 航海與航空導(dǎo)航信標(biāo)、航空導(dǎo)航 中頻（MF) 中波廣播、航海與航空導(dǎo)航信標(biāo) 高頻（HF) 短波廣播、業(yè)余無(wú)線電甚高頻（VHF) 電視與調(diào)頻廣播、無(wú)線尋呼、地面移動(dòng)通信 超高頻（UHF) 電視與調(diào)頻廣播、無(wú)繩電話、個(gè)人無(wú)線電 特高頻（SHF) 微波鏈路、衛(wèi)星通信 極高頻（EHF) 雷達(dá)、射電天文學(xué) 太赫茲 紅外光 300kHz30MHz3000MHz300GHz3kHz頻率遠(yuǎn)程探測(cè)、激光通信、光空間通信 電波利用電離層的折射、反射和散電波利用電離層的折射、反射和散射作用進(jìn)行傳播的方式稱為天波射作用進(jìn)行傳播的方式稱為天波 沿地球表面沿地球表面進(jìn)行傳播的進(jìn)行傳播的電波傳播模

9、電波傳播模式稱為地表式稱為地表面波。面波。 在對(duì)流層中進(jìn)行的電波傳在對(duì)流層中進(jìn)行的電波傳播方式稱為空間波播方式稱為空間波電磁波在地面上遠(yuǎn)距離傳播的方式電磁波在地面上遠(yuǎn)距離傳播的方式1.1.2 無(wú)線通信系統(tǒng)的基本組成音頻放大器調(diào)制器激勵(lì)放大功率放大與濾波載波振蕩器天線開關(guān)高頻放大與濾波混頻器中頻放大與濾波解調(diào)器音頻放大器話筒本地振蕩器揚(yáng)聲器變頻器射頻級(jí)中頻級(jí)基帶級(jí)模擬無(wú)線通信系統(tǒng)模擬無(wú)線通信系統(tǒng)數(shù)字無(wú)線通信系統(tǒng)數(shù)字無(wú)線通信系統(tǒng)1.2 高頻電路中的元器件與分析模型v無(wú)源元件主要是電阻(器)、電容(器)和電感(器)，它們都屬于線性元件，在高頻電路中通常起濾波、阻抗匹配、旁路、耦合、去耦、移相等作用。

10、v有源器件主要是半導(dǎo)體二極管、三極管和集成電路，它們本質(zhì)上都屬于非線性器件，在高頻電路中完成信號(hào)的放大、非線性變換等功能。1.2.1 高頻無(wú)源元件電阻器、電容器和電感器的高頻等效模型電阻器、電容器和電感器的高頻等效模型1.2.2 高頻有源器件半導(dǎo)體二極管伏安特性半導(dǎo)體二極管伏安特性T1ss(e1)(e1)quuUkTiIIbeTbcTccsecs(e1)(e1)uUuUIIII雙極型晶體管的大信號(hào)雙極型晶體管的大信號(hào)E-M電路模型電路模型雙極型晶體管的線性電路模型雙極型晶體管的線性電路模型晶體管高頻共發(fā)射極混合晶體管高頻共發(fā)射極混合形等效電路形等效電路當(dāng)輸出端短路后，當(dāng)輸出端短路后，rbe、C

11、be和和Cbc三者并聯(lián)，此時(shí)三者并聯(lián)，此時(shí)cecm bebbebebc01j2()UIg rIfrCC在小信號(hào)的條件下，常用線性電路模型分析電路在小信號(hào)的條件下，常用線性電路模型分析電路特征頻率特征頻率fT和最大振蕩頻率和最大振蕩頻率fmaxmmTbebcbe2 ()2ggfCCC電流增益降至電流增益降至1時(shí)的頻率時(shí)的頻率Tmaxbbbe8ffr C功率增益降至功率增益降至1時(shí)的頻率時(shí)的頻率TTffff模擬乘法器模擬乘法器zxy( )( )( )u tK u tu t模擬乘法器是一種理想的線性頻譜搬移電路模擬乘法器是一種理想的線性頻譜搬移電路第1章 系統(tǒng)基礎(chǔ)知識(shí)v無(wú)線電頻段是如何劃分的？無(wú)線通

12、信為何要用高頻電磁波？v無(wú)線通信系統(tǒng)究竟包括哪些電路？它們都有什么功用？v高頻電子線路有什么特點(diǎn)？v表征高頻電路(系統(tǒng))性能的參數(shù)有哪些？1.3 系統(tǒng)性能指標(biāo)v增益、噪聲、非線性、靈敏度和動(dòng)態(tài)范圍是描述高頻電路最常用的指標(biāo)v接收機(jī)所能接收的最低信號(hào)電平直接受到其固有噪聲的限制，而它能接收的最高電平又受到非線性失真的限制1.3.1 增益電壓增益：電壓增益：無(wú)載電壓增益無(wú)載電壓增益o0iuUAU(有載有載)電壓增益電壓增益oLLL0ioLioLuuUURRAAURRURR當(dāng)當(dāng) 時(shí)電壓增益接近最大值時(shí)電壓增益接近最大值在高頻時(shí)，電路阻抗比直流或低頻的值小，常用功率增益來(lái)量度系統(tǒng)的在高頻時(shí)，電路阻抗比

13、直流或低頻的值小，常用功率增益來(lái)量度系統(tǒng)的放大能力放大能力LoRR0uuAA定義幾種類型的功率定義幾種類型的功率22iiis2isiURPURRR系統(tǒng)吸收系統(tǒng)吸收(輸入輸入)的功率的功率2ssas4UPR源的額定輸出功率源的額定輸出功率2222L0LLLoi22LoLoLuR AURPUURRRRR222222o0i0ioasooosi444uuUA UARPURRRRR負(fù)載消耗的功率負(fù)載消耗的功率系統(tǒng)的額定輸出功率系統(tǒng)的額定輸出功率基于上面四種類型的功率，可以定義下面四種功率增益基于上面四種類型的功率，可以定義下面四種功率增益四種功率增益四種功率增益22LsLit02sasiLo4uR RP

14、RGAPRRRR22LLiip02iLLouuPR RRGAAPRRR22oasia0sasiouPRRGAPRRR22iim0oo4uuRRGAARR轉(zhuǎn)化功率增益轉(zhuǎn)化功率增益(傳遞傳遞)功率增益功率增益額定額定(資用資用)功率增益功率增益最大功率增益最大功率增益Gp是人們常用的功率增益，也稱為工作功率增益，它表示系統(tǒng)實(shí)際輸出功是人們常用的功率增益，也稱為工作功率增益，它表示系統(tǒng)實(shí)際輸出功率與輸入功率之比率與輸入功率之比分析和計(jì)算噪聲問(wèn)題時(shí)，用額定功率和額定功率增益分析和計(jì)算噪聲問(wèn)題時(shí)，用額定功率和額定功率增益用對(duì)數(shù)形式用對(duì)數(shù)形式dB(分貝分貝)值來(lái)表示比值值來(lái)表示比值功率增益的功率增益的dB

15、值定義值定義ppLi(dB)101g101g101gGGPP電壓增益的電壓增益的dB值定義值定義Li(dB)20lg20lg20lguuAAUUdBm(分貝毫瓦分貝毫瓦)定義：定義：P(dBm)= 10lgP(mW)/1mWdBW(分貝瓦分貝瓦)定義：定義：P(dBW)= 10lgP(W)/1WdBV(分貝微伏分貝微伏)定義：定義：U(dB V)= 20lgU(V) /1 VdBV(分貝伏分貝伏)定義：定義：U(dBV)= 20lg U(V) /1VpLiLi(dB)(dBm)(dBm)(dB)(dB V)(dB V)uGPPAUU注意：注意：兩個(gè)兩個(gè)dBm(dBV)相減，結(jié)果為相減，結(jié)果為d

16、B。dBm(dBV)與與dB之間可以加、之間可以加、減，結(jié)果仍為減，結(jié)果仍為dBm(dBV)在在50系統(tǒng)中，功率與電壓?jiǎn)挝粚?duì)應(yīng)關(guān)系系統(tǒng)中，功率與電壓?jiǎn)挝粚?duì)應(yīng)關(guān)系P1W10mW1mW0.1mW1011mW0dBW,30dBm10dBm0dBm10dBm110dBmUm 10V1.0V 0.316V0.1V1V 20dBV0dBV,120dBV-10dBV,110dBV100dBV0dBV222mUUPRR1.3.2 噪聲和噪聲系數(shù)1噪聲來(lái)源：噪聲來(lái)源：電阻熱噪聲和半導(dǎo)體管噪聲電阻熱噪聲和半導(dǎo)體管噪聲電阻熱噪聲等效電路電阻熱噪聲等效電路4( )( )4IVkTSfSfkTRR22nn( )( )I

17、VISfBWUSfBW電阻電阻R的噪聲額定功率的噪聲額定功率2nnA4UPkT BWR電阻的噪聲額定功率只與電阻的噪聲額定功率只與溫度及通頻帶有關(guān)，而與本溫度及通頻帶有關(guān)，而與本身阻值和負(fù)載無(wú)關(guān)身阻值和負(fù)載無(wú)關(guān)(注意，注意，實(shí)際功率是與負(fù)載有關(guān)的實(shí)際功率是與負(fù)載有關(guān)的)。這一結(jié)論可以推廣到任何這一結(jié)論可以推廣到任何無(wú)源二端網(wǎng)絡(luò)。無(wú)源二端網(wǎng)絡(luò)。波爾茲曼常數(shù)：波爾茲曼常數(shù)：k=1.380650510-23J/K有源器件和系統(tǒng)的噪聲來(lái)源比較復(fù)雜，系統(tǒng)設(shè)計(jì)師為了衡量其噪聲性能的好有源器件和系統(tǒng)的噪聲來(lái)源比較復(fù)雜，系統(tǒng)設(shè)計(jì)師為了衡量其噪聲性能的好壞，提出了噪聲系數(shù)這一性能指標(biāo)。壞，提出了噪聲系數(shù)這一性能

18、指標(biāo)。2噪聲系數(shù)噪聲系數(shù)噪聲系數(shù)噪聲系數(shù)(Noise Figure，NF)定義定義信噪比信噪比SNR定義定義isiniosono/SNRPPSNRPPioSNRNFSNRsianianoasoanoaania/1/PPPNFPPG P標(biāo)準(zhǔn)噪聲系數(shù)標(biāo)準(zhǔn)噪聲系數(shù)noaa01PNFG kT BWT0=290KPnoa：輸出噪聲額定功率：輸出噪聲額定功率Pnia： 輸入噪聲額定功率輸入噪聲額定功率噪聲系數(shù)表征了信號(hào)通過(guò)系統(tǒng)后，系統(tǒng)內(nèi)部噪聲造成信噪比惡化的程度。噪聲系數(shù)表征了信號(hào)通過(guò)系統(tǒng)后，系統(tǒng)內(nèi)部噪聲造成信噪比惡化的程度。如果系統(tǒng)是無(wú)噪的，相應(yīng)的噪聲系數(shù)為如果系統(tǒng)是無(wú)噪的，相應(yīng)的噪聲系數(shù)為1。有噪系統(tǒng)

19、的噪聲系數(shù)均大于有噪系統(tǒng)的噪聲系數(shù)均大于1。系統(tǒng)內(nèi)部噪聲產(chǎn)生的輸出功率系統(tǒng)內(nèi)部噪聲產(chǎn)生的輸出功率nsnoaaniaaniaaniaaniaa0(1)(1)PPGPNF GPGPNFGPNFGkT BW放大器級(jí)聯(lián)的噪聲放大器級(jí)聯(lián)的噪聲21a11NFNFNFG對(duì)于對(duì)于n級(jí)放大器級(jí)放大器321a1a1a2a1a(1)111nnNFNFNFNFNFGG GGG為了減小多級(jí)放大器的噪聲系數(shù)，必須降低前級(jí)放大器為了減小多級(jí)放大器的噪聲系數(shù)，必須降低前級(jí)放大器(尤其是第一級(jí)尤其是第一級(jí))的噪聲系數(shù)，而且增大前級(jí)放大器的噪聲系數(shù)，而且增大前級(jí)放大器(尤其是第一級(jí)尤其是第一級(jí))的額定功率增益。的額定功率增益。3

20、等效輸入噪聲溫度等效輸入噪聲溫度a0a0e()NF G kT BWG k TT BW噪聲溫度與噪聲系數(shù)的等效關(guān)系噪聲溫度與噪聲系數(shù)的等效關(guān)系e0e01(1)TNFTTNFT 級(jí)聯(lián)系統(tǒng)的等效噪聲溫度級(jí)聯(lián)系統(tǒng)的等效噪聲溫度e2e3eee1a1a1a2a1a(1)nnTTTTTGG GGG低噪聲時(shí)采用噪聲溫度比采用噪聲系數(shù)更容易和更方便顯示其噪聲性能的差別。低噪聲時(shí)采用噪聲溫度比采用噪聲系數(shù)更容易和更方便顯示其噪聲性能的差別?！纠?.1】 某接收機(jī)由高放、混頻、中放三級(jí)電路組成。已知混頻器的額某接收機(jī)由高放、混頻、中放三級(jí)電路組成。已知混頻器的額定功率增益定功率增益Ga2=0.2，噪聲系數(shù)，噪聲系

21、數(shù)NF2=10dB，中放噪聲系數(shù)，中放噪聲系數(shù)NF3=6dB，高，高放噪聲系數(shù)放噪聲系數(shù)NF1=3dB。如要求加入高放后使整個(gè)接收機(jī)總噪聲系數(shù)降低。如要求加入高放后使整個(gè)接收機(jī)總噪聲系數(shù)降低為加入前的為加入前的1/10，則高放的額定功率增益，則高放的額定功率增益Ga1應(yīng)為多少？高放和混頻兩級(jí)應(yīng)為多少？高放和混頻兩級(jí)的等效噪聲溫度為多少？的等效噪聲溫度為多少？解：先將噪聲系數(shù)分貝數(shù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，解：先將噪聲系數(shù)分貝數(shù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，3dB、10dB、6dB分別對(duì)應(yīng)為分別對(duì)應(yīng)為2、10、4。因?yàn)槲醇痈叻艜r(shí)接收機(jī)噪聲系數(shù)為因?yàn)槲醇痈叻艜r(shí)接收機(jī)噪聲系數(shù)為32a214110250.2NFNFNFG所以，加高放后接

22、收機(jī)噪聲系數(shù)應(yīng)為所以，加高放后接收機(jī)噪聲系數(shù)應(yīng)為12.510NFNF 又由于又由于321a1a1a211NFNFNFNFGG G 因此有因此有23a2a11(1)(1) /(101)(41) /0.24816.8dB2.52NFNFGGNFNF高放和混頻兩級(jí)的等效噪聲溫度為高放和混頻兩級(jí)的等效噪聲溫度為2e10a11(1)101(21)290344.375(K)48NFTNFTG 1.3.3 非線性失真v在由各種有源器件構(gòu)成的線性放大器中，由于有源器件的特性是非線性的，在放大過(guò)程中總會(huì)產(chǎn)生各種各樣的失真，因此，必須限制信號(hào)的大小，使失真限制在允許的范圍內(nèi)，才能實(shí)現(xiàn)線性放大。v但在諸如混頻、調(diào)制

23、和解調(diào)等頻譜搬移電路中，有源器件的非線性又正是實(shí)現(xiàn)這些功能電路所必需的。1非線性器件的描述方法非線性器件的描述方法一個(gè)非線性電路系統(tǒng)的輸入一個(gè)非線性電路系統(tǒng)的輸入x(t)和輸出和輸出y(t)可以描述成可以描述成 230123y tx txtxt該法稱為冪級(jí)數(shù)展開法該法稱為冪級(jí)數(shù)展開法其它還有解析函數(shù)和折線表示法其它還有解析函數(shù)和折線表示法2諧波諧波當(dāng)輸入信號(hào)為當(dāng)輸入信號(hào)為x(t)=Acos t時(shí)，輸出信號(hào)為時(shí)，輸出信號(hào)為 223301233232013322332201coscoscoscos1cos23coscos3243coscos2cos32424y tAtAtAtAAAttttAAAA

24、Attt含輸入頻率含輸入頻率的項(xiàng)稱為的項(xiàng)稱為“基頻基頻”，高階項(xiàng)，高階項(xiàng)n稱為稱為“諧波諧波”(Harmonics)3增益壓縮增益壓縮輸出基波信號(hào)為輸出基波信號(hào)為 223311133cos( )44AAy tAtx t如果如果1和和3的符號(hào)相反，則信號(hào)增益將隨幅度的符號(hào)相反，則信號(hào)增益將隨幅度A的增大而減小，此現(xiàn)的增大而減小，此現(xiàn)象稱為增益壓縮。象稱為增益壓縮。常用常用1dB壓縮點(diǎn)壓縮點(diǎn)(1-dB compression point，輸入，輸入Pi1dB、輸出、輸出Po1dB)來(lái)度量放大器的線性來(lái)度量放大器的線性231dB1111dB3320lg20lg140.145AA1dB壓縮點(diǎn)處的輸入信

25、號(hào)壓縮點(diǎn)處的輸入信號(hào)幅度為幅度為4大信號(hào)阻塞大信號(hào)阻塞如果電路同時(shí)接收到一個(gè)有用信號(hào)如果電路同時(shí)接收到一個(gè)有用信號(hào)A1cos1t和一個(gè)干擾信號(hào)和一個(gè)干擾信號(hào)A2cos2t，即，即 1122coscosx tAtAt則輸出信號(hào)基波分量為則輸出信號(hào)基波分量為3211131312133( )cos42y tAAA At當(dāng)當(dāng)A2A1時(shí)，上式可簡(jiǎn)化為時(shí)，上式可簡(jiǎn)化為 21132113cos2y tAAt如果如果1和和3的符號(hào)相反，有用信號(hào)所得到的增益將遠(yuǎn)小于的符號(hào)相反，有用信號(hào)所得到的增益將遠(yuǎn)小于1，即有用信號(hào)被大，即有用信號(hào)被大干擾信號(hào)阻塞了，或者稱為干擾信號(hào)阻塞了，或者稱為“減敏減敏”(Desens

26、itization)，即放大器或接收器的靈，即放大器或接收器的靈敏度降低了。敏度降低了。5交調(diào)失真交調(diào)失真如果干擾信號(hào)含有調(diào)幅成分如果干擾信號(hào)含有調(diào)幅成分2222cos(1cos)cos(1,)mAtAmttm調(diào)制指數(shù)干擾調(diào)幅信號(hào)會(huì)通過(guò)非線性轉(zhuǎn)移到有用信號(hào)上：干擾調(diào)幅信號(hào)會(huì)通過(guò)非線性轉(zhuǎn)移到有用信號(hào)上： 2111131122222113121cos3cos1coscos31cos22coscos222mmmy tAtAt AmttmmAA Atmtt如果有用信號(hào)也為幅度調(diào)制信號(hào)，則解調(diào)后的信號(hào)含有干擾信號(hào)，產(chǎn)生了交如果有用信號(hào)也為幅度調(diào)制信號(hào)，則解調(diào)后的信號(hào)含有干擾信號(hào)，產(chǎn)生了交叉調(diào)制叉調(diào)制 。

27、交調(diào)失真是由非線性器件的三次方項(xiàng)產(chǎn)生的。交調(diào)失真是由非線性器件的三次方項(xiàng)產(chǎn)生的。6互調(diào)失真互調(diào)失真兩個(gè)頻率不同的正弦波通過(guò)非線性系統(tǒng)后輸出信號(hào)的頻率分量?jī)蓚€(gè)頻率不同的正弦波通過(guò)非線性系統(tǒng)后輸出信號(hào)的頻率分量o=m1 +n2(m和和n 不為不為0)稱為稱為(m+n)階互調(diào)分量階互調(diào)分量由三階失真引起的互調(diào)分量稱為三階互調(diào)分量由三階失真引起的互調(diào)分量稱為三階互調(diào)分量(IM3)，如果，如果1和和2差別差別很小，需要重點(diǎn)考慮的是很小，需要重點(diǎn)考慮的是212和和221這兩項(xiàng)，因?yàn)樗鼈兙驮诨ㄟ@兩項(xiàng)，因?yàn)樗鼈兙驮诨ǚ至扛浇至扛浇绻麅蓚€(gè)輸入信號(hào)的幅度相等如果兩個(gè)輸入信號(hào)的幅度相等A1=A2=A，三階互

28、調(diào)分量為，三階互調(diào)分量為 3IM3312213cos(2)cos(2)4ytAtt用來(lái)衡量互調(diào)失真程度的參數(shù)主要是三階互調(diào)截用來(lái)衡量互調(diào)失真程度的參數(shù)主要是三階互調(diào)截點(diǎn)點(diǎn) IP3(Third-order Intercept Point，對(duì)應(yīng)的輸入，對(duì)應(yīng)的輸入功率值稱為功率值稱為IIP3，而輸出功率值則稱為，而輸出功率值則稱為OIP3)三階互調(diào)截三階互調(diào)截點(diǎn)處的輸入點(diǎn)處的輸入信號(hào)幅度為信號(hào)幅度為1IP3343A1dB壓縮點(diǎn)和壓縮點(diǎn)和IP3的關(guān)系的關(guān)系IP31dB3.039.6dBAAIIP3 的簡(jiǎn)單測(cè)量：的簡(jiǎn)單測(cè)量：1o3o3in31o22PPPIIPPOIPPdBm3indBmdBm2PIIP

29、P對(duì)數(shù)對(duì)數(shù)(dBm)域中：域中：在在W或或mW域中：域中：1o3in3o2in3o1o3PIIPPPPPPIIPIM3功率功率基波功率基波功率級(jí)聯(lián)電路的等效級(jí)聯(lián)電路的等效IIP3：最后（第最后（第2級(jí)）輸出的級(jí)）輸出的IM3分量功率分量功率P3o由兩部分組成：第由兩部分組成：第1級(jí)輸出的級(jí)輸出的IM3分量通分量通過(guò)第過(guò)第2級(jí)直接放大的輸出功率級(jí)直接放大的輸出功率P3o1，第，第1級(jí)輸出基波分量通過(guò)第級(jí)輸出基波分量通過(guò)第2級(jí)非線性產(chǎn)生的級(jí)非線性產(chǎn)生的IM3分量功率分量功率P3o2，它們分別為，它們分別為23123 121 123,13,1233121 13 2123,23,2ppininopop

30、pinoooG G PPPG PIIPIIPG G PPPPIIPIIP得兩級(jí)系統(tǒng)的得兩級(jí)系統(tǒng)的IIP3 為為p13o3in1o3,13,2111GPIIPPPIIPIIP功率單位是功率單位是W或或mW1.3.4 靈敏度與動(dòng)態(tài)范圍1靈敏度靈敏度接收機(jī)的一個(gè)很重要的指標(biāo)是靈敏度接收機(jī)的一個(gè)很重要的指標(biāo)是靈敏度(Sensitivity)，它定義為：在給定要求的輸出信噪比的條件下，接收機(jī)它定義為：在給定要求的輸出信噪比的條件下，接收機(jī)所能檢測(cè)的最低輸入信號(hào)電平。所能檢測(cè)的最低輸入信號(hào)電平。要求接收機(jī)輸出最小額定信噪比為要求接收機(jī)輸出最小額定信噪比為SNRo,min，則最低，則最低的可檢測(cè)輸入功率電平

31、為：的可檢測(cè)輸入功率電平為：si,mino,minsi,minrdBmo,mindBdBmrdBm10lgaeaePk TTBWSNRPFSNRFk TTBWFr稱作基底噪聲稱作基底噪聲 (Noise Floor)Ta:天線等效噪聲溫度天線等效噪聲溫度Te:接收機(jī)等效噪聲溫度接收機(jī)等效噪聲溫度1.3.4 靈敏度與動(dòng)態(tài)范圍1靈敏度靈敏度在在T0=290K室溫下，室溫下，si,minro,mindBm PFSNRrdBmHz174dBm / Hz10lgFBWNF 最小可檢測(cè)輸入信號(hào)電壓最小可檢測(cè)輸入信號(hào)電壓si,minAsi,min4UR Psi,min0o,minPkTBW NF SNR2動(dòng)態(tài)

32、范圍動(dòng)態(tài)范圍sisi,max,minPP 允允許許的的最最大大輸輸入入電電平平動(dòng)動(dòng)態(tài)態(tài)范范圍圍允允許許的的最最小小輸輸入入電電平平sisi(dB)d,max,min=(dBm)( Bm)-PP動(dòng)動(dòng)態(tài)態(tài)范范圍圍線性動(dòng)態(tài)范圍：線性動(dòng)態(tài)范圍：i1dBsi,minl(dB)=(dBm)(dBm)DRPP-Psi,max定義為產(chǎn)生定義為產(chǎn)生1 dB壓縮點(diǎn)的輸入信號(hào)電平壓縮點(diǎn)的輸入信號(hào)電平Pi1dBPsi,max有兩種不同的取值，定義兩種動(dòng)態(tài)范圍：有兩種不同的取值，定義兩種動(dòng)態(tài)范圍：2動(dòng)態(tài)范圍動(dòng)態(tài)范圍無(wú)雜散動(dòng)態(tài)范圍無(wú)雜散動(dòng)態(tài)范圍3r3rfro,mino,min2233IIPFIIPFDRFSNRSNRPs

33、i,max定義為在輸出端產(chǎn)生的三階互調(diào)輸出折合到輸定義為在輸出端產(chǎn)生的三階互調(diào)輸出折合到輸入端等于噪聲基底的最大輸入電平入端等于噪聲基底的最大輸入電平即圖中即圖中 Pin=Psi,max時(shí)，時(shí)，P3o=Fr+Gp，而而P1o=Psi,max+ Gp由式由式(1.47)可得可得,max133,max3r,max2223siroosisiPFPPIIPPIIPFP【例例1.2】 如果一個(gè)接收器的如果一個(gè)接收器的NF=9dB，IIP3=-15dBm，且，且BW=200kHz，若要求，若要求SNRo,min=12dB，那么它的無(wú)雜散，那么它的無(wú)雜散動(dòng)態(tài)范圍動(dòng)態(tài)范圍DRf為多少？為多少？解：解：r174

34、10lg2000009112(dBm)F DRf約為約為53dB。3rfo,min23IIPFDRSNR本 章 小 結(jié)v人們按頻率或波長(zhǎng)對(duì)電磁波進(jìn)行分段，分別稱為頻段或波段。v不同頻段電波的傳播方式和能力不同，因而它們的應(yīng)用范圍也不同。高頻適于天線輻射和無(wú)線傳播。v無(wú)線通信系統(tǒng)由工作頻率的高低可分為射頻級(jí)、中頻級(jí)和基帶級(jí)三級(jí)電路。它們的基本功能電路包括濾波器、放大器、高頻振蕩器、混頻或變頻器和調(diào)制與解調(diào)器。v各功能電路由各種有源器件、無(wú)源元件構(gòu)成。實(shí)際器件存在雜散寄生的不良電容、電感和電阻。v在小信號(hào)的條件下，常用線性電路模型(如型等效電路)來(lái)分析電路。v由于二極管和晶體管的非線性特性，會(huì)產(chǎn)生

35、增益壓縮、交叉調(diào)制和互相調(diào)制等一系列非線性失真。v接收機(jī)所能接收的最低信號(hào)電平受其固有噪聲的限制，而它能接收的最高電平受非線性失真的限制。v應(yīng)理解電路指標(biāo)的各種單位和參數(shù)(dB、dBm、dBV、噪聲系數(shù)、1dB壓縮點(diǎn)、三階互調(diào)截點(diǎn)、靈敏度與動(dòng)態(tài)范圍)的意義和計(jì)算。作業(yè)v7，12，17，20，25練習(xí)13、將下列對(duì)數(shù)值功率增益：、將下列對(duì)數(shù)值功率增益：3dB、100dB、-20dB，轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換為非對(duì)數(shù)值。將下列電壓增益：為非對(duì)數(shù)值。將下列電壓增益：2、1000、0.2，轉(zhuǎn)換為對(duì)，轉(zhuǎn)換為對(duì)數(shù)值數(shù)值dB。解：功率增益：解：功率增益： 100.3=2、1010、10-2=0.01；電壓增益：電壓增益： 20lg2=6dB、20lg1000=60 dB、20lg0.2=-14 dB15、試求題圖、試求題圖1.19所示虛線框內(nèi)電阻網(wǎng)絡(luò)的噪聲系數(shù)。所示虛線框內(nèi)電阻網(wǎng)絡(luò)的噪聲系數(shù)。解：解：對(duì)無(wú)源網(wǎng)絡(luò)對(duì)無(wú)源網(wǎng)絡(luò)noa0aniaa0111aPkT BWNFG PG kT BWG 21201212201222020112211221124/