射频与微波电路设计卫星接收学习教案

会计学1射频与微波射频与微波(wib)电路设计卫星接收电路设计卫星接收第一页，共40页。2图10-1 微波通信机框图图10-1为微波通信机的一个端站，它有收与发两支路组成，收与发可同时通过一个天线进行，所以这里的环行器又称之为双工器。发射信号时，基带信号经调制器，中放，上变器，三腔滤波器，功放，五腔滤波器，再经环行器，由天线发向另一端站。另一端站发送来的信号由天线经环行器、三腔滤波器、，高放到达混频器，在混频器下变频后经前置中放、中频滤波器，主中放再送给解调(ji dio)器去解调(ji dio)输出。三腔滤波器高放前置中放中频滤波器主中放解调器AGC三腔滤波器五腔滤波器基带输出功放本振混频器泵源上变频器基带信号中放调制器第1页/共40页第二页，共40页。3123第2页/共40页第三页，共40页。4第3页/共40页第四页，共40页。5第4页/共40页第五页，共40页。6(3) 灵敏度灵敏度表示接收机接收微弱信号的能力，灵敏度越高就表示接收机接收微弱信号的能力越强，因而通信距离就越大。灵敏度常用以所能接收的最小功率（最小可辨功率）来衡量。灵敏度的极限受到接收机外部干扰和内部噪声的限制，这是由于：如果信号电平已低于噪声电平，那么增大放大量时，噪声和信号同样地被放大，而使信号仍然淹没在噪声中，不能鉴别出来。要提高灵敏度，必须在增大放大量的同时尽可能地减小接收机的内部噪声，而后者是提高灵敏度的关键。为了衡量接收机内部噪声的大小，常应用“噪声系数”这个参量，接收机噪声系数是指接收机输入端信号噪声功率比iiNS与输出端信号噪声功率比 S0/N0的比值：00/NSNSNiiF(10-1)它表示信号通过接收机后，信号、噪声比变坏了多少倍。噪声系数还常用分贝表示：00/lg10)dB(NSNSNiiF(10-2)图 10.3信号噪声第5页/共40页第六页，共40页。7(3) 灵敏度接收机灵敏度（最小可辨功率 Prmin）与噪声系数 NF的关系为：min00minNsfNKTPFr(10-3)式中 K 为玻尔兹曼常数 1.381023焦耳/度T 为接收机输入端的绝对温度，0K=273，室温 20C=293Kf 为接收机的通频带（Hz） 。(S0/N0)min为接收机输出端允许的最小信噪比，信噪比小于此数值，信号就不能被识别，而整个系统就不能传送正确信息。在一定大小的噪声中要多大的信号才能识别出来，这决定于接收机的终端设备，但为了说明接收机本身的性能，规定接收机的灵敏度是指解调器输出端的信号噪声功率比等于 1 时，天线输给接收机的最小可辨功率，所以fKTPrmin(10-4)由上述可见，接收机噪声系数越小，通频带越窄，灵敏度就越高。第6页/共40页第七页，共40页。832111212(1)111nFpppppp nNNNNNKKKKKK总第7页/共40页第八页，共40页。9P0 | R | Pr( )发权图10-420124rPPGGR2min0min124rPRPGG第8页/共40页第九页，共40页。10雨、大雪等，则会衰减23dB，所以设计时必须考虑。第9页/共40页第十页，共40页。1124DG第10页/共40页第十一页，共40页。12第11页/共40页第十二页，共40页。13三腔滤波器高放前置中放中频滤波器主中放解调器AGC三腔滤波器五腔滤波器基带输出功放本振混频器泵源上变频器基带信号中放调制器第12页/共40页第十三页，共40页。142、设计实例：选用噪声系数为 2dB，功率增益为 10dB 的高频放大器作为接收机的第一级，这样接收机的噪声系数可近似等于高放级的噪声系数。另外对接收机的工作温度按最坏状况考虑，这里取工作温度为 35C，则由（10.3）式即可算出接收机输入端口最小的输入功率（即最低门限功率）为： （为了计算方便，公式一律用对数表示）)dbmW(8 .72)dBW(8 .102352603208 . 42304 . 1)dB(/lg10lg10lg10)/(lg10)dB(00)dB(00minNSNfTKNSfNKTPFFr由式（10.8）可算出天线的增益为：dB4 .344lg102)dB(DG由式（10.7）可以算出发射机最小的输出功率为：220min()1()2()1244(dB)10lg10lg72.834.434.4 144.51.9(dBmW)rr dBdBdBPRRPPGGGG 对一个实用的通信机系统，发射机的输出功率都具有足够的余量，这里我们取发射机的实际输出功率为 23dBm（即 200mW） 。第13页/共40页第十四页，共40页。152、设计实例：根据上述计算的各参量来分配收发信机(shu f xn j)中各部分的指标：（一）接收机三腔滤波器高效前置中放中频滤波器主中放解调器AGC基带输出本振混频器0.3dB环行器1dB+10dB4dB+15dB+5dB0dB第14页/共40页第十五页，共40页。162、设计实例：这样唯一剩下来的是主中放的增益。我们知道当接收机输入端口输入最低门艰功率时，正是主中放增益最大的时候，而解调器的输入功率为 0dBm，也就是主中放必须输出 0dBm 的功率，于是我们可以从上图推算出高中放的最大增益 Kpmax，即：051541013 . 08 .72maxPK1 .48maxPKdB如果 AGC 范围为 40dB，则当 AGC 控制最强时，主中放的增益为最小值，即：1 . 8401 .48minPK(dB)这时也正是接收机输入端口最大输入功率的门限值，若超过这个门限值，主中放便因为信号过大而产生失真，那么这个最大输入功率为何值呢？我们也可以用同样的方法从图中推算出来，即：01 . 851541013 . 0maxrP8 .32maxrP(dBm)第15页/共40页第十六页，共40页。17环行器+滤波器高放混频器前中中频滤波器主中放解调器2010010203040506070+23dBm32.851.772.834.15374.124.14364.128.14768.113.13253.18.12748.10dB72.8dBm之间，接收机信号的信噪比都能满足大于35dB。当发收距离为40公里时，由（3-6）可以算得电波在空间的传输衰减为71.7dB，那么在发送功率为23dBm的情况下，接收天线收到的功率为：Pr = 74.7 + 23 = 51.7dBm这样我们可以在载频图上画出一条曲线，从而(cng r)可以了解各级的电平情况。图10-6 收信载频图第16页/共40页第十七页，共40页。18五腔滤波器基带信号0.3dB2dB23dBm功率放大器三腔滤波器上变频器中放调制器1dB6dB+5dB泵源+13dBmKp第17页/共40页第十八页，共40页。19中放上变频三腔滤波器功放五腔滤波器+12.3dBm+6.3dBm+5.3dBm+25.3dBm+23.3dBm0第18页/共40页第十九页，共40页。20GOSPELL GKF-3300C的外观(wigun)图第19页/共40页第二十页，共40页。21第20页/共40页第二十一页，共40页。22直流送入微波输入波导-微带转换低噪声放大混频中频放大本机振荡稳压中频输出接馈源 图10-10高频头系统结构框图第21页/共40页第二十二页，共40页。23第22页/共40页第二十三页，共40页。24第23页/共40页第二十四页，共40页。25第24页/共40页第二十五页，共40页。26图10-15高频端的内部电路图(除去(ch q)屏蔽罩)3、电路板与电路框图将GOSPELL GKF-3300C的外壳打开，并去掉屏蔽罩，就可以看到一个完整的典型的高频头电路板，如图10-15。从馈源可以看到信号通过两个相互正交的小天线耦第25页/共40页第二十六页，共40页。27第26页/共40页第二十七页，共40页。28第27页/共40页第二十八页，共40页。29第28页/共40页第二十九页，共40页。30隔值电容直流偏置四分之一开路线第 一 级 低噪 音 场 效应管输入匹配四分之一高阻线级间匹配第29页/共40页第三十页，共40页。31输出匹配输出匹配四分之一波长的开路线四分之一波长的高阻线第二级低噪音场效应管源极接地直流偏置配的目的就是使得S11最小，输出匹配是按照共扼匹配来处理的，这样可以使得输出功率最大。偏置电路决定(judng)功率放大器的工作状态，如工作于甲类或乙类功放等。实际电路板见图10-19。第30页/共40页第三十一页，共40页。32第31页/共40页第三十二页，共40页。33图10-21 介质(jizh)振荡器电路结构图第32页/共40页第三十三页，共40页。34四分之一波长开路线微带耦合线场效应管G极S极四分之一波长开路线场效应管馈电介质（DRO）D极第33页/共40页第三十四页，共40页。35图10-24 混频器物理模型(共漏极混频)第34页/共40页第三十五页，共40页。36混频输入匹配（G）场效应管单管混频本振信号输入（D）G极偏振输入本振信号四分之一波长线、隔离本振泄漏中频输出S极接地图10-25混频器实际(shj)电路第35页/共40页第三十六页，共40页。37第36页/共40页第三十七页，共40页。38第37页/共40页第三十八页，共40页。39第38页/共40页第三十九页，共40页。40第39页/共40页第四十页，共40页。